張 晗,孟憲勇,趙學(xué)萍,董曉華
(1.河北北方學(xué)院河北省神經(jīng)藥理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 張家口 075000;2.河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院,河北 張家口 075000)
蛋白質(zhì)翻譯后修飾(post-translational modification,PTM)過程包括甲基化、磷酸化、乙?;⒎核鼗?,PTM對蛋白質(zhì)的活性及功能發(fā)揮具有重要作用。TRIM32是一種泛素連接酶(ubiquitin ligase enzyme,E3),能與特異性的底物蛋白結(jié)合,介導(dǎo)蛋白的泛素化,被泛素標(biāo)記的蛋白質(zhì)將被特異性地識別并被蛋白酶體系統(tǒng)迅速降解。近年來研究表明TRIM32與病毒感染、腫瘤、肢帶肌萎縮癥及神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病等密切相關(guān),現(xiàn)對TRIM32在抗病毒、抗腫瘤、肢帶肌萎縮癥以及神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病中的作用進(jìn)行綜述。
三結(jié)構(gòu)域蛋白家族(tripartite motif protein,TRIM)的成員之一非洲爪蟾核因子7(Xenopuslaevisnuclear factor 7,XNF7)在1991年第一個被克隆鑒定[1],隨后TRIM家族的其余成員相繼被發(fā)現(xiàn)和鑒定?,F(xiàn)已在人類中發(fā)現(xiàn)的TRIM家族基因有65個,在無脊椎動物中發(fā)現(xiàn)的不足20個,在單細(xì)胞生物中則沒有任何發(fā)現(xiàn),在進(jìn)化越高等的生物中TRIM家族越常見,由此可見TRIM家族是一個快速進(jìn)化的家族。TRIM家族的大部分成員從N端到C端的結(jié)構(gòu)域依次是鋅指結(jié)構(gòu)域(ring finger)、1個或者2個B-box、1個卷曲螺旋(coiled coil)結(jié)構(gòu)域,所以又被稱為RBCC家族。除了以上3個典型結(jié)構(gòu)域外,還有一個可變的C-末端,決定了每個TRIM蛋白與其他蛋白相互作用的特異性。TRIM家族經(jīng)常根據(jù)可變C端進(jìn)行分類,如在人類中發(fā)現(xiàn)的TRIM蛋白根據(jù)可變C末端結(jié)構(gòu)域被分為了11個亞族(CⅠ~CⅪ)[6]。TRIM家族成員眾多,在很多疾病中發(fā)揮重要作用,如屬于第五亞族的TRIM52,發(fā)現(xiàn)其可以泛素化日本乙型腦炎病毒(Japanese encephalitis virus,JEV)的非結(jié)構(gòu)蛋白NS2A,通過蛋白酶體將其降解,從而抑制JEV在BHK-21和239T細(xì)胞中的復(fù)制[7];TRIM5α則可以通過C端的B30.2識別并結(jié)合病毒的衣殼蛋白,使病毒的衣殼蛋白裂解,致使其RNA不能發(fā)生反轉(zhuǎn)錄,破壞病毒的侵染能力,從而在艾滋病傳染早期起到抑制作用[8]。TRIM家族在細(xì)胞的增殖、分化、轉(zhuǎn)移、凋亡及腫瘤發(fā)生、病毒侵染等方面均發(fā)揮作用。
隸屬于TRIM家族的TRIM32于1995年首次被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)[9],它是一種具有E3泛素連接酶活性的蛋白,其結(jié)構(gòu)中除了TRIM家族特征性的鋅指結(jié)構(gòu)域、B-box結(jié)構(gòu)域和卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域之外,還有6個獨(dú)特的重復(fù)性的NHL結(jié)構(gòu)域。2004年的諾貝爾化學(xué)獎授予了Irwin Rose等3位科學(xué)家,以表彰他們在揭示泛素調(diào)節(jié)蛋白降解機(jī)制中做出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn),自此以后,關(guān)于泛素化的研究引起越來越多學(xué)者的關(guān)注。