跨损伤合成DNA聚合酶ζ-Rev7在肿瘤发展中的研究进展

曹菊华，汪良芝

(1.中国人民解放军第102医院 内科，江苏 常州 213003；2.苏州大学附属第三医院 老年医学科， 江苏 常州 213003)

1 跨损伤修复机制

跨损伤修复(translesion synthesis)是一类DNA损伤修复机制，它允许损伤DNA模板的存在，使DNA复制能够继续进行，但其复制的保真度会下降，易导致突变形成。细胞在增值过程中，由于环境因素的侵扰以及细胞内源性的损伤，会不断地产生DNA损伤。通常情况下，细胞内一系列的修复途径能修复这些DNA损伤，以保证基因组的完整性。然而，当DNA复制开始以后尚未修复的或新出现的DNA损伤会阻碍DNA复制的进行，使得复制叉在DNA损伤的地方停滞下来， 产生复制缺口，甚至双链断裂损伤。为了确保复制的顺利进行，生物体内具有一套能容忍DNA 损伤的应急机制，被称为复制后DNA修复(postreplication DNA repair, PRR)。该机制共有2条两种途径，一是跨损伤DNA合成(translesion DNA synthesis, TLS)，二是同源重组(homologous recombination，HR)。TLS是通过聚合酶的转换，通过低忠实度DNA聚合酶在损伤处进行延伸。同源重组是以另一条未损伤的DNA链为模板，完成复制。TLS途径是生物体的一种应急机制，能够在DNA损伤未被修复的状态下进行复制延伸，维持基因组稳定性，但也不可避免的会引起DNA突变。

尽管许多类型的DNA损伤可以引起复制叉的暂时停滞，但用于半保留复制的DNA聚合酶不再对损伤的DNA作用，在哺乳动物细胞中，TLS能够替换DNA复制叉，或者位于在复制后损害处的一个间隙，在真核生物中DNA聚合酶ζ(polymerase ζ,Pol ζ)对于TLS是十分重要的。在哺乳动物细胞中TLS对于躲避DNA的病变是十分有必要的，甚至在DNA模板中个被插入一个错误的配对，那么Pol ζ所调节的TLS也能够发生突变，如果Pol ζ调节的TLS不能及时完成其职能，DNA复制叉的功能就会丧失，后续的酶促反应会切断DNA无功能的复制叉并且造成DNA双链断裂。抑制Pol ζ可以使肿瘤对化疗的敏感性增加并且降低肿瘤耐药性[1]，除此之外Pol ζ还能够对DNA序列复制提供帮助，这种复制是难以被逆转的，就像在哺乳动物基因组中脆性位点区域或者那些能形成非DNA结构的序列[2]。在Pol ζ缺陷的哺乳动物细胞中，在细胞增殖时DNA双链断裂，并伴随着染色体重排现象[3]。Pol ζ与TLS和DNA损伤导致的突变有着密不可分的关系。有研究报道Pol ζ亚基4激活TLS的效率要比Pol ζ亚基2的效率好，除此之外，增殖细胞核抗原(PCNA)进一步从旁路增强了Pol ζ亚基4的活性[4]。这些不同的组合体在生物化学特征上的大的差异可能解释了为什么一些研究者没有发现或者是发现某种损伤的旁路效率极低，例如无碱基位点或者嘧啶二聚体。也有其他的报道发现相同类型的DNA损伤的有效的通路。除此之外，由Pol ζ导致的TLS取决于病变序列区域的所处的环境[5]。

2 Rev7的构造

早期研究表明在细胞中DNA损伤诱导的突变并不是一个被动过程，但这一过程的出现会导致一些蛋白酶的催化反应。在早期研究的基础上，当前研究证实某些基因与突变缺陷有关，这些突变主要是由紫外线照射和化学法导致的DNA损伤。这些基因被称作Rev基因。Rev基因包括Rev1，Rev3和Rev7。人类Rev3编码蛋白有353 ku，是酵母蛋白的2倍，突变的Rev3和Rev7在表型上十分相似，说明Rev3和Rev7可能是作为一个协同蛋白存在。1996年， Rev3和Rev7的二聚体复合物已从酵母中被提取，而被命名为第6个真核生物DNA聚合酶Pol ζ。

Mad2L2(Mad2B)不仅仅与Mad2是类似蛋白，同时，作为TLS分子的一员，也被称为Rev7。Rev7由211个氨基酸组成，与Mad2有26%的重复性。Mad2与Rev7在减数分裂期干预联会复合体的形成。Rev7单独是不能与Rev1结合的，在与Rev3形成复合体之后才能与Rev1结合。根据与Rev3的结合情况来看，Rev7的构造显示出很大的变动。说明Rev7单独形成相当于O-Mad2的构造。与Rev3结合后变位关闭的状态，随后可以与Rev1结合。Rev7分子质量在28 ku，它能够显著的刺激催化REV3的活性，表明这2个亚基复合物是在体外Polζ所需的最小组合体。Rev3和Rev7之间的相互作用被映射到Rev3聚合酶的氨基酸N末端区域[6]。目前Rev7的构造变化能否受到类似于Mad2蛋白的调控仍不明确。

