Paip1在翻譯過程中的作用及機制研究進展

吳水梅　劉茂生　鄭　燕　李琳琳　李騰政　張吉翔

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，江西　南昌　330006)

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·綜述·

Paip1在翻譯過程中的作用及機制研究進展

吳水梅劉茂生鄭燕李琳琳李騰政張吉翔

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，江西南昌330006)

〔關(guān)鍵詞〕多聚腺苷酸結(jié)合相互作用蛋白1；多聚腺苷酸結(jié)合蛋白；真核生物翻譯起始因子

多聚腺苷酸結(jié)合相互作用蛋白1(Paip1)是哺乳動物特有的蛋白質(zhì)，與多聚腺苷酸結(jié)合蛋白(PABP)及真核生物翻譯起始因子4A(eIF4A)相互作用，參與了翻譯起始及蛋白質(zhì)的生物合成，然而Paip1調(diào)節(jié)翻譯的具體機制還不是很清楚，我們將目前PAiP1相關(guān)的研究進展做如下歸納。

1Paip 1

Paip1基因位于5號染色體短臂1區(qū)2帶(5p12)，這個基因編碼的Paip1蛋白與PABP蛋白及eIF4A相互作用，參與了翻譯起始及蛋白質(zhì)的生物合成，Martineau等〔1〕研究表明Paip1基因轉(zhuǎn)錄的mRNA會發(fā)生選擇性剪切并且最終編碼出Paip1蛋白質(zhì)的三種不同亞型(p65、p51和p45)。

Paip1與PABP的結(jié)合是由于Paip1結(jié)構(gòu)中存在兩個不同的PABP結(jié)合序列(PAMs)，PAM1大約由25個氨基酸構(gòu)成，結(jié)合至PABP N端的RNA識別基序2(RRMs)；PAM2大概有15個氨基酸構(gòu)成，結(jié)合至PABP的C-末端處(PABC)。另一方面，免疫共沉淀實驗證明了Paip1與eIF4A 和eIF3之間有相互作用〔1〕,這與之前Craig等〔2〕的研究結(jié)果一致，說明Paip1和eIF4G存在相似結(jié)構(gòu)，即已被證實的一種eIF4A 結(jié)合閾和eIF3結(jié)合位點〔3,4〕，而PABP、eIF4A、eIF3在蛋白質(zhì)翻譯起始過程中都起著非常重要的作用，Paip1與這三者又有著密切關(guān)系，可以推斷出Paip1對翻譯起始過程的調(diào)控也不可或缺。

2Paip1在蛋白質(zhì)翻譯起始中的作用

翻譯起始是控制翻譯極為重要的過程，需要將核糖體招募至mRNA，它們穿過5'非翻譯區(qū)，識別翻譯密碼。eIFs調(diào)節(jié)核糖體的招募，所有的真核生物mRNA的5'端均有帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppN，其中N代表任意一種核苷酸，m代表甲基化群)，大多數(shù)有3'poly(A)尾端。5'端帽子結(jié)構(gòu)和3'poly(A)尾端協(xié)同加強翻譯〔5〕。5'端帽子上結(jié)合eIF4G復(fù)合體包括真核生物翻譯起始因子eIF4E、eIF4A和eIF4G，eIF4E直接與帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合，eIF4A是RNA解旋酶，eIF4G是與eIF4E、eIF4A、eIF3、PABP結(jié)合的腳手架蛋白。哺乳動物體內(nèi)最大的翻譯起始因子eIF3是由13個不同的亞基組成，從eIF3a 到eIF3m，分子量在170 ～25 kD不等〔6〕，eIF3與eIF4G的結(jié)合促進43S前起始復(fù)合物(PIC)招募至mRNA〔7〕。可以看出，eIF3是mRNA-eIF4F復(fù)合體與核糖體結(jié)合之間的橋梁，而PABP的N端與3'poly(A)尾端和eIF4G結(jié)合，使mRNA形成一個閉合的環(huán)形結(jié)構(gòu)，這個環(huán)形結(jié)構(gòu)促進了翻譯起始以及核糖體的招募〔8〕。

