組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶NSD家族的研究進(jìn)展

趙 敏，肖 輝，潘 之（綜述），楊桂蘭（審校）

（蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院皮膚科，蘭州 730000）

組蛋白是染色質(zhì)基本結(jié)構(gòu)核小體的重要組成部分，其翻譯后N端經(jīng)過包括甲基化、磷酸化、泛素化、生物素化和ADP核糖基化等多種修飾［1-4］，這些修飾作為表觀遺傳學(xué)中重要的調(diào)控機(jī)制，在轉(zhuǎn)錄調(diào)控和染色質(zhì)重構(gòu)等多種生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用［5］。目前研究較多的是組蛋白賴氨酸甲基化，組蛋白賴氨酸甲基化修飾主要是由一類含有SET（suvar，enhancer of zeste，and trithorax）結(jié)構(gòu)域的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶來執(zhí)行，其中 nuclear receptor binding SET domain containing（NSD）家族含有與甲基轉(zhuǎn)移酶SET2高度同源、高度保守的SET結(jié)構(gòu)域，因此NSD蛋白亦具有甲基轉(zhuǎn)移酶活性，參與染色質(zhì)的調(diào)節(jié)［6］。NSD家族與疾病密切相關(guān)，因而倍受人們的關(guān)注，家族的3個成員 NSD1（KMT3B）、NSD2（MMSET或WHSC1）和NSD3（WHSC1L1）的編碼分別位于基因座5q35、4p16、8p12上，在生長發(fā)育中各自執(zhí)行特有的功能，在多種疾病中發(fā)揮重要的作用［7］，其中以NSD2研究較多。現(xiàn)就NSD家族的研究進(jìn)展予以綜述。

1 NSD1

NSD1最初是從酵母里鑒定出來的［8］，其有2個 mRNA亞型，其生理功能由2個不同亞型相對表達(dá)水平?jīng)Q定［9］。在分子水平，NSD1能特異地介導(dǎo)H3K36和H4K20的甲基化，其中通過催化H3K36參與基因轉(zhuǎn)錄激活［10］。在分子水平，NSD1能特異地介導(dǎo)H3K36和H4K20的甲基化，其中通過催化 H3K36參與基因轉(zhuǎn)錄激活［10］。Rayasam 等［11］認(rèn)為，在細(xì)胞水平NSD1缺陷型的胚胎在形成中胚層時，細(xì)胞的凋亡率增高，不能形成完整的原腸胚，所以NSD1是發(fā)育調(diào)節(jié)蛋白。NSD1對機(jī)體生長發(fā)育是不可或缺的，并和多種疾病密切相關(guān)。在急性髓性白血病和骨髓增生異常綜合征中，NSD1蛋白突變，與NUP98形成融合蛋白［12］;約4.8%的小兒急性髓性白血病有NUP98-NSD1融合蛋白表達(dá)，其相關(guān)基因的表達(dá)與疾病不良預(yù)后密切相關(guān)［13］。且NUP98-NSD1融合蛋白已被證實(shí)在小鼠體內(nèi)能促進(jìn)急性髓性白血病中致癌基因的表達(dá)［14-15］。NSD1單倍劑量不足與一種以智力發(fā)育遲緩、面部發(fā)育異常為特征的索托斯（Sotos）綜合征相關(guān)，目前已被用作臨床診斷指標(biāo)之一［16］。Makeyev 和 Bayarsaihan［17］通過全基因組啟動子結(jié)合研究發(fā)現(xiàn)，作為腫瘤壞死因子11-1靶點(diǎn)的NSD1與顱面部及牙齒疾病的診斷治療密切相關(guān)?？梢姡琋SD1在機(jī)體發(fā)育分化中起重要作用。

2 NSD2

NSD家族研究最多的是NSD2，因此對其功能和意義也相對更加明確，已發(fā)現(xiàn)其在多種疾病尤其癌癥的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

