核糖體合成調(diào)控蛋白RRS1的功能及其與疾病的關(guān)系

楊愛清 綜述；賀福初，周鋼橋 審閱

1.北京工業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，北京 100124；2.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院 放射與輻射醫(yī)學(xué)研究所，北京蛋白質(zhì)組研究中心 蛋白質(zhì)組學(xué)國家重點實驗室，北京 102206

核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所。在真核細(xì)胞中，核糖體由60S 大亞基和40S 小亞基2 個核糖核蛋白亞基組成，共包含了79 種核糖體蛋白（rRNP）和4種核糖體RNA（rRNA）。核糖體的生物合成不僅需要這些核糖體蛋白和核糖體RNA，還需要核糖體合成相關(guān)蛋白的參與。1999 年，Tsuno 等在酵母中發(fā)現(xiàn)了一個新的核糖體合成調(diào)控蛋白，命名為核糖體合成調(diào)控因子1（regulator of ribosome synthesis 1，RRS1）。RRS1 的主要生理功能是在核糖體的生物合成過程中參與25S rRNA 的成熟和60S 核糖體大亞基的裝配。近年來的研究顯示，RRS1還在細(xì)胞周期調(diào)控中參與了染色體的中板聚集和端粒的聚集。此外，RRS1的異?？赡茉诤嗤㈩D病和腫瘤等疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。

1 RRS1基因的結(jié)構(gòu)及編碼蛋白的特征

人源RRS1基因定位于染色體18q13.1 區(qū)域，基因組全長1714 bp，僅包含1 個外顯子。在mRNA 水平，RRS1基因只有1 個轉(zhuǎn)錄本，沒有其他剪接體形式。該轉(zhuǎn)錄本的開放讀框（ORF）長度為1079 bp（NCBI 登錄號：NC_000008.10），編碼含有365 個氨基酸殘基的蛋白質(zhì)，相對分子質(zhì)量為41 193。RRS1蛋白C 端的第302～365 位氨基酸殘基部分是一個富含精氨酸-甘氨酸-賴氨酸（Arg/Gly/Lys）的區(qū)域。RRS1 的N 端第1 位蛋氨酸殘基受乙?；揎棧珻 端第344位精氨酸殘基則是一個磷酸化修飾位點。

2 RRS1的生物學(xué)功能

2.1 參與核糖體的生物合成

細(xì)胞增殖需要大量的核糖體以合成蛋白質(zhì)，因此，核糖體生物合成過程的調(diào)節(jié)是至關(guān)重要的[1]。研究表明，RRS1在核糖體生物合成中的作用主要是參與25S rRNA 的成熟和60S 核糖體大亞基的裝配[2]。Tsuno 等發(fā)現(xiàn)，失活的RRS1 可導(dǎo)致酵母菌株中新生成的25S rRNA 的不穩(wěn)定性[2]。在釀酒酵母60S 核糖體亞單位的合成過程中，RRS1 與核糖體產(chǎn)物因子2（ribosome production factor 2，RPF2）相互作用招募RPL5、RPL11和5S rRNA 進(jìn)入含35S pre-rRNA 的90S 前核糖體中，之后90S pre-rRNP 依次經(jīng)過27SA2、27SA3、27SB和25.5S 過程，形成成熟的60S核糖體亞單位[3-5]。當(dāng)RRS1 與RPF2 不能相互作用并招募RPL11、RPL5、5S rRNA 進(jìn)入90S pre-rRNP時，35S、27SA2、27SA3 pre-rRNA 過程能夠順利進(jìn)行，但27SB pre-rRNA 過程被阻斷，流產(chǎn)的prerRNA 從核仁輸出到核質(zhì)，但是不能輸出到細(xì)胞質(zhì)，從而影響60S核糖體亞單位的生物合成[6]。