Paip1結(jié)合PABP保持刺激翻譯是因為它與eIF4A親和力增加了，從而促進5'UTR二級結(jié)構(gòu)展開，然而，Martineau等〔1〕證實Paip1與eIF3之間的相互作用以及這種作用對Paip1促進翻譯起始是非常重要的，免疫共沉淀實驗表明PABP同時與eIF4G和Paip1相互作用，eIF3同時與Paip1和eIF4G相互作用，這些結(jié)果說明在體外Paip1-PABP-eIF4G和Paip1-eIF3-eIF4G都能形成三元復(fù)合體〔1〕，促進mRNA的環(huán)化以及eIF3對翻譯的作用從而促進翻譯起始過程。

Paip1蛋白有三個亞型p65、p51和p45，與正常對照組相比，p65亞型使翻譯加強了3.5倍左右〔3〕，p51也是如此〔2〕；令人驚訝的是p45亞型使翻譯加強了7倍左右〔2〕。說明Paip1蛋白中的p45亞型是一個更具有潛能的翻譯增強子，可能是由于p45亞型N端富有eIF3結(jié)合位點。實驗研究表明，用相應(yīng)的干擾RNA(siRNA)分別敲減PABP、eIF3A、eIF3B、eIF3E和eIF3G這些基因時，雖然Paip1 mRNA水平以及p45蛋白的表達量并沒有受影響，但Paip1的翻譯促進作用是降低的〔1〕，說明Paip1只有與eIF3和PABP同時結(jié)合才能發(fā)揮全效。

3Paip1互作蛋白的研究

3.1Paip1與eIF3的結(jié)合受雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、Akt和MEK信號通路的調(diào)節(jié)前期研究證實Paip1、PABP及eIF3的結(jié)合進一步促進了翻譯過程〔1〕，而這種結(jié)合受到了哺乳動物mTOR復(fù)合體1 mTORC1信號通路的調(diào)控〔9〕。mTORC1通過影響2個靶目標的磷酸化控制翻譯的起始，分別是4E結(jié)合蛋白(4E-BPs)和核糖體蛋白S6激酶(S6Ks)〔10〕。4E-BPs的磷酸化導(dǎo)致它與帽子結(jié)合蛋白——eIF4E解離，有利于eIF4A、eIF4G與eIF4E結(jié)合，形成 eIF4F復(fù)合體(eIF4G/A/E)〔10〕。mTORC1另一個重要的靶目標是S6Ks：包括S6K1、S6K2。S6Ks 磷酸化核糖體蛋白S6(RPS6)的蘇氨酸235/236和240/244，但是S6磷酸化的基因敲除基本上影響了這個翻譯過程〔11,12〕，說明S6Ks通過調(diào)節(jié)許多靶目標的磷酸化調(diào)節(jié)翻譯的過程，如S6Ks磷酸化程序性細胞死亡的蛋白質(zhì)4(PDCD4)進而調(diào)節(jié)eIF4A的活性〔12〕，從而影響真核生物翻譯起始過程。

Martineau等〔9〕研究表明，mTORC1信號通路抑制劑rapamycin(雷帕霉素，一種mTOR抑制劑)和PP242(也是一種mTOR抑制劑)影響了Paip1-eIF3 的結(jié)合，而核糖體蛋白S6激酶1和2(S6K1/2)促進了eIF3與Paip1的結(jié)合，而體外實驗研究也表明S6K1與eIF3f結(jié)合促使eIF3磷酸化。推測S6K1/2 磷酸化eIF3從而促進了eIF3與Paip1的結(jié)合進而促進翻譯的起始。先前也有報導(dǎo)Paip1-eIF3之間的相互作用，Paip1直接與eIF3g/p44亞單位結(jié)合〔11〕，但是eIF3g在蘇氨酸41和絲氨酸42位點的磷酸化不受氨基酸的控制。eIF3亞基的磷酸化會影響eIF3復(fù)合物的全局構(gòu)象或表面改變。eIF3體外重組實驗數(shù)據(jù)表明，八聚體的eIF3子復(fù)合體由亞基A，C，E，F(xiàn)，H，K，L，和高穩(wěn)定的M組成〔13〕，而其中的eIF3F可能作為停泊位點，便于S6K磷酸化其他的eIF3亞基，因此，S6K可能通過磷酸化調(diào)節(jié)eIF3亞基復(fù)合體的組裝從而影響Paip1與eIF3的結(jié)合〔9〕。

