活化的蛋白激酶C受體1在腫瘤方面的研究進展

張麗皎

(山西省腫瘤醫(yī)院，山西太原 030000)

活化的蛋白激酶C受體1在腫瘤方面的研究進展

張麗皎

(山西省腫瘤醫(yī)院，山西太原 030000)

RACK1;腫瘤;WD重復(fù)序列

1994年，Mochly-Rosen等人成功的從大鼠腦組織的c-DNA文庫中克隆出一種全新的、活化的PKC(protein kinase C)受體，其由GNB2L1基因編碼，分子量為36kDa，他們將其命名為RACK1 (receptor for activated C kinase 1)，即活化的蛋白激酶C受體1[1]。

1 RACK1簡介

1.1 RACK1的編碼基因 RACK1由5號染色體端粒近端的GNB2L1[guanine nucleotide binding protein(G-protein),beta polypeptide 2-like 1]基因編碼，該基因由8個外顯子和7個內(nèi)含子組成，其開放閱讀框由1142堿基構(gòu)成，該基因序列保守程度較高，不同動物體內(nèi)的RACK1編碼基因有43%-76%的序列完全相同，但有研究表明,人、大鼠和小鼠體內(nèi)的RACK1編碼基因起源于不同基因亞群。

1.2 RACK1的結(jié)構(gòu)特點 RACK1是G蛋白β亞基的同族體，是一種胞漿內(nèi)游離的支架蛋白，其結(jié)構(gòu)中含有7個WD重復(fù)序列，使得其可憑借不同的WD40位點與活化的PKC結(jié)合,并將其轉(zhuǎn)運到細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的位置，使其保持活性狀態(tài)，以介導(dǎo)下游的系列生化反應(yīng)。在自然界其它生物中體內(nèi)存在的RACK1有著三種與人類RACK1完全不同的結(jié)構(gòu)，分別是從擬南芥中發(fā)現(xiàn)的RACK1A，從酵母菌中發(fā)現(xiàn)的Asc1p，以及從四膜蟲中發(fā)現(xiàn)的RACK1，其中RACK1A所表現(xiàn)出的與人類該受體的結(jié)構(gòu)同源性最高，達到64%。

RACK1中的WD重復(fù)序列的微觀形狀類似于螺旋槳葉片，相鄰的兩個WD重復(fù)序列相互重疊，構(gòu)成連鎖結(jié)構(gòu)。每個WD重復(fù)序列都由A、B、C、D鏈構(gòu)成，在前5個WD重復(fù)序列中，B-C鏈的折角之間，一個高保守的門冬酰胺殘基通過氫鍵將二者鏈接在自身D-A鏈組成的袢環(huán)結(jié)構(gòu)上;而在相鄰的葉片結(jié)構(gòu)之間，也會有離子鍵在第62位組氨酸處將二者相連，同時，該組氨酸殘基還可以通過氫鍵進一步與B、C兩鏈相聯(lián)系。在第6和第7個WD結(jié)構(gòu)中，因D-A袢處缺少了典型的GH二肽結(jié)構(gòu)，而且第7個WD結(jié)構(gòu)中的B-C折角處的門冬酰胺由C鏈上的一個精氨酸代替，使得二者與前5個WD重復(fù)序列的結(jié)構(gòu)大不相同，但也正是這兩個重復(fù)序列的存在，才維持了RACK1穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，為其在各生化反應(yīng)中充當(dāng)腳手架蛋白提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

1.3 RACK1的作用及其機制 近期的一些研究證實，RACK1除可與細(xì)胞膜上活化的PKC結(jié)合發(fā)生反應(yīng)外，還可結(jié)合多種胞漿蛋白或亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，參與多條代謝通路，發(fā)揮不同的生理作用。根據(jù)其與配體蛋白結(jié)合后是否釋放，可將其微觀作用分為兩個方面:(1)完成對特定蛋白結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)運。如:其可通過與cAMP特異性磷酸二酯酶PDE4D5結(jié)合，參與cAMP途徑來調(diào)節(jié)細(xì)胞生長[2];(2)對所結(jié)合酶活性的調(diào)制。如:RACK1可與整合素integrin β結(jié)合，遵循細(xì)胞外基質(zhì)-整合素-細(xì)胞骨架的通路對細(xì)胞內(nèi)的生化反應(yīng)進行調(diào)節(jié)，以發(fā)揮其在局灶粘著復(fù)合物中的腳手架蛋白作用[3]。其還可以與受體蛋白酪氨酸磷脂酶PTPμ相結(jié)合，以調(diào)控細(xì)胞間連接等等[4]。