泛素化的具體過程涉及泛素活化酶(ubiquitin-activating enzyme,E1)、泛素結(jié)合酶(ubiquitin-conjugating enzyme,E2)和泛素連接酶(ubiquitin ligase enzyme,E3),首先E1通過其活性中心的Cys殘基與泛素的C端形成硫酯鍵活化單個游離的泛素,隨后E1將活化的泛素傳遞給E2,最后E3招募特異性底物蛋白和E2,并介導(dǎo)泛素從E2轉(zhuǎn)移到底物蛋白。不同的E3結(jié)合特異性的底物蛋白,因此E3在整個泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解過程中發(fā)揮了十分重要的作用,決定了反應(yīng)的特異性。TRIM32與底物有兩種不同的作用方式,一種是通過自身N端的鋅指結(jié)構(gòu)域,發(fā)揮E3泛素連接酶活性,在蛋白質(zhì)的泛素-蛋白酶降解過程中發(fā)揮重要作用[10],已知的TRIM32泛素化底物包括actin、ABI2(Abl interactor 2)、c-Myc、dysbindin和PIASy(protein inhibitor of activated STAT4,PIAS家族蛋白之一)等;另一種作用方式是以N端的NHL重復(fù)結(jié)構(gòu)結(jié)合特異性靶蛋白而激活某些miRNAs,從而調(diào)控基因的表達(dá)[11]。
病毒是一種極具感染性和傳染性的病原微生物,可分為RNA病毒和DNA病毒,當(dāng)病毒入侵人體時,天然免疫作為人體抵抗病毒的第一道防線會立即被激活,主要通過天然免疫細(xì)胞上的模式識別受體(pattern recognition receptors,PRRs)識別病原微生物上相對保守的病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs),并啟動相應(yīng)的免疫應(yīng)答機(jī)制。病毒相關(guān)的核酸成分可被機(jī)體Toll樣受體(toll-like receptors,TLRs)、維甲酸誘導(dǎo)基因Ⅰ受體(retinoic acid-inducible gene-I-like receptors,RLRs)及胞漿DNA受體(cytoplasmic DNA receptors,CDRs)等特異性識別,通過一系列復(fù)雜的細(xì)胞信號通路誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素(type Ⅰ interferon)及炎癥因子表達(dá),從而激發(fā)機(jī)體抗病毒反應(yīng),最終清除病毒。Ⅰ型干擾素分泌到細(xì)胞外與細(xì)胞表面的干擾素受體(IFN receptor,IFNR)結(jié)合,通過經(jīng)典信號通路JAK-STAT誘導(dǎo)大量抗病毒基因的表達(dá),通過抑制病毒復(fù)制和誘導(dǎo)被感染的細(xì)胞凋亡從而發(fā)揮抗病毒作用[12]。Ⅰ型干擾素基因表達(dá)需要依賴多種轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同合作從而激活其轉(zhuǎn)錄活性,其中轉(zhuǎn)錄因子NF-κB(nulear factor-kappa B)和IRF3(interferon regulatory factor 3)在整個過程中發(fā)揮重要作用[13]。有文獻(xiàn)報道過量表達(dá)的TRIM32可以激活Ⅰ型干擾素和NF-κB下游基因的表達(dá),也可以促進(jìn)DNA病毒和RNA病毒誘導(dǎo)的Ⅰ型干擾素的產(chǎn)生,是Ⅰ型干擾素表達(dá)所必須的蛋白分子,但下調(diào)TRIM32的表達(dá)則不會有上述反應(yīng)[14]。
MITA(mediator of IRF3 activation)是多種胞質(zhì)DNA識別受體通路所共有的下游接頭蛋白,靜息狀態(tài)下主要位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)。當(dāng)胞質(zhì)出現(xiàn)異常DNA,MITA接受來自上游的信號分子刺激活化后,會增強(qiáng)自身二聚體的形成,從ER經(jīng)由高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)到核周小泡;并招募激酶TBK1(TANK-binding kinase 1)和IKKβ(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase β),進(jìn)一步活化IRF3和NF-κB,啟動I型干擾素、III型干擾素及相關(guān)炎癥因子的產(chǎn)生。干擾素效應(yīng)和炎癥反應(yīng)不僅作為機(jī)體天然免疫反應(yīng)幫助機(jī)體抵御病毒入侵,也促進(jìn)了適應(yīng)性免疫的產(chǎn)生,因而MITA在抗胞質(zhì)內(nèi)異常DNA的免疫信號通路中具有重要作用。MITA在病毒誘導(dǎo)的Ⅰ型干擾素的表達(dá)及DNA和RNA病毒誘導(dǎo)的天然免疫應(yīng)答中具有重要意義[14]。
