FAM60A在細(xì)胞功能調(diào)控作用中的研究進(jìn)展

孫永紅，孫曉偉，楊 琳，程 博，陳永林

蘭州大學(xué) 1第一臨床醫(yī)學(xué)院 2生命科學(xué)學(xué)院 3第一醫(yī)院病理科，蘭州 730000

FAM60A是一種從果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的小型核蛋白，位于人的染色體12p11.21，具有保守的GATA樣鋅指結(jié)構(gòu)[1]。FAM60A與人類蛋白質(zhì)組中的其他蛋白質(zhì)缺乏同源性，該蛋白的中心區(qū)域沒有明顯的二級結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是通過與SIN3轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白家族成員A(SIN3 transcription regulator family member A，Sin3A)/組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)復(fù)合體的其他組分相互作用而穩(wěn)定的[2]。一般認(rèn)為FAM60A是Sin3A/HDAC復(fù)合體的一個亞基，通常與Sin3A/HDAC復(fù)合體結(jié)合而發(fā)揮作用，在細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)移，細(xì)胞周期調(diào)控、植入前胚胎發(fā)育以及組織器官發(fā)育過程中具有重要的作用[1-4]。此外，F(xiàn)AM60A還在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、重組CHO細(xì)胞株的生產(chǎn)穩(wěn)定性及缺氧反應(yīng)中發(fā)揮一定作用[1-2，5-8]。本文總結(jié)了FAM60A在調(diào)節(jié)各項細(xì)胞功能中的作用，為發(fā)掘FAM60A新的研究方向提供依據(jù)。

Sin3A/HDAC復(fù)合體

Sin3A/HDAC復(fù)合體是一類由多種蛋白質(zhì)組成的轉(zhuǎn)錄共阻遏復(fù)合體(圖1)，對小鼠早期胚胎發(fā)育至關(guān)重要，可以維持胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cells，ESCs)的多能性，并促進(jìn)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells，iPSCs)的產(chǎn)生[9-11]。Sin3A為大分子蛋白質(zhì)，雖自身不與DNA結(jié)合，但含有多個蛋白質(zhì)相互作用的結(jié)構(gòu)域，可為具有特定DNA結(jié)合活性的幾個轉(zhuǎn)錄因子提供一個支架，通過促進(jìn)HDACs的募集來調(diào)節(jié)組蛋白的去乙?；?，調(diào)控特定的靶基因[12-13]。Sin3A與特定轉(zhuǎn)錄因子的相互作用可將Sin3A/HDAC復(fù)合體招募到不同的基因亞群中，促進(jìn)或抑制功能基因的轉(zhuǎn)錄[14]。Sin3A是一個全基因組的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，與HDACs是哺乳動物轉(zhuǎn)錄共阻遏復(fù)合體的核心組分，對催化活性很重要，缺乏Sin3A的小鼠在植入前后的胚胎發(fā)育過程中死亡。雖然這種復(fù)合體最初被認(rèn)為只會通過組蛋白去乙?；种苹虮磉_(dá)，但它也能以一種依賴于細(xì)胞環(huán)境的方式刺激轉(zhuǎn)錄[15]。在生物學(xué)進(jìn)程中，Sin3A復(fù)合體通過結(jié)合不同的亞基介導(dǎo)不同的效應(yīng)，最終直接或間接調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能和維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，如維持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，調(diào)控細(xì)胞生長、增殖和凋亡，參與腫瘤發(fā)生發(fā)展等[16-17]。FAM60A是Sin3A/HDAC復(fù)合體的一個核心亞基，可以調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，通過STRING數(shù)據(jù)庫，我們得到了可能與FAM60A相互作用的其他蛋白質(zhì)的關(guān)系圖(圖2)。

圖1 SIN3轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白家族成員A/組蛋白去乙酰化酶復(fù)合體Fig 1 SIN3 transcription regulator family member A/histone deacetylase complexes

圖2 STRING數(shù)據(jù)庫中與FAM60A相互作用的蛋白質(zhì)Fig 2 Proteins interacting with FAM60A in the STRING database

