基于TRIM家族討論泛素連接酶TRIM46研究進(jìn)展

盛瀚萱,張連峰,張 麗?

(1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所,北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心,國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)人類疾病比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100021;2.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所,北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心,北京市人類重大疾病實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型工程技術(shù)研究中心,北京 100021;3.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)中心,北京 100730)

TRIM46(tripartite motif-containing46,TRIM46)是一個(gè)新基因,功能尚不明確,國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)很少。但就近期的文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看,TRIM46十分重要,不僅在早期腦發(fā)育中參與神經(jīng)元極化過(guò)程[1],還與腫瘤的增殖、遷移相關(guān)[2],并在先天免疫系統(tǒng)中扮演了重要角色[3]。TRIM46屬于TRIM家族,而TRIM蛋白質(zhì)家族成員在細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡、分化、代謝以及病毒的免疫應(yīng)答等過(guò)程中均有重要作用。作者通過(guò)將TRIM46與其他家族成員乃至亞家族成員之間的比較,總結(jié)了TRIM46的最新研究進(jìn)展,并對(duì)TRIM46蛋白未來(lái)的研究方向和手段進(jìn)行了初步討論。

1 TRIM家族及C-I亞家族

人類三重基序(tripartite motif,TRIM)蛋白質(zhì)家族成員眾多,迄今已發(fā)現(xiàn)近80個(gè),涉及細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞凋亡、分化或病毒免疫應(yīng)答等多種生物學(xué)過(guò)程。TRIM家族(又名RBCC家族)成員含有RING指結(jié)構(gòu)域(RING-finger domain),因而可以作為泛素E3連接酶發(fā)揮功能。除了RING指結(jié)構(gòu)域外,TRIM蛋白還含有一個(gè)或者兩個(gè)鋅離子結(jié)合結(jié)構(gòu)域(B-boxes domain)和卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域(coiled coil domain),以及復(fù)雜的C-端結(jié)構(gòu)域。

TRIM家族蛋白質(zhì)根據(jù)C-端結(jié)構(gòu)域的差異可分為11個(gè)亞家族(C-I～C-XI)。TRIM46屬于C-I亞家族,C-I亞家族包括6個(gè)成員:MID I(TRIM18)、MID2(TRIM1)、TRIM9,TNL(TRIM67)、TRIM36(HAPRIN)和TRIFIC(TRIM46)。表1總結(jié)比較了這些基因的功能及相關(guān)疾病。C-I亞家族每個(gè)基因不僅含有一個(gè)RBCC結(jié)構(gòu)域,包括兩個(gè)B-boxes,還包括C末端的COS box,Fibronectin Type III motif和SPRY/B30.2樣結(jié)構(gòu)域。這些基因又可以分為3組:MIDI和MID2同源性高達(dá)76%,但是和其他成員同源性低于25%;TRIM9與TNL最為相似,同源性高 達(dá)65%;而HAPRIN(TRIM36)與TRIFIC(TRIM46)最為接近,同源性高達(dá)43%。

表1 TRIM C-I亞家族成員基因功能及相關(guān)疾病的比較Table1 Gene function and related disorders of TRIM C-I subfamily members

2 TRIM46基因概述

2.1 TRIM46蛋白結(jié)構(gòu)和功能

TRIM46基因位于人染色體1q21,又命名為GENEY,編碼的蛋白含有一個(gè)N末端的RING finger結(jié)構(gòu)域、兩個(gè)B-box motif、一個(gè)coiled-coil region、一個(gè)COS box、一個(gè)FN3和羧基端的一個(gè)B30.2結(jié)構(gòu)域[14]。TRIM46蛋白是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的三重基序(tripartite motif,TRIM)家族蛋白。TRIM46蛋白含有759個(gè)氨基酸,分子量約為83×103。TRIM46含有RING指結(jié)構(gòu)域(RING-finger domain),因而可能具備E3泛素-蛋白連接酶功能。從四級(jí)結(jié)構(gòu)上預(yù)測(cè),TRIM46可以與TUBB3蛋白以及TUBA4A蛋白發(fā)生相互作用。大多數(shù)TRIM蛋白從N端到C端的順序依次是RING鋅指結(jié)構(gòu),一個(gè)或兩個(gè)B-box結(jié)構(gòu)和一個(gè)卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域(coiled-coil,CC),又被稱為RBCC結(jié)構(gòu)域。如圖1所示,TRIM46含有RBCC結(jié)構(gòu),在轉(zhuǎn)染的COS-1細(xì)胞上,可與微管結(jié)構(gòu)共定位。1-166蛋白區(qū)域決定了其在神經(jīng)元近端軸突的定位,411-429蛋白區(qū)域決定了其與微管結(jié)合和共定位。

