轉(zhuǎn)錄輔助因子PC4在腫瘤中的研究進展

謝加瓊綜述，任黔川審校

（西南醫(yī)科大學附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科，四川瀘州646000）

轉(zhuǎn)錄輔助因子PC4在腫瘤中的研究進展

謝加瓊綜述，任黔川審校

（西南醫(yī)科大學附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科，四川瀘州646000）

轉(zhuǎn)錄輔助因子PC4；腫瘤；研究進展

轉(zhuǎn)錄輔助因子PC4(Transcriptional positive coactivator 4),是一個功能強大的輔助激活因子，不僅參與轉(zhuǎn)錄，還參與DNA復制、損傷修復，染色質(zhì)形成和細胞周期調(diào)控。近年來，通過PC4在肺癌、食管鱗癌、星型細胞瘤等腫瘤中的研究發(fā)現(xiàn)，PC4與腫瘤關(guān)系密切。它參與腫瘤發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移過程，并且與腫瘤治療、預后密切相關(guān)。本文就PC4結(jié)構(gòu)和功能、參與p53正反饋調(diào)控、參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的研究作簡要綜述。

1 PC4 的結(jié)構(gòu)和功能

PC4，又稱p15／Subl(在酵母細胞中)，屬轉(zhuǎn)錄共輔助因子家族成員，在物種進化過程中，是結(jié)構(gòu)相對保守但具有重要生物學功能的一類核蛋白。Ge等[1]1994年從人上游因子刺激活性相關(guān)USA碎片中純化、克隆、鑒定獲取。人類PC4基因全長約18.6 kbp，定位于染色體5p13.3，轉(zhuǎn)錄成3.5 kb mRNA。其轉(zhuǎn)錄翻譯編碼的PC4蛋白[2]分子量約為14 kDa，由127個氨基酸組成，包含兩個主要結(jié)構(gòu)域。N-末端結(jié)構(gòu)域位于氨基酸1～62位，包含兩個富絲氨酸區(qū)域（SEAC），被富賴氨酸區(qū)域（LYS）分隔，SEAC為酪氨酸蛋白激酶Ⅱ(CKⅡ)作用位點，與高度磷酸化相關(guān)。C-末端高度結(jié)構(gòu)化DNA結(jié)合域（PC4CTD）位于氨基酸62～127位，形成具有單鏈DNA結(jié)合通道的二聚體結(jié)構(gòu)，與單鏈DNA結(jié)合，參與轉(zhuǎn)錄起始、延長、終止、再啟動等各階段。PC4蛋白還有一個雙鏈DNA結(jié)合域，位于氨基酸22～87位。在體內(nèi)95%由CKⅡ介導磷酸化的PC4是無活性的，只有5%的去磷酸化的PC4存在活性。

1.1 PC4與轉(zhuǎn)錄

真核RNApⅡ不能直接識別其靶啟動子，需要系列GTFⅡs（TFⅡ-A、B、D、E、F、H)等協(xié)同才能啟動轉(zhuǎn)錄，而激活性轉(zhuǎn)錄裝置尚需更多激活因子/USA參與調(diào)節(jié)。PC4最早是作為RNApⅡ的轉(zhuǎn)錄激活因子被發(fā)現(xiàn)的，參與激活基礎轉(zhuǎn)錄和激活性轉(zhuǎn)錄。采用GST pull-down檢測技術(shù)[3]發(fā)現(xiàn)，人PC4與TFⅡB、TFⅡEβ、TFⅡFα、TFⅡFβ、TFⅡH XPG亞基較強結(jié)合，與THⅡHp62、TBP較弱結(jié)合，且人PC4蛋白還可與CDK7結(jié)合。Calvo等[4-5]通過一系列研究證實PC4存在于轉(zhuǎn)錄基因的任何區(qū)域，可能參與轉(zhuǎn)錄起始、延長、終止及再起始。當PC4與TFⅡEβ C-端結(jié)合后，可參與介導轉(zhuǎn)錄起始到延長過度[3]。PC4與TFⅡE、TFⅡH結(jié)合，將影響啟動子融化[6]。實驗發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD、TFⅡH的量減少而PC4濃度增高時抑制轉(zhuǎn)錄進行，加入高濃度TFⅡD、TFⅡH時，抑制解除，證實低濃度PC4可刺激基礎轉(zhuǎn)錄重建，而高濃度PC4卻抑制轉(zhuǎn)錄進行。線性模板PC4可加速轉(zhuǎn)錄進程，而當處于超螺旋狀態(tài)時，使轉(zhuǎn)錄過程減緩。近年發(fā)現(xiàn)[7]，PC4可能還參與調(diào)控RNApⅢ轉(zhuǎn)錄途徑，在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的作用可能更加廣泛。這與Wang等早期研究發(fā)現(xiàn)[8]通過TFⅢc結(jié)構(gòu)，DNA拓撲異構(gòu)酶I與PC4相互作用促進RNApⅢ參與轉(zhuǎn)錄精密終止及再起始結(jié)果相符。綜上，PC4在不同條件下可能具有激動或抑制的雙重效應。

