Mex-3 RNA结合蛋白在肿瘤中的研究进展*

2021-11-09 01:12:50黄雯琪综述谢立兰审校
重庆医学 2021年20期
关键词:线虫家族因子

罗 祥,黄雯琪,2 综述,谢立兰△ 审校

(1.武汉生物工程学院应用生物技术研究中心 430415;2.西北大学食品科学与工程学院天然多糖资源利用工程研究中心,西安 710069)

Mex-3家族蛋白是一类结构高度保守的RNA结合蛋白(RNA-binding proteins,RBPs)[1]。早期,在有关秀丽杆线虫的发育研究中首次鉴定了Mex-3基因,该基因编码的Mex-3蛋白是一种翻译抑制因子。线虫体内只有一种Mex-3蛋白,其功能是调节早期胚胎发育过程中的卵裂球特性和成虫的生殖全能性[2]。在线虫胚胎发育过程中胚胎的两个卵裂球分离,前卵裂球(anterior blastomere,AB)不会分化产生体壁肌肉,而后卵裂球(posterior blastomere,P1)则会分化产生体壁肌肉[3]。线虫Mex-3基因的突变会导致线虫的胚胎错误地在前卵裂球中分化产生体壁肌肉,使胚胎死于囊胚期,因此得名Mex,意思是“肌肉过剩”(muscle excess),这在一定程度上是由于Mex-3蛋白对发育关键蛋白PAL-1和ROS-2翻译时的调控作用所决定的[1,4]。

在随后的研究工作中,发现了与线虫Mex-3基因同源的人Mex-3(human MEX-3,hMex-3)家族[3]。随着研究的不断深入,有更多研究表明进化保守的Mex-3家族参与了不同的生理和病理过程,包括上皮内稳态、胚胎发育、新陈代谢、免疫反应和疾病,但这些作用的具体机制还需要更进一步研究探讨[5]。另外,hMex-3家族成员蛋白与肿瘤的发生发展和治疗也密切相关。本文对Mex-3家族蛋白的结构和定位进行了介绍,并详细总结了hMex-3与肿瘤相关的进展,以期为进一步的蛋白功能研究和肿瘤治疗潜在靶点筛选提供参考。

表1 hMex-3 RNA结合蛋白家族在肿瘤中的研究进展

1 Mex3家族蛋白的分子结构

2007年BUCHET-POYAU等[3]的研究工作鉴定了与线虫Mex-3基因同源的hMex-3基因家族,它们包括4个同源基因,即hMex-3A,hMex-3B,hMex-3C和hMex-3D。这4个基因分别位于不同的染色体上(人类第1、15、18和19号染色体基因上),4个hMex-3基因均由2个外显子和1个内含子组成,其mRNA片段大小从hMex-3A的6 591 bp(GenBank access:NM_001093725.2)到hMex-3D的2 927 bp(GenBank access:NM_001174118)不等。hMex-3A、hMex-3B、hMex-3C、hMex-3D蛋白都包含着两个串联的异质核糖核蛋白K同源(KH)结构域(1个由65~70个氨基酸组成的保守区[6])和一个羧基末端的环指(RING)结构域。hMex-3是结合RNA的E3泛素连接酶,通过其KH结构域与RNA结合,并通过依赖染色体维持蛋白1(CRM1)的输出途径在细胞核和细胞质之间穿梭,其RING结构域则可介导E3泛素连接酶的活性[5]。此外,以线虫Mex-3蛋白为模型,通过体外SELEX筛选和生物化学实验确定了Mex-3蛋白识别的一致性序列(MRE):(A/G/U)(G/U) AGN (0~8) U (U/A/C) UA,该MRE由两个经0~8个核苷酸隔开的四核苷酸基序组成。这两个四核苷酸基序半位点分别被Mex-3的KH1和KH2所识别,但这两个KH结构域与两个四核苷酸基序半位点之间的识别模式的结构还尚不清楚。hMex-3蛋白与线虫Mex-3蛋白在RNA结合域内呈现79%~81%的序列同源性[4],且该MRE包含hMex-3D/TINO RNA结合所需的富含AU的半位点,表明hMex-3蛋白与RNA结合的特异性类似于它们的线虫同源物Mex-3[7]。

