十字形結(jié)構(gòu)域蛋白2C在腫瘤中的研究進(jìn)展

殷維姣綜述劉 剛，高社干，馮笑山審校

十字形結(jié)構(gòu)域蛋白2C在腫瘤中的研究進(jìn)展

殷維姣綜述劉 剛，高社干，馮笑山審校

摘要賴氨酸甲基化是調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)的組蛋白后修飾中的一種。在腫瘤的形成過(guò)程中可觀察到其修飾狀態(tài)的改變，這可能是組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶或去甲基化酶作用的結(jié)果。十字形結(jié)構(gòu)域蛋白2C（JMJD2C）是組蛋白去甲基化酶（JMJD2）家族的重要成員之一，包含有一個(gè)具有催化組蛋白賴氨酸去甲基化作用的JmjC結(jié)構(gòu)域，同時(shí)其還具有誘導(dǎo)基因型改變、調(diào)控基因表達(dá)及介導(dǎo)蛋白質(zhì)間相互作用等重要功能。近年研究顯示，JMJD2C基因在食管癌、前列腺癌和乳腺癌等多種惡性腫瘤中高表達(dá)，剔除JMJD2C基因等，可以減慢多種腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。因此，JMJD2C為一潛在致癌基因，并可能成為腫瘤治療新的靶點(diǎn)。

關(guān)鍵詞組蛋白去甲基化酶；JMJD2C；腫瘤

2015-02-02接收

作者單位：河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤科，洛陽(yáng) 471003

腫瘤是基因突變和表觀遺傳學(xué)改變多因素綜合的結(jié)果，尤其是表觀遺傳學(xué)改變，近年來(lái)在腫瘤研究領(lǐng)域引起了極大的注意。許多研究［1-4］顯示基因表觀遺傳學(xué)的改變可導(dǎo)致腫瘤形成。組蛋白的翻譯后修飾在控制基因表達(dá)程序、維持基因組穩(wěn)定性上具有重要作用，并可決定細(xì)胞的命運(yùn)。組蛋白甲基化酶及去甲基化酶等染色體修飾酶對(duì)機(jī)體的正常生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，其表達(dá)失控可引起病理狀態(tài)形成。多項(xiàng)研究［1-4］顯示腫瘤的形成伴隨著染色質(zhì)表觀遺傳的改變，如對(duì)沉默相關(guān)的H3K9me2／me3的誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化等。JMJD2C蛋白為一H3K9me3／me2去甲基化酶，近年越來(lái)越多的研究證明其可能具有潛在致癌性，并可能成為腫瘤治療的靶點(diǎn)?，F(xiàn)重點(diǎn)對(duì)JMJD2C在腫瘤中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1　組蛋白去甲基化酶JMJD2C

組蛋白甲基化是表觀遺傳變化的重要類型之一，主要發(fā)生在組蛋白N末端的賴氨酸（K）和精氨酸（R）殘基上。組蛋白八聚體由兩個(gè)H2A、H2B、H3和H4亞基組成，其中以H3亞基的賴氨酸甲基化最為常見(jiàn)，如H3K4、H3K9、H3K27、H3K36、H3K79等，包括一、二和三甲基化修飾。2004年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)賴氨酸特異性去甲基化酶1（lysine specific demethylase 1，LSD1），由此證明組蛋白甲基化修飾也是一個(gè)可逆的過(guò)程，LSD1和LSD2主要催化單甲基化或二甲基化的H3K4或H3K9去甲基化，而三甲基化修飾的去甲基化主要由JMJD家族完成，其中，JMJD2C蛋白在催化H3K9me3／me2去甲基中具有重要作用。

