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乳腺癌相关蛋白的类泛素化修饰研究进展

2010年2月

第18卷第1期

中国实验动物学报

ACTALABORATORlUMANIMALISSClENTIASINICA

Febmary,2010

VolIl8No.1

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15进展?综述35

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乳腺癌相关蛋白的类泛素化修饰研究进展

仇玮神,叶棋浓

(军事医学科学院生物工程研究所,北京i00850)

【摘要】类泛素蛋白SUMO在调节蛋白质的稳定性和功能中起着关键的作用,此外它还能够通过对转录因子及其共调节因子的修饰来调节蛋白质相互作用、蛋白亚细胞定位、蛋白质二聚化及调控基因转录等。本文通过总结SUMO系统对雌激素信号通路蛋白的修饰作用,以及其他乳腺癌相关蛋白的修饰作用,阐释其在乳腺癌发生发展中的重要功能。

【关键词】SUMO化修饰;ER信号通路;共调节因子;转录后调节;乳腺癌

【中图分类号】R一33【文献标识码】A【文章编号】1005-4847(2010)01-0087-04

AdvancesinResearchonSumoylationofBreastCancer.RelatedProteins

QIUWei?yi,YEQi-nong

(BeijingInstituteofBiotechnology,Beijing100850)

【Abstract】Smallubiquitin—likemodifiers(SUMO)areafamilyofproteinsthatmodulateimportantfunctionalproperties,includingproteininteraction,subcellularlocalization,proteindimerization。DNAbindingand/ortransactivationoftranscriptionfactors.IthasbeensuggestedthatSUMOproteinsmayplayanimportantroleinbreastcarcinogenesisbysumoylationofestrogensignalingproteinssuchasco?regulators,andbreastcancer-relatedproteins.【Keywords】Sumoylation;ERsignalingpathway;Co-regulator;Post-translationalmodifications;Breastcancer

细胞内各种蛋白量的动态平衡是通过蛋白合成、转录前调节以及蛋白降解等途径共同实现的,而转录后调节对蛋白的活性、转归、定位以及蛋白间相互作用等功能起重要作用。在转录后调节方式中,一种类泛素蛋白(smallubiquitin—relatedmodifierprotein,SUMO)能够通过与底物蛋白共价结合丽调节靶蛋白的定位和功能…。SUMO一1(Ubll)是泛素家族的一种蛋白修饰分子,在调节蛋白质的稳定性和功能中起着关键的作用L2.引。除了稳定某些细胞蛋白质,SUMO化修饰(即类泛素化修饰,sumoylation)作用外,还通过参与蛋白质相互作用、转录活性调节、蛋白亚细胞定位等过程对核质运输、细胞周期调控、基因组完整性的维持和转录功能发生影响,其在细胞中的多种角色使得它与癌症发生、发展和转移密不可分”’“。1SUMO系统简介

目前已知,酵母菌和无脊椎动物中有1种SUMO蛋白,而脊椎动物中存在4种SUMO蛋白(SUMO一1、-2、-3以及最新发现的SUMO-4)¨1。其中SUMO-2和SuMO.3氨基酸序列同源性约为95%,而与SUMO一1仅有50%相同。尽管SUMO-l与SUMO-2/一3间差异很大,但都通过相同的酶来结合细胞靶蛋白。异源二聚体的SUMO活化酶(SAEl/SAE2)通过消耗ATP的方式形成高酶硫酯键,与SUMO羧基端结合来启动反应。活化的SUMO分子被转移到Ubc9(一种SUMO特异性结合酶)的半残基上,Ubc9催化SUMO的C端羧基与靶蛋白中赖氨酸的8氨基间以非共价键结合。Ubc9可以很好地识别靶蛋白的共同序列q,KxE(tl,:大的脂肪族氨基酸残基;x:任意残基)o“,SUMO—E3连接

[基金项目】国家自然科学基金面上项目“类泛素化修饰对CoCoRS转录共调节作用的影响”。

【作者简介】仇玮棒,女,在读博士研究生。肿瘤分子生物学研究方向

[通讯作者】叶棋浓,男,教授,研究方向:肿瘤分子生物学。电话:010-66931830传真:010-68248045E-mail:yeqT,66@yahoo.corn万方数据

88中国实验动物学报2010年2月第18卷第1期ActaLabAnitaSciSin,February,2010。V01.18.No.1

酶能够提高Ubc9催化的结合反应效率。SUMO-E3连接酶是一种双向蛋白,能够使Ubc9-SUMO和底物更靠近,从而加速Ubc9催化的SUMO结合反应。SUMO—E3连接酶包括活化的STAT(PIAS)蛋白的抑制因子¨]、RanBP2及Pc2等一1。在细胞内,SUMO化修饰是一个动态过程,这些动态的变化可以通过SUMO特异性蛋白酶(SUSPs或SENPs)的负调节来实现,这些蛋白酶能够将蛋白去SUMO化而使SUMO靶分子失去功能¨…。与泛素化途径类似,SUMO化途径也是一个循环往复的过程。

