肿瘤抑制因子-P53的翻译后水平修饰

·68· 遗传繁育 中国畜牧兽医 2008年第35卷第9期 肿瘤抑制因子--P53的翻译后水平修饰 那日苏1．2，刘长青2．v，陆涛峰2，道尔吉1。关伟军2，马月辉2 (1．内蒙古农业大学动物科学与医学学院，呼和浩特010018；2．中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京100193； 3．中国海洋大学生命学院，青岛266003) 摘要：肿瘤抑制因子一P53是与癌症相关性最大的基因，P53要发挥正常功能必须进行翻译后水平的修饰，而其整个过程 的全面认识对肿瘤治疗的分子机理和肿瘤防治具有重要意义。作者针对P53的翻译后水平修饰，即磷酸化修饰、乙酰化修 饰、SUM0化修饰和P53的泛素蛋白酶体降解途径等问题进行了概括性的论述，阐明了P53翻译后水平的调控网络，为进一 步认识肿瘤治疗的分子机理及防治肿瘤等方面提供了理论依据。 关键词：P53；翻译后水平修饰；肿瘤 中图分类号：Q354 文献标识码：A 文章编号：1671—7236(2008)09—0068—03 作者综述了肿瘤抑制因子一P53翻译后水平修 饰的几种类型，主要包括磷酸化、乙酰化、泛素化和 SUMO化等，并且对这几种修饰在P53活性调控方 面所起的作用进行了较为全面地阐述，展现了一个 以P53为核心的复杂的调控网络。众所周知P53 基因是一个抑癌基因，而且是目前为止发现的与癌 症相关性最大的一个抑癌基因，P53要发挥其正常 功能离不开其翻译后水平的修饰，所以对这一过程 的全面认识对肿瘤治疗的分子机理和肿瘤的防治起 着重要的作用。 1 PS3蛋白概述 P53是一种肿瘤抑制因子，它主要在两个方面 起到抑制肿瘤的作用：一是通过阻滞细胞周期，防 止受损细胞增殖失控而致癌；二是通过促进细胞 凋亡来防止肿瘤的发生。但是正常细胞中P53蛋 白的半衰期很短，含量也很低，原因是在细胞中存 在着一个泛素一蛋白酶体途径，通过一系列的酶 (El，E2，E3)将蛋白质打上泛素化的烙印，然后被 26s的蛋白酶复合体降解。但是如果一旦细胞受 到致癌的刺激(如UV照射，DNA损伤等)，细胞又 收稿日期：2008—02—29 作者简介：那日苏(1979一)，男，内蒙古人，硕士，研究方向：动物 遗传与育种。 通讯作者：关伟军(1966一)，男，黑龙江人，教授，博导，研究方 向：动物遗传资源。Tel：010—62815992；E—mail： wiguaa86@iascaas．net．cn 马月辉(1964一)，男，吉林人，研究员，主要从事动物 遗传研究。Tel：010—62815884；E-mail：Yuehui．ma@ 263．net 基金项目：国家自然科技平台建设项目(2005DKA21101)和 2006年国家自然科学基金(30671539)。 会通过一定的机制来使P53发挥抑癌的功能，P53 稳定性的维持在这一过程中显得十分重要。作者对 P53翻译后水平修饰及其在P53功能发挥中的作用 及突变型P53的翻译后水平修饰进行了较为详细 的阐述。 在细胞遭受到致癌刺激后，P53泛素化受到抑 制，其稳定性增大并在细胞中积累来发挥其抑癌效 应。P53在细胞核和细胞质中都有存在。在细胞核 中它以同源四聚体的形式发挥转录因子的功能，调 节一系列基因的达，其中主要是一些细胞周期抑 制因子如G1期抑制因子P21、凋亡促进因子和 DNA修复相关蛋白。在细胞质中定位在线粒体，与 凋亡抑制因子Bcl一2结合抑制其功能，从而促进凋 亡。但是突变的P53却有相反的作用，突变常常发 生在该蛋白的DNA结合结构域，它实质上作为一 种癌基因起作用。因为它一方面可以促进癌基因 myc的表达，另一方面还可与正常的P53蛋白结合 抑制其正常功能的发挥(Ann等，2004)。 2 P53翻译后修饰 P53翻译后修饰的种类很多，主要包括：①丝氨 酸／苏氨酸的磷酸化修饰；②赖氨酸的乙酰化修饰； ③泛素化修饰；④SUMO化修饰；⑤糖基化／核糖基 化修饰；⑥功能基团的共价连接等。 2．1 P53的磷酸化／去磷酸化修饰P53的磷酸化 修饰能增强它对特异DNA序列的结合，也能够增 强它在细胞中的稳定性。在人类中共发现17个磷 酸化／去磷酸化位点：ser6，9，15，20，33，37和46位， N端的thrl8，81位，C端的ser315，392位和中央区 段的thrl50，155，serl49位。