FAM60A參與調(diào)控胚胎發(fā)育

Pantier等[18]研究表明，在一個特定的細(xì)胞類型中，所有Sin3A復(fù)合體中都可能存在非必需成分。盡管FAM60A是分化細(xì)胞中一個非必需的Sin3A復(fù)合體亞基，但在小鼠ESCs中，Sin3A復(fù)合體的功能完整性仍然需要FAM60A，它是ESCs中Sin3A復(fù)合體的一個重要組成部分，敲除FAM60A會導(dǎo)致Sin3A復(fù)合體失穩(wěn)，Sin3A蛋白水平的降低。FAM60A敲除對Sin3A的破壞作用似乎是一種細(xì)胞特異性效應(yīng)，因為在人骨肉瘤細(xì)胞(U2OS細(xì)胞)或293 T細(xì)胞中，F(xiàn)AM60A基因敲除都沒有破壞Sin3A的穩(wěn)定性[1]，因此Sin3A復(fù)合體的非FAM60A組分負(fù)責(zé)在非ESCs中實現(xiàn)Sin3A的穩(wěn)定。

FAM60A是Sin3A復(fù)合體特有的亞基，不存在于其他染色質(zhì)復(fù)合體中。有研究證實，F(xiàn)AM60A在多能ESCs中呈高表達(dá)，與Ogt、Tet1和Sin3A構(gòu)成復(fù)合體，該復(fù)合體與ESCs中組蛋白第3亞基四號賴氨酸的三甲基化(hrimethylated histone 3 lysine 4，H3K4me3)的啟動子結(jié)合，對維持染色質(zhì)上復(fù)合體的穩(wěn)定具有重要作用[4]。H3K4me3是一種組蛋白翻譯后修飾因子，與活躍基因和穩(wěn)定基因相關(guān)[19]。FAM60A mRNA水平在快速增殖的ESCs中較高，其基因位點與E2F轉(zhuǎn)錄因子1(E2F transcription factor 1，E2F1)、同源盒轉(zhuǎn)錄因子Nanog和八聚體結(jié)合蛋白4(octamer-binding protein 4，Oct4)結(jié)合，而在分化過程中FAM60A表達(dá)水平下調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞增殖率降低[4]。另一研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)Fam60A-/-的胚胎表現(xiàn)為內(nèi)臟器官發(fā)育不良，并在子宮內(nèi)死亡，這種結(jié)果至少部分是由于其在特定基因啟動子上的異常甲基化調(diào)控所致[3]。在胚胎早期發(fā)育過程中，Tet蛋白對進(jìn)化保守的基因增強(qiáng)子起著去甲基化作用，F(xiàn)AM60A負(fù)調(diào)控Tet1的活性，但不影響Tet1招募到啟動子區(qū)域。鐵依賴乙醇脫氫酶1(alcohol dehydrogenase，iron containing protein 1，Adhfe1)是FAM60A靶基因，由于其啟動子甲基化，Adhfe1的表達(dá)通常受到抑制。在FAM60A-/-的胚胎中由于缺乏FAM60A，啟動子低甲基化導(dǎo)致Adhfe1表達(dá)上調(diào)，這是由FAM60A介導(dǎo)的Tet活性抑制導(dǎo)致的，Adhfe1可能是一個受FAM60A和Tet活性調(diào)控的典型基因。這些結(jié)果表明，F(xiàn)AM60A與Sin3A-HDAC轉(zhuǎn)錄共阻遏復(fù)合體的其他組分相互作用，是促進(jìn)小鼠ESCs快速增殖和器官形成，維持ESCs未分化狀態(tài)所必需的。

FAM60A在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

FAM60A蛋白水平在不同細(xì)胞系中不同，在人類胚胎腎、肺癌、胰腺癌細(xì)胞系中含量最高[2]。近年研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AM60A在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，對腫瘤的治療及預(yù)后有一定的指導(dǎo)意義。

