C2H2型鋅指蛋白在腫瘤基因調(diào)控中的研究進展

韓小暖, 陳浩暘, 張 忠, 薄 威

(1. 中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院 第一分娩室, 遼寧 沈陽, 110000; 2. 沈陽醫(yī)學院病理教研室, 遼寧 沈陽, 110032)

轉錄因子對于基因調(diào)控表達起著重要作用，并且參與多種生物進程，包括調(diào)節(jié)細胞分化、發(fā)育、代謝和自噬等多種生物進程[1-5]。根據(jù)與DNA結合方式的不同，轉錄因子可分為經(jīng)典鋅指結構、同源結構域和螺旋-環(huán)-螺旋結構[6-8]。其中，經(jīng)典鋅指結構由人類2%的基因編碼，形成了最具有序列特異性DNA結合蛋白構象[9-10]。鋅指蛋白在非洲爪蟾的卵細胞中首次被發(fā)現(xiàn)，隨后成為各國學者研究[11-12]熱點，其類型包括C2H2型、塞結狀、高音譜號、帶狀、Zn2/Cys6型、類TAZ2型、鋅離子結合短環(huán)和金屬硫蛋白8種不同類型的鋅指折疊群。由于鋅指蛋白保守結構域存在差異，所以又可將其分為3個類群: C2H2型(Krüppel相關型)、C4型和C6型[13]。這些不同類型鋅指基序表現(xiàn)出不同生物功能，以往研究[14]更多關注鋅指結構和DNA的相互作用。最近研究[15]顯示，除與DNA存在相互作用外，鋅指結構還與RNA、蛋白質存在相互作用。鋅指蛋白通過與多種鋅指基序的不同組合在細胞基因調(diào)控中起著不同作用。作者主要探討C2H2型鋅指蛋白在基因調(diào)控中的作用機制及其在不同惡性腫瘤進程中的作用。

1 鋅指蛋白的轉錄調(diào)控

C2H2型鋅指蛋白家族共有5 926個成員，是所有鋅指序類中最大的一類[16-17]。C2H2型鋅指結構由CX2CX3FX5LX2HX3H 組成，半胱氨酸和組氨酸殘基在與鋅離子的相互作用后，會折疊成一個手指狀結構，其中包括2個反向平行的β折疊和一個α 螺旋結構[18]。研究表明，連續(xù)的2～3個C2H2型鋅指模體結構與DNA結合的程度最高。另外，豐富的GC和GT堿基序列可以作為C2H2型鋅指蛋白的順式作用元件，例如，CTGGCAGCGC堿基序列為轉錄因子小尾寒羊特異性蛋白1(SP1)激活BRK1蛋白表達的共有結合元件[19]。C2H2型鋅指蛋白其他功能域(如痘病毒和鋅指功能域、Krüppel相關的功能域)可能通過選擇性結合轉錄因子或與其他細胞結構結合來控制亞細胞的定位、DNA結合以及基因表達。例如，鋅指蛋白球蛋白轉錄調(diào)節(jié)因子-1(GATA-1)被報道可與弗里德白血病病毒插入位點1(Fli-1)、SP1、紅系分化特異轉錄因子(EKLF)和轉錄因子1(PU1)蛋白結合，促進蛋白之間的相互作用，進而執(zhí)行不同的生物功能[20-21]。有些鋅指蛋白在轉錄水平上作用可能是相反的，例如糖蛋白家族GPIX和GPIpalpha等巨噬細胞特異性基因在轉錄水平上可激活Ets家族成員GATA-1和Fli-1, 但與Ets家族成員另一個成員PU1結合后就會阻斷GATA-1 的激活。此外，鋅指蛋白對多種下游基因也具有不同的調(diào)控機制，一些鋅指蛋白通過結合特異性受體可抑制下游基因表達，如鋅指蛋白217(ZNF217)通過結合賴氨酸去甲基酶1、組蛋白去乙酰化酶2和C端結合蛋白等抑制下游基因表達[22-23]。一些鋅指蛋白可通過與組蛋白乙酰轉移酶CBP/P300和C/EBP等激活劑相互作用而發(fā)揮轉錄激活因子的作用，以上研究[24]表明鋅指蛋白在轉錄調(diào)控中起著重要作用。