2 组织差异表达与定位

为研究hMex-3基因的表达模式,BUCHET-POYAU等[3]利用4种hMex-3基因的特异性引物对8种不同的人源细胞系和20种组织进行RT-PCR分析,发现hMex-3D mRNA在所有受试人源细胞系和组织中均呈较高的表达水平,而其他3个hMex-3基因在不同组织中的表达水平表现出异质性[3]。其中hMex-3A、hMex-3B、hMex-3C的表达水平在胎脑和睾丸中最高,在胸腺、唾液腺和子宫中次之,肠道中则相对较弱[3]。

BUCHET-POYAU等[3]通过间接免疫荧光实验检测hMex-3蛋白在细胞内的定位,发现hMex-3A、hMex-3B、hMex-3C蛋白主要在细胞质聚集,其中hMex-3A、hMex-3B在细胞质中呈点状分布,而hMex-3C则在细胞质中呈均匀分布。hMex-3蛋白的N末端存在着一个潜在的NES基序[3],在利用LMB(CRM1介导的含NES蛋白核输出的特异性抑制剂[8])处理细胞后发现hMex-3蛋白会在核内大量聚集,提示它们可能通过CRM1输出途径在细胞核和细胞质之间穿梭。为了证实这一结果,在hMex-3C的NES基序中引入了两个保守残基的点突变,将突变后的hMex-3C (hMex-3C/NES)瞬时转染细胞后在细胞核中检测到了hMex-3C/NES,表明hMex-3蛋白是依赖于hMex-3蛋白N端NES序列的核质穿梭蛋白,其主要是通过NES基序和CRM1/Exportin 1机制在细胞质和细胞核之间进行穿梭[3]。此外,该研究还发现hMex-3A和hMex-3B与DCP1脱帽因子和Ago1蛋白一起共定位于P小体(processing bodies,PBs)中,表明hMex-3A和hMex-3B可能是P小体的组成部分,参与RNA的转运分选[3]。另外,COURCHET等[9]发现hMex-3B与14-3-3蛋白发生特异性结合,而14-3-3蛋白和hMex-3B的特异性结合则进一步控制了hMex-3B在PBs和应激颗粒(stress granules,SG)之间的分选,决定hMex-3B的细胞内定位。

3 Mex-3蛋白与肿瘤

3.1 Mex-3A蛋白与肿瘤

Mex-3A是一种促进癌细胞增殖、侵袭、迁移和存活的RNA结合蛋白,研究表明Mex-3A在上皮性卵巢癌(EOC)、胰腺导管腺癌(PDA)和肝癌组织中表达上调,且随着组织学分级的升高而增加。Mex-3A基因在EOC细胞中的高表达与患者临床分期和淋巴结转移密切相关[10]。在PDA细胞中,敲低Mex-3A基因的表达可以调节凋亡相关因子从而促进细胞凋亡,并通过影响EMT抑制细胞迁移,进而抑制PDA细胞的生长[11]。在肝癌细胞中,敲低Mex-3A基因会显著抑制肝癌细胞的增殖、克隆、迁移和侵袭等生物学功能[12-13]。房超等[14-15]、陈云云等[16]通过RNA干扰敲低了膀胱癌细胞中Mex-3A基因的表达并检测其对膀胱癌细胞增殖和凋亡的影响,发现Mex-3A基因可以促进膀胱癌细胞的增殖,并抑制其凋亡,且Mex-3A蛋白在膀胱癌组织中呈现高水平的表达[14-16]。JIANG等[17]发现胃癌组织中Mex-3A蛋白表达高于癌旁组织,并分析了敲低SNU-16、AGS和BCG-823这3种人胃癌组织细胞中Mex-3A基因的表达对肿瘤组织增殖、迁移的影响,结果显示,敲低Mex-3A后的SNU-16和AGS细胞相较于对照组细胞增殖变缓,而BCG-823与对照组无明显差异,推测Mex-3A对细胞增殖的影响取决于细胞类型。流式细胞术检测结果进一步显示敲低Mex-3A基因所引起的SNU-16细胞的细胞周期阻滞是导致细胞增殖变缓的主要原因。此外,敲低Mex-3A基因还降低了胃癌细胞SNU-16和AGS在软琼脂中的集落形成能力,抑制BCG-823细胞的迁移,这些结果表明Mex-3A蛋白的表达是细胞转化和迁移所必需的[17]。

