Ku70蛋白結(jié)構(gòu)、功能及在人體組織中的異常表達

張 祎，劉福全，李明輝 (大連大學附屬新華醫(yī)院肛腸外科，遼寧 大連 116021)

Ku70蛋白是一種非常豐富的核蛋白，廣泛存在于人類、哺乳類動物、線蟲、昆蟲、酵母、原核生物以及植物體內(nèi)?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，Ku70在DNA雙鏈破裂修復、DNA復制、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、端粒結(jié)構(gòu)的維持等多種細胞活動中，均扮演著重要角色。已知的研究發(fā)現(xiàn)Ku70蛋白在乳腺癌、宮頸癌、卵巢癌、鼻咽癌、肝癌等多種惡性腫瘤組織中呈陽性表達，而且Ku70蛋白隨著腫瘤惡性度的升高表達得越強烈。因此不難發(fā)現(xiàn)Ku70蛋白可能與多種惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有著極其密切的關(guān)系。針對Ku70蛋白的深入研究有可能為多種惡性腫瘤的早期診斷和治療提供依據(jù)。

1 Ku70的結(jié)構(gòu)分布和表達

1.1 ku70蛋白的基本結(jié)構(gòu):Ku70蛋白是Ku蛋白中70KDa與80KDa兩條多肽鏈中的一條。Ku70亞單位由609個氨基酸組成，分子量約為69581Da。人類染色體圖顯示Ku70蛋白的編碼基因位于22q13。Ku70蛋白含有典型的介導蛋白－蛋白、蛋白－DNA相互作用的區(qū)域［1］。它的羧基末端氨基酸殘基區(qū)域?qū)Ξ惗垠w的形成必不可少。Ku70的536～609氨基酸殘基是Ku70蛋白與DNA連接的核心區(qū)域［2－3］。

1.2 Ku70蛋白在細胞與人體組織內(nèi)的分布和表達:Ku70蛋白是一種廣泛存在于各種生物體組織、細胞中的細胞生存所必需的蛋白。目前的資料顯示Ku70蛋白自1981年由日本科學家首先在結(jié)締組織病患者的血清中以自身抗體的形式被發(fā)現(xiàn)以來，已在人體多個器官的正常組織及腫瘤組織內(nèi)被發(fā)現(xiàn)呈陽性表達。并且Ku70蛋白在人體正常組織內(nèi)的表達與其在腫瘤組織內(nèi)的表達存在顯著的差異性。研究表明Ku70蛋白在乳腺癌組織、乳腺良性病變組織及正常乳腺組織中，在卵巢癌組織、卵巢囊腺瘤組織及正常卵巢組織中，在食管癌組織及正常食管黏膜的細胞核中，在鼻咽癌組織中均有表達［4］。而且Ku70蛋白在惡性腫瘤組織內(nèi)陽性表達明顯高于在良性病變組織及正常組織中的表達。在近30年的研究中，通過免疫組化和免疫印記實驗檢測了Ku70蛋白在人體各種正常組織和惡性腫瘤組織中的分布［5］。研究發(fā)現(xiàn)在人體組織某些間期細胞內(nèi)未測出Ku70蛋白，即使是處于同一周期內(nèi)的細胞，不同類的細胞中Ku70蛋白的含量也不同。正常組織細胞經(jīng)放射線照射后，Ku70蛋白的表達明顯升高，且增加的Ku70蛋白多為可溶性核蛋白片段［6－7］。這些表明Ku70蛋白在人體組織和細胞中的分布和細胞分化程度、細胞周期、核形態(tài)以及放射線引起的DNA損傷過程密切相關(guān)［1］。

2 Ku70蛋白的主要功能

2.1 Ku70蛋白對DNA雙鏈斷裂(double－stand breaks，DSBs)的修復功能:細胞DSBs是由各種內(nèi)、外原因造成的對基因完整性的破壞，如果受損的細胞不被修復，則最終可能導致細胞死亡。脊椎動物細胞DSBs的修復包括同源重組(homologous recombination，HR)和非同源DNA末端連接(non－h(huán)omologous end－joining，NHEJ)兩種主要方式。NHEJ是細胞DSBs修復的主要方式，而NHEJ的過程有賴于Ku70蛋白的參與。具體見圖1。

圖1 Ku70蛋白參與細胞DSBs修復示意圖［5－7］。

2.2 Ku70蛋白參與DNA修復調(diào)控:目前的研究結(jié)果顯示，大部分的哺乳動物的DNA復制起始呈Ku70蛋白依賴性，Ku70蛋白的缺失可導致DNA復制下降至基本水平。Ku蛋白具有ATP酶和鏈激酶活性、序列特異性DNA連接活性，能與多種復制起始物連接。Ku70蛋白也能夠與定位在復制起始物的基質(zhì)附著區(qū)域相連接。Matheos還發(fā)現(xiàn)Ku蛋白可以連接拓撲異構(gòu)酶Ⅱ、增殖細胞核抗原、復制蛋白A、DNA聚合酶α、DNA聚合酶δ等［8］。

2.3 Ku蛋白參與免疫球蛋白和T細胞表面抗原受體V(D)J重組:V(D)J重組包括兩個步驟:重組活化基因1(recombination activating gene1，rag1)和重組活化基因2(rag2)編碼產(chǎn)物催化的DNA分裂反應(yīng)，以及通過DSBs修復機制進行的末端連接反應(yīng)。Ku70蛋白參與了后一步的反應(yīng)［1］。

