CDC2L1～2基因及與腫瘤的關(guān)系

王 猛(綜述)，張 剛(審校)

(廣東醫(yī)學(xué)院整形外科研究所，廣東 湛江 524000)

人類細胞周期調(diào)節(jié)蛋白激酶基因(cell division cycle 2-1ike,CDC2L)1和CDC2L2普遍存在，其異構(gòu)體也有著特定的組織分布。在人體細胞中，通過選擇性剪接，轉(zhuǎn)錄出超過20個不同的信使RNA和蛋白質(zhì)[1]。CDC2L1～2基因在細胞有絲分裂、凋亡，腫瘤發(fā)生、發(fā)展，中樞神經(jīng)損傷等方面發(fā)揮著顯著作用。多種腫瘤中存CDC2L1～2基因的異常，CDC2L1～2基因的表達異常在這些腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中起著重要的作用，該基因與被稱為真皮良性腫瘤的瘢痕疙瘩的發(fā)生有相關(guān)性?，F(xiàn)就近年來CDC2L1～2基因與腫瘤的相關(guān)研究綜述如下。

1 CDC2L1～2基因的定位及結(jié)構(gòu)特點

CDC2L1和CDC2L2基因定位于人第1號染色體1p36.3區(qū)，長度～140 kb.它們結(jié)構(gòu)高度相似，在尾-尾結(jié)構(gòu)中鏈接到一種基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)基因，這種重復(fù)的基因組區(qū)域也緊密地與D1Z2鏈接，此遺傳標(biāo)記包含一個具有高度多態(tài)性可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)組成的一個不尋常的40-BP重復(fù)序列。因此，這些基因和多態(tài)性標(biāo)記點D1Z2安排為端粒：D1Z2-58-MMP22-38-38-Cdc2L2-58- 58-Cdc2L1-38-38-MMP21-58-著絲粒。值得注意的是，CDC2L1和CDC2L2的內(nèi)含子與外顯子以及他們的側(cè)翼區(qū)域基本上是相同的。在CDC2L基因各種產(chǎn)物中指定的773～786氨基酸，總共有15個氨基酸的差異，12個非保守的和3個保守的。兩個獨立的啟動子/5′非翻譯區(qū)域(UT)，即CpG1和CpG2，在以前報道的甲基化基因組CpG序列和從這兩個基因中被用于表達>20個不同的CDC2L轉(zhuǎn)錄物是一致的[2]。在人體細胞中，這兩個基因選擇性剪接僅在編碼N端結(jié)構(gòu)域的外顯子中進行，而不涉及蛋白激酶催化結(jié)構(gòu)域。兩個重復(fù)的基因細胞周期依賴性激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)11A、CDK11B(以前命名為CDC2L1、CDC2L2)，編碼CDK11[3]。轉(zhuǎn)錄的蛋白主要分為兩類：CDK11p110和CDK11p58。較大的CDK11p110異構(gòu)體相對分子質(zhì)量約為110×103，在所有細胞中廣泛表達。較小的CDKp58異構(gòu)體相對分子質(zhì)量約為58×103，由CDKp110 mRNA編碼區(qū)里的內(nèi)部核糖體進入位點(internalriloosomal entry site，IRES)翻譯而來，僅在G2/M期特異性表達[4]。

2 CDC2L1～2基因的功能

2.1CDC2L1～2基因與凋亡調(diào)控 Zhang等[5]研究發(fā)現(xiàn)，CDK11p58能磷酸化B-1,4-半乳糖轉(zhuǎn)移酶1，增高其活性。Barna等[6]研究發(fā)現(xiàn)，Eμ-Myc/+細胞內(nèi)Myc蛋白能在M期增加本應(yīng)降低的帽依賴型蛋白的表達水平，而抑制依賴IRES翻譯的蛋白表達水平，作為G2/M期表達且依賴IRES的CDK11p58表達水平顯著降低，并出現(xiàn)多核細胞，中心體增多和基因組不穩(wěn)定。而L24+/-細胞和Eμ-Myc/+細胞CDK11p58表達正常，無上述異常現(xiàn)象。Shi等[7]研究表明，家蠶eIF3f(翻譯起始因子3f)被CDK11p46在體內(nèi)直接磷酸化。磷酸化的家蠶eIF3f在調(diào)節(jié)翻譯和細胞凋亡的功能方面起著重要的作用。