促癌作用

調(diào)控細(xì)胞生長、增殖和凋亡：FAM60A早期被認(rèn)為是一個細(xì)胞周期調(diào)控蛋白，對細(xì)胞周期有著重要的調(diào)控作用。Streubel等[4]研究發(fā)現(xiàn)，ESCs中FAM60A擬表型的缺失會造成Sin3A缺失，從而導(dǎo)致細(xì)胞增殖率降低、G1期延長和譜系基因失調(diào)。FAM60A-Sin3A復(fù)合體可能與細(xì)胞的快速增殖有著內(nèi)在聯(lián)系，F(xiàn)AM60A的mRNA水平可能由于E2f1轉(zhuǎn)錄激活而在腫瘤細(xì)胞中上調(diào)，因此它可能在包括人類腫瘤細(xì)胞在內(nèi)的其他快速增殖細(xì)胞中被解除管制。Tanaka等[5]研究表明，F(xiàn)AM60A在食管癌中表達(dá)上調(diào)，與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、TNM分期呈正相關(guān)。下調(diào)FAM60A的表達(dá)可降低G1期細(xì)胞比例，使細(xì)胞阻滯在G2/M期，抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，同時也抑制了細(xì)胞在體外的轉(zhuǎn)移和侵襲能力。Yao等[6]研究發(fā)現(xiàn)，胃癌組織中FAM60A表達(dá)水平升高，尤其是在胃腸型腺癌中，與胃癌患者預(yù)后不良有關(guān)。同時，幽門螺桿菌(Helicobacter pylori，Hp)感染可通過靶向磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K)/絲氨酸/蘇氨酸激酶(serine/threonine-protein kinase，AKT)信號通路上調(diào)FAM60A的表達(dá)水平，促進(jìn)癌細(xì)胞增殖，誘發(fā)胃癌。下調(diào)FAM60A可抑制胃癌細(xì)胞的增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。細(xì)胞周期分析顯示，Hp感染使S期細(xì)胞比例增加，G1/G0期細(xì)胞比例下降。敲除FAM60A可顯著增加G1/G0細(xì)胞比例，并產(chǎn)生G1/G0期阻滯，提示Hp誘導(dǎo)FAM60A上調(diào)可能部分通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖。

調(diào)控細(xì)胞分化程度：Tanaka等[5]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AM60A在正常食管組織中表達(dá)為陰性，而在食管癌低分化組織中表達(dá)高于高分化組織，表明FAM60A可能調(diào)控癌細(xì)胞的分化程度，與癌癥的惡性表型有關(guān)。Streubel等[4]研究表明，F(xiàn)AM60A是ESCs中變異型Sin3復(fù)合體的一個核心亞基，能促進(jìn)細(xì)胞快速增殖，維持細(xì)胞未分化狀態(tài)，抑制其過早分化。FAM60A在小鼠ESCs中高度表達(dá)，在ESCs分化過程中，F(xiàn)AM60A的蛋白質(zhì)和mRNA水平下降，而Sin3A的蛋白質(zhì)和mRNA水平?jīng)]有下降，表明FAM60A在轉(zhuǎn)錄水平上受到調(diào)控[3-4]，進(jìn)一步說明FAM60A可能在細(xì)胞分化過程中起著重要作用。

抑癌作用

并不是Sin3A復(fù)合物的所有亞基都只能促進(jìn)癌癥的發(fā)生，如乳腺癌轉(zhuǎn)移抑制基因1(breast cancer metastasis suppressor 1，BRMS1)在小鼠模型中可以抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。此外，生長抑制因子(inhibitor of growth，ING)1和視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤結(jié)合蛋白1(retinoblastoma binding protein 1，RBP1)具有抑制腫瘤的特性，一些Sin3復(fù)合物亞基可能同時顯示腫瘤抑制和致癌特性，如ING2[2，20]。FAM60A除了其致癌特性，在一些腫瘤中也具有抑癌作用。

參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期：FAM60A具有N端保守的GATA樣鋅指基序，提示其在DNA結(jié)合或轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮作用。Munoz等[1]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AM60A是Sin3A-HDAC復(fù)合體的一個細(xì)胞周期調(diào)節(jié)亞基，影響基因表達(dá)，在U2OS細(xì)胞周期的G1期和S期表達(dá)達(dá)到峰值。FAM60A與Sin3A/HDAC復(fù)合體結(jié)合作用于G1期調(diào)控因子細(xì)胞周期素D1(CyclinD1)的啟動子上，促進(jìn)組蛋白去乙酰化，從而抑制CyclinD1的表達(dá)水平。當(dāng)FAM60A 敲除時，與它協(xié)同調(diào)節(jié)CyclinD1蛋白的Sin3A-HDAC復(fù)合體的作用也隨之減弱，使細(xì)胞中CyclinD1的啟動子乙?；潭仍龈?，其mRNA和蛋白質(zhì)水平也相應(yīng)增加，導(dǎo)致細(xì)胞提前進(jìn)入S期。Cyclin D1是一種致癌基因，因染色體易位被激活，在多種人類癌癥中過表達(dá)[21]。Munoz等[1]研究表明，F(xiàn)AM60A參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，在人骨肉瘤中起抑癌基因的作用。這些結(jié)果與之前在ESCs、食管癌細(xì)胞及胃癌細(xì)胞中FAM60A對細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)作用不太一致。由此我們認(rèn)為，F(xiàn)AM60A可能有多種機(jī)制影響細(xì)胞周期，需要對其做進(jìn)一步研究。