Paip1與eIF3的結(jié)合除了受哺乳動物mTOR信號通路影響外，還受磷脂酰肌醇3-激酶/絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶(PI3K/Akt)和絲裂原細胞外激酶MEK信號通路的調(diào)節(jié)。Derry等〔14〕研究發(fā)現(xiàn)，含血清、胰島素或者EGF的培養(yǎng)基會使eIF3-Paip1結(jié)合增加，反過來rapamycin(一種mTOR抑制劑)、wortmannin(一種PI3K/Akt的抑制劑)或者U0126 (一種MEK1/2抑制劑)使eIF3-Paip1結(jié)合降低。此外，體外依賴Paip1的翻譯加強作用會因為轉(zhuǎn)染eIF3a siRNA而消除〔14〕。這些數(shù)據(jù)表明，eIF3-Paip1之間的相互作用調(diào)控Paip1的活性，加強細胞內(nèi)的翻譯過程，并且eIF3-Paip1之間的相互作用受mTOR、PI3K/Akt和MEK信號通路的調(diào)節(jié)，但具體的調(diào)節(jié)機制還不是很清楚，有待研究。

3.2Paip1的泛素化及降解受E6AP的羧基末端(HECT)型泛素連接酶WW結(jié)構(gòu)域蛋白2(WWP2)調(diào)節(jié)WWP2也被稱為Atrophin 1-相互作用蛋白2(AIP2)，WWP2是HECT域型泛素蛋白連接酶的同源物，有研究已經(jīng)證明了WWP2針對不同的底物參與了轉(zhuǎn)錄調(diào)控、胚胎干細胞的形成、細胞運輸、T細胞的活化過程和腫瘤的發(fā)生〔15〕。Lv等〔16〕研究發(fā)現(xiàn)MG132(蛋白酶體抑制劑)處理HEK293T和HeLa細胞后，內(nèi)源性Paip1蛋白水平顯著提高，這表明Paip1蛋白降解依賴于泛素蛋白酶體系統(tǒng)。序列分析表明Paip1由三個假定的PXXY型的PY模體組成，三個模體都能被泛素連接酶的Nedd4蛋白家族識別。Nedd4連接酶由九個成員構(gòu)成，其中只有WWP2明確下調(diào)Paip1蛋白水平，推測WWP2作為泛素連接酶降解Paip1蛋白。此外，WWP2蛋白包括三個結(jié)構(gòu)閾，分別為C2，WW，和HECT，GST下拉實驗結(jié)果表明WW結(jié)構(gòu)域影響了WWP2和Paip1之間的直接作用，而C2、HECT結(jié)構(gòu)域并沒有這種調(diào)節(jié)作用〔16〕。

4Paip1與疾病的關(guān)系及研究進展

4.1Paip1與肌萎縮側(cè)索硬化的關(guān)系肌萎縮性側(cè)索硬化(ALS)的致病原因尚未闡明，先前研究表明家族性肌萎縮側(cè)索硬化(FALS)是在銅/鋅超氧化物歧化酶基因(SOD1)中l(wèi)eu126deltt基因突變導(dǎo)致的〔17〕，F(xiàn)ukada等〔18〕已經(jīng)培育出攜帶相同突變(SOD1L126delTT TgM)的轉(zhuǎn)基因小鼠(TGM)，它們表現(xiàn)出明顯的ALS運動癥狀和病理表現(xiàn)。在這項研究中，通過基因芯片分析了SOD1L126delTT TgM的脊髓中基因表達，在出現(xiàn)相應(yīng)癥狀后的TGM中有54個基因上調(diào)和4個基因下調(diào)，對54個上調(diào)基因中的10個進行PCR分析，PCR的結(jié)果與基因芯片取得的結(jié)果一致，μ晶狀體蛋白(CRYM)、熱休克蛋白1(HSPB1/HSP27)、絲氨酸蛋白酶抑制劑的分支成員3N(SERPINA3n)、補體成分1q子β多肽(C1QB)、組織蛋白酶H(CTSH)和多聚腺苷酸結(jié)合相互作用蛋白1蛋白(Paip1)均上調(diào)。免疫組化分析，在出現(xiàn)相應(yīng)癥狀后的TGM的脊髓腹角星形膠質(zhì)細胞中的HSBP1/HSP27、CTSH、CRYM表達水平均增加，在小膠質(zhì)細胞中Paip1和CTSH表達水平也增加，而對照組小鼠卻沒有發(fā)現(xiàn)這些基因的表達增加〔18〕。HSBP1/HSP27、CTSH、CRYM和Paip1這四個基因可能與FALS的發(fā)病機制有關(guān)，尤其是與星形膠質(zhì)細胞的進展和小膠質(zhì)細胞的炎癥反應(yīng)有關(guān)，但是這些基因的對FALS具體的調(diào)節(jié)機制還不清楚，有待進一步的研究以便尋找出治療FALS新的突破口。