1.2 PC4與DNA復制和損傷修復

早期研究顯示，PC4可能參與輔助病毒如肉瘤病毒、腺病毒的復制過程，但具體機制不明。Mortusewicz等[9]推測，PC4可能在復制叉處與解螺旋單鏈DNA結(jié)合，從而維持復制叉的穩(wěn)定，阻止基因結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，他們通過羥基脲（HU）誘導DNA損傷發(fā)現(xiàn)，DNA復制叉處檢測到PC4大量募集。在大腸桿菌及氧化酵母中的研究已證實，PC4抑制DNA氧化突變。Wang等[10]認為PC4可以阻止氧化DNA損傷所導致的基因突變和細胞死亡，其可能是一種腫瘤抑制因子。Yu等[11]通過金屬離子催化氧化實驗發(fā)現(xiàn)，氧化應激狀態(tài)下Sub1轉(zhuǎn)錄加速，而Sub1突變將導致DNA破壞增加。Mortusewicz等[12]分析發(fā)現(xiàn)PC4通過其單鏈DNA結(jié)合能力，快速識別及準確聚集于放化療所導致的DNA損傷部位，并參與DNA損傷的早期應答，與修復蛋白A和增值細胞核抗原相比，高效逆轉(zhuǎn)DNA損傷。Yu等[13]研究發(fā)現(xiàn)PC4在體內(nèi)通過刺激雙鏈斷裂端連接，激活斷端修復，參與雙鏈DNA損傷修復。同時，PC4也可抑制自發(fā)性DNA損傷促進細胞生存[9]。

1.3 PC4與染色質(zhì)形成和細胞周期

Das等[14]研究發(fā)現(xiàn)PC4蛋白以刻點式方式廣泛分布于除著絲粒外的有絲分裂細胞染色體臂上，通過選擇性的與H3和H2B核組蛋白互相作用，介導染色質(zhì)凝聚調(diào)節(jié)染色體形成。進一步通過SiRNA技術(shù)抑制宮頸癌Hela細胞中PC4的表達，發(fā)現(xiàn)PC4基因沉默后，同時能上調(diào)128個基因和下調(diào)49個基因表達，而大部分基因功能并不確定，他們認為，PC4作為轉(zhuǎn)錄激活因子沉默后確實可以下調(diào)其他基因表達，而推測沉默后上調(diào)其他基因表達可能是誘導染色質(zhì)全面開放的結(jié)果，其在參與染色質(zhì)形成中有重要作用。Dhanasekaran等[15]發(fā)現(xiàn)PC4在細胞有絲分裂中高度磷酸化，進一步通過核膜分解技術(shù)發(fā)現(xiàn)PC4在細胞核外通過與AuroraA/B結(jié)合并發(fā)生磷酸化，通過形成磷酸化濃度梯度而維持AuroraA/B的最佳激酶活性，調(diào)節(jié)中心體功能而促進有絲分裂進行。