抑制細(xì)胞轉(zhuǎn)移：Smith等[2]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AM60A能抑制轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor，TGF-β)信號通路中的基因，這些基因表達(dá)的變化與FAM60A在Sin3A-HDAC復(fù)合體的作用有關(guān)。FAM60A通常結(jié)合在TGF-β受體1(TGF-β receptor 1，TGFβR1)和SMAD同源物2(SMAD family member 2，SMAD2)啟動子上，在肺癌和肝癌細(xì)胞中發(fā)揮重要的轉(zhuǎn)錄抑制作用，其缺失可導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)學(xué)的改變，增加細(xì)胞轉(zhuǎn)移。有實驗表明，F(xiàn)AM60A可以在多種細(xì)胞類型中直接調(diào)控TGF-β信號通路中的基因，而細(xì)胞形態(tài)和其他下游事件的改變依賴于功能性的TGFβR1和TGFβR2。這表明在肺癌和肝癌細(xì)胞中，F(xiàn)AM60A和Sin3A復(fù)合體對調(diào)節(jié)TGF-β信號通路的基因轉(zhuǎn)錄是必需的，進(jìn)而抑制細(xì)胞轉(zhuǎn)移。在小鼠模型中，Sin3復(fù)合物的BRMS1亞基也可以抑制轉(zhuǎn)移[22]，提示Sin3復(fù)合物中的特定亞基可能共同抑制轉(zhuǎn)移。而過表達(dá)ING2亞基可誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞侵襲，表明ING2可促進(jìn)侵襲和轉(zhuǎn)移[2，23]。因此，只有當(dāng)Sin3復(fù)合物的特定亞基被抑制時，細(xì)胞形態(tài)的變化和細(xì)胞遷移的誘導(dǎo)才會被誘導(dǎo)。

促進(jìn)肺癌細(xì)胞順鉑耐藥：在癌癥的治療過程中，化療是非常重要的治療方法之一。一些化療藥物如順鉑，雖然在肺癌前期治療中效果顯著，但后期容易產(chǎn)生化療耐藥，這極大地限制了其在癌癥治療中的應(yīng)用[24]。Hou等[25]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AM60A mRNA水平在肺腺癌細(xì)胞A549/DDP及化療后復(fù)發(fā)和化療后的肺鱗癌組織中顯著上調(diào)。FAM60A過表達(dá)可抑制凋亡相關(guān)蛋白(caspase 3和caspase 8)表達(dá)而抑制肺癌細(xì)胞A549/DDP凋亡，并誘導(dǎo)多藥耐藥基因1(multidrug resistance gene 1，MDR1)的表達(dá)，促進(jìn)順鉑耐藥。FAM60A敲除后S期激酶相關(guān)蛋白2(S-phase kinase associated protein 2，SKP2)表達(dá)顯著下調(diào)，SKP2 mRNA表達(dá)隨順鉑濃度增加而增加，提示在A549/DDP細(xì)胞中SKP2的表達(dá)與FAM60A表達(dá)相關(guān)。反向驗證發(fā)現(xiàn)下調(diào)SKP2可誘導(dǎo)A549/DDP細(xì)胞凋亡，抑制順鉑耐藥，逆轉(zhuǎn)FAM60A所促進(jìn)的功能。SKP2是SKP1-CUL1-F-box蛋白泛素連接酶復(fù)合物的底物特異性因子[26]，有研究顯示SKP2可能參與耐藥，例如SKP2過表達(dá)增加了人肺癌細(xì)胞對喜樹堿和順鉑的化療耐藥性[27]。順鉑是治療肺癌的一線化療藥物，出現(xiàn)順鉑耐藥是治療失敗的首要原因，該研究表明FAM60A通過促進(jìn)SKP2在A549/DDP細(xì)胞中的表達(dá)，抑制細(xì)胞凋亡并促進(jìn)順鉑耐藥，可能是克服肺癌化療耐藥的潛在靶點，對肺癌的治療有一定的指導(dǎo)意義。