2 鋅指蛋白翻譯后修飾

鋅指蛋白通過乙酰化或者磷酸化作用參與翻譯后修飾，這種調(diào)節(jié)方式可以增強鋅指蛋白轉錄激活或者抑制翻譯后調(diào)節(jié)[25]。GATA-1是一種含有2個高度保守的鋅指基序的轉錄因子，乙?；罂膳c染色質穩(wěn)定結合，促進蛋白質相互作用[26]。帶有GATA-1的紅細胞的Kruppel樣因子(EKLF)乙?；罂上燃せ詈蠸WI/SNF染色質重塑蛋白和紅細胞復合物-1(ERC-1), 進而激活β-球蛋白的表達。C2H2鋅指蛋白YY1可被P300/CBP相關因子(PCAF)乙?；?，乙?；腨Y1與DNA的結合能力受到了抑制。富含甘氨酸和賴氨酸的YY1被乙?；?，與靶基因的轉錄功能會完全被抑制但不會影響其與DNA結合的能力[27]。

研究[28]發(fā)現(xiàn)，一些鋅指蛋白包括Ikaros、Sp1和YY1在有絲分裂過程中在其連接肽的蘇氨酸/絲氨酸殘基上被高度磷酸化，因此失去了與DNA結合能力。COWGER J J 等[29]針對磷酸化連接肽(TGEKP)制備了相應的抗體，結果顯示, 80%的C2H2型鋅指蛋白中的50%連接肽都會被磷酸化，這表明在有絲分裂過程中磷酸化是抑制鋅指蛋白與DNA 結合的重要因素。

3 鋅指蛋白在促癌中的作用

最近研究[30]表明, C2H2 型鋅指蛋白的過表達在一些類型的腫瘤中起促進作用，如鋅指蛋白ZKSCAN3在結直腸癌中出現(xiàn)了明顯的擴增和過表達; 結直腸癌的癌細胞敲除ZKSCAN3后發(fā)現(xiàn)，錨定非依賴性生長和原位腫瘤的生長均受到了顯著的抑制，而ZKSCAN3的過表達則產(chǎn)生相反效果，進一步研究[31]證實, ZKSCAN3轉錄通過激活整合素β4和血管內(nèi)皮生長因子在結直腸癌的發(fā)生中起重要作用。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，過表達的ZKSCAN3在多發(fā)性骨髓瘤和前列腺癌中通過激活細胞周期蛋白D2(CCND2)的表達來促進腫瘤細胞增殖。

鋅指蛋白322A(ZNF322A)是包含11個串聯(lián)重復序列的C2H2鋅指蛋白[32]。1998年，研究對居住于亞洲中部和高加索地區(qū)的肺癌患者進行了基因篩查并發(fā)現(xiàn)，肺癌患者組織切片中ZNF322A出現(xiàn)了明顯的過表達，因此ZNF322A首先被認為與腫瘤相關。之后該研究團隊進一步發(fā)現(xiàn), ZNF322A在肺癌中通過轉錄激活細胞周期蛋白D1和內(nèi)收蛋白而抑制p53從而促進細胞增殖、遷移和侵襲。多變量Cox回歸分析提示, ZNF322A是肺癌患者不良預后的獨立危險因素。另外, ZNF322A小鼠種間同源基因Zfp322a也有相關報道。Zfp322a在維持小鼠胚胎干細胞的自我更新和全能性方面起著重要作用。研究[33]發(fā)現(xiàn), Zfp322a通過轉錄激活轉錄因子Oct4和胚胎干細胞關鍵蛋白的表達促進OKSM (Oct4、Klf4、Sox2、c-Myc)誘導小鼠胚胎成纖維細胞轉變?yōu)榕咛ジ杉毎?/p>

