SCC/XPC复合体在体细胞重编程中的作用

陈婵婵 综述;凌均棨 审校

(中山大学光华口腔医学院·附属口腔医院·口腔医学研究所，广东 广州 510055)

XPC复合体由Xeroderma pigmentosum group C－RAD23B－Centrin2(XPC－RAD23B－CETN2)元件组成，是一个由多亚单位组成的核酸切除修复复合体(nucleotide excision repair complex，NER)，具有DNA损伤修复功能。近期研究发现，XPC可作为辅助激活复合体(stem cell coactivator complex，SCC)辅助 Oct－4、Sox2 激活 Nanog，从而维持胚胎干细胞(ESCs)的特性和提高成纤维细胞的重编程效率［1］。这一发现在诱导多潜能干细胞(induced pluripotent stemcells，iPSCs)研究领域具有重要意义。本文就SCC/XPC的相关研究作一综述。

1 SCC/XPC的结构组成及功能

SCC/XPC复合体是一种由XPC与RAD23B、CETN2结合而形成的三聚体。XPC是着色性干皮病的7个互补群(XP)之一，人类的XPC基因编码含有940个氨基酸的碱性蛋白(理论PI∶9.03)，分子量均为106 kDa［2］。XPC的部分功能结构已经被确认，包括 RAD23B、CETN2、DNA和转录因子(TFIIH)绑定域;这些结构域靠近C－端与Rad4p为高度同源序列，并可进一步分为4个子域:1个转谷氨酰胺酶同系域(TGD)和3个连续的β－发束样域(BHD1，2，3)［3］。但其 N － 端的功能目前尚不明确。纯化的XPC具有识别和结合于各种明确的DNA损伤的能力，即:XPC可通过识别体积庞大的畸形螺旋结构而识别损伤的 DNA，并募集TFIIH到损伤位置启动总基因组核苷酸切除修复(GG－NER)［4］。此外，XPC 还可与其他蛋白相互作用，但其功能尚不完全明确。Lubin等［5］研究发现，与XPC相互作用的49个因子均分别与DNA的修复和复制、蛋白水解、翻译后修饰、转录调控、信号转导和代谢有关。

RAD23具有DNA损伤修复和构成泛素－蛋白酶体系的两种截然不同的功能，并可通过与蛋白酶体和泛素相互作用，参与蛋白降解过程。人RAD23家族包括RAD23A和RAD23B，均含有2个可绑定4～6个基团聚泛素链的泛素结合域和一个与26S蛋白酶体作用的氨基末端泛素样域［6－7］。RAD23A和 RAD23B的功能可相互补偿，但RAD23A只能在非 NER 功能上补偿 RAD23B［8］。人体内XPC大多与RAD23B结合，RAD23B的表达量多于 RAD23A，且总量远大于 XPC;提示，RAD23具有GG－NER外的其他功能，可能与调节蛋白降解相关［9］。另有研究显示，小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)缺乏RAD23B时会导致其增殖速率降低和红细胞生成缺陷［8］。RAD23A/B在体内和体外均能通过阻止XPC被泛素－蛋白酶体系降解而起到稳定SCC/XPC复合体的作用，是SCC/XPC复合体修复功能的关键因素。

CETN2是作为中心粒蛋白被发现的，它是一种小的钙结合蛋白，属于钙调节蛋白超家族，在中心粒的复制和增殖中起关键作用。CETN2含有4个EF－基序，XPC C－端的一个α螺旋可通过疏水基与CETN2结合［10］;其功能在于加强XPC对损伤DNA的特异性和亲和力。

2 SCC/XPC复合体的辅助激活功能

以往对SCC/XPC的研究主要集中在其GGNER 功能。2011年，Fong等［1］首次提出 Oct4/Sox2上游启动元件—多亚单位干细胞辅激活因子复合体(stem cell coactivator complex，SCC)的概念，并发现 SCC 可辅助 Oct－4、Sox2 激活 Nanog，调控下游信号网络，启动细胞重编程，从而有效提高细胞的自我更新能力和重编程效率;hIP－qPCR检测结果提示，70%SCC/RAD23B靶基因与Oct－4/Sox2靶基因重叠;SCC干扰可造成小鼠胚胎干细胞的形态异常、碱性磷酸酶活性降低、细胞增殖速率减慢，从而使细胞的自我更新能力受到影响，持续的抑制还会引起细胞分化并凋亡。