缺氧反應(yīng)：Sin3A-HDAC復(fù)合體對于缺氧的完全轉(zhuǎn)錄應(yīng)答是必需的，干擾Sin3A不僅影響單個基因，還改變了典型的缺氧調(diào)控過程，如抑制氧化磷酸化和脂肪酸氧化[28]。Biddlestone等[8]研究表明，F(xiàn)AM60A通過與轉(zhuǎn)錄因子SP1的相互作用將HDAC1募集到缺氧誘導(dǎo)因子2α(hypoxia-inducible factor-2α，HIF-2α)啟動子上，特異性抑制HIF-2α蛋白質(zhì)和mRNA的表達(dá)。而FAM60A對HIF-2α基因表達(dá)的表觀遺傳沉默作用是通過招募Sin3A-HDAC轉(zhuǎn)錄共阻遏復(fù)合體因子，該復(fù)合物通過與轉(zhuǎn)錄因子SP1相互作用調(diào)節(jié)HIF-2α表達(dá)。FAM60A將Sin3A-HDAC轉(zhuǎn)錄共阻遏復(fù)合體的功能與缺氧反應(yīng)聯(lián)系起來，在腫瘤治療中，選擇性抑制特定的同型HIF-2α是一個有吸引力的提案，因為其可能會提高腫瘤的特異性和靶向治療。

小結(jié)與展望

HDAC是重要的表觀遺傳靶點，在基因調(diào)控、轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞增殖，血管生成、遷移、分化和轉(zhuǎn)移等生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用。HDAC抑制劑在恢復(fù)組蛋白和非組蛋白賴氨酸殘基乙酰化和去乙?；胶庵衅鹬陵P(guān)重要的作用，已成為治療癌癥的重要生物活性化合物。除了癌癥治療外，HDAC抑制劑最近也被認(rèn)為是治療其他人類疾病的新策略，如酒精使用障礙、神經(jīng)障礙、年齡相關(guān)疾病等。這些藥物通過許多不同的細(xì)胞機(jī)制發(fā)揮作用，抑制不同的HDAC1/2 復(fù)合物以及復(fù)合物中不同亞基可能導(dǎo)致不同的生物學(xué)結(jié)果。目前可用的HDAC抑制劑大多是非選擇性，存在一些缺陷，如療效有限、耐藥和不良反應(yīng)。因此，選擇性HDAC抑制劑引起了學(xué)術(shù)界和業(yè)界的廣泛關(guān)注[29-30]。Sin3復(fù)合物是被稱為HDAC抑制劑抗癌藥物的靶點之一[2]。由于并非所有Sin3復(fù)合物亞基都能促進(jìn)癌癥發(fā)生，一些可抑制癌癥發(fā)生，如BRMS1、ING1和RBP1等。此外，一些Sin3復(fù)合物亞基可能同時顯示腫瘤抑制和致癌特性，如ING2、FAM60A。了解這個復(fù)合物編碼的完整功能，哪些亞基介導(dǎo)這些功能，以及HDAC抑制劑是如何影響這些功能非常重要。隨著越來越多研究的進(jìn)行，已經(jīng)證實FAM60A在一些腫瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。已有研究表明，F(xiàn)AM60A在人骨肉瘤細(xì)胞、食管癌及胃癌中起致癌基因的作用，而在肺癌和肝癌細(xì)胞中起抑癌基因的作用，還可以促進(jìn)肺癌細(xì)胞順鉑耐藥，這些結(jié)果為腫瘤的研究提供了一個新的方向，為癌癥的診斷和治療提供了新思路。另外，F(xiàn)AM60A同樣在早期胚胎發(fā)育、缺氧反應(yīng)等中發(fā)揮作用，為研究胚胎發(fā)育問題、增加重組細(xì)胞的生產(chǎn)穩(wěn)定性，生產(chǎn)高表達(dá)治療蛋白以及提高腫瘤的特異性和靶向治療提供了依據(jù)和方向。這些研究表明FAM60A在各項細(xì)胞功能調(diào)控中具有非常重要的作用，但關(guān)于FAM60A還有很多其他未知的問題，例如在其他腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用、在不同腫瘤中調(diào)控作用的不一致和在Sin3A-HDAC復(fù)合體的具體功能等，需要更多更深入的探究。