2 PC4 與抑癌基因p53

2004年，Banerjee等[16]研究發(fā)現(xiàn)PC4能增強p53與其同源位點的DNA結(jié)合能力，刺激p53介導的轉(zhuǎn)錄活化和細胞凋亡。目前為止，p53是與人類腫瘤關(guān)系最為密切的一種抑癌基因，且p53蛋白在維護細胞基因組穩(wěn)定、細胞周期調(diào)控、誘導細胞凋亡等過程中行駛重要功能。2007年，Batta等[17]進一步研究證實，PC4通過自身結(jié)構(gòu)的調(diào)整并與DNA相互作用，誘導DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而增強p53與DNA的結(jié)合能力，進而影響p53的功能。同年，Kishore等[18]研究發(fā)現(xiàn)p53反過來又可調(diào)控PC4，認為PC4是一個p53應答基因。生物信息學分析[19]發(fā)現(xiàn)PC4啟動子區(qū)域包含多個p53結(jié)合位點，進一步探索發(fā)現(xiàn)，p53賴氨酸殘基結(jié)合位點乙?；螅琍C4通過其絲氨酸殘基輔助識別并與之結(jié)合，且具有不同的親和力，從而激活PC4基因轉(zhuǎn)錄。上述研究表明，轉(zhuǎn)錄輔助因子PC4與p53之間形成正性反饋調(diào)節(jié)回路。

3 PC4 與腫瘤發(fā)生發(fā)展

腫瘤分子生物學研究表明，表觀遺傳學的紊亂同樣參與了腫瘤發(fā)生發(fā)展。而表觀遺傳修飾主要包括DNA甲基化和組蛋白修飾等。PC4為非組蛋白染色質(zhì)蛋白，其本身不具有染色質(zhì)重建和組蛋白修飾活性。但是PC4可能間接參與調(diào)節(jié)組蛋白修飾。Das等[20]人采用染色質(zhì)免疫沉淀分析發(fā)現(xiàn)行PC4基因敲除后，異染色質(zhì)大量形成，并伴隨著組蛋白H3K9/14乙酰化修飾、H3K4三甲基化修飾發(fā)生，而H3K9二甲基化修飾減少，從而導致異染色質(zhì)區(qū)域正常沉默基因（如神經(jīng)基因）的過度表達。SMYD3（SET and MYND domain containing 3）[21]是近年來發(fā)現(xiàn)的一種具有組蛋白甲基化功能的蛋白。它能夠使染色體組蛋白（H3K4等）發(fā)生二甲基化或三甲基化。研究發(fā)現(xiàn)[22]下調(diào)SMYD3基因的表達后，宮頸癌細胞HeLa的增殖、遷移能力明顯受限、集落形成減少、同時細胞凋亡有所增加。Jin-Manin等[23]采用基因表達譜、轉(zhuǎn)錄分析、ChIP-qPCR、CRISPR/dCas9系統(tǒng)進行研究，發(fā)現(xiàn)在膀胱癌和直腸癌細胞中，SMYD3與PC4基因在調(diào)節(jié)細胞增值和侵襲中有共同的定位，在轉(zhuǎn)錄過程中有競爭和協(xié)同作用。進一步采用shRNA技術(shù)致SMYD3或PC4下調(diào)，觀察發(fā)現(xiàn)靶基因的轉(zhuǎn)錄均被抑制，同時細胞增值及侵襲受抑。而通過基因消除技術(shù)發(fā)現(xiàn)，PC4可通過促進SMYD3在目標基因的占位進而促進SMYD3功能表達。

Peng等[24]研究發(fā)現(xiàn)PC4在早期胚胎組織中表達最高，在間充質(zhì)干細胞表達較高，在成纖維細胞中不表達，認為PC4的表達與細胞的發(fā)育潛能有關(guān)。在惡性轉(zhuǎn)化的間充質(zhì)干細胞中檢測發(fā)現(xiàn)PC4高表達；PC4表達下調(diào)后觀察發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細胞的增殖抑制，凋亡增加。他們認為PC4是間充質(zhì)干細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化相關(guān)基因，參與上皮來源的腫瘤的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移。進一步通過PC4的表達促使表皮成纖維細胞的致瘤性轉(zhuǎn)化實驗證實PC4在腫瘤發(fā)生中的重要作用，但具體的分子機制有待進一步研究[25]。

4 PC4 在常見腫瘤中的研究

當前研究表明，PC4能夠影響腫瘤細胞的增殖、凋亡、侵襲等生物學過程。PC4與許多腫瘤相關(guān)如：肺癌、胰腺癌、結(jié)腸癌、膀胱癌、乳腺癌、食管鱗癌等。通過mRNA水平及蛋白水平的檢測發(fā)現(xiàn)，PC4在上述腫瘤組織中異常高表達，而在正常組織中不表達或低表達，而且其表達水平與腫瘤惡性程度相關(guān)。PC4表達沉默后,癌細胞凋亡增加，細胞的增殖不同程度受抑。