鋅指蛋白ZNF304(ZNF304)在2002年首次被報道, ZNF304包含一個KRAB結構域和13個C2H2鋅指結構基序。ZNF304通過募集包括DNA甲基轉移酶DNMT1在內(nèi)的轉錄抑制因子復合物，在沉默p14ARF、p15INK4B 和p16INK4A等腫瘤抑制因子方面發(fā)揮關鍵作用[34]。此外，研究對腫瘤基因組圖譜和卵巢癌數(shù)據(jù)集的整合生物信息學進行分析，之后通過細胞學實驗驗證了ZNF304和卵巢癌轉移間的聯(lián)系。進一步研究ZNF304和卵巢癌間的具體作用機制結果表明, ZNF304可激活Src/focal局灶性黏附激酶和靶蛋白，最終阻止卵巢凋亡，該實驗在小鼠模型中也得到了成功驗證[35]。

GAMSJAEGER R等[36]在對胃癌患者的研究中發(fā)現(xiàn)，鋅指蛋白ZNF139(ZNF139)明顯過表達。Cox生存分析顯示, ZNF139過表達是胃癌發(fā)生的獨立危險因素。研究還發(fā)現(xiàn), ZNF139通過上調(diào)生存素(Survivin)、X連鎖凋亡抑制蛋白(x-IAP)和凋亡相關基因Bcl-2的表達和下調(diào)半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)和凋亡相關因子Bax的表達促進細胞增殖和抑制細胞凋亡。

鋅指蛋白ZFX已被證實在多種腫瘤細胞中能夠促進細胞生長和轉移。研究[37]還發(fā)現(xiàn), ZFX通過轉錄激活干細胞標志物Nanog和SOX2的表達在肝細胞癌中獲得自我更新特性和化學抗性。SENGUPTA T等[38]發(fā)現(xiàn), ZFX通過轉錄上調(diào)原癌基因c-Myc的表達誘導膠質瘤干細胞的特異性。在細胞學實驗中用小干擾核糖核酸(siRNA)低聚核苷酸抑制ZNF表達后可減緩癌癥惡化進程，表明ZFX在治療癌癥中具有潛在應用前景。

4 鋅指蛋白在抑癌中的作用

鋅指蛋白不但在促進癌癥基因表達方面起作用，一些鋅指蛋白也被發(fā)現(xiàn)可抑制癌基因表達，如鼻咽癌、食道癌、肺癌、胃癌、結腸癌和乳腺癌。鋅指蛋白ZNF545(ZNF545)通過誘導細胞凋亡和抑制NF-kB和AP-1的表達充當腫瘤抑制因子。此外，甲基化作用遞減的5個CpG位點可以用來預測胃癌患者的生存情況，即攜帶高甲基化的CpG位點的患者存活率下降[39]。鋅指蛋白ZNF331(ZNF331)是一種高度甲基化的滅活鋅指蛋白，其過表達可下調(diào)肌動蛋白解聚因子家族成員DSTN、EIF5A、GARS、DDX5、STAM、UQCRFS1和SET的基因來抑制腫瘤細胞生長，并通過下調(diào)DSTN和ACTR3基因來抑制腫瘤細胞遷移和侵襲[40]。乳腺癌研究證實，鋅指蛋白ZNF24(ZNF24)和血管生成因子(VEGF)間存在負相關作用, ZNF24通過抑制血管生成來抑制乳腺癌的發(fā)生[41]。一項最新研究[42]顯示，微小核糖核酸94(miR94)在胃癌中的過表達會抑制ZNF24表達，進而促進胃癌細胞的遷移和侵襲。另一種抑制腫瘤細胞生長的鋅指蛋白668(ZNF668)是Krippel C2H2鋅指蛋白家族的一員，擁有16個C2H2型鋅指。ZNF668通過抑制鼠雙微體MDM2基因泛素化，促進p53在乳腺癌中的表達，達到抑癌作用。