文獻(xiàn)報道TRIM32作為一種泛素連接酶可特異性泛素化MITA,同時顯著增強(qiáng)MITA介導(dǎo)的Ⅰ型干擾素的表達(dá)[14]。關(guān)于TRIM32泛素化MITA機(jī)制,體內(nèi)外泛素化實(shí)驗(yàn)研究顯示MITA是TRIM32的直接底物,一系列過表達(dá)實(shí)驗(yàn)和內(nèi)源性實(shí)驗(yàn)表明TRIM32和MITA相互作用且共同定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體,并且TRIM32催化MITA發(fā)生Lys-63位連接的多聚泛素化。對MITA蛋白分子上的9個賴氨酸殘基進(jìn)行一系列的基因定點(diǎn)突變,發(fā)現(xiàn)TRIM32通過靶向MITA蛋白分子的第20、150、224及236位賴氨酸位點(diǎn)發(fā)生泛素化,這4個位點(diǎn)也是MITA發(fā)揮功能所必須的。此外,TRIM32還介導(dǎo)了MITA與下游信號分子TBK1的相互作用。由此可見TRIM32在抗病毒感染中發(fā)揮重要作用。
肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是原發(fā)性肝癌的主要類型,是全球死亡率第六的人類惡性腫瘤[15]。研究發(fā)現(xiàn)TRIM32在肝癌組織和肝癌細(xì)胞系中明顯升高,其表達(dá)量與肝癌組織學(xué)分級、腫瘤大小、乙肝表面抗原(hepatitisB surface antigen,HBsAg)呈正相關(guān),TRIM32表達(dá)可用于預(yù)測HCC患者的總生存期[16]。奧沙利鉑作為一種有效的抗腫瘤藥物,被廣泛應(yīng)用于包括肝癌在內(nèi)的多種腫瘤的治療,但幾乎所有的肝癌患者均出現(xiàn)化療耐藥性[17]。探討肝癌細(xì)胞化療耐藥與TRIM32表達(dá)相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TRIM32-siRNA組對奧沙利鉑誘導(dǎo)的生長抑制更為敏感,為進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)果,又檢驗(yàn)了細(xì)胞中凋亡因子caspase-3的表達(dá)水平,結(jié)果表明TRIM32表達(dá)下調(diào)可提高HCC患者的化療敏感性;高表達(dá)的TRIM32促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展,提高肝癌患者對奧沙利鉑的耐藥性[17]。此外,TRIM32的表達(dá)量與肝細(xì)胞癌的組織學(xué)分級有關(guān),可用于預(yù)測HCC患者的預(yù)后。TRIM32是肝癌潛在的預(yù)后指標(biāo)和治療靶點(diǎn),也是探討HCC發(fā)病機(jī)制的新方向。
p53是一種腫瘤抑制基因[18],其編碼的P53能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng),包括細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期阻滯和衰老,在維持基因組穩(wěn)定和預(yù)防腫瘤發(fā)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用,因此P53蛋白被稱為基因組守護(hù)者。TRIM32是一種新型P53負(fù)調(diào)節(jié)因子,可調(diào)節(jié)P53介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng),P53與TRIM32啟動子結(jié)合,誘導(dǎo)TRIM32過表達(dá);反過來,TRIM32可通過泛素化促進(jìn)P53降解[19]。TRIM32經(jīng)常在腫瘤中過度表達(dá),因此很大程度