從宏觀角度來講，RACK1在很多疾病的形成及發(fā)展過程中也發(fā)揮作用。Wehner等人發(fā)現(xiàn)，RACK1可介導(dǎo)PTK7-DSH間的相互作用，調(diào)控神經(jīng)管的閉合，進而同神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常有關(guān)[5]。而在Zakrzewicz等人的研究中，RACK1可通過與BMPRII發(fā)生反應(yīng)而形成肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，從而參與肺動脈高壓的形成[6]。另外，還有研究表明，RACK1與肌肉萎縮、精子運動障礙及嗎啡等藥物的依賴性的形成有關(guān)。但在眾多研究中，RACK1與各類腫瘤形成之間的關(guān)系業(yè)已成為近年來新興的研究熱點。

2 RACK1與腫瘤

2.1 RACK1在腫瘤形成中發(fā)揮的作用及機制 根據(jù)目前的文獻報道，RACK1在不同腫瘤的形成過程中所發(fā)揮的作用及機制不盡相同，具體有如下體現(xiàn):

2.1.1 RACK1與乳腺癌:RACK1在乳腺癌形成過程中的作用主要通過對促凋亡蛋白的調(diào)控來實現(xiàn)，如Zhang等人在研究中發(fā)現(xiàn)，在紫杉醇抵抗型乳腺癌細(xì)胞中，當(dāng)促凋亡物質(zhì)Bim產(chǎn)生時，RACK1通過與DLC1形成復(fù)合體介導(dǎo)Bim降解，從而阻止細(xì)胞的正常凋亡過程，促進腫瘤的產(chǎn)生[7]。Al-Reefy等人指出，RACK1也可以同DAP3蛋白發(fā)生一系列反應(yīng)，抑制該蛋白的促進凋亡作用[8]。

2.1.2 RACK1與結(jié)腸癌:在現(xiàn)有的研究中，RACK1在絕大多數(shù)腫瘤的形成過程中都起到促進作用，如RACK1可通過對促凋亡蛋白Fem1b的抑制來發(fā)揮自己促進結(jié)腸癌細(xì)胞生成及增殖的作用。但在Mamidipudi等人的研究中，RACK1在結(jié)腸癌形成過程中卻有著大相徑庭的作用。他們在研究中采用誘導(dǎo)RACK1過表達等一系列方法證明，RACK1可以在細(xì)胞周期中的G(1)期及各有絲分裂調(diào)定點處抑制Src的活性，進而抑制了Src介導(dǎo)的Sam68的磷酸化，同時使CDK1-cyclin B復(fù)合體的活性得以保持，從而阻止細(xì)胞周期的進程，以發(fā)揮抑制癌細(xì)胞形成與增殖的作用[9]。

2.1.3 RACK1與肝癌:在肝星形細(xì)胞中，ADAM12(A Disintegrin And Metalloprotease)的增加與肝癌的發(fā)生有著十分密切的關(guān)系。Bourd-Boittin等人的研究證明，RACK1可通過與活化的PKC結(jié)合來介導(dǎo)ADAM12向細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運，從而發(fā)揮自己促進腫瘤細(xì)胞生成的作用[10]。

2.1.4 RACK1與頭頸部鱗癌(HNSCC):在經(jīng)過順鉑等化療藥物處理的HNSCC細(xì)胞中，RACK1可與在分層蛋白的作用下,由胞核轉(zhuǎn)運到胞漿的重要致癌基因產(chǎn)物ΔNp63α，通過自身的WD重復(fù)序列相結(jié)合，經(jīng)蛋白酶體依賴途徑使其降解[11]。

此外，還有研究表明，RACK1的表達在甲狀腺乳頭狀癌、口腔鱗癌及黑色素瘤中有所增高，同時，有學(xué)者應(yīng)用蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析的方法證實RACK1在人肺小細(xì)胞癌中表達上調(diào)。

2.2 RACK1在腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移中的作用及機制 近年來，對于RACK1在腫瘤細(xì)胞的侵襲及遷移過程中的作用及其機理，在不同腫瘤有不同的、甚至是相反作用的報道，從總體來講，主要體現(xiàn)在以下幾方面:

首先，RACK1可通過促進血管生成來促進惡性腫瘤的侵襲及遷移。Berns等人在研究中用原位雜交的方法，在腫瘤新生血管的內(nèi)皮細(xì)胞中檢測到RACK1的表達，他們推測，RACK1通過促進血管內(nèi)皮細(xì)胞中PKCβ實現(xiàn)其對惡性腫瘤侵襲及遷移過程的促進作用[12]。但Wang等人在研究中證實，RACK1可以通過激活內(nèi)皮細(xì)胞中的PI3K/Akt/Rac1通路來促新生血管的產(chǎn)生[13]。另外還有研究發(fā)現(xiàn)，通過對HIF-1轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)節(jié)，RACK1實現(xiàn)了對腫瘤新生血管產(chǎn)生的促進。