3 Rev7的功能

Rev7亚基同时对Pol ζ和其他蛋白的调节作用也很重要。据报道，Rev7能够与Cdh1、IκB、ADAM9、PRCC和ELK- 1等多种蛋白结合。其中，ADAM9，ELK- 1是与Rev3类似的结构与Rev7结合[7]。Rev7也和蛋白激酶Cdc7-Dbf4(DDK)相互作用，DDK对DNA起始复制和紫外线导致的突变都是必不可少的[8]。Rev7与纺锤体组装检验点蛋白MAD2也可以相互作用，表明TLS和染色体分离也存在某种潜在的关联[9]。

在细胞中敲低Rev7能够增加细胞的辐射敏感性，DNA受到的损伤也更加严重，此外，Rev7与Mad2可以共同干预调控细胞周期， Mad2能够与cdc20结合，调控APC/C的活化，Rev7能够与APC/C的另外一种辅因子Cdh1结合并调控APC/C的活性化[10]。而APC/C-cdc20在分裂期后半段开始起作用，而APC/C-Cdh1是在分裂期结束从起始到G1期起作用。痢疾杆菌产生的IκB蛋白与Cdh1拮抗性的与Rev7结合，从而导致细菌细胞无法进入分裂期[11]。

4 Rev7与肿瘤之间的关系

肿瘤的形成是细胞内基因组异常或者突变慢慢积累的长期过程。在正常情况下，细胞内的复制酶会保证DNA合成的忠实度，每个细胞在其增值期限内只能积累1～2个基因突变，但这不能够完全解释肿瘤细胞中大量的基因突变。因此在肿瘤形成过程中，DNA跨损伤修复途径应是加速突变形成的原因之一。

癌细胞能够通过TLS这一机制来提升它们自身的存活率，在小鼠的生长和发育过程中REV7有着独特的作用[12]，并与多种肿瘤有着密不可分的联系。Rev7的表达与DNA损伤后癌细胞的存活有着密切的关系。Rev7基因缺失的肿瘤细胞对DNA损伤更加敏感，包括对顺铂药物等[13]。除此之外，免疫组化技术分析得出在一些人类肿瘤中Rev7基因是高表达的，与晚期卵巢癌和结肠癌的不良预后存在一定的关系，在上皮细胞卵巢癌中，Rev7的表达是比较多的，敲低Rev7的表达可以抑制卵巢癌细胞的增殖但不会影响细胞周期，同时可以增强卵巢癌细胞的化疗敏感性以及促进细胞凋亡，并且在经过化疗药物处理后的卵巢癌细胞，同时再将Rev7基因敲低，会发现细胞的DNA损伤更加严重[13]。在B淋巴细胞癌中，高表达的Rev7预示着较低的一个存活率。同时，在B淋巴细胞癌患者中Rev7可以作为一种独立的检测指标[14]。

一种携带错义突变Rev7的repro22小鼠，因为表现出大量胚胎细胞的受损从而导致雌性和雄性小鼠不育不孕，部分胚胎被损坏，生长受到阻滞。Rev7突变的雄性小鼠的在成年阶段的睾丸间质细胞表现出一种畸形生长的状态，可能由胚胎细胞受损所引起的[15]。这一现象使Rev7突变的小鼠其卵巢癌细胞的增殖变快，并且促进卵巢癌肿瘤的发生与发展。Rev7突变的小鼠其卵母细胞和卵泡的功能会丧失，并且在卵巢癌中其遗传因子被看作是主要的危险因子，并且很多证据支持增强促性腺素的循环水平是由卵泡功能的丧失所引起，使其更倾向于发展成为卵巢癌[16]。同时Rev7基因突变的小鼠由于缺少DNA修复功能也可能是造成卵巢癌发生与发展的重要因素[17]。也有报道在乳腺癌细胞中敲低Rev7的表达水平可以抑制细胞的侵袭和迁移并且抑制EMT现象的发生，并且敲低Rev7后可以促进转化生长因子β1(TGF-β1)的表达。表明TGF-β1可能是Rev7下游的一个重要的基因。在对乳腺癌细胞干扰掉TGF-β1后，发现同样能抑制细胞的侵袭、迁移和上皮间质转换(EMT)，并且在过表达Rev7的细胞中也得到同样的结果。由此可见，Rev7可以作为一种潜在靶点来治疗乳腺癌[18]。

5 结语

本文主要介绍了TLS及DNA聚合酶的一个亚基Rev7的功能与作用，把 Rev7作为一个在DNA损伤中起重要作用的多功能蛋白进行了重点描述，Rev7结合的多种多样的蛋白质是如何干预到Rev7的构造变化，并是否会受到此影响，都将会是今后探索的重点。同时，很多细胞水平的实验已经验证抑制跨损伤修复途径能够提高癌细胞对化疗药物的敏感性，迄今已陆续有报道Rev7对治疗肿瘤在化学药物的敏感性方面起着重要的作用，同时可能参与了一些肿瘤的发生与发展，包括对癌细胞的侵袭、迁移和增殖的影响。Rev7将作为一个的治疗肿瘤的潜在靶点对基础医学和临床医学意义重大。

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