正常细胞中thr55， ser376和ser378能被组成性磷酸化，在遇到致癌性 万方数据 中国畜牧兽医 2008年第35卷第9期 遗传繁育 ·69· 刺激时会发生去磷酸化，可见对特定位点的去磷酸 化对P53的功能发挥也是有益的，在上述位点中 serl5至关重要。有趣的是同一磷酸化位点能被多 种蛋白激酶作用，从而使P53的活性受到多重调控 (Gatti等，2000；Hupp等，1994)。 2．2 P53的乙酰化／去乙酰化修饰乙酰化在依赖 P53的凋亡途径和维持P53的稳定性中起着重要的 作用，乙酰化可能起到比磷酸化更为重要的作用，但 是对乙酰化的研究和报道要比对磷酸化的研究和报 道少得多。乙酰化的发生要以磷酸化为前提，研究 发现细胞在遭受到致癌刺激后P53的乙酰化水平 显著升高并且依赖于特定位点的磷酸化。有趣的是 在应答DNA损伤时好多乙酰化位点正是正常细胞 中P53的泛素化位点，这不仅暗示乙酰化可能正是 通过与泛素化的竞争来维持P53的稳定性，进而促 进DNA修复或细胞凋亡来防止肿瘤的发生。研究 结果发现，P300／CREB结合蛋白(CBP)能够乙酰化 P53蛋白C末端的lys378，382位，而P300／CREB 相关蛋白(PCAF)能够乙酰化lys320。乙酰化的 P53稳定性增强并且与DNA的结合能力也增强， P300还能通过乙酰化lys305来调节P53转录因子 的功能，此外，CBP和P300还能通过抑制MDM2 的活性来稳定P53，但PCAF却无此功能。研究结 果还发现，组蛋白乙酰化酶也可以对P53进行乙酰 化修饰(Luo等，2000；Wang等，2003)。 2．3 P53的SUMO化修饰SUMO化与泛素化 相类似，是在泛素样蛋白SUM01的C末端羧基与 靶蛋白Lys残基的￡一氨基之间共价连接形成肽键。 尽管对SUMO化修饰的研究已经有一段时间了，但 是这种修饰对蛋白质的重要意义尚不十分清楚。对 P53SUMO化修饰的靶位点是1ys386，并且有报道 称对P53的SUMO化修饰能改变其转录因子活 性。P53的SUM0化修饰能被MDM2和ARF介 导的细胞核靶向运输所调控。最近又有研究发现， P53的SUMO化修饰能抑制其抑癌活性，但是SU- M0化修饰对P53到底是起激活还是起抑制作用还 有争议。除P53外，许多P53调控分子也受到SU— MO化修饰调节，如PML体、MDM2、P300／CBP和 HIPK2等。但是对P53及其调控分子的去SUMO 化的研究还存在争议，但有研究表明，PML体中存 在去SUMO化调节(Xirodimas等，2002)。 2．4P53的泛素蛋白酶体降解途径泛素蛋白酶 体降解途径是细胞中对内源性蛋白质降解的一种最 主要机制，它对维持细胞功能的稳定性起着重要的 作用。对蛋白质泛素化的主要酶有3种：泛素激活 酶(E1)，泛素结合酶(E2)，泛素蛋白连接酶(E3)。 MDM2在对P53的泛素化修饰中起到E3的作用。 泛素化的P53将被运到细胞质中的26s蛋白酶体中 降解。此外，MDM2引发的P53泛素化还起到核输 出信号的作用，研究结果发现，对P53单泛素化修 饰能引导它的核输出。P53的乙酰化修饰能抑制 MDM2的泛素化修饰，但P53serl8，23，37位的磷 酸化修饰似乎无此作用。研究结果发现，MDM2还 受到很多因子的调节，如ATM能磷酸化MDM2使 其失活，ATM和MDM2还都受到ARF调节，在肿 瘤细胞中ARF能通过与MDM2的结合使P53得 以积累。此外，P53除了能被泛素化修饰外还能去 泛素化，HAUSP就是这样一类蛋白酶(Fuchs等， 1998)。 3突变型P53的翻译后水平修饰 80％的P53突变往往发生在其DNA结合结构 域，导致肿瘤抑制活性的丧失和突变型P53的积 累。目前对突变型P53翻译后水平修饰的研究较 少，突变型P53发挥其癌基因的活性是否也是像野 生型P53那样受到磷酸化／乙酰化等修饰调节，突 变型P53是否也受到MDM2介导的泛素一蛋白酶体 途径降解，有关的研究还需进一步深入。有报道称 突变型P53的翻译后水平修饰与细胞所受刺激的 类型和细胞的种类有关。