其次，RACK1可在腫瘤細(xì)胞的粘附及遷移過程中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。在腫瘤細(xì)胞粘附過程中，RACK1可將樁蛋白、整合素等物質(zhì)募集到發(fā)生細(xì)胞粘附的位點，還可以對胞骨架成分(如β-微管蛋白)的量進行調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)細(xì)胞的粘附作用[14]。MAPK和PI3K等通路在細(xì)胞粘附及遷移過程中發(fā)揮重要作用，且在腫瘤細(xì)胞中，這些酶的活性都發(fā)生了不同程度的變化，而這些通路中許多重要激酶和磷酸酶的腳手架蛋白正是RACK1，由此可見，RACK1在腫瘤細(xì)胞的粘附及遷移的過程中發(fā)揮了一定作用[15]。

3 研究前景展望

在現(xiàn)有的研究中，RACK1的表達狀態(tài)同乳腺癌的腫瘤大小、是否有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等多個因素具有相關(guān)關(guān)系，對乳腺癌轉(zhuǎn)移及患者預(yù)后的判斷具有重要的參考意義。同時，還可利用RACK1在肺癌的不同組織分型中表達水平不同這一特點進行肺癌的分型判斷，為臨床提供正確的診療決策。另外，RACK1在口腔鱗癌的預(yù)后判斷中較現(xiàn)在普遍應(yīng)用的Ki67有著非常明顯的優(yōu)勢。Mamidipudi等人認(rèn)為，RACK1可抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的生長，因而如果可以人工合成RACK1的小分子類似物，便可以開發(fā)出高效的結(jié)腸癌治療藥物，

綜上可見，RACK1將在腫瘤形成機制、腫瘤診斷、分型、預(yù)后判斷及腫瘤治療等諸多領(lǐng)域的研究中大有可為。

[1]del Vecchio I,Zuccotti A,Pisano F,et al.Functional mapping of the promoter region of the GNB2L1 human gene coding for RACK1 scaffold protein[J].Gene,2009,430:17-29.

[2]Bird RJ,Baillie GS,Yarwood SJ.Interaction with receptor for activated C-kinase 1 (RACK1) sensitizes the phosphodiesterase PDE4D5 towards hydrolysis of cAMP and activation by protein kinase C[J].J Biol Chem,2010,432(1):207-216.

[3]Kiely PA, Baillie GS, Lynch MJ, et al.Tyrosine 302 in RACK1 is essential for insulin-like growth factor-I-mediated competitive binding of PP2A and beta1 integrin and for tumor cell proliferation and migration[J].J Biol Chem,2008,283(34):22952-22961.

[4]Mourton T, Hellberg CB, Burden-Gulley SM, et al.The PTPmu protein-tyrosine phosphatase binds and recruits the scaffolding protein RACK1 to cell-cell contacts[J].J Biol Chem,2001,276:14896-14901.

[5]Wehner P,Shnitsar I,Urlaub H,et al.RACK1 is a novel interaction partner of PTK7 that is required for neural tube closure[J].Development,2011,138:1321-1327.

[6]Zakrzewicz A, Hecker M, Marsh LM, et al. Receptor for activated C-kinase 1, a novel interaction partner of type II bone morphogenetic protein receptor, regulates smooth muscle cell proliferation in pulmonary arterial hypertension [J].Circulation,2007,115:2957-2968.

[7]ZHang WZ,CHeng GZ,Gong JL,et al.RACK1 and CIS mediate the degradation of Bimel in Cancer Cells[J].J Biol Chem,2008,283(24):16416-16426.

[8]Al-Reefy S, Mokbel K. The role of RACK1 as an independentprognostic indicator in human breast cancer[J].Breast Cancer Res Treat,2010,123:911.

[9]Mamidipudi V, Dhillon NK, Parman T, et al.RACK1 inhibits colonic cell growth by regulating Src activity at cell cycle checkpoints[J].Oncogene,2007,26(20): 2914-2924.

[10]Bourd-Boittin K,Le Pabic H, Bonnier D,et al.RACK1,a new ADAM12 interacting protein[J].J Biol Chem,2008,283(38):26000-26009.

[11]Fomenkov A, Zangen R, Huang YP, et al. RACK1 and strati fi n target ΔNp63αfor a proteasome degradation in head and neck squamous cell carcinoma cells upon dna damage[J].Cell Cycle,2004,3(10):1285-1295.

[12]Bems H,Humar R,Hengerer B,et al.RACK1 is up-regulated in angiogenesis and human carcinomas [J].The Faseb Journal,2000,14(15):2549-2558.

[13]Wang F,Yamauchi M,Muramatsu M,et al.RACK1 regulates VEGF/Flt1-mediated cell migration via activation of a PI3K/Akt pathway[J].J Biol Chem,2011,286(11):9097-9106.

[14]Cox EA, Bennin D, Doan AT, et al. RACK1 regulates integrinmediated adhesion, protrusion, and chemotactic cell migration via its Src-binding site[J].Mol Biol Cell,2003,14(2):658- 669.

[15]Huang CF,Fan JH,Chuang NN.Farnesyl pyrophosphate promotes and is essential for the binding of RACK1 with betatubulin[J].J Exp Zool A Comp Exp Biol,2003,298(2):119-127.

R730

A

1004-6879(2012)03-0295-03

2012-03-02)