跨損傷合成DNA聚合酶ζ-Rev7在腫瘤發(fā)展中的研究進展

曹菊華，汪良芝

(1.中國人民解放軍第102醫(yī)院 內(nèi)科，江蘇 常州 213003；2.蘇州大學(xué)附屬第三醫(yī)院 老年醫(yī)學(xué)科， 江蘇 常州 213003)

1 跨損傷修復(fù)機制

跨損傷修復(fù)(translesion synthesis)是一類DNA損傷修復(fù)機制，它允許損傷DNA模板的存在，使DNA復(fù)制能夠繼續(xù)進行，但其復(fù)制的保真度會下降，易導(dǎo)致突變形成。細(xì)胞在增值過程中，由于環(huán)境因素的侵?jǐn)_以及細(xì)胞內(nèi)源性的損傷，會不斷地產(chǎn)生DNA損傷。通常情況下，細(xì)胞內(nèi)一系列的修復(fù)途徑能修復(fù)這些DNA損傷，以保證基因組的完整性。然而，當(dāng)DNA復(fù)制開始以后尚未修復(fù)的或新出現(xiàn)的DNA損傷會阻礙DNA復(fù)制的進行，使得復(fù)制叉在DNA損傷的地方停滯下來， 產(chǎn)生復(fù)制缺口，甚至雙鏈斷裂損傷。為了確保復(fù)制的順利進行，生物體內(nèi)具有一套能容忍DNA 損傷的應(yīng)急機制，被稱為復(fù)制后DNA修復(fù)(postreplication DNA repair, PRR)。該機制共有2條兩種途徑，一是跨損傷DNA合成(translesion DNA synthesis, TLS)，二是同源重組(homologous recombination，HR)。TLS是通過聚合酶的轉(zhuǎn)換，通過低忠實度DNA聚合酶在損傷處進行延伸。同源重組是以另一條未損傷的DNA鏈為模板，完成復(fù)制。TLS途徑是生物體的一種應(yīng)急機制，能夠在DNA損傷未被修復(fù)的狀態(tài)下進行復(fù)制延伸，維持基因組穩(wěn)定性，但也不可避免的會引起DNA突變。

盡管許多類型的DNA損傷可以引起復(fù)制叉的暫時停滯，但用于半保留復(fù)制的DNA聚合酶不再對損傷的DNA作用，在哺乳動物細(xì)胞中，TLS能夠替換DNA復(fù)制叉，或者位于在復(fù)制后損害處的一個間隙，在真核生物中DNA聚合酶ζ(polymerase ζ,Pol ζ)對于TLS是十分重要的。在哺乳動物細(xì)胞中TLS對于躲避DNA的病變是十分有必要的，甚至在DNA模板中個被插入一個錯誤的配對，那么Pol ζ所調(diào)節(jié)的TLS也能夠發(fā)生突變，如果Pol ζ調(diào)節(jié)的TLS不能及時完成其職能，DNA復(fù)制叉的功能就會喪失，后續(xù)的酶促反應(yīng)會切斷DNA無功能的復(fù)制叉并且造成DNA雙鏈斷裂。抑制Pol ζ可以使腫瘤對化療的敏感性增加并且降低腫瘤耐藥性[1]，除此之外Pol ζ還能夠?qū)NA序列復(fù)制提供幫助，這種復(fù)制是難以被逆轉(zhuǎn)的，就像在哺乳動物基因組中脆性位點區(qū)域或者那些能形成非DNA結(jié)構(gòu)的序列[2]。在Pol ζ缺陷的哺乳動物細(xì)胞中，在細(xì)胞增殖時DNA雙鏈斷裂，并伴隨著染色體重排現(xiàn)象[3]。Pol ζ與TLS和DNA損傷導(dǎo)致的突變有著密不可分的關(guān)系。有研究報道Pol ζ亞基4激活TLS的效率要比Pol ζ亞基2的效率好，除此之外，增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)進一步從旁路增強了Pol ζ亞基4的活性[4]。這些不同的組合體在生物化學(xué)特征上的大的差異可能解釋了為什么一些研究者沒有發(fā)現(xiàn)或者是發(fā)現(xiàn)某種損傷的旁路效率極低，例如無堿基位點或者嘧啶二聚體。也有其他的報道發(fā)現(xiàn)相同類型的DNA損傷的有效的通路。除此之外，由Pol ζ導(dǎo)致的TLS取決于病變序列區(qū)域的所處的環(huán)境[5]。

2 Rev7的構(gòu)造

早期研究表明在細(xì)胞中DNA損傷誘導(dǎo)的突變并不是一個被動過程，但這一過程的出現(xiàn)會導(dǎo)致一些蛋白酶的催化反應(yīng)。在早期研究的基礎(chǔ)上，當(dāng)前研究證實某些基因與突變?nèi)毕萦嘘P(guān)，這些突變主要是由紫外線照射和化學(xué)法導(dǎo)致的DNA損傷。這些基因被稱作Rev基因。Rev基因包括Rev1，Rev3和Rev7。人類Rev3編碼蛋白有353 ku，是酵母蛋白的2倍，突變的Rev3和Rev7在表型上十分相似，說明Rev3和Rev7可能是作為一個協(xié)同蛋白存在。1996年， Rev3和Rev7的二聚體復(fù)合物已從酵母中被提取，而被命名為第6個真核生物DNA聚合酶Pol ζ。

Mad2L2(Mad2B)不僅僅與Mad2是類似蛋白，同時，作為TLS分子的一員，也被稱為Rev7。Rev7由211個氨基酸組成，與Mad2有26%的重復(fù)性。Mad2與Rev7在減數(shù)分裂期干預(yù)聯(lián)會復(fù)合體的形成。Rev7單獨是不能與Rev1結(jié)合的，在與Rev3形成復(fù)合體之后才能與Rev1結(jié)合。根據(jù)與Rev3的結(jié)合情況來看，Rev7的構(gòu)造顯示出很大的變動。說明Rev7單獨形成相當(dāng)于O-Mad2的構(gòu)造。與Rev3結(jié)合后變位關(guān)閉的狀態(tài)，隨后可以與Rev1結(jié)合。Rev7分子質(zhì)量在28 ku，它能夠顯著的刺激催化REV3的活性，表明這2個亞基復(fù)合物是在體外Polζ所需的最小組合體。Rev3和Rev7之間的相互作用被映射到Rev3聚合酶的氨基酸N末端區(qū)域[6]。目前Rev7的構(gòu)造變化能否受到類似于Mad2蛋白的調(diào)控仍不明確。

3 Rev7的功能

Rev7亞基同時對Pol ζ和其他蛋白的調(diào)節(jié)作用也很重要。據(jù)報道，Rev7能夠與Cdh1、IκB、ADAM9、PRCC和ELK- 1等多種蛋白結(jié)合。其中，ADAM9，ELK- 1是與Rev3類似的結(jié)構(gòu)與Rev7結(jié)合[7]。Rev7也和蛋白激酶Cdc7-Dbf4(DDK)相互作用，DDK對DNA起始復(fù)制和紫外線導(dǎo)致的突變都是必不可少的[8]。Rev7與紡錘體組裝檢驗點蛋白MAD2也可以相互作用，表明TLS和染色體分離也存在某種潛在的關(guān)聯(lián)[9]。

在細(xì)胞中敲低Rev7能夠增加細(xì)胞的輻射敏感性，DNA受到的損傷也更加嚴(yán)重，此外，Rev7與Mad2可以共同干預(yù)調(diào)控細(xì)胞周期， Mad2能夠與cdc20結(jié)合，調(diào)控APC/C的活化，Rev7能夠與APC/C的另外一種輔因子Cdh1結(jié)合并調(diào)控APC/C的活性化[10]。而APC/C-cdc20在分裂期后半段開始起作用，而APC/C-Cdh1是在分裂期結(jié)束從起始到G1期起作用。痢疾桿菌產(chǎn)生的IκB蛋白與Cdh1拮抗性的與Rev7結(jié)合，從而導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞無法進入分裂期[11]。

4 Rev7與腫瘤之間的關(guān)系

腫瘤的形成是細(xì)胞內(nèi)基因組異?；蛘咄蛔兟e累的長期過程。在正常情況下，細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制酶會保證DNA合成的忠實度，每個細(xì)胞在其增值期限內(nèi)只能積累1～2個基因突變，但這不能夠完全解釋腫瘤細(xì)胞中大量的基因突變。因此在腫瘤形成過程中，DNA跨損傷修復(fù)途徑應(yīng)是加速突變形成的原因之一。

癌細(xì)胞能夠通過TLS這一機制來提升它們自身的存活率，在小鼠的生長和發(fā)育過程中REV7有著獨特的作用[12]，并與多種腫瘤有著密不可分的聯(lián)系。Rev7的表達與DNA損傷后癌細(xì)胞的存活有著密切的關(guān)系。Rev7基因缺失的腫瘤細(xì)胞對DNA損傷更加敏感，包括對順鉑藥物等[13]。除此之外，免疫組化技術(shù)分析得出在一些人類腫瘤中Rev7基因是高表達的，與晚期卵巢癌和結(jié)腸癌的不良預(yù)后存在一定的關(guān)系，在上皮細(xì)胞卵巢癌中，Rev7的表達是比較多的，敲低Rev7的表達可以抑制卵巢癌細(xì)胞的增殖但不會影響細(xì)胞周期，同時可以增強卵巢癌細(xì)胞的化療敏感性以及促進細(xì)胞凋亡，并且在經(jīng)過化療藥物處理后的卵巢癌細(xì)胞，同時再將Rev7基因敲低，會發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的DNA損傷更加嚴(yán)重[13]。在B淋巴細(xì)胞癌中，高表達的Rev7預(yù)示著較低的一個存活率。同時，在B淋巴細(xì)胞癌患者中Rev7可以作為一種獨立的檢測指標(biāo)[14]。

一種攜帶錯義突變Rev7的repro22小鼠，因為表現(xiàn)出大量胚胎細(xì)胞的受損從而導(dǎo)致雌性和雄性小鼠不育不孕，部分胚胎被損壞，生長受到阻滯。Rev7突變的雄性小鼠的在成年階段的睪丸間質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出一種畸形生長的狀態(tài)，可能由胚胎細(xì)胞受損所引起的[15]。這一現(xiàn)象使Rev7突變的小鼠其卵巢癌細(xì)胞的增殖變快，并且促進卵巢癌腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。Rev7突變的小鼠其卵母細(xì)胞和卵泡的功能會喪失，并且在卵巢癌中其遺傳因子被看作是主要的危險因子，并且很多證據(jù)支持增強促性腺素的循環(huán)水平是由卵泡功能的喪失所引起，使其更傾向于發(fā)展成為卵巢癌[16]。同時Rev7基因突變的小鼠由于缺少DNA修復(fù)功能也可能是造成卵巢癌發(fā)生與發(fā)展的重要因素[17]。也有報道在乳腺癌細(xì)胞中敲低Rev7的表達水平可以抑制細(xì)胞的侵襲和遷移并且抑制EMT現(xiàn)象的發(fā)生，并且敲低Rev7后可以促進轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)的表達。表明TGF-β1可能是Rev7下游的一個重要的基因。在對乳腺癌細(xì)胞干擾掉TGF-β1后，發(fā)現(xiàn)同樣能抑制細(xì)胞的侵襲、遷移和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換(EMT)，并且在過表達Rev7的細(xì)胞中也得到同樣的結(jié)果。由此可見，Rev7可以作為一種潛在靶點來治療乳腺癌[18]。

5 結(jié)語

本文主要介紹了TLS及DNA聚合酶的一個亞基Rev7的功能與作用，把 Rev7作為一個在DNA損傷中起重要作用的多功能蛋白進行了重點描述，Rev7結(jié)合的多種多樣的蛋白質(zhì)是如何干預(yù)到Rev7的構(gòu)造變化，并是否會受到此影響，都將會是今后探索的重點。同時，很多細(xì)胞水平的實驗已經(jīng)驗證抑制跨損傷修復(fù)途徑能夠提高癌細(xì)胞對化療藥物的敏感性，迄今已陸續(xù)有報道Rev7對治療腫瘤在化學(xué)藥物的敏感性方面起著重要的作用，同時可能參與了一些腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，包括對癌細(xì)胞的侵襲、遷移和增殖的影響。Rev7將作為一個的治療腫瘤的潛在靶點對基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)意義重大。

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