有些试验发现在肿瘤细胞 中突变型P53在lys320，373，382位上发生强乙酰 化修饰，在ser38，15和thr81位上发生强磷酸化修 饰，而在正常细胞中野生型P53在这些位点是低磷 酸化和乙酰化的，并以此使P53在正常细胞内维持 在一个较低的水平。Mincmoto等(2001)研究结果 发现，突变型P53在ser6，serl5，ser37位上有高水 平磷酸化修饰，推测这可能与对抗突变型P53的泛 素一蛋白酶体降解有关。突变型P53在其serl5位 上组成型磷酸化，并且这种磷酸化的突变型P53不 被MDM2的泛素化而降解(Ullrich，1993)。 4早幼粒细胞白血病蛋白体与P53 早幼粒细胞白血病蛋白体(PML)体是一种核 体，是定位在细胞核中的一种亚核结构。对它的研 究正方兴未艾，早先研究结果发现，PML体在细胞 增殖和周期调控、肿瘤发生和细胞凋亡中发挥着作 用。原来PML体对P53也有调节作用，它是一个 有多种蛋白质组成的一个复合体，其中有许多因子 都能对P53起到修饰和调节作用，如MDM2、蛋白 质去乙酰化酶、泛素样修饰子1(SUM01)等。PML 万方数据 ·70· 遗传繁育 中国畜牧兽医 2008年第35卷第9期 体能防止P53被泛素化而降解，PML体中的CHK2 激酶能使P53磷酸化而稳定存在(Fuehs等，1998)。 5癌症与P53的修饰 许多癌症的发生都与P53的突变有关，而对肿 瘤细胞中突变型P53的翻译后修饰则使肿瘤的发 生得以易化。ATM是一种蛋白激酶，它除了能磷 酸化MDM2，还能磷酸化P53，进而引起细胞凋亡。 但是ATM的这一功能只在UVA引发的细胞损伤 中起作用，对UVC不起作用；ATR则应答UVC引 发的细胞损伤，但对UVA引起的细胞损伤不起作 用，但ATM和ATR作用的结果都是引起细胞发生 凋亡，只是应答的对象不同(Pitot等，1993)。 6食物的化学成分与P53 食物中的某些化学成分能诱导P53的磷酸化， 从而导致细胞周期阻滞或引发细胞凋亡。其中茶叶 和咖啡中的EGCG和其它的成分就是这样一类物 质。它们往往是通过磷酸化P53的serl5来增强 P53的稳定性和抑癌活性，或通过调节P53的调控 蛋白(如ATM／ATR，ERK，P38激酶等)来间接的 对P53进行调控。但对这一部分的研究还需进一 步深入，这对于癌症的预防和治疗可能更具有实际 的意义(He，2003；Hong，2003)。 7展望 7．1基因组与蛋白质组庞大的基因组信息只有 少数的2．5～3万个基因编码蛋白质，然而蛋白质却 是生命活动最主要的执行者，那么这有限的蛋白质 编码基因如何调控复杂的生命过程，研究结果发现， 蛋白质功能的发挥是受多方面因素调控的，在不同 的层面上对其进行严密调控，同一个基因可以产生 多种蛋白质产物，从而实现基因组信息的扩大，如 RNA编辑、RNA的可变剪接等。在翻译后水平上 也存在着对蛋白质的修饰(文中提及的磷酸化、乙 酰化、泛素化等)，以此来调节蛋白质的功能，使同 一蛋白质在不同条件下产生不同的功能。此外翻 译后水平还有许多手段来调控蛋白质的功能，如 亚基缔合(如血红蛋白)，蛋白质非必需肽段的水 解(如胰岛素C链)等。所以基因组并不能完全决 定蛋白质组的功能，实质上蛋白质功能的发挥是 受到非常复杂的调控的。因此，对蛋白质翻译后 水平的调控可能对生命本质的揭示在某种程度上 具有更重要的意义。 7．2 P53的复杂调控网络P53的调控是一个复 杂的调控网络，P53在翻译后水平上受到多种因子 的调节，这无疑使对P53的调节靶点更加复杂，我 们可以在不同层次上对P53的活性进行调节。细 胞可以通过一系列酶对P53进行直接调节，也可以 通过对这些酶(如磷酸化酶、乙酰基转移酶、MDM2 等)的控制实现对P53的间接调节。所以对P53的 调节实质上是一种多层次、多侧面、复杂化、网络式 的调控。生命就是这样复杂，也正是由于这样复杂 才使得各项生命活动能够有序进行(Buschmann 等，2000)。 众所周知，P53是肿瘤研究中的明星分子，几乎 所有的肿瘤都与P53有关，P53是目前发现的与肿 瘤发生相关性最大的一个分子。P53在正常细胞中 活性低、不稳定，但在受到致癌因素刺激时P53便 发生一系列修饰使其变得稳定并得到活化，但是又 是通过什么机制来控制这种细胞特异的修饰，目前 仍不十分清楚。同时，造成正常细胞和受损细胞中 P53修饰程度不同的原因仍在深入研究中。