圖1 TRIM46蛋白結(jié)構(gòu)示意圖Figure1 Schematic representation of overall domain architecture of human TRIM46protein

2.2 TRIM46的表達(dá)

人類蛋白圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)(human protein atls,HPA)中RNA-seq數(shù)據(jù)顯示,TRIM46蛋白在腎上腺、闌尾、腦、十二指腸、膽囊、淋巴結(jié)、脾、胃和睪丸等組織中廣泛表達(dá),其中腦和男性生殖系統(tǒng)附睪中表達(dá)最高。TRIM46在各個(gè)腦區(qū)均有表達(dá),其中腦皮層、小腦和基底核中表達(dá)豐富,海馬和杏仁核中等水平表達(dá),丘腦表達(dá)相對(duì)較少。TRIM46在上皮細(xì)胞、內(nèi)分泌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞、生殖細(xì)胞、血管細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞和血液或免疫細(xì)胞等多種類型細(xì)胞中表達(dá),其中神經(jīng)細(xì)胞、生殖細(xì)胞和單核細(xì)胞表達(dá)最多。在各種細(xì)胞系中,人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞SH-SY5Y中TRIM46的表達(dá)最高。目前已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證報(bào)道的,是TRIM46在神經(jīng)元的軸突起始段(axon initial segment,AIS)特異表達(dá)[1,5]。

3 TRIM46功能與相關(guān)疾病

3.1 TRIM46與腫瘤

迄今,TRIM46與腫瘤相關(guān)研究較少。從基因位置上看,人和小鼠的TRIM46基因均坐落于腫瘤靶點(diǎn)基因MUC1的下游,在人類1號(hào)染色和小鼠3號(hào)染色體中,兩個(gè)基因作為同一個(gè)基因簇的一部分。2015年國(guó)外的報(bào)道發(fā)現(xiàn)了在卵巢惡性腫瘤標(biāo)本和細(xì)胞中特征性表達(dá)MUC1-TRIM46-KRTCAP2的嵌合RNA[30],而在非腫瘤卵巢組織中檢測(cè)不到該嵌合RNA。此外,胃癌的基因組關(guān)聯(lián)分析中顯示MUC1/TRIM46的SNP位點(diǎn)rs2070803與患者的生存預(yù)后密切相關(guān)[31]。功能研究方面,2016年Zhang等[2]報(bào)道了TRIM46是小鼠mir-1894-3p的靶基因,敲低TRIM46表達(dá)可抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖和遷

移。隨后2017年又有國(guó)內(nèi)研究報(bào)道[32],TRIM46通過(guò)抑制SH2結(jié)構(gòu)域酪氨酸磷酸酶1(Src homology2(SH2)-containing tyrosine phosphatase1,SHP1)表達(dá),促進(jìn)HCT116結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和侵襲。2019年的研究將FAM72B、GNE和TRIM463基因視為前列腺癌病人的預(yù)后基因表達(dá)分類器[33]。由于TRIM46與TRIM36序列高度相似,后者參與了細(xì)胞膜間的黏附[34],提示TRIM46也可能通過(guò)與細(xì)胞外基質(zhì)互作,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移。最新的研究揭示了TRIM46通過(guò)促進(jìn)PPARα的泛素化激活NF-κB信號(hào)通路參與骨肉瘤細(xì)胞存活和凋亡抑制的新機(jī)制[35]。

3.2 TRIM46與神經(jīng)元極化

軸突始段(axon initial segment,AIS)在神經(jīng)元極性形成、動(dòng)作電位引發(fā)、以及腦損傷和腦疾病中起重要作用。研究證實(shí),TRIM46特異定位于近端軸突,在AIS結(jié)構(gòu)維持以及神經(jīng)元極性的生成/維持中發(fā)揮了重要功能[1,4-9]。TRIM46可誘導(dǎo)平行微管束化[4],平行維管束通過(guò)跨橋連接而成,決定了神經(jīng)元極化的方向[1,4]。同時(shí)這些維管束對(duì)于神經(jīng)元軸突內(nèi)的有效運(yùn)輸也非常重要。TRIM46部分敲低,導(dǎo)致微管運(yùn)輸增加,微管在遠(yuǎn)端軸突異常積累[9]。但是,目前關(guān)于TRIM46蛋白在神經(jīng)組織中參與神經(jīng)元極化過(guò)程的機(jī)制尚不明確,研究很少,目前已知的是TRIM46組織軸突起始段的微管束化,決定極化的方向,可能是通過(guò)KIF3/KAP3/TRIM46轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)MARK2信號(hào)對(duì)軸突起始段進(jìn)行時(shí)空組織構(gòu)建[6]。如圖2所示,TRIM46與AIS其它蛋白成分480AnkG和NF-186等協(xié)同作用,參與軸突形成和神經(jīng)元極化。