2000年，Yang et al［5］通過(guò)比較基因組雜交等方法，發(fā)現(xiàn)食管鱗狀細(xì)胞癌（esophageal squamous cell carcinomas，ESCC）細(xì)胞系染色體9p23-p24區(qū)的DNA拷貝數(shù)頻繁擴(kuò)增，并通過(guò)熒光原位雜交等方法成功克隆出JMJD2C基因。JMJD2C蛋白（1056 aa）［5-6］是組蛋白H3K9me3／me2去甲基化酶，去甲基化反應(yīng)同樣需要Fe2＋和α-酮戊二酸作為輔因子。JMJD2C基因位于人的第9號(hào)染色體的p24.1區(qū)，全長(zhǎng)由4 239個(gè)堿基組成，有13種不同的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，含有22個(gè)外顯子，3個(gè)啟動(dòng)子，共形成6種變異體。JMJD2C蛋白含1個(gè)JmjC、1個(gè)JmjN、2個(gè)PHD樣鋅指節(jié)構(gòu)和2個(gè)Tudor區(qū)。其中，PHD指結(jié)構(gòu)域定位于核蛋白中，出現(xiàn)在許多原癌基因中，參與染色質(zhì)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控及蛋白之間的相互作用，也可激活多成分的復(fù)合物，是Mi2與組蛋白脫乙?；钢苯幼饔盟匦璧?。4-羥基吡唑復(fù)合物具有抑制組蛋白賴氨酸去甲基化酶（the catalytic core of JMJD2C，ccJMJD2C）的作用［7］。

在二價(jià)鐵離子（Fe2＋）和α-酮戊二酸等輔酶的參與下，JMJD2C通過(guò)羥化作用脫去H3K9me3／me2。異染色質(zhì)的形成和維持需要有H3K9me3／me2與異染色質(zhì)蛋白1（heterochro-matin protein1，HP1）的結(jié)合。在體內(nèi)試驗(yàn)中，JMJD2C基因異位表達(dá)顯著減少了H3K9me3／me2，同時(shí)增加了H3K9me1，從而影響HP1的定位、結(jié)合，從而減少異染色質(zhì)。這些都使基因組穩(wěn)定性下降，正常組織易轉(zhuǎn)化為癌。

Nanog基因編碼一種維持胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cell，ESC）多潛能性和自我更新能力的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，JMJD2C為Nanog基因的正調(diào)節(jié)蛋白，Nanog基因是JMJD2C調(diào)節(jié)ESC細(xì)胞功能的一個(gè)下游效應(yīng)物。JMJD2C為逆轉(zhuǎn)Nanog基因啟動(dòng)子區(qū)域H3K9me3所必須，可阻止轉(zhuǎn)錄共阻遏物HP1和KAP1在其啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合成復(fù)合物，由此將多能干細(xì)胞中的ESC細(xì)胞轉(zhuǎn)錄通路與H3K9去甲基化調(diào)控的染色體調(diào)變聯(lián)系起來(lái)。小鼠胚胎植入子宮前，JMJD2C基因呈階段特異性表達(dá)［8］，在2個(gè)細(xì)胞到8個(gè)細(xì)胞階段時(shí)表達(dá)最高。在孤雌激活前的有絲分裂中期去除JMJD2C基因可使胚泡前的發(fā)育阻滯。在ESC細(xì)胞，去除JMJD2C基因也可顯著下調(diào)多潛能基因Nanog、Pou5f1、Sox2和與細(xì)胞增生密切相關(guān)的Myc和Klf4基因。JMJD2C通過(guò)它的兩個(gè)Tudor區(qū)特異性結(jié)合在H3K4me3正轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)［9］，從而調(diào)控轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)細(xì)胞增生、ESC自我更新和胚胎發(fā)育。

2　JMJD2C與消化道腫瘤

2000年，首次在食管癌細(xì)胞系上成功克隆出JMJD2C基因，并發(fā)現(xiàn)它在ESCC細(xì)胞系中KYSE系列的多種細(xì)胞系中高表達(dá)［5］。2008年，Pollard et al［10］研究表明，在一些細(xì)胞系中，低氧通過(guò)低氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia-inducible factor，HIF-1α）誘導(dǎo)JMJD2C基因表達(dá)上調(diào)。2013年，我國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)JMJD2C基因的表達(dá)與胃癌的浸潤(rùn)深度、TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移、分化程度均有關(guān)，且JMJD2C和HIF-1α基因在胃癌中的表達(dá)呈正相關(guān)性，JMJD2C和HIF-1α基因共同表達(dá)陽(yáng)性的生存時(shí)間顯著降低［11］。Sun et al［12］在食管癌組織中也發(fā)現(xiàn)JMJD2C基因的表達(dá)明顯與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和TNM分期相關(guān)。