2雌激素受体信号通路与乳腺癌

雌激素水平升高与乳腺癌关系密切,阐明雌激素信号通路的分子机制对乳腺癌的诊断和治疗意义重大。雌激素受体(estrogenreceptor,ER)是核受体家族重要成员,是激素依赖型转录调控因子。ER作用的发挥需要共调节因子(CO-regulators)的有效调控,共调节因子包括共激活因子(CO.activators)和共抑制因子(CO—repressors)。ER通过与共激活因子相结合调节靶基因的转录,或者改变其他转录因子的转录活性,例如AP.1(activatorprotein.1)¨“。另外,酪氨酸激酶膜受体(如EGFR、IGF.1R¨2’13])以及非受体酪氨酸激酶(如Src激酶。14])及其下游信号分子,能够激活ER的配体依赖或不依赖型信号通路。ER依赖的转录途径是通过招募各种不同共调节因子来实现的,众多研究表明,ER与共调节因子的结合是一种复杂的相互作用过程:针对不同的受体亚型(ERa或ERl3)、不同的组织、细胞以及启动子,这些共激活因子和共抑制因子的不同组合方式决定ER下游基因表达的各种排列组合¨“。

ER对其下游基因的表达调节是一个复杂的、多种因素参与的过程。在正常生理条件下,雌激素与细胞膜上的受体相结合,在共调节因子的作用下,指导下游基因表达。当雌激素水平异常增高,或者共调节因子发生异常高表达或缺失,从而对ER的转录调节失衡时,雌激素应答基因表达紊乱,组织过度增生,最终导致乳腺癌、子宫内膜癌等肿瘤的发生;另外,一些不依赖于雌激素的转录因子或肿瘤相关基因发生改变也与乳腺癌相关。近期的研究表明,对于ER、ER共调节因子、ER不依赖的转录因子以及一些癌基因或抑癌基因表达产物等乳腺癌相关蛋白,均存在类泛素化修饰的作用。3ER及其共调节因子的的SUMO化修饰

雌激素信号通路有两种转录水平调节方式,一种是直接与核受体结合,进而结合靶基因启动子上的ERE结构域启动转录;另一种是通过与其他DNA结合的转录因子相互作用来调节转录(如AP一1或SP一1)。雌激素还可以通过与细胞膜上或细胞质内的受体相互作用调节转录;ERa和ERB也能通过被磷酸化的方式进行转录调节¨“。以上这些途径均可能成为SUMO化修饰的作用靶点,从而使雌激素信号通路的调节方式更加复杂化。

ER(尤其是ERa)AF一1结构域的赖氨酸残基能够被SUMO化修饰Ⅲ1;同时,ER的铰链区也是SUMO化修饰中E3连接酶PIASl和PIAS3的作用靶点¨引。这两种修饰作用都是配体依赖性的。ER的共调节因子通常与AF.2结构域相结合019]。ER共激活因子SCR一1、GRIPl和AIBl均能够被SUMO化修饰,修饰后的SRC一1和GRIPl转录活性增强,但AIBl的转录活性降低。共调节因子CBP/p300通过SUMO化修饰后能够募集HDAC6,从而引起SUMO依赖的转录抑制;反过来CBP也可以负调节SUMO化修饰作用[201。Ubc9和PIASl还能够正向调节N—CoR的转录抑制功能。另外,Ubc9能够通过对SRC.1的SUMO化修饰来调节ER下游基因。SRC.1能够与多种核受体相结合并调节它们的信号通路,因此对其的修饰也能够调节ER通路,并影响其下游基因(如Bcl-2)的表达。

总之,对ER及其共调节因子的SUMO化修饰可以在ER转录复合体形成的多个阶段进行,即SUMO化修饰可以通过修饰ER异源二聚体、结合共调节因子、结合雌激素以及修饰DNA结合结构域等方式对ER信号通路进行调节,从而促进ER向下游靶基因启动子上募集。修饰后的ER及其共调节因子也能形成转录抑制复合体,从而调低下游基因的转录。

4其他乳腺癌相关蛋白的SUMO化修饰作用

转录因子的SUMO修饰可以影响转录共调节因子(如在特殊增强子上的染色质重组复合体)的募集、移除和装配、分解过程,转录因子和共调节因子的SUMO修饰可以导致转录抑制或激活。由于

万方数据

中国实验动物学报2010年2月第18卷第1期AclaLabAnimSciSin,February,2010,V01.18.No.189

很多转录因子(包括核受体)本身是癌蛋白,或与肿瘤发生相关,比如c—Jun、c-fos以及NF—zB均与乳腺癌相关;另外一些肿瘤相关基因比如肿瘤抑制因子P53也能够被SUMO化修饰所调节,而这种调节过程的失衡可能最终影响到乳腺癌的发生与发展。4.1SUMO化修饰对P53的调节

