QM基因研究進(jìn)展

劉 依，劉 敏，賀艷萍，董國(guó)清

(1.武漢工業(yè)學(xué)院生物與制藥工程學(xué)院，湖北武漢430023;2.武漢工業(yè)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430023)

1 QM基因發(fā)現(xiàn)與保守性

1.1 QM的發(fā)現(xiàn)

Wilms’腫瘤是一種在兒童中高發(fā)的腎母細(xì)胞瘤，Weissman等［1］研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)微細(xì)胞轉(zhuǎn)移技術(shù)將正常人的11號(hào)染色體轉(zhuǎn)入Wilms’腫瘤細(xì)胞后，這些細(xì)胞的瘤變性質(zhì)完全受到抑制，而轉(zhuǎn)入其它的染色體時(shí)則沒(méi)有影響，從而推斷11號(hào)染色體上存在調(diào)控腎母細(xì)胞瘤變的遺傳信息，并將其定位于染色體的 11pl3和 11p15區(qū)域。隨后，Dowdy等［2］對(duì)Wilms’腫瘤發(fā)生細(xì)胞系(G401)和來(lái)自同一細(xì)胞系經(jīng)轉(zhuǎn)化后非腫瘤發(fā)生的雜合細(xì)胞G401(110.1/G401.1)進(jìn)行cDNA/RNA差減雜交實(shí)驗(yàn)，克隆到一個(gè)cDNA片段，命名為QM，該cDNA長(zhǎng)745 bp，編碼一個(gè)分子量為25 kDa的堿性蛋白。QM基因定位于Xq28區(qū)域［3］，我們進(jìn)行序列查詢時(shí)也發(fā)現(xiàn)QM基因包含7個(gè)外顯子，定位于Xq28區(qū)域。

在Wilms’腫瘤抑制方面，由于QM基因在腫瘤發(fā)生和非腫瘤發(fā)生細(xì)胞系間的表達(dá)水平存在明顯差異，因此Dowdy等［2］推斷QM基因可能與非腫瘤表型的維持有關(guān)。但隨后研究表明，在染色體的11p區(qū)域并不存在QM基因同源序列，從而證明QM基因并不直接參與Wilms’腫瘤的抑制［4］。但是QM基因在腫瘤發(fā)生和非腫瘤發(fā)生細(xì)胞系之間的表達(dá)差異仍然值得我們?nèi)ニ伎肌?/p>

繼Dowdy等［2］從人基因組中克隆 QM基因之后，研究工作者又陸續(xù)從其它真核生物中克隆了QM的同源基因，我們對(duì)GenBank中已發(fā)布序列進(jìn)行檢索時(shí)也發(fā)現(xiàn)，QM基因序列在大多真核生物中都存在。

1.2 QM基因的保守性

L16p/L10e蛋白質(zhì)家族(Pfam蛋白質(zhì)家族數(shù)據(jù)庫(kù))包括三大類蛋白質(zhì)：真核生物核糖體蛋白L10(即RPL10，也稱為QM)、真細(xì)菌核糖體蛋白L16及古細(xì)菌核糖體蛋白L10e。L16p/L10e蛋白質(zhì)家族蛋白主要在核糖體大亞基上構(gòu)建氨酰tRNA結(jié)合位點(diǎn)，并且在進(jìn)化上非常保守，特別是真核生物核糖體蛋白L10［5］。如：茶QM同源基因CsQM包含651 bp的開(kāi)放閱讀框，編碼216個(gè)氨基酸殘基，與其它植物中得到的QM同源物在核苷酸和氨基酸水平上具有71%—87%和85%—91%的相似性［6］。

另外，序列分析顯示真核生物核糖體蛋白L10的N端175個(gè)氨基酸高度保守，特別是帶電氨基酸;相比而言，它們?cè)贑末端的變異相對(duì)較大，但是在同一進(jìn)化水平的物種內(nèi)還是相當(dāng)保守的。進(jìn)化分析也表明，QM基因進(jìn)化速度較慢，大約每2200萬(wàn)年有 1%的改變［7］。