圖2 TRIM46參與近端軸突的微管組織Figure2 TRIM46participates in microtubule organization in the proximal axons

3.3 TRIM46與痛風(fēng)、炎癥

TRIM家族與先天免疫相關(guān)[36],TRIM46也同樣可能在免疫類疾病的調(diào)節(jié)方面扮演重要角色?；蚪M關(guān)聯(lián)分析顯示,TRIM46的單核苷酸多態(tài)性(SNP)與血清中尿酸濃度相關(guān)[37]。高尿酸血癥與一種復(fù)雜的關(guān)節(jié)炎癥痛風(fēng)相關(guān)。一項(xiàng)國(guó)內(nèi)的研究顯示,TRIM46的兩個(gè)SNP位點(diǎn)rs4971101和rs2070803與痛風(fēng)的敏感性密切相關(guān)[38],提示了痛風(fēng)的遺傳因素,未來(lái)通過(guò)基因修飾動(dòng)物構(gòu)建也可解決痛風(fēng)模型困難問題[39]。艱難梭菌B(Clostridium difficiletoxin B)誘發(fā)腸道炎癥導(dǎo)致腹瀉,嚴(yán)重可以致死。最新研究發(fā)現(xiàn),TRIM46可作為一個(gè)新的免疫調(diào)節(jié)因子,調(diào)控艱難梭菌毒素B(TcdB)誘導(dǎo)的慢性炎癥[3]。具體機(jī)制是TRIM46參與DUSP1泛素化,TRIM46敲低表達(dá)抑制TcdB誘導(dǎo)的MAPKs與NF-κB信號(hào)激活和炎癥因子IL-1β和TNF-α的產(chǎn)生,反之,TRIM46過(guò)表達(dá)則促進(jìn)炎癥。

3.4 TRIM46與副腫瘤綜合癥

副腫瘤綜合癥(paraneoplastic neurological syndromes,PNS),是一種與腫瘤產(chǎn)物相關(guān)的異常的免疫反應(yīng),可誘發(fā)神經(jīng)、消化、內(nèi)分泌和造血等多系統(tǒng)病變和相應(yīng)的臨床癥狀出現(xiàn)。PNS病人血清或者腦脊液會(huì)存在各種抗神經(jīng)元抗體,而這些抗體的檢測(cè)是PNS診斷和尋找潛在腫瘤的有用工具。最近研究報(bào)道發(fā)現(xiàn),TRIM46抗體可在多種神經(jīng)綜合征中檢測(cè)到,且與小細(xì)胞肺癌(small-cell lung carcinoma,SCLC)相 關(guān)[40]。TRIM46特 異 定 位 于AIS,而其他AIS成分蛋白抗體在PNS及其他神經(jīng)疾病中已有報(bào)道。比如AIS另一成分蛋白NF186抗體可在外周神經(jīng)病變中檢測(cè)到。

4 研究展望

TRIM家族蛋白具有3種類型的結(jié)構(gòu)域:鋅指結(jié)構(gòu)(RING finger)、B-box和卷曲螺旋(coiled coil)。B-box是引起炎癥反應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)域,RBCC結(jié)構(gòu)域決定了與微管細(xì)胞骨架的結(jié)合。CC結(jié)構(gòu)域決定了蛋白自身的相互作用和同源二聚體的形成。TRIM蛋白還作為E3連接酶參與泛素化過(guò)程,轉(zhuǎn)移泛素到特定的靶點(diǎn)上。正是由于結(jié)構(gòu)的多樣性,決定了其功能的多樣性。

TRIM46與家族其他成員類似,與細(xì)胞骨架相關(guān)參與微管組裝調(diào)控,也參與蛋白的泛素化,推測(cè)其與神經(jīng)系統(tǒng)疾病或者精神類疾病有著密不可分的關(guān)系。同時(shí),TRIM46目前的研究大多采用siRNA敲低其表達(dá),離體條件下研究其功能缺損導(dǎo)致的表型變化。尚缺乏基因敲除動(dòng)物或者轉(zhuǎn)基因過(guò)表達(dá)動(dòng)物模型,以及利用動(dòng)物模型開展的功能獲得或者功能丟失的條件下的活體表型研究。因此,TRIM46未來(lái)的研究可能會(huì)聚焦3大方向:神經(jīng)系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)疾病以及腫瘤領(lǐng)域也將涌現(xiàn)出更多關(guān)于TRIM46作為腫瘤標(biāo)記物或者預(yù)后標(biāo)記物的研究。從技術(shù)手段上講,利用新的基因編輯技術(shù)創(chuàng)建TRIM46過(guò)表達(dá)或者敲除動(dòng)物模型便于更好開展TRIM46新功能研究,以及與疾病相關(guān)的分子機(jī)制研究。