2.2CDC2L1～2基因參與組織損傷修復(fù) Voisine等[8]研究發(fā)現(xiàn)，非糖尿病人CDC2L1在心臟停搏手術(shù)和心臟分流手術(shù)前后的比例為1∶4，這提示CDC2L1在組織修復(fù)中有重要作用。

2.3CDC2L1～2基因調(diào)節(jié)細胞生理活動 Ovcharenko等[9]通過RNA干擾技術(shù)在HeLa細胞干擾CDC2L1基因能促進細胞的增殖，干擾CDK11則抑制細胞增值，該結(jié)果表明CDC2L1基因有抑制細胞增殖的作用，而CDK11則有促進細胞增殖的作用。Choi等[10]研究證明，通過磷酸化CDK11(p110)，細胞周期檢測點激酶2(checkpoint kinase 2，CHK2)促進前體mRNA剪接。Liu等[11]研究證明，CDK11(p58)和β1,4-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶-I(β1,4-galactosyltransferase-I,β-1,4-GALT-I)功能之間的互相作用在注射脂多糖后星形膠質(zhì)細胞活化過程中發(fā)揮了重要作用。Wilkinson等[3]報道，果蠅細胞周期蛋白依賴性激酶11的自噬是一個調(diào)制器。人PITSLRE同源基因(CDK11)的丟失，最初顯示誘導(dǎo)細胞自噬，但在稍后的時間點CDK11自噬通量和貨物消化被嚴(yán)格要求。由于PITSLRE/CDK11在果蠅和人類細胞調(diào)控自噬，這種激酶代表了一種新型的自噬機制的保守部分。Yokoyama等[12]研究結(jié)果表明，CDK11是負責(zé)鳥苷三磷酸酶依賴金屬硫蛋白穩(wěn)定在染色體周圍與這個地方紡錘體組裝和主軸功能正常率的穩(wěn)定是必不可少的。

3 CDC2L1～2基因與腫瘤

腫瘤是機體在各種致癌因素作用下，局部組織的某一個細胞在基因水平上失去對其生長的正常調(diào)控，導(dǎo)致其克隆性異常增生而形成的異常病變。近年來的研究表明，CDC2L1～2基因與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有著密切的關(guān)系[13-21]。

3.1CDC2L1～2基因與胰腺導(dǎo)管腺癌的關(guān)系 余詩灝等[13]研究結(jié)果顯示，人胰腺導(dǎo)管腺癌細胞(MIAPaca-2)單克隆細胞(實驗組)與空載體組細胞和空自對照組細胞相比，G1期和S期細胞比例顯著下降；細胞增殖能力顯著提高；細胞周期蛋白D1、細胞周期蛋白D3、p21等G1/S期相關(guān)調(diào)控基因信使RNA水平較兩組對照細胞顯著升高，結(jié)果表明，過表達的CDK11p58通過上調(diào)細胞周期蛋白D1、細胞周期蛋白D3、p21基因轉(zhuǎn)錄水平，促進細胞通過G1/S期檢驗點，從而加快細胞的增殖。該研究為進一步研究CDK11p58與胰腺癌的關(guān)系及胰腺癌的治療奠定了一定的基礎(chǔ)。

3.2CDC2L1～2基因與結(jié)直腸癌的關(guān)系 Naik等[14]報道，Wnt基因/β聯(lián)蛋白的信號級聯(lián)是關(guān)鍵的發(fā)展調(diào)節(jié)器，并且失調(diào)的Wnt/β聯(lián)蛋白通過Wnt靶基因異常激活有助于選定癌癥，如結(jié)直腸癌、乳腺癌、肝癌。通過一個強大的四分位數(shù)為基礎(chǔ)的統(tǒng)計分析和輔助屏幕得到了包括CDC2L1在內(nèi)的幾個值得進一步研究的激酶，這提示CDC2L1與結(jié)腸癌的發(fā)生存在相關(guān)性。