2013年，Yamamoto et al［13］通過(guò)研究JMJD2C基因在結(jié)腸直腸癌（colorectal cancer，CRC）細(xì)胞系中的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，JMJD2C基因和β-連環(huán)素綁定到JAG1（Jagged 1）基因啟動(dòng)子上，形成一種復(fù)合物，其過(guò)表達(dá)對(duì)大部分結(jié)腸腫瘤的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。敲除復(fù)合物上的JMJD2C則β-連環(huán)蛋白不能募集到JAG1基因啟動(dòng)子上，減少了JAG1基因的表達(dá)，使CRC細(xì)胞系球體的形成減少。由此證明，JMJD2C蛋白通過(guò)前饋介導(dǎo)JAG1基因的β-連環(huán)蛋白依賴性轉(zhuǎn)錄，保持CRC細(xì)胞系的球體形成能力。Kim et al［14］研究也發(fā)現(xiàn)JMJD2C基因在結(jié)腸癌中高表達(dá)，是HCT-116細(xì)胞最大化的生長(zhǎng)所必須。也證實(shí)JMJD2C基因和β-連環(huán)蛋白結(jié)合在一個(gè)復(fù)合物中，從而調(diào)控β-連環(huán)蛋白下游許多關(guān)鍵性效應(yīng)器的表達(dá)，更令人感興趣的是，他們發(fā)現(xiàn)JMJD2C與JMJD2A和JMJD2B基因在幾種結(jié)腸癌細(xì)胞中同時(shí)高表達(dá)，但是尚無(wú)報(bào)道闡述它們之間的確切關(guān)系。

3　JMJD2C與前列腺癌

早期研究［15］表明，雄激素受體（androgen receptor，AR）活性的升高是促進(jìn)前列腺癌（prostate cancer，PC）發(fā)生的重要因素。未結(jié)合配體的AR對(duì)靶基因無(wú)激活效應(yīng)，且其調(diào)節(jié)靶基因處的組蛋白往往發(fā)生甲基化，這可保證誘導(dǎo)表達(dá)基因不發(fā)生組成性表達(dá)，從而維持機(jī)體正常發(fā)育，這種現(xiàn)象被稱為共抑制效應(yīng)；結(jié)合配體后，這些受體在與靶基因結(jié)合發(fā)生激活效應(yīng)的同時(shí)招募JMJD家族成員催化靶基因處的組蛋白去甲基化以解除抑制，實(shí)現(xiàn)共激活效應(yīng)，以確保靶基因最大程度的表達(dá)，這是促進(jìn)雄激素依賴靶基因激活的關(guān)鍵。

JMJD2C和LSD1（lysine-specific demethylase 1，LSD1）共表達(dá)于人類PC的雄激素受體上，它們聯(lián)合作用使受抑制的靶基因附近受抑制的單、二和三甲基化H3K9去甲基，使雄激素誘導(dǎo)的靶基因轉(zhuǎn)錄激活效應(yīng)明顯升高，去除任何一方均可嚴(yán)重抑制雄激素依賴的PC細(xì)胞增殖。在病理性低氧狀態(tài)下，JMJD2C的催化活性被阻斷［16］，因?yàn)槿狈Φ孜?氧，低氧也增加了前列腺特異性抗原（prostate specific antigen，PSA）增強(qiáng)子處的H3K9me3。

通過(guò)搜索MSKCC數(shù)據(jù)庫(kù)［17］得出JMJD2C的表達(dá)隨著腫瘤分級(jí)的升高而增高，Oncomine數(shù)據(jù)表明與正常前列腺組織相比，JMJD2C在前列腺癌中呈明顯高表達(dá)，在前列腺癌三級(jí)組織中的表達(dá)也明顯高于二級(jí)組織，這也從另一方面說(shuō)明了JMJD2C可能具有致癌性。

2010年，Suikki et al［18］的研究表明JMJD2C在PC中沒(méi)有發(fā)生基因改變。JMJD2C在激素抵抗型PC和AR陰性PC中的表達(dá)較未經(jīng)治療的PC和良性前列腺增生組織中高。同年，根據(jù)JMJD2C和JMJD2A的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的異羥肟酸類似物8單獨(dú)使用時(shí)對(duì)JMJD2家族無(wú)明顯抑制性，但與LSD1抑制劑同時(shí)使用時(shí)則顯現(xiàn)出對(duì)前列腺癌及結(jié)腸癌細(xì)胞中JMJD2C很強(qiáng)的抑制性［19］。