2.1 NSD2的甲基轉(zhuǎn)移作用 據(jù)報道，NSD2及其亞型能催化多種組蛋白甲基化，包括組蛋白H3K36的二甲基化及三甲基化（H3K36me2、H3K36me3）［18］、組 蛋 白 H3K4 三 甲 基 化（H3K4me3）、組蛋白 H3K27 的三甲基化（H3K27me3）［19］和組蛋白 H4K20的二甲基化、三甲基化（H4K20me2，H4K20me3）［20］。但 Kuo 等［21］通過一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了 NSD2在參與基因轉(zhuǎn)錄激活過程中只特異性地催化H3K36me1和H3K36me2，并沒有甲基化其他位點(diǎn)的氨基酸;其中，H3K36me2是NSD2執(zhí)行生理功能的主要產(chǎn)物。因此，對NSD2確切的催化活性與調(diào)節(jié)染色質(zhì)的功能有待進(jìn)一步研究。

2.2 NSD2在DNA損傷應(yīng)激中的作用 DNA產(chǎn)生雙鏈斷裂時，NSD2通過γH2AX-MDC1通路錨定到DNA雙鏈斷裂位點(diǎn)，從而介導(dǎo)H4K20的甲基化，招募53BP1至DNA損傷位點(diǎn)參與DNA的修復(fù)，由此推測，NSD2下調(diào)會使細(xì)胞輻照敏感度增加;另外，NSD2在γH2AX-MDC1通路和H4K20的關(guān)聯(lián)中起橋梁作用［22］。這就預(yù)示著NSD2表達(dá)失調(diào)可能直接影響機(jī)體對DNA損傷的反應(yīng)，結(jié)果導(dǎo)致各種疾病的產(chǎn)生。

2.3 NSD2和其他甲基轉(zhuǎn)移酶的相互作用 甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2主要催化H3K27的三甲基化（H3K27me3），與轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān);NSD2催化H3K36me2與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)，兩者在轉(zhuǎn)錄抑制、轉(zhuǎn)錄激活和腫瘤形成等過程中的相互協(xié)調(diào)形成甲基轉(zhuǎn)移酶調(diào)節(jié)軸（EZH2-NSD2軸）;EZH2-NSD2軸在正常的表觀遺傳學(xué)和疾病的進(jìn)展中發(fā)揮重要的作用;在這個調(diào)節(jié)軸里，EZH2通過微 RNA（microRNA，miRNA）網(wǎng)絡(luò)（miR-203、miR-26a和 miR-31）下調(diào) NSD2的表達(dá)，EZH2介導(dǎo)的H3K27me3通過NSD2調(diào)節(jié)H3K36me2;EZH2調(diào)節(jié)細(xì)胞遷徙和侵襲表型需要NSD2的表達(dá)，且在胃癌、結(jié)腸癌、胰腺癌等15種不同的腫瘤中，兩者表達(dá)具有高度一致性［23］。另外，有報道NSD2和家族成員NSD1相互作用刺激細(xì)胞的轉(zhuǎn)化［7］，提示NSD2在執(zhí)行生理功能時會與其他甲基轉(zhuǎn)移酶相互協(xié)調(diào)。

2.4 NSD2和腫瘤等疾病的發(fā)生 NSD2在快速生長的正常胚胎組織中表達(dá)，其基因的表達(dá)失調(diào)會引起相應(yīng)的疾病。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，NSD2的高表達(dá)直接影響腫瘤細(xì)胞的形成和轉(zhuǎn)移［23］。已發(fā)現(xiàn)，NSD2在諸多癌中高表達(dá)，約66.7%基底細(xì)胞癌和默克爾細(xì)胞癌等皮膚癌中NSD2表達(dá)上調(diào)［24］。約15%的多發(fā)性骨髓瘤患者攜帶第4號染色體和第14號染色體易位［t（4;14）（p16.3;q32）］，t（4;14）正調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞生長因子受體FGFR3和NSD2 2個基因，其中NSD2過表達(dá)和細(xì)胞的黏附、克隆及腫瘤形成有關(guān)［25］。NSD2是染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄的主要調(diào)節(jié)者，NSD2過表達(dá)導(dǎo)致整個基因組H3K36me2水平異常增高，同時伴隨著H3K37甲基化水平的顯著下降，結(jié)果致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)更加開放，且在多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞中;NSD2表達(dá)下調(diào)改變了細(xì)胞的黏附特性、抑制了細(xì)胞生長且誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡，因此推測NSD2高表達(dá)影響的基因與p53通路及細(xì)胞調(diào)節(jié)周期有關(guān);在晚期膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中也發(fā)現(xiàn)NSD2的活性增高［26］。一種以顱額面畸形、生長和智力缺陷、先天性心臟缺陷及抗體缺陷為特征的狼赫塞豪恩綜合征中顯示，NSD2單倍劑量不足，模擬的NSD2缺陷小鼠表現(xiàn)出一系列類似狼赫塞豪恩綜合征的癥狀［7］?？梢?，NSD2在機(jī)體正常發(fā)育中發(fā)揮的作用比預(yù)想的重要。