2.4 Ku70蛋白作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)某些基因的表達:Ku70蛋白具有序列特異性DNA連接活性，可單獨或與其他蛋白結(jié)合后與某些順式作用元件連接發(fā)生作用。近些年的研究發(fā)現(xiàn)在成骨細胞中骨鈣素纖維生長因子反應(yīng)元件(osteocalin fibroblast growth factor response element，OCFRE)是Msx2、Runx2蛋白的作用靶對骨鈣素(osteocalcin，OS)基因的啟動子有調(diào)節(jié)作用。而且Ku70蛋白是調(diào)節(jié)OCFRE的同源蛋白復合作用的一種蛋白［9］。

2.5 Ku70蛋白在核酸代謝中的作用:WRN和BLM蛋白是RecQDNA的解旋蛋白組中的成員。目前的研究顯示W(wǎng)RN和BLM蛋白的缺損可引起B(yǎng)loom's綜合征和Werner's綜合征。WRN外切酶處理DNA末端的過程中，Ku70蛋白對于激活WRN外切酶的活性具有重要作用。Kusano等對果蠅的研究中發(fā)現(xiàn)Ku70蛋白與BLM基因突變表型可部分互補，而BLM蛋白又在DNA雙鏈修復中具有重要作用［10］。

2.6 Ku70蛋白具有維持染色體端粒結(jié)構(gòu)的作用:端粒是一種DNA蛋白質(zhì)復合物，位于真核細胞線性染色體的末端。端粒具有穩(wěn)定染色體末端的功能，可防止染色體發(fā)生融合、重組、降解和丟失，對染色體結(jié)構(gòu)有保護作用。端粒完整性的維持受端粒酶及端粒相關(guān)性因子的調(diào)節(jié)。近期的研究表明Ku70蛋白不需要DNA依賴性蛋白激酶催化亞單位(DNAPKcs)和端粒DNA的存在即可直接與人類端粒酶發(fā)生作用。而且Ku70蛋白可與人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase，hTERT)直接作用從而調(diào)節(jié)端粒酶進入端粒末端調(diào)節(jié)端粒長度而無須人端粒酶RNA亞基(human telomerase RNA，hTR)或端粒DNA［11］。

2.7 Ku70蛋白可能參與某些細胞信號轉(zhuǎn)導通路。

3 Ku70蛋白的研究價值

Ku70/80蛋白具有多種復雜的基因功能，二者除形成異二聚體而參與DSBs等多種重要生物過程外，Ku70蛋白也可以單獨參與DSBs、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA修復調(diào)控、端粒結(jié)構(gòu)的維持和參與核酸代謝等多種細胞活動，并從中發(fā)揮重要作用。而通過研究進一步了解Ku70蛋白在膽囊癌、膽囊息肉和正常膽囊組織中的表達，可以深入探討Ku70蛋白在膽囊癌發(fā)生、發(fā)展過程中的意義。

現(xiàn)代醫(yī)學認為腫瘤是一種基因病。在腫瘤治療過程中，最急待解決的難題是對正常組織的損傷和腫瘤細胞對電離放射線的抵抗性及對抗癌藥物的耐藥性，如何實現(xiàn)個體化治療，提高療效，以及延長腫瘤患者生存年限。臨床上化療藥物終極作用是損傷染色體，導致DNA斷裂，終止細胞生長，而無論是在正常細胞中還是腫瘤細胞中Ku70蛋白在DNA DSBs修復、凋亡調(diào)控過程中都具有重要的作用，這已逐步被認識。特別是以Ku70蛋白作為靶點逆轉(zhuǎn)腫瘤的輻射抵抗性和化療耐藥性已成為現(xiàn)在研究的熱點，深入的研究Ku70將對腫瘤治療、評估治療效果及預后具有重要的臨床意義。

［1］ 張懿偉，徐 明.Ku70的多樣性功能及研究展望［J］.國外醫(yī)學遺傳學分冊，2004，2(5):282.

［2］ Wang J，Dong X，Myung.K，et al.Identification of two domains of the p 70Ku protein mediating dimerization with p 80 and DNA binding［J］.Biol Chem，1998，273(2):842.

［3］ Zhang Z，Zhu L，Lin D，et al.The three－dimensional structure of the C－terminal DNA－binding domain of human Ku70［J］.Biol Chem，2001，276(41):38232.

［4］ Kim H.Dna Repair Ku Proteins In Gastric Cancer Cells And Pancreatic Acinar Cells［J］.Amino Acids，2008，34(2):195.

［5］ Dynan WS，Yoo S.Ineraction of Ku protein and DNA－dependent protein kinase catalytic subunit with nucleic acids［J］.Nucleic Acids Res，1998，26(7):1551.

［6］ Tuteja R，Tuteja N.Ku antoantigen:a multifunctional DNA－binding protion［J］.Crit Rev Biochem Mol Biol，2000，35(1):1.

［7］ TaKata M，Sasaki MS，Sonda E，et al.Homologous recombination and non－h(huán)omologous end－joining pathways of DNA double－strand bresk repair have overlapping roles in the maintenance of chromosomal integrity in vertebrate cells［J］.EMBO，1998，17(18):5497.

［8］ Matheos D，Ruiz MT，Price GB，et al.Ku antigen an origin－specific binding protein that associates with replication proteins is required for mammalian DNA replication［J］.Biochim Biophys Acta，2002，1578(1－3):59.

［9］ Wills DM，Loewy AD，Charlton－Kachigian N，et al.Regulation of osteocalcin gene expression by a novel Ku antigen transcreption factor complex［J］.Biol Chem，2002，277(40):37280.

［10］ Kusano K，Johnson－Schlitz DM，Engels WR.Sterility of drosophila with mutations in the bloom syndrome gene－complementation by Ku70.Science，2001，291(5513):2600.

［11］ Chai W，F(xiàn)ord LP，Lenertz L，et al.Human Ku 70/80 associates physically with telomerase through interaction with hTERT［J］.Biol Chem，2002，277(49):47242.