3.3CDC2L1～2基因與皮膚癌的關(guān)系 Chandramouli等[15]報道，利用聚合酶鏈反應(yīng)——限制性片段長度多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)在CDC2L(GT)小鼠和CDC2L+/+小鼠乳頭狀瘤組織Harvey鼠肉瘤原癌基因(H-ras)基因的第61位密碼子有A→T位移突變；Ki-67染色發(fā)現(xiàn)CDC2L(GT)(77.75%)乳頭狀瘤較CDC2L+/+(30.84%)腫瘤增殖增加，該研究表明，CDC2L基因的一個等位基因丟失(編碼CDK11)有利于體內(nèi)二甲基苯蒽/佛波酯(DMBA/TPA)誘導(dǎo)的皮膚癌。Nelson等[16]報道，用熒光原位雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn)14個不同的黑色素瘤細胞系中的8個細胞系，染色體1上的CDC2L1基因復(fù)合體的一個等位基因被刪除或易位；相對于正常的黑色素細胞，采用聚合酶鏈反應(yīng)-單鏈構(gòu)象多態(tài)性分析法分析和DNA直接測序，觀察到在4個不同的細胞系中CDC2L1基因的5′啟動子區(qū)域發(fā)生了突變；Western blot分析顯示，PITSLRE蛋白在一些細胞系及相對于正常黑色素細胞的四個外科手術(shù)切除的惡性黑色素瘤標(biāo)本中的表達水平下降；該研究結(jié)果可推測，在CDC2L基因的畸變可能導(dǎo)致黑色素瘤的發(fā)病或惡化。

3.4CDC2L1～2基因與骨肉瘤 Duan等[17]研究發(fā)現(xiàn)，骨肉瘤細胞顯示CDK11表達高水平。無論是慢病毒短發(fā)夾RNA或干擾小RNA(siRNA)抑制細胞生長和誘導(dǎo)骨肉瘤細胞凋亡均能阻止CDK11表達，免疫組織化學(xué)分析表明，CDK11表達水平高的骨肉瘤患者與CDK11表達水平低的骨肉瘤患者相比生存期明顯較短，全身體內(nèi)注射準(zhǔn)備在體內(nèi)的CDK11 siRNA降低了骨肉瘤皮下移植瘤模型中腫瘤的生長[17]。該研究表明，骨肉瘤細胞的生長和存活必不可少的是CDK11信號。

3.5CDC2L1～2基因與前列腺癌 Zong等[18]研究表明，記錄分析轉(zhuǎn)化細胞和前列腺特異性抗原在前列腺癌細胞中的表達，作為細胞周期蛋白D3和相對分子質(zhì)量為58×103的細胞周期蛋白依賴性激酶11異構(gòu)體抑制雄激素受體轉(zhuǎn)錄活性的衡量標(biāo)準(zhǔn)。雌激素受體、細胞周期蛋白D3和CDK11p58形成一個三元復(fù)合物，并被共定位在細胞和前列腺管腔上皮細胞層。在特定位點的磷酸化控制雄激素受體活性。雄激素受體的Ser-308位點在體內(nèi)和體外被細胞周期蛋白D3/CDK11p58磷酸化，導(dǎo)致雄激素受體轉(zhuǎn)錄激活單元1的活性被抑制。另外，細胞周期蛋白D3/CDK11p58通過抑制雄激素受體而抑制前列腺癌。這些數(shù)據(jù)表明，在負性調(diào)節(jié)雄激素受體功能時涉及到細胞周期蛋白D3/CDK11p58信號。

3.6CDC2L1～2基因與多發(fā)性骨髓瘤 Tiedemann等[19-20]在沒有涉及預(yù)想的機制觀念下，在承載普通的t(4;14)，t(14;16)和t(11;14)易位的骨髓瘤線中，進行全激酶組的siRNA致死性研究以在骨髓瘤細胞中找出極其脆弱的蛋白激酶；該研究發(fā)現(xiàn)，與非淋巴人類體組織相比，骨髓瘤生存激酶、CDC2L1在原發(fā)性骨髓瘤中顯示為選擇性表達，并促進骨髓瘤細胞的存活。