肿瘤抑制因子P53是细胞生长、分化和凋亡及维持基因组完整性的一个关键蛋白,其蛋白含量和功能被多种翻译后修饰作用紧密调控。这些翻译后修饰作用除了蛋白修饰(如泛素化、SUMO化)外,还包括非蛋白修饰(如磷酸化、乙酰化),反映了它在细胞中功能的复杂性。在正常或非抑制条件下,P53在细胞内是维持在低水平的,以防止它通过泛素.蛋白酶系统对细胞生长产生的负面作用。在抑制条件下(如DNA损伤),P53在细胞核内稳定并积累,以诱导细胞周期中止、衰老、DNA修复和凋亡。SUMO化修饰调节P53蛋白的稳定性和功能是通过直接修饰P53或间接调节MDM2的稳定性来实现的,同时MDM2也是SUMO化修饰的一个靶分子。Gostissa及Rodriguez等口u的研究均发现P53的386位赖氨酸能够被SUMO化修饰,认为SUMO化修饰能够增强P53转录活性并与P53在细胞凋亡中的功能相关;相反,Kwek等Ⅲ1认为P53的SUMO化修饰对其转录活性和生长调节功能没有影响,但PIASl和SUMO一1能够抑制P53在细胞中的表达。SUMO化修饰在P53功能上的意义有待进一步阐明…。

4.2SUMO对c?Jun和c-los的修饰作用

转录因子c.Jun是一个癌基因,它也是SUMO化修饰的一个靶分子。第229位赖氨酸的SUMO化能够抑制c.Jun的转录活性,PIASl和PIASxl3是c?JunSUMO化修饰的连接酶。SENPl通过对P300细胞周期调控结构域(CRDI)的去SUMO化显著增强c.Jun依赖的转录活性。Bossis等口副研究者认为,转录因子c—fos和c—Jun能够与AP一1形成异源复合体,对c.fos的SUMO化能够改变其在细胞核内的分布,抑制复合体的形成,从而降低AP一1的转录活性。4.3SUMO对NF-KB的调节作用

NF—KB是一个免疫反应相关的转录因子,其与肿瘤发生和细胞增殖也有密切关系。SUMO化能够稳定IKBot蛋白并抑制NF.KB依赖的转录活性。包括Desterro【241在内的多个研究小组证明,在遗传毒性或其他压力(如氧化应激、乙醇暴露、热休克和电休克)下,经过E3连接酶PIASy的辅助作用,IKB激酶的调控亚基NEMO被SUMO化,致使NEMO从细胞质迁移到细胞核,从而激活细胞质中的IKK,抑制NF—zB的转录活性。

5研究前景

近年来的研究对SUMO化修饰与癌症发生、发展和转移间的关系有了新的见解。越来越多的研究揭示新的转录因子和它们共调节因子的SUMO化和去SUMO化修饰的动态过程。对某些参与肿瘤发生和转移的蛋白SUMO化机制的研究可以为乳腺癌诊断提供有用的信息,这些蛋白可能成为疾病发生发展的标记物。结合基因组、表观遗传学和蛋白质组等研究方法,深入研究被SUMO和相关因子特异性调控的靶基因和蛋白显得很重要。另外,对SUMO化和去SUMO化酶在生理、病理条件下的表达水平及活性改变的上游信号机制的阐明,可以为SUMO化修饰在人类疾病中的功能意义研究提供有价值的信息。

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[收稿日期]2009.05—18

首届国际小型猪学术论坛在广州举行

2010年1月8—11日,广州一东莞首届国际小型猪学术论坛在南方医科大学隆重举行,本次会议由广

东省科技厅主办,南方医科大学(原第一军医大学)、广东省实验动物学会、中科院广州生物医药与健康研究院承办。参加此次学术论坛的国内、外专家学者近300多人,分别来自国内28省(自治区、直辖市)和丹麦、菲律宾、加拿大等国。中国实验动物学会常务副理事长兼秘书长秦川教授、中国科技部实验动物项目管理办公室荣瑞章研究员到会祝贺。

本次论坛由南方医科大学顾为望教授和中科院健康研究院赖良学博士共同发起并组织实施,不仅邀请到冯书堂教授、曾养志教授等老一辈小型猪研究专家和郭亚芬教授、魏泓教授、陈华研究员、钱宁教授等中青年专家就国内小型猪研究最新进展进行大会交流,还邀请来自丹麦的PeterGlerup教授和菲律宾的JosephS.Masangkay教授分别就哥廷根小型猪和菲律宾国内小型猪的最新进展进行报告;同时来自国内外,如刘忠华教授、李巨浪博士(加拿大)、MiguelA.Esteban(美国)、肖磊博士等代表就利用小型猪进行转基因克隆、ips等最新研究进展进行了交流,本次论坛所做报告还涉及到“小型猪的相关福利和伦理学研究”、“小型猪在新药开发中的应用”等领域。学术交流基本涵盖了小型猪的研究和应用的各个领域,显示出较高的学术水平。

南方医科大学实验动物中心&比较医学研究所供稿万方数据

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