在肿瘤 发生过程中P53往往发生突变，而且发现突变的 P53也发生一系列翻译后水平的修饰，但是对它的 研究还不够深入。突变型P53修饰的意义何在，是 突变本身就可以使P53逃脱降解的命运还是这种 翻译后水平修饰的贡献，突变本身可能有两个方面 的作用：一是使P53丧失抑癌基因的活性(如失去 DNA结合能力、具备了癌基因的活性)，二是增强了 其被修饰的可能性，即更易发生翻译后水平的修饰 (Ann等，2004；Atema等，2002)。 参考文献 1 AnnMB．ZigangD．Post—tranlationalmodificationofp53intu- morigenesis．NatRevCancer，2004。4：793～805． 2 AtemaA，CheneP．Thegainoffunctionofthep53mutant Asp281Glyisdependentonitsabilitytoformtetramers．Cancer Lett，2002，185：103～109． 3 BuschmannT，AdlerV，MatusevichE，eta1．p53phosphoryla— tionandassociationwithmurinedoubleminute2，e-JunNH2一 terminalkinase，p14ARF，andp300／CBPduringthecellcycle andafterexposuretoultravioletirradiation．CancerRes，2000， 60：896～900． 4 GattiA，LiHH，TraughJA，eta1．Phosphorylationofhuman p53onThr-55．Biochemistry，2000，39：983749842． 5 HeZ．Inductionofapoptosisbycaffeineismediatedbythep53。Bax， andcaspa∞3pathways．CancerRes，2003，63：4396～4401． 6 HongWK．Generalkeynote：theimpactofcancerehemopreven— tion．GyneeolOncol，2003，88：$56～S58． 7 LuoJ，SuF，ChenD，eta1．Phosphorylationofhumanp53on Thr_55．Biochemistry，Nature，2000，408：377～381． 8 MinamotoT．Distinctpatternofp53ph03phorylationinhuman tumors．Oncogene，2001，20：3341～3347． 万方数据 中国畜牧兽医 2008年第35卷第9期 遗传繁育 ·71· 哺乳动物基因组印迹研究进展 王建春1。吴国江1，李世杰1·2 (1．河北农业大学生命科学学院，保定071001；2．中国农业大学生物技术国家重点实验室，北京100193) 摘要：基因组印迹即父源或母源等位基因的差异表达，是一种重要的表观遗传学机制。作者就哺乳动物基因组印迹的特 征、作用机制及基因组印迹的生物学意义进行综述。 关键词：基因组印迹；DNA甲基化；组蛋白修饰；生物学意义 中图分类号：Q38 文献标识码：A 文章编号：1671—7236(2008)09-0071—03 基因组印迹是基因遗传外重编程决定的父源或 母源特异等位基因的差异表达，这种依赖于亲本起 源的特殊等位基因上产生修饰并引起等位基因表达 不对称的现象称为基因组印迹(genomicimprint- ing)或遗传印迹(geneticimprinting)(Swales等， 2007)。基因组印迹是贯穿于生命生长和发育整个 过程的重要生物学机制，印迹基因的错误转录和表 达导致胚胎发育异常和多种印迹疾病。印迹基因是 在20世纪80年代对小鼠进行细胞核移植时发现的， 主要存在于人类、哺乳动物、昆虫和种子植物中，而鱼 类、两栖类、爬行类和禽类动物中目前还没有发现印 收藕日期：2008-01—28 作者简介：王建春(1979一)，女，河北人，硕士生，研究方向：动物 分子遗传。 通讯作者：李世杰(1971一)，女，硕导，研究方向：动物分子遗传。 E—mail：lishijie20005@163．