Ito等［11］发现小鼠胚胎干细胞的 XPC C－端被诱导敲除后，仍能保持其干细胞特性;基因表达谱分析表明，XPC的C－端丢失对于小鼠胚胎干细胞基因组表达的影响甚微，对Oct3/4基因表达几乎无影响，说明XPC的 C－端对于激活小鼠胚胎干细胞Oct4/Sox2的转录活性是非必要的;该实验中还发现，XPC、RAD23B和 CETN2三联或二联干扰均可引起NanogmNRA的表达量明显减少，而单独敲除也只引起微弱的变化，同时也没有明显的自我更新缺陷。体外转录激活实验显示，XPCRAD23B二聚体具有与全复合体几乎相同的转录激活功能，提示XPC和RAD23B是最小的活性单位，CETN2可能通过提供结构支持和增加稳定性来加强复合体的活性;同时还发现，干扰和敲除XPC和 CETN2并不影响 MEFs的增殖，而当RAD23B的表达受到抑制时，才会使MEFs的生长速率出现明显异常，这可能与其引起细胞的重编程效率降低有关［1］。

SCC/XPC的辅助激活功能与NER功能机制不同，前者可通过直接与 Oct4和 Sox2相互作用，并作为转录辅因子而发挥功能，且不需要XPC介导的 DNA或 TFIIH绑定。有研究显示，XPC C－端失效的SCC复合体具有与野生型等效价的辅助Oct－4、Sox2激活 Nanog的功能，提示其转录辅助激活功能与其DNA绑定功能是彼此独立的［1］。May等［12］发现，在 Hela 细胞 DNA 转录的起始未受到外源性有害刺激的情况下，RNA聚合酶Ⅱ转录机依次可将NER因子募集到启动子位置，这种募集具有 XPC蛋白依赖性;作者认为，NER因子在启动子上的出现与其在基因末端不同，后者为基因修复功能，前者与转录有关，并推测SCC可能有助于染色质的识别从而促进表观遗传构建以利于iPSCs的转变。Fong等［1］发现，当SCC缺失时可直接抑制细胞的转录功能和重编程能力，表现为p53的表达上调、Nanog表达受到抑制、细胞的自我更新能力下降，并出现自发性分化与细胞凋亡。

Krzeszinski等［13］研究表明，XPC 可通过 MDM2介导p53的降解，XPC则与RAD23B形成稳定的化合物(后者含有2个分别与泛素和蛋白酶体结合的功能域);在此过程中MDM2先识别泛素链标记的 p53，然后再与 XPC结合并募集XPCRAD23B复合体到p53泛素化位点，进而协助p53被RAD23B识别，同时通过RAD23B－蛋白酶体相互作用而促使泛素化物被蛋白体酶降解。另有研究发现:在人胚胎干细胞中，p53的激活能引起miR－34a和miR－145的表达上调，并进而抑制胚胎干细胞中调控因子 Oct4、Sox2、Klf4、Lin28a的表达［14］;在 MEFs重编程过程中，p53可通过激活miR－34a、b、c而抑制内源性重编程基因 Sox2、Nanog、nMyc的表达［15］。根据以上研究结果推测，SCC的辅助激活调控机制可能为:XPC通过MDM2的介导和RAD23B的参与导致p53被泛素－蛋白酶体系降解，降低了 p53－miRs对重编程因子Oct4、Sox2、Klf4、Lin28a 的抑制作用，最终使细胞的重编程效率提高。

3 牙髓iPSCs研究进展及SCC/XPC在该领域的研究前景

Tamaoki等［16］(2010)成功将 4 个转录因子转染人牙髓细胞(hDPCs)并获得了iPSCs。由于hDPCs来源广泛而易获得、增殖能力强而易保存、由紫外线引起的基因突变几率小，且具有良好的HLA配型等优点，Tamaoki等提出可通过将hDPCs重编程而建立人iPSCs细胞库应用于临床治疗。