3.7CDC2L1～2基因與非霍奇金淋巴瘤 Dave等[21]測定1p36區(qū)經(jīng)常涉及的分子方面的影響，發(fā)現(xiàn)通過使用TP58clk-1DNA(噻吩吡啶類衍生物化合物標(biāo)記的細胞周期調(diào)節(jié)蛋白激酶基因1脫氧核糖核酸)探針的熒光原位雜交檢測來自可能缺失CDC2L1的26例患者的31例標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)分裂中期含有1p36區(qū)的異常，23例表現(xiàn)出異常染色體1的CDC2L1缺失；26例患者中的2例，互補配對染色體基因位點易位，并在四個標(biāo)本(均來源于一例)中CDC2L1沒被刪除，試驗表明，1p36的重排及因而導(dǎo)致的CDC2L1基因位點的缺失在非霍奇金淋巴瘤中是非常重要的。

3.8CDC2L1～2基因與瘢痕疙瘩 瘢痕疙瘩是一個超常增生的致密的纖維組織，是遺傳易患個體在創(chuàng)傷愈合中形成的良性真皮腫瘤，其發(fā)病與抑癌基因的失活及原癌基因的激活相關(guān)[22-23]。張剛等[24]報道，在27例瘢痕疙瘩的研究分析中發(fā)現(xiàn)，有21例發(fā)生基因突變，外顯子7是最普遍受影響發(fā)生突變的部位，分析15例發(fā)生突變的基因發(fā)現(xiàn)：10例患者(37%)中在密碼子247有一個堿基G缺失和12例患者(44.4%)中在密碼子267有一個堿基A插入。其余6例(25.9%)在外顯子11(密碼子433，N=3)和外顯子14(密碼子520，N=3)中基因發(fā)生了突變；健康皮膚組織與瘢痕疙瘩皮膚組織對照比較，統(tǒng)計學(xué)差異在于組與組之間的密碼子247堿基G的缺失和密碼子267堿基A的插入，確定了CDC2L1基因中外顯子7兩種突變與瘢痕疙瘩疾病的相關(guān)性。管橋宇[25]報道，瘢痕疙瘩組織與正常組織CDC2L1基因甲基化陽性率的比較，瘢痕疙瘩組織CDC2L1基因異常甲基化陽性率是47.1%(5/12)，而正常對照組織的是0%(0/12)，應(yīng)用卡方檢驗發(fā)現(xiàn)瘢痕疙瘩組織中CDC2L1甲基化陽性率顯著高于正常皮膚組織(P<0.05)。

4 小 結(jié)

目前大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，CDC2L1～2基因在中樞神經(jīng)損傷，細胞有絲分裂、凋亡、紡錘體形成、微管穩(wěn)定，以及腫瘤的發(fā)生、發(fā)展等方面有明顯關(guān)聯(lián)。隨著遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)的研究不斷深入，CDC2L1～2基因在腫瘤和其他相關(guān)疾病中的轉(zhuǎn)錄、表達等情況逐漸被認知，但是CDC2L1～2基因在正常及腫瘤組織中的具體表達部位及功能尚有待進一步研究，其參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的具體機制及作用仍不是十分清楚。相信隨著研究的進一步加深，CDC2L1～2基因在腫瘤及其他相關(guān)疾病中的具體發(fā)病機制將逐一闡明，將為中樞神經(jīng)損傷的治療及腫瘤的預(yù)防和治療等方面給予新的啟迪。

[1] Trembley JH,Loyer P,Hu D,etal.Cyclin dependent kinase 11 in RNA transcription and splicing[J].Prog Nucleic Acid Res Mol Bid,2004,77:263-288.

[2] Gururajan R,Lahfi JM,Grenet J,etal.Duplication of a genomic ragion containing the Cdc2L1-2 and MMP21-22 genes on human chromosome lp36.3 and their linkage to D1Z2[J].Genome Res,1998,8(9):929-939.

[3] Wilkinson S,Croft DR,O′Prey J,etal.The cyclin-dependent kinase PITSLRE/CDK11 is required for successful autophagy[J].Autophagy,2011,7(11):1295-1301.

[4] Cornelis S,Bruynooghe Y,Deneeker G,etal.Identification and characterization of a novel cell cycle-regulated internal ribosome entry site[J].Mol Cell,2000,5(4):597-605.

[5] Zhang SW,Xu SL,Cai MM,etal.Effect of p58GTA on beta-1,4-galactosyltransferase 1 activity and cell-cycle in human hepatocaricinoma cells[J].Mol Cell Biochem,2001,221(1/2):161-168.

[6] Barna M,Pusic A,Zollo O,etal.Suppression of Myc oncogenic activity by ribosomal protein haploinsufficiency[J].Nature,2008,456(7224):971-975.