cornTel：0312—5016895 基金项目：国家高技术研究发展计划(2001AA213091)；河北省 自然基金(C2006001032)。 迹基因。哺乳动物印迹基因研究工作主要集中在人 和小鼠，目前人和鼠中已经确定的印迹基因约80余 种(http：／／www．mgu．har．mre．ac．uk)，据估计哺 乳类动物基因组中大约存在100～200个印迹基因。 l印迹基因的特征 印迹基因的主要特征可以概括为：①依据亲本 起源进行单等位基因表达，相邻的基因可以具有相 反的印迹作用模式。②富含CpG岛，易于被高度甲 基化修饰，说明甲基化修饰是印迹发生的重要机制。 并且甲基化是一个动态过程，包括去甲基化、甲基 化和甲基化的维持。③印迹基因大多呈簇排列，很 少单独存在，具有一个或几个印迹控制中心(IC)， 又称差异甲基化区(DMR)。在印迹簇中心，邻近 的两个基因往往交互印迹，如DLKl／GTL2(Da等， 2007)。④印迹基因大多通用，在鼠中发现的“印迹” 基因大部分在其它哺乳动物也表现印迹特征，但也 有例外。⑤基因印迹作用的发生与个体发育阶段密 9 WangYH，TsayYG，TanBC，eta1．Identificationandcharac— terizationofanovelp300一mediatedp53acetylationsite，lysine 305．JBiolChem，2003。78：25568～25576． 10XirodimasDP，ChisholmJ，DesterroJM，eta1．P14ARFpro— motesaccumulationofSUMO-1conjugated(H)Mdm2．FEBS Lett，2002，528：207211． ThePost·translationalModificationofTumor-inhibitingFactorP53 NARi—S01”，LIUChang-qin92“．LUTao-fen92，DAOEr-jil，GUANWei—jun2，MAYue-hui2， (1．InnerMongolianAgriculturalUniversity，CollegeofAnimalScienceandVeterinary，Hohhot，010018，China 2．ChineseAcadamyofAgriculturalScience，InstituteofAnimalScience，Beijing100193，China 3．CollegeofMarineLifeSciences，OceanUniversityofChina，Qingdao266003，China) Abstraet：Thetumor-inhibitingfactorP53iSmOStcloselyrelatedwithcancer，anditmUStbepost-translationalmodified beforeperformingitsregularfunction．ThecomprehensiverealizationoftheprOcesshasgreatsignificanceinmolecularmecha— nismoftumorigenesisandtreatmentandpreventionofturnout．Thisarticlegeneralitydiscussedseveralquestionsaboutthe post-translationalmodificationofP53includingphosphory-lationmodification，acetylationmodification，smallubiquitin-like modificationandtheubiquitin-proteasomepathwayofP53，andilluminateditsregulatorynetworks．Thisdiscussionsupplied thetheorybasistOhaveabetterrealizationinthemolecularmechanismoftreatmentandpreventionoftumour． Keywords：P53，post-translationalmodificationtumour 万方数据