4.2Paip1與宮頸癌的關(guān)系單核苷酸序列分析(SNP)和熒光原位雜交(FISH)分析顯示在63%侵襲性宮頸癌中5號染色體短臂(5p)拷貝數(shù)增加，這種改變產(chǎn)生在宮頸癌癌前病變階段。Scotto等〔19〕整合5號染色體基因組拷貝數(shù)和基因表達數(shù)據(jù)識別5p增加后過表達的基因，其中就包括Paip1，此外識別出的5p基因在DNA修復(fù)、細胞周期調(diào)節(jié)(BASP1、TARS、Paip1、BRD9、RAD1、SKP2和POLS)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和線粒體氧化磷酸化(NNT、SDHA和 NDUFS6)等方面發(fā)揮作用，提示這些基因參與的通路的中斷可能有助于宮頸癌的發(fā)展。說明Paip1過表達促進宮頸癌的發(fā)展。

5展望

Paip1是哺乳動物特有的蛋白質(zhì)，在酵母和植物中沒有這種蛋白,近年來受到的關(guān)注也越來越多。它在高等動物蛋白質(zhì)的翻譯過程起著至關(guān)重要的作用，通過與PABP結(jié)合穩(wěn)定mRNA的環(huán)形結(jié)構(gòu)〔8〕，與eIF3、eIF4G形成三元復(fù)合體〔1〕等方式促進翻譯起始過程，當然，Paip1與eIF3的結(jié)合受到多條信號通路的調(diào)節(jié)，包括mTOR、Akt和MEK信號通路〔14〕，具體的調(diào)節(jié)機制還不是很清楚，有待進一步的研究。而最新的一項令人興奮的研究發(fā)現(xiàn)Paip1的降解主要受WWP2的調(diào)節(jié)〔16〕，這就意味著我們可以通過調(diào)節(jié)WWP2的量而影響Paip1細胞的水平，從而調(diào)控翻譯過程，最終對一些與Paip1相關(guān)的疾病起到一定的治療作用。比如在宮頸癌的發(fā)展過程中Paip1的表達增加〔19〕，但它主要是通過哪些信號通路影響宮頸癌的發(fā)生發(fā)展，是否與mTOR、Akt和MEK信號通路的調(diào)節(jié)有關(guān)，能否成為治療宮頸癌的新靶點；Paip1對其他腫瘤的發(fā)生發(fā)展有沒有影響；在肌萎縮側(cè)索硬化中Paip1又扮演著什么重要角色，是否能成為治療肌萎縮側(cè)索硬化的新靶點，等等。以上問題可能成為今后Paip1相關(guān)的臨床研究熱點，但仍需要開展更多相關(guān)的研究。

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〔2015-09-23修回〕

(編輯袁左鳴)

〔中圖分類號〕R2

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)08-2009-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.08.107

通訊作者：張吉翔(1950-)，男，教授，主要從事消化系統(tǒng)方面的研究。

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(No.81360074)

第一作者：吳水梅(1989-)，女，碩士，主要從事消化系統(tǒng)方面的研究。