2.5 NSD2的表達(dá)調(diào)控 抑癌蛋白p53是一重要的轉(zhuǎn)錄因子，其作用方式主要是作為一個增強(qiáng)子起作用。研究表明，在SUV39H1基因的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)有p53的結(jié)合位點(diǎn)，p53靶向抑制SUV39H1（主要催化H3K9三甲基化）進(jìn)而影響異染色質(zhì)的重組，直接決定細(xì)胞的命運(yùn)［27］。NSD2表達(dá)改變影響細(xì)胞的生長、凋亡及黏附特性，NSD2調(diào)控的基因與p53通路及細(xì)胞調(diào)節(jié)周期有關(guān)［26］。研究并揭示p53對NSD2的調(diào)控作用，有助于深入了解腫瘤發(fā)生、發(fā)展的調(diào)控機(jī)制，對腫瘤的預(yù)防和治療具有重要意義。

3 NSD3

NSD3約有700個氨基酸片段與NSD1、NSD2高度相似，這段相似的片段包含幾個保守的區(qū)域（如SET結(jié)構(gòu)域和鋅指蛋白）;與 NSD1一樣，急性髓性白血病患者的 NSD3與NUP98形成融合蛋白，但其作用機(jī)制尚不清楚;但在H3識別區(qū)，NSD3的染色質(zhì)綁定基序PHD5-C5HCH不同于其他NSD家族成員［28］。人類的NSD3基因與惡性血液病、乳腺癌和肺癌等疾病相關(guān)，揭示了NSD3在調(diào)控細(xì)胞增殖和分化過程中扮演重要角色，同時Zhou等［29］的研究也證實(shí)，NSD3的亞型NSD3L在乳腺癌細(xì)胞中發(fā)揮了抑癌蛋白的作用，暗示NSD3可能是一個候選致癌基因。溴結(jié)構(gòu)域蛋白4通過招募NSD3和JMJD6等蛋白調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性［30］。關(guān)于NSD3的功能分析報道尚少，由于NSD3與NSD1、NSD2高度相似，推測其也具有催化H3K36甲基化的功能，可能是一個轉(zhuǎn)錄抑制因子［8］。

4 小結(jié)

在人類腫瘤中已發(fā)現(xiàn)多種組蛋白修飾的異常調(diào)節(jié);針對組蛋白修飾酶的復(fù)合物正在研發(fā)中，這種復(fù)合物作為表觀遺傳治療在血液惡性腫瘤和實(shí)體瘤中已證實(shí)有效［31］。但鑒于NSD家族修飾的復(fù)雜性，對于揭示其在轉(zhuǎn)錄調(diào)控和染色質(zhì)重構(gòu)等多種生物學(xué)過程中如何發(fā)揮重要作用將會是一個巨大的挑戰(zhàn)。目前，針對NSD家族各成員的功能還未十分明確，需要進(jìn)一步探索。其中，NSD2在多種癌癥中表達(dá)水平上調(diào)，NSD2表達(dá)下調(diào)改變了細(xì)胞的黏附性能、抑制了細(xì)胞生長且誘導(dǎo)了凋亡［26］，因此靶向調(diào)節(jié)NSD2的表達(dá)有可能用于腫瘤的防治。研究NSD2的調(diào)控機(jī)制，闡明其上、下游事件，對于其在癌癥靶向治療中的應(yīng)用十分重要。

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