4.1 PC4與肺癌

2002年，Yokoi等[26]采用比較基因組雜交技術(shù)研究22種小細胞肺癌細胞株DNA拷貝數(shù)畸變，發(fā)現(xiàn)染色體5p13區(qū)域有包含PC4在內(nèi)的三個基因擴增和過表達。Peng等[27]通過RT-PCR檢測PC4基因發(fā)現(xiàn)，在NSCLC癌組織中mRNA水平的表達高于相應的NSCLC癌旁組織,Western blot技術(shù)定量檢測PC4蛋白表達發(fā)現(xiàn)，在NSCLC癌組織中表達水平高于相應的NSCLC癌旁組織。細胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，下調(diào)PC4基因能夠抑制細胞增殖，并誘導細胞G1期阻滯、細胞凋亡及代謝水平降低。而PC4特異性siRNA對A549肺癌細胞裸鼠移植瘤具有抑制瘤體生長作用。孫天宇等[28]研究發(fā)現(xiàn)PC4高表達與肺腺癌淋巴轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，陶紹霖等[29]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)PC4可能通過調(diào)節(jié)淋巴管生成VEGF—C／D、VEGFR-3信號通路，促進腫瘤及其周圍新生淋巴管生成，促進腫瘤細胞的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

4.2 PC4與食管癌

Qian等[30]采用免疫組織化學證實PC4在食管鱗狀細胞癌(ESCC)細胞及病理組織中高表達。同時發(fā)現(xiàn)，PC4的表達水平與ESCC的放療敏感性密切相關(guān)，高水平的PC4與ESCC適形調(diào)強放射治療IMRT抵抗呈正相關(guān)關(guān)系。慢病毒轉(zhuǎn)染技術(shù)促使PC4基因沉默后發(fā)現(xiàn)，ESCC細胞的放療敏感性增強，接受放射治療的細胞凋亡明顯增加，同時，細胞發(fā)生有絲分裂障礙（MC，被認為是由放射治療所引起的另一種形式的細胞死亡）。但是，PC4基因沉默并不影響正常生長狀態(tài)下ESCC細胞的生長曲線。其原因可能是PC4主要參與DNA損傷修復，實驗觀察發(fā)現(xiàn)，PC4基因沉默將下調(diào)XLF蛋白表達而刺激DNA雙鏈斷裂（DSBs)非同源性末端鏈接(NHEJ)修復過程。PC4的高表達或可提示放療抵抗，預測不良預后。

4.3 PC4與其他腫瘤

2004年，Sato等[31]采用基因芯片技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)PC4在胰腺癌癌組織中的表達比在正常的胰腺導管上皮細胞中升高27.73倍。2008年，史春夢等[25]研究發(fā)現(xiàn)PC4在人前列腺癌組織標本中的高表達，同樣，在乳腺癌的組織標本中亦得到相似的結(jié)果。2014年，chen等[32]報道PC4在神經(jīng)星型細胞瘤中異常高表達，且與腫瘤進展及不良預后密切相關(guān)；進一步體外實驗證實，下調(diào)PC4表達將抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞增值及侵襲。

5 問題與展望

PC4是一種功能廣泛的輔助激活因子，參與基因表達的各階段，在轉(zhuǎn)錄過程中起著雙重(激動或者抑制)調(diào)控作用，同時參與DNA復制、損傷修復和染色質(zhì)形成過程，是細胞生長和分化的相關(guān)基因，且與p53相互作用，參與腫瘤的惡性轉(zhuǎn)化。目前為止，有關(guān)PC4與其上下游基因的相互作用有待進一步探索，在腫瘤發(fā)生發(fā)展、治療中的作用及機制、對細胞功能的調(diào)控作用有待更加深入探索。PC4將是腫瘤診治研究中一個新的熱點，可為腫瘤分子生物學診斷、治療提供一個新方向，PC4有望成為腫瘤治療新靶點。

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（2016-04-14收稿）

R73

A

10.3969/j.issn.1000-2669.2016.05.026

謝加瓊（1989-），女，碩士生。E-mail：475105126@qq.com