2 QM蛋白具有多種多樣的生物學(xué)功能

2.1 QM的腫瘤抑制功能

QM最初就是作為Wilms’腫瘤的一種待定抑制因子被發(fā)現(xiàn)的，雖然后來(lái)證明QM基因并不直接涉及Wilms’腫瘤的抑制，但它在腫瘤和非腫瘤細(xì)胞系之間的表達(dá)差異仍然值得我們?nèi)ニ伎迹?］。卵巢癌(ovarian cancer)作為一種常見(jiàn)的女性惡性腫瘤，同時(shí)也是迄今為止最致命的腫瘤之一，Shen等［8］對(duì)29個(gè)卵巢癌組織切片進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，Xq28區(qū)域的高頻率雜合性丟失(Loss of heterozygosity，LOH)和微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(microsatellite instability，MSI)及QM基因605位高頻率A/G雜合度與卵巢癌具有相關(guān)性。通過(guò)免疫組化檢測(cè)QM蛋白在人類前列腺組織及前列腺癌中的表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌發(fā)生早期，QM蛋白在非瘤性前列腺組織、高分級(jí)前列腺上皮內(nèi)瘤(high-grade prostatic intraepithelial neoplasia，HGPIN)、低分級(jí)前列腺癌(low-grade prostatic adenocarcinomas)到高分級(jí)前列腺癌(low-grade prostatic adenocarcinomas)中的表達(dá)量是下調(diào)的，這支持了QM蛋白具有腫瘤抑制功能的觀點(diǎn);而隨后的發(fā)展過(guò)程中，QM蛋白的表達(dá)量卻是上調(diào)的，可能與腫瘤細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的高表達(dá)水平有關(guān)［9］。Src酪氨酸激酶家族蛋白與細(xì)胞內(nèi)多條信號(hào)傳導(dǎo)途徑有關(guān)，在細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、衰老等生命活動(dòng)中具有重要的作用，研究發(fā)現(xiàn)QM蛋白能與Src酪氨酸激酶家族成員c-Yes(原癌基因c-Yes的編碼產(chǎn)物)相互作用，其中QM蛋白存在2個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域可以與c-Yes的SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合，免疫熒光實(shí)驗(yàn)也顯示，QM蛋白與c-Yes的相互作用存在于各種腫瘤細(xì)胞系內(nèi)［10］。此外，QM蛋白在調(diào)控胰腺瘤細(xì)胞生長(zhǎng)方面也具有重要作用。

2.2 QM基因編碼核糖體蛋白

在真核生物中，RPL10作為一種核糖體蛋白，在核糖體裝配及蛋白質(zhì)合成方面具有重要的作用。RPL10是位于核糖體60 S亞基上的外周蛋白，是40 S亞基和60 S亞基組裝形成80 S核糖體不可缺少的組分，其中，RPS6(核糖體蛋白S6，位于40S亞基上)與RPL10相互作用在大小亞基組裝過(guò)程中發(fā)揮重要作用［11］。在核糖體60 S亞基成熟過(guò)程中，銜接蛋白Nmd3p在細(xì)胞核中與初生核糖體60 S亞基結(jié)合，提供核輸出信號(hào)(nuclear export signal，NES)，進(jìn)而介導(dǎo)60S亞基轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)中，而Nmd3p從亞基上的釋放需要Rpl10p和Lsg1p參與：在細(xì)胞質(zhì)中，Rpl10p在其分子伴侶Sqt1p協(xié)助下結(jié)合到亞基上，細(xì)胞質(zhì)GTP酶Lsg1p也在這一過(guò)程中結(jié)合到亞基上，并且Lsg1p可能先于Rpl10p和Sqt1p結(jié)合到大亞基上，最后，Nmd3p、Lsg1p和Sqt1p從成熟亞基上釋放［12-15］。

2.3 QM在轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面的功能

AP-1(activator protein-1)是一類重要的真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子，正常情況下活性很低或無(wú)活性，但激活的AP-1與DNA序列結(jié)合之后能啟動(dòng)多種與細(xì)胞分裂和增殖相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，參與細(xì)胞的增殖、分化和凋亡等過(guò)程，雞jif-1(QM同源基因)編碼蛋白可能作為Jun的一個(gè)負(fù)調(diào)控因子，能與轉(zhuǎn)錄因子AP-l的組分之一Jun相結(jié)合，進(jìn)而抑制Jun與DNA結(jié)合，降低Jun的反式激活作用［16］。內(nèi)阿米巴(Entamoeba histolytica)EhL10(QM同源蛋白)可以破壞AP-1與c-Jun-like蛋白的專一性結(jié)合，同時(shí)EhL10與c-Jun-like蛋白形成復(fù)合物可以干擾由c-Jun調(diào)控的靶基因轉(zhuǎn)錄［17］。另外，QM蛋白可能是一個(gè)新的鋅結(jié)合轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白，通過(guò)與c-Jun的亮氨酸拉鏈結(jié)合發(fā)揮作用，如：Zn2+離子與合浦珠母貝QM蛋白一起孵育將導(dǎo)致其固有熒光發(fā)射的減少及λmax發(fā)射發(fā)生紅移，即導(dǎo)致QM構(gòu)象發(fā)生變化［18］。此外，小麥TaQM蛋白可以與WPBF相互作用，進(jìn)而增強(qiáng)儲(chǔ)藏蛋白基因 α-gliadin的表達(dá)［19］。