2.2 參與細(xì)胞周期中染色體在赤道板的聚集和端粒聚集

有絲分裂過程可分為間期、前期、中期、后期和末期。在有絲分裂前期，染色體開始在細(xì)胞核內(nèi)凝聚，并逐步聚向赤道板；在有絲分裂中期，所有的染色體都排列在赤道板上[7]。Gambe 等利用RNA 干擾（RNAi）技術(shù)抑制HeLa 細(xì)胞系中RRS1 的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)處于前中期的細(xì)胞比例升高，赤道板上的染色體排列發(fā)生異常；同時，通過活細(xì)胞成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)從前中期到后期的有絲分裂過程受到延遲[8]。染色體在赤道板的聚集需要依靠姐妹染色單體的凝聚力，使所有的染色體都正確地附著到紡錘體微管上，而姐妹染色單體的過早分離會導(dǎo)致部分染色體在赤道板上異常排列[9]。RRS1 被敲低的HeLa 細(xì)胞經(jīng)秋水仙素和MG132 分別處理后，均能發(fā)現(xiàn)姐妹染色單體過早發(fā)生分離，同時，存在于著絲粒上保護(hù)姐妹染色單體凝聚力的Sgo1 蛋白（Shugoshin 1）也顯著減少。這一系列現(xiàn)象證明RRS1 在細(xì)胞周期中參與染色體在赤道板的聚集作用[8]。

端粒位于染色體末端，由TTAGGG 重復(fù)序列和相關(guān)蛋白質(zhì)組成，通過形成帽子結(jié)構(gòu)防止染色體末端被破壞，從而保持染色體的穩(wěn)定性[10-11]。在酵母有絲分裂過程中，端粒通過沉默信息調(diào)節(jié)蛋白（silent information regulator，Sir）4和酵母Ku（yKu，yKu70/yKu80 異質(zhì)二聚體）2 條錨定通路，在細(xì)胞核的外周錨定成簇。在有絲分裂S期，Sir4和yKu 都部分與核膜跨膜蛋白s3（membrane protein s3，MPs3）的N 端相互結(jié)合，創(chuàng)建出一個獨立的亞核空間，存儲處于游離狀態(tài)、等待錨定的端粒[12-15]。MPs3 蛋白N 端的缺失極大地影響了端粒的錨定[12]。Horigome 等提出，EBNA1 結(jié)合蛋 白2（EBNA1 binding protein 2，EBP2）與RRS1 參與了端粒的這種結(jié)構(gòu)，他們發(fā)現(xiàn)EBP2 與RRS1 既能與MPs3 相互作用，又能與Sir4 的C 端相互作用，把EBP2 與RRS1 突變失活，酵母端粒的聚集受到破壞。因此，RRS1 與EBP2 不僅參與核糖體生物合成過程，同時也影響端粒的聚集作用[16]。

3 RRS1與疾病的關(guān)系

3.1 RRS1與亨廷頓病的發(fā)生相關(guān)

亨廷頓?。℉untington disease，HD）是一種以不自主運動精神異常和進(jìn)行性癡呆為主要臨床特點的顯性遺傳性神經(jīng)系統(tǒng)變性病，其發(fā)生機(jī)理涉及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）應(yīng) 激（ER stress，ERS）反應(yīng)的異常[27-28]。ER 是哺乳動物細(xì)胞中重要的細(xì)胞器，對影響細(xì)胞內(nèi)能量水平、氧化/還原水平和鈣離子濃度異常等的應(yīng)激極其敏感。當(dāng)細(xì)胞受到某些刺激（如缺氧、藥物毒性等）后，ER 內(nèi)的氧化/還原環(huán)境受到破壞，鈣代謝失調(diào)，導(dǎo)致ER 功能發(fā)生紊亂，進(jìn)而誘發(fā)細(xì)胞凋亡。因此，ER 應(yīng)激異常與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，常見于精神系統(tǒng)變性疾病、糖尿病、病毒感染性疾病以及一些化學(xué)藥物中毒引起的疾病等[29-30]。研究發(fā)現(xiàn)，在3 周齡的純合子和雜合子Hdh 鼠（亨廷頓病小鼠模型）的腦組織中，RRS1的mRNA 水平顯著上升；同時臨床樣本檢測發(fā)現(xiàn)，與同齡的健康個體相比，亨廷頓病患者的腦組織中RRS1的表達(dá)水平顯著上調(diào)，提示其與亨廷頓病的發(fā)生相關(guān)[31]。在患有亨廷頓病的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，RRS1 與異粘蛋白（metadherin）共定位于ER，當(dāng)給予小鼠刺激從而激發(fā)ER 應(yīng)激反應(yīng)后，RRS1 首先感知ERS，隨后由異粘蛋白接收RRS1 傳遞的信號往后傳遞。因此，RRS1參與了ER應(yīng)激反應(yīng)過程，在亨廷頓病的發(fā)生中發(fā)揮了重要作用[32]。