Yan等［17］报道，采用病毒载体将 Lin28/Nanog/Oct4/Sox2和 c－Myc/Klf4/Oct4/Sox2分别转染人的牙髓干细胞、脱落乳牙干细胞、牙乳头干细胞后，上述这些细胞均表现出与胚胎干细胞相似的表型，不仅表达胚胎干细胞标记物 SSEA－4、TRA －1－60、TRA－1－80、TRA－2－49、Nanog、Oct4 和Sox2;同时还能在体外分化为三胚层来源的细胞，并可在体内形成畸胎瘤。Iida等［18］发现，转染早期(第1～6天)的hDPCs在低氧(30 mL/L)条件下的重编程率是其常氧(210 mL/L)条件下的3.3 ～5.1倍。Yoo 等［19］报道，通过转染 Oct4 和Sox2将hDPCs重编程为iPSCs(2F hDPC－iPSCs)后，可诱导其定向分化为血管内皮祖细胞，并能促进血管和肌肉的再生;与其他方法获得的iPSCs相比，2F hDPC－iPSCs具有更高的血管向分化能力，有望应用于缺血性血管疾病的治疗。Chen等［20］发现，乳牙牙髓细胞来源的iPSCs比皮肤成纤维细胞来源的iPSCs更适合建立神经精神病学研究模型。

一些学者认为，牙髓中存在一种与ESCs或iPSCs相似的多能性干细胞，与ESCs和iPSCs相比其成瘤风险较小。Atari等［21］采用含生长因子EGF、PDGF和LIF的培养基从人的第三恒磨牙牙髓中分离出了具有胚胎干细胞标记的多潜能干细胞 (DPPSCs)，其不仅表达 OCT3/4、NANOG和SOX2，同时还表达与 iPSCs相同的 SOX1、BDNF、MIXL1、GATA4和GATA6;并能在体外向三胚层细胞分化、在体内形成畸胎瘤样结构。有学者认为，虽然DPPSCs的比例会随年龄而降低，但这个群体依然会永久存在于牙髓中。Liu 等［22－23］发现，牙髓细胞具有与iPSCs相同的多能干细胞表记物Oct4和Sox2的表达，随着hDPCs体外传代其表达水平在P2时达峰值后出现下降，而BMP－4则可维持至传代后期，并在传代后期的DPCs中仍有Oct－4、Sox2和Tert的表达;体内大鼠牙髓牙周联合损伤4周时，可见Sox2、Oct－4和c－Myc在损伤处的新生牙髓组织和牙周韧带组织中的表达明显增强。另有研究表明［24］，TNF－α短暂刺激能上调hDPCs的CD146、STRO－1、SSEA－4 蛋白和 OCT－4、NANOG mRNA的表达水平，并能促进hDPCs的克隆形成、迁移和成牙本质、成脂向分化，从而提高DPCs的胚胎干细胞特性。

Oct－4/Sox2复合体在细胞分化和重编程基因调控网络中处于核心地位，它们可通过共同作用而调节多种转录因子(如 c－Myc，Klf4，FGF4和Nanog)的表达，并调控细胞的多能性［25－26］。将体细胞重编程为iPSCs时，一般需要其被迫的表达Oct4和Sox2(除非该细胞中有内源性Sox2的表达)［27］。目前，完全重编程一般需要4种基因同时组合转染，而大量病毒载体整合的基因组所产生的iPSCs尚存在一定的不安全性和临床应用隐患。因此，寻找一个或两个具备独立启动重编程功能的核心因子已成为目前研究的主要目标。近期研究发现，Oct－4和Sox2共同作用仍不足以使细胞获得全能性，需要借助辅激活因子(coactivators)的作用［28］。辅因子一般在大多细胞中均有表达，但是胚胎干细胞对某些辅因子水平减少的反应比体细胞敏感［27］。SCC/XPC 可通过与 Oct－4、Sox2 直接作用而调控下游信号网络、启动细胞重编程;并能有效提高细胞自我更新能力和重编程效率。由此推测，可通过SCC/XPC调节内源性重编程因子的表达，激活和增强胚胎干细胞特性基因的表达，并促使体细胞发生重编程，从而更安全有效的获得iPSCs。

随着分子生物学和细胞组织工程的发展，再生医学已经成为医学研究的一个重要分支。干细胞是再生医学研究的重点和核心，而人体iPSCs的产生则可使大量多能性人体干细胞的提供成为可能。虽然SCC/XPC可能是细胞重编程信号启动的必要元件，但其对牙源性细胞重编程及组织再生的调控作用尚不清楚。因此，揭示 SCC/XPC对 Oct－4/Sox2复合体及其下游信号的调控作用机制有助于阐明牙再生的分子机制，并可为寻求促进牙体组织修复的方法提供新思路。由此可见，通过SCC/XPC改变内源性信号而优化DPCs的性能和提高其干性，并使之作为种子细胞用于人体组织和器官的修复和重建，具有良好的应用前景。

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