Mex-3A蛋白还可以通过影响其他细胞因子,促进肿瘤细胞生长。同源域转录因子(CDX2)在肠道细胞的正常发育和肿瘤发生中扮演着重要作用[18],研究发现在人胃癌细胞中Mex-3A基因的过表达可使CDX2表达下调。进一步研究显示Mex-3A蛋白主要是通过与CDX2 mRNA 3′非编码区的一个典型MRE结合,进而损害肠道分化和细胞极化,影响细胞周期进程,并促进肠道干细胞标记物富含亮氨酸重复单位的G蛋白偶联受体5(LGR5)、B细胞特色性莫洛尼鼠白血病病毒整合位点-1(MMI1)和Musashi RNA结合蛋白1(MSI1)的表达[19]。RIG-I作为细胞内重要的PRR(模式识别受体),参与了抗病毒免疫应答和干扰素的产生[20],在包括多形胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme,GB,中枢神经系统最常见的恶性原发肿瘤[21])等多种类型肿瘤中作为肿瘤抑制因子发挥作用[22]。在GB中Mex-3A蛋白的表达水平显著高于正常脑组织,Mex-3A蛋白可以与模式识别受体RIG-I相互识别并结合,破坏其蛋白质的稳定性,诱导RIG-1泛素化。Mex-3A蛋白基因缺失使RIG-I蛋白水平上调而使GB细胞增殖受损,从而抑制GB细胞的生长。此外,该研究还显示,Mex-3C蛋白在GB细胞中表达水平上调,Mex-3A、Mex-3C蛋白共表达抵消了Mex-3C蛋白对于RIG-I泛素化的激活作用。Mex-3C与RIG-I共定位于病毒感染细胞的应激颗粒中,过表达Mex-3C蛋白介导RIG-I赖氨酸-63连接的泛素化激活β干扰素启动子,在诱导抗病毒免疫反应中起关键作用[21]。

3.2 Mex-3B蛋白与肿瘤

目前关于RNA结合蛋白Mex-3B的研究主要集中在免疫应答和肿瘤中的作用。研究显示Mex-3B蛋白作为TLR3的辅助受体参与抗病毒天然免疫应答,诱导Ⅰ型干扰素的产生,下调Mex-3B基因的表达水平则可以抑制TLR3的活性[23-24]。在癌症研究中,Mex-3B蛋白通过对其他因子的作用参与细胞免疫,进而对肿瘤产生影响[25-28]。

HUANG等[25]研究发现RNA结合蛋白Mex-3B下调人类白细胞抗原(HLA-A)的表达是肿瘤细胞逃避免疫系统攻击的一种新机制。过表达Mex-3B基因会降低黑素瘤细胞对自体肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)杀伤的敏感性。对抗PD-1治疗的黑色素瘤患者肿瘤样本的进一步分析表明,Mex-3B蛋白的过表达与对PD-1阻断的耐药性有关。Mex-3B蛋白通过与HLA-A的3′-UTR结合,破坏HLA-A mRNA的稳定性,从而下调肿瘤细胞表面HLA-A的表达,使肿瘤细胞无法被T细胞识别和杀死,表明Mex-3B蛋白介导了对肿瘤免疫治疗的抵抗[25-26]。Runx3是胃癌中起抑癌作用的重要转录因子,而Mex-3B蛋白是一种参与HOX转录反义RNA(HOTAIR)诱导的Runx3降解的E3连接酶,Mex-3B蛋白的表达使得Runx3表达下降,从而使得胃癌发生概率上升,通过沉默Mex-3B蛋白的表达可减轻Runx3的降解,显著抑制胃癌细胞的迁移和侵袭[27]。有关RNA解旋酶DEAD-BOXRNA解旋酶(DDX5)与Zeste基因抑制子12(SUZ12)在多种肿瘤中高表达并对肿瘤的发生发展起重要作用)的研究发现,Mex-3B基因过表达降低了SUZ12的蛋白水平,而DDX5可以拮抗Mex-3B基因对SUZ12蛋白水平的影响[28]。