3.2 在腫瘤發(fā)生中的潛在作用

核糖體生物合成異常會引起核糖體應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而影響P53-HDM2 反饋通路，從而與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)[17-18]。大量研究發(fā)現(xiàn)RPL5、RPL11、RPL23和RPS7 等核糖體相關(guān)蛋白的異常表達(dá)可促發(fā)核糖體應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而影響P53-HDM2反饋通路[19-22]。在人類腫瘤中，多種核糖體相關(guān)蛋白發(fā)生異常表達(dá)，如結(jié)直腸癌中核糖體蛋白L29（RPL29）的表達(dá)顯著上調(diào)[23]。其他一些核糖體蛋白（如RPS8、RPL12、RPL23A、RPL27和RPL30）均顯示在不同種類的腫瘤中顯著高表達(dá)。已有研究報道，核糖體蛋白S3A（RPS3A）過表達(dá)可促進(jìn)裸鼠體內(nèi)腫瘤的形成[24]。

在正常的人類細(xì)胞中，RRS1 定位于細(xì)胞核；但Gambe 等在HeLa 細(xì)胞系中的發(fā)現(xiàn)RRS1的亞細(xì)胞定位發(fā)生了變化：既定位于細(xì)胞核，也分布在細(xì)胞核的外周。進(jìn)一步通過RNAi 技術(shù)抑制RRS1 的表達(dá)后，HeLa 細(xì)胞的細(xì)胞周期顯著延遲[8]。因此推測RRS1很可能是一個原癌基因，可能與宮頸癌等腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。我們最近對肝癌的研究表明，RRS1在肝癌組織中的表達(dá)顯著上調(diào)，同時發(fā)現(xiàn)RRS1位于一個顯著擴(kuò)增的基因組區(qū)域。在肝癌細(xì)胞系中過表達(dá)RRS1 后，能顯著促進(jìn)細(xì)胞生長，促進(jìn)裸鼠的成瘤作用（未發(fā)表數(shù)據(jù)），提示其與肝癌的發(fā)生相關(guān)。最近有研究發(fā)現(xiàn)，RRS1和TP53 之間存在顯著的遺傳相互作用，RRS1 可能調(diào)控P53 活性[25]，這就提示RRS1可能與RPL5、RPL11 等核糖體相關(guān)蛋白類似，也通過P53-MDM2反饋通路影響腫瘤的發(fā)生。

4 結(jié)語

綜上所述，RRS1 在核糖體的生物合成、細(xì)胞周期中染色體在赤道板的聚集和端粒的聚集過程中扮演著重要的角色。已有報道RRS1 與亨廷頓病等疾病有關(guān)，但其具體作用機(jī)制仍不清楚。最近的研究提示RRS1可調(diào)控細(xì)胞周期的進(jìn)程，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和核糖體應(yīng)激反應(yīng)等有關(guān)，還有報道其與P53 通路密切相關(guān)。這些研究均提示，RRS1的異常有可能與腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，為后續(xù)研究開辟了新的方向。

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