4　JMJD2C與乳腺癌

2009年，Liu et al［20］發(fā)現(xiàn)JMJD2C基因在乳腺

癌9p23-24區(qū)域擴(kuò)增，其在侵襲性、基底樣型乳腺癌中表達(dá)的水平明顯高于非基底樣型乳腺癌。體外測(cè)定表明，當(dāng)JMJD2C基因在非轉(zhuǎn)化性乳腺上皮細(xì)胞系MCF10A中過(guò)表達(dá)時(shí)，可以誘導(dǎo)表型轉(zhuǎn)化，發(fā)生形態(tài)學(xué)和微球體形成能力的改變。并推測(cè)JMJD2C是人類乳腺癌9p23-24擴(kuò)增子處的驅(qū)動(dòng)基因。然而，之后有研究［21］顯示JMJD2C基因表達(dá)陽(yáng)性的乳腺癌患者有更長(zhǎng)的特異生存期并且對(duì)放療和激素治療反應(yīng)較好。

JMJD2C是一個(gè)HIF-1靶基因，其選擇性作用于HIF-1α，并作為HIF-1特異性共激活劑，通過(guò)減少H3K9me3和增加HIF-1與低氧反應(yīng)元件的結(jié)合，從而刺激乳腺癌中的SLC2A1、LDHA和PDK1基因轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)轉(zhuǎn)移。Luo et al［22］還發(fā)現(xiàn)JMJD2C可刺激乳腺癌細(xì)胞中HIF-1依賴性的糖代謝重編，由此可能促進(jìn)乳腺腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。

2012年，Wu et al［23］全面的描繪了人類乳腺癌9p24擴(kuò)增子處的基因特征，JMJD2C基因在乳腺癌Colo824、HCC1954、HCC70和SUM-149細(xì)胞的表達(dá)水平高于沒(méi)有基因擴(kuò)增的乳腺癌細(xì)胞。更重要的是JMJD2C基因在非致瘤性乳腺細(xì)胞系MCF10A的穩(wěn)定高表達(dá)可誘導(dǎo)表型轉(zhuǎn)變。然而，敲除JMJD2C基因可抑制腫瘤生長(zhǎng)，與JMJD2C作為新一類致癌基因的特性一致。2014年，Hong et al［24］鑒定出JMJD2C是半胱天冬酶-3的一種新底物，并提出JMJD2C的D396N多態(tài)性通過(guò)半胱天冬酶-3的剪切作用和DNA雙鏈斷裂影響人類乳腺癌的預(yù)后。

5　JMJD2C與其他腫瘤

肺肉瘤樣癌（sarcomatoid carcinoma of the lung，LSC）組織中有一個(gè)含有許多結(jié)構(gòu)突變和4～6個(gè)小編外標(biāo)記染色體近似三倍體的核型［25］，其中，小編外標(biāo)記染色體包含了9號(hào)染色體。他們也在原發(fā)腫瘤和同一患者的另一轉(zhuǎn)移腫瘤中檢測(cè)到9p處的擴(kuò)增，由此推測(cè)它可能是LSC發(fā)病的重要因素。近年有研究者發(fā)現(xiàn)，在肺癌中，腺癌上JMJD2C基因在胞核及胞質(zhì)陽(yáng)性表達(dá)率比鱗癌高，不吸煙者比吸煙者的JMJD2C基因表達(dá)高，且細(xì)胞漿染色陽(yáng)性多的患者生存時(shí)間相對(duì)較短［26］。

擴(kuò)增子JMJD2C和JAK2在原始縱隔B細(xì)胞淋巴瘤和霍奇金淋巴瘤染色體9p24處頻繁擴(kuò)增［27］。被抑制的JMJD2C和JAK2通過(guò)減少酪氨酸41磷酸化、增加H3K9me3和促進(jìn)異染色質(zhì)形成來(lái)殺死淋巴瘤。

在體外，恢復(fù)控制H3K9甲基化基因表達(dá)，大大減少了成神經(jīng)管細(xì)胞瘤的擴(kuò)增［28］。在復(fù)制、翻譯、剔除及編碼過(guò)程中具有關(guān)鍵性作用的基因，尤其是H3K9，拷貝數(shù)目的異常阻礙組蛋白賴氨酸甲基化狀態(tài)，暗示控制編碼組蛋白的基因缺陷可致成神經(jīng)管細(xì)胞瘤發(fā)病。

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作者簡(jiǎn)介：殷維姣，女，住院醫(yī)師，碩士研究生；馮笑山，男，教授，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，責(zé)任作者，E-mail：everbei＠hotmail.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：U1204821）

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1000-1492（2015）05-0716-04

中圖分類號(hào)R 34