3.3 Mex-3C蛋白与肿瘤

Mex-3C蛋白又称RKHD2蛋白,在免疫应答、RNA分子转移、翻译抑制和能量平衡等生物学活动中发挥着不同作用[29-30]并被鉴定为癌症中染色体不稳定的抑制因子[6]。Mex-3C已被鉴定为癌症中染色体不稳定的抑制因子[6]。CHAO等[31]发现Mex-3C蛋白在膀胱癌组织和细胞中高表达,其表达与临床病理特征,尤其是侵袭性表型呈正相关。膀胱癌细胞中过表达Mex-3C蛋白可以促进脂滴积累、肿瘤细胞黏附、侵袭和迁移。进一步的机制研究表明,Mex-3C蛋白可通过激活c-Jun氨基末端激酶(JNK)信号通路和上调JNK下游甾醇调节元件结合蛋白-1(SREBP1)、脂肪酸合成酶(FASN)和乙酰辅酶A羧化酶-1(ACC1)的水平来调节脂质代谢并促进肿瘤发展。Mex-3C的表达与SERBP1、ACC1、FASN蛋白呈正相关,3种蛋白在Mex-3C蛋白高表达的浸润性BC组织中表达上调。此外,有研究证实在筛选和结肠癌相关的miR-451a靶点时,通过miR-Trap实验发现4个靶mRNA在RNA诱导沉默复合体(RISC)处富集,鉴定出包括Mex-3C在内的4个基因的mRNA上的miR-451a结合位点。但由于Mex-3C蛋白在患者样本中的表达水平较低,以及其miR-Trap试验和后面qRT-PCR之间的不一致性而未选择Mex-3C蛋白进行后续研究[32]。

3.4 Mex-3D蛋白与肿瘤

目前有关Mex-3D的研究相对较少。B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)基因是细胞凋亡研究中最受重视的癌基因之一,Bcl-2 mRNA的非翻译区包含一个ARE,能与其他基因的mRNA元件相互作用。GESUALDO等[33]的研究表明Mex-3D蛋白能与Bcl-2结合,破坏含有Bcl-2 ARE序列的嵌合结构的稳定性,在转录后水平上对Bcl-2基因表达呈现负调控。此外,Mex-3D基因与Fos/Jun之间存在明显的相互作用,敲低Mex-3D基因会显著增加Fos和Jun mRNA的表达水平[34]。

4 展 望

近年来,RNA在生命系统中的重要性备受关注。作为RNA结合蛋白中的一员,Mex-3家族蛋白的作用和生物学功能的研究逐渐深入。总的来讲,Mex-3家族蛋白是机体维持正常生长发育所需的重要蛋白质,参与RNA代谢、胚胎发育和能量代谢等多种生物学过程[5]。同时,Mex-3家族蛋白的表达与临床上很多肿瘤的发生和预后密切相关。例如:hMex-3A家族在许多肿瘤组织细胞表达显著高于癌旁正常组织,且与肿瘤组织学分级相关[10-11];干扰hMex-3A家族的表达则显著抑制了多种肿瘤细胞的增殖和迁移能力,并调节凋亡相关因子促进细胞凋亡[12-16];Mex-3B家族的表达能影响其他抑癌分子的稳定性,敲低Mex-3B家族的表达水平亦能显著抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭[25-28];Mex-3C通过MAPK/JNK端激酶信号通路调节脂质代谢,促进肿瘤的发生发展等[6,31-32]。因此,Mex-3家族蛋白有望成为肿瘤诊治新的生物学标志物和潜在的新靶点。当然,Mex-3家族蛋白的研究仍有很多问题需要进一步研究。首先,目前关于Mex-3D蛋白在肿瘤等相关生物学过程中的作用研究较少,该蛋白是否也能影响RIG-I的稳定性,并介导肿瘤的迁移增殖等需要进一步探究[33-34]。其次,因肿瘤的发生和发展由极其复杂的调控网络介导,Mex-3家族成员在肿瘤中的详细作用机制仍需要大量的研究加以证明。另外,最新研究表明Mex-3B蛋白在炎性反应中也发挥重要作用[35],Mex-3家族蛋白在其他生物学过程中的作用及其机制值得进一步探索。

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