[7] Shi J,Hershey JW,Nelson MA.Phosphorylation of the eukaryotic initiation factor 3f by cyclin-dependent kinase 11 during apoptosis[J].FEBS Lett,2009,583(6):971-977.

[8] Voisine P,Ruel M,Khan TA,etal.Differences in gene expression profiles of diabetic and nondiabetic patients undergoing cardiopulmonary bypass and cardioplegic arrest[J].Circulation,2004,110(11 Suppl 1):II280-II286.

[9] Ovcharenko D,Jarvis R,Hunicke-Smith S,etal.High-throughput RNAi screening in vitro:from cell lines to primary cells[J].RNA,2005,11(6):985-993.

[10] Drogat J,Migeot V,Mommaerts E,etal.Cdk11-cyclinL controls the assembly of the RNA polymerase II mediator complex[J].Cell Rep,2012,2(5):1068-1076.

[11] Liu X,Cheng C,Shao B,etal.The functional interaction between CDK11p58 and β-1,4-galactosyltransferase I involved in astrocyte activation caused by lipopolysaccharide[J].Inflammation,2012,35(4):1365-1377.

[12] Yokoyama H,Gruss OJ,Rybina S,etal.Cdk11 is a RanGTP-dependent microtubule stabilization factor that regulates spindle assembly rate[J].J Cell Biol,2008,180(5):867-875.

[13] 余詩灝.CDK11p58促進人胰腺導(dǎo)管腺癌細胞增殖機制的研究[D].北京：中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)，2010.

[14] Naik S,Dothager RS,Marasa J,etal.Vascular Endothelial Growth Factor Receptor-1 Is Synthetic Lethal to Aberrant{beta}-Catenin Activation in Colon Cancer[J].Clin Cancer Res,2009,15(24):7529-7537.

[15] Chandramouli A,Shi J,Feng Y,etal.Haploinsufficiency of the cdc2l gene contributes to skin cancer development in mice[J].Carcinogenesis,2007,28(9):2028-2035.

[16] Nelson MA,Ariza ME,Yang JM,etal.Abnormalities in the p34cdc2-related PITSLRE protein kinase gene complex(CDC2L) on chromosome band 1p36 in melanoma[J].Cancer Genet Cytogenet,1999,108(2):91-99.

[17] Duan Z,Zhang J,Choy E,etal.Systematic kinome shRNA screening identifies CDK11(PITSLRE) kinase expression is critical for osteosarcoma cell growth and proliferation[J].Clin Cancer Res,2012,18(17):4580-4588.

[18] Zong H,Chi Y,Wang Y,etal.Cyclin D3/CDK11p58 complex is involved in the repression of androgen receptor[J].Mol Cell Biol,2007,27(20):7125-7142.

[19] Tiedemann RE,Zhu YX,Schmidt J,etal.Kinome-wide RNAi studies in human multiple myeloma identify vulnerable kinase targets,including a lymphoid-restricted kinase,GRK6[J].Blood,2010，115(8):1594-1604.

[20] Tiedemann RE,Zhu YX,Schmidt J,etal.Identification of molecular vulnerabilities in human multiple myeloma cells by RNA interference lethality screening of the druggable genome[J].Cancer Res,2012，72(3):757-768.

[21] Dave BJ,Pickering DL,Hess MM,etal.Deletion of cell division cycle 2-like 1 gene locus on 1p36 in non-Hodgkin lymphoma[J].Cancer Genet Cytogenet,1999,108(2):120-126.

[22] Li J,Kleeff J,Guweidhi A,etal.RUNX3 expression in primary and metastatic pancreatic cancer[J].J Clin Pathol,2004,57(3):294-299.

[23] 王春梅,百束比古,張啟旭,等.瘢痕疙瘩成纖維細胞的基因組學(xué)研究[J].中華整形外科雜志,2005,21(4):299,301.

[24] Zhang G,Jiang J,Luo S,etal.Analyses of CDC2L1 gene mutations in keloid tissue[J].Clin Exp Dermatol,2012,37(3):277-283.

[25] 管橋宇.瘢痕疙瘩RUNX3及CDC2L1的DNA甲基化研究[D].湛江：廣東醫(yī)學(xué)院，2011.