2.4 QM參與細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化及凋亡

QM基因作為一種持家基因，在基本生命活動(dòng)中發(fā)揮重要作用。通過(guò)對(duì)茶不同生長(zhǎng)時(shí)期葉片中CsQM(QM同源基因)表達(dá)水平進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)，在活躍生長(zhǎng)期的心尖芽中可以觀察到CsQM基因的高水平表達(dá)，并且表達(dá)水平隨著葉齡的增加而逐漸降低;在休眠季節(jié)，在所有研究的葉片中CsQM基因的表達(dá)水平都有較高的下調(diào)［6］。在MC3T3-E1細(xì)胞系中，過(guò)表達(dá)QM基因能夠使堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性顯著性升高，進(jìn)而促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，同時(shí)QM基因過(guò)表達(dá)也能夠使礦化結(jié)節(jié)增加，提示QM蛋白可能在促進(jìn)成骨細(xì)胞礦化方面也具有一定作用［20］。卵巢早衰(Premature ovarian failure，POF)是一種常見(jiàn)的女性疾病，它與X染色體上的基因表達(dá)異常有著密切的關(guān)系，Massad-Costa等［21］對(duì)卵巢敗育病人進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在一例卵巢敗育病人的QM基因區(qū)域存在5個(gè)突變位點(diǎn)，其中4個(gè)可以改變蛋白質(zhì)的氨基酸序列，但是QM基因進(jìn)化速度較慢，大約每2200萬(wàn)年有1%的改變［7］，因此推斷QM基因可能與卵巢早衰具有一定關(guān)聯(lián)，但是其作用機(jī)理仍然需要進(jìn)一步研究。

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)可分為家族遺傳性和散發(fā)性2種，其中家族性AD的一個(gè)主要致病基因是早老素基因(Presenilin 1，PS1)，定位于14號(hào)染色體上，PS1能與c-Jun的一種負(fù)調(diào)控因子QM/Jif-1相互作用，進(jìn)而調(diào)控c-Jun介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄及細(xì)胞凋亡［22］。此外，降低RPL10等核糖體蛋白基因的拷貝數(shù)(QM基因在酵母中是多拷貝的)能夠在一定程度上延長(zhǎng)酵母的復(fù)制周期［23］。

2.5 QM參與免疫應(yīng)答

此外，QM基因在免疫應(yīng)答方面也具有重要的作用。Wen等［24］在研究草魚(yú)抗病時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)受到嗜水氣單孢菌(Aeromonas hydrophila)和草魚(yú)出血病病毒(GCHV)侵染時(shí)，GcQM在前腎、脾和肝中的表達(dá)水平顯著上調(diào)，表明草魚(yú)GcQM可能是一種炎癥脅迫誘導(dǎo)基因，在免疫防御中發(fā)揮重要作用。日本囊對(duì)蝦PjQM蛋白能與免疫球蛋白和酚氧化酶(免疫激活系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵酶)相互作用，從而介導(dǎo)免疫應(yīng)答反應(yīng)［25］。另外，rpL10A是 NIK1(NSP-interacting kinase-1)的一種特異性配體和底物，并作為NIK1介導(dǎo)的防御途徑的下游元件發(fā)揮作用，細(xì)胞質(zhì)中的rpL10A由NIK1磷酸化后，由NIK1介導(dǎo)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核中，并在那里影響和調(diào)控病毒的增殖，但是磷酸化的rpL10A是如何發(fā)揮抗病毒作用的仍然不是很清楚［26-27］。但是來(lái)自大白菜曲葉病毒(CaLCuV)的NSP(nuclear shuttle protein)能夠與NIK1的激活區(qū)域結(jié)合，阻止NIK1的自身磷酸化作用，進(jìn)而終止整個(gè)防御通路［26］。

3 結(jié)束語(yǔ)

QM基因廣泛存在于真核生物中，并且在進(jìn)化上高度保守。我們?cè)贕enBank中進(jìn)行序列搜索時(shí)也發(fā)現(xiàn)，都有QM基因序列存在于大多數(shù)真核生物中，其中以動(dòng)物界和真菌界為主，而在植物界和原生生物界中的克隆較少。對(duì)這些QM基因序列進(jìn)行比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谶M(jìn)化上非常保守(數(shù)據(jù)未發(fā)表)。

功能研究表明，QM蛋白是一種多功能蛋白，在腫瘤抑制、核糖體構(gòu)型與功能維持、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、免疫應(yīng)答及細(xì)胞生長(zhǎng)分化和凋亡等方面都具有重要的作用。雖然QM蛋白在生命活動(dòng)中扮演重要的角色，但是對(duì)于QM蛋白在這些過(guò)程中的功能機(jī)理依然存在許多未知。此外，關(guān)于QM基因克隆及功能的研究主要集中于動(dòng)物和酵母中，而植物和原生生物中較少。因此，QM基因在生命活動(dòng)中的功能還有待進(jìn)一步的研究。我們相信，隨著對(duì)不同物種中QM基因研究的不斷深入，其在生物體中的作用機(jī)理將會(huì)被進(jìn)一步闡述清楚，最終為人類的疾病治療、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活等方面提供有益的指導(dǎo)。

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