5 鋅指蛋白在腫瘤中的雙重作用

以往研究[43]表明，鋅指蛋白395(ZNF395)的過表達可促進腫瘤的發(fā)生，例如ZNF395在尤因肉瘤、骨肉瘤和腎細胞癌中過度表達。在乳腺癌中, ZNF395在低氧條件下通過干擾素刺激基因IFIT1、ISG56、IFI44、IFI16和 IKK 誘發(fā)ZNF395上調(diào)刺激促癌基因表達和干擾抑癌基因表達，這表明ZNF395作為轉錄因子促進了腫瘤的發(fā)生和進展。然而，最近研究[44-45]表明, ZNF395在肝癌發(fā)生中起著抑制作用。miR-525-3p的過表達可促進肝癌細胞遷移, ZNF395可以抑制miR-525-3p的表達，從而抑制肝癌的發(fā)生。以上研究結果表明, ZNF395可能在不同類型的癌癥類型中發(fā)揮不同作用。

鋅指蛋白Kaiso也被稱為ZNF348或ZBTB33, 屬于ZNFs的BTB/POZ亞家族[46]。Kaiso最初被認為是一種與甲基CpG特異性結合后抑制致癌基因轉錄的抑癌基因，可以與鋅指基序或甲基CpG DNA結合, N端POZ結構域可以協(xié)助同源二聚體或異源二聚體與染色質共抑制因子結合(包括核受體共抑制因子)。通過加入染色質共抑制因子, Kaiso抑制下游基因表達進而達到抑癌的目的。目前，越來越多的研究[47]表明，Kaiso在促癌中也起著重要的作用，例如研究指出Kaiso在乳腺癌和結腸癌中與細胞周期蛋白基因CCND1啟動子序列結合后表達cyclin D1; Kaiso在三陰性乳腺癌中呈高表達，并通過上調(diào)上皮間質(EMT)表達蛋白Vimentin、Slug和ZEB1等多個EMT基因參與腫瘤壞死因子TGF-β介導的轉移; Kaiso在前列腺癌中的高表達主要通過轉錄抑制miR-31以及甲基CpG特異性方式表達來促進細胞遷移和侵襲。綜上所述, Kaiso是一種在不同的細胞類型中對不同刺激反應起不同作用的多功能鋅指蛋白。

6 小 結

目前，鋅指類蛋白的研究主要集中在進一步確定與基因表達和調(diào)控密切相關的鋅指蛋白，這些鋅指蛋白在轉錄水平上調(diào)節(jié)下游基因的增殖、凋亡、侵襲和轉移，在癌癥進展中起重要作用。越來越多研究集中在C2H2鋅指蛋白轉錄調(diào)控的潛在機制，但學者們的研究結果仍存在矛盾?，F(xiàn)在不同國家的學者關于C2H2型鋅指蛋白在腫瘤細胞的研究中共同結論是，其在腫瘤細胞的不同層次都具有調(diào)節(jié)功能。

本文總結了C2H2型鋅指蛋白在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的調(diào)控作用。首先，鋅指蛋白通過乙?；蛘吡姿峄饔脜⑴c翻譯后修飾，這種調(diào)節(jié)方式可以增加鋅指蛋白轉錄激活或者抑制翻譯后調(diào)節(jié)。其次，在不同蛋白質結構域或與各種翻譯后調(diào)節(jié)形式結合使鋅指蛋白質募集不同的相互作用蛋白質，包括轉錄共激活因子、轉錄抑制因子、染色質修飾因子和其他轉錄因子。再次，鋅指蛋白在與DNA結合能力方面顯示出不同的序列特異性，鋅指基序的不同組合之后表現(xiàn)出鋅指蛋白的多樣性。本文重點強調(diào)了在不同環(huán)境刺激下不同惡性腫瘤中C2H2型鋅指蛋白的潛在機制。因此，可針對性地對特定C2H2型鋅指蛋白表達研發(fā)靶向治療藥物，為臨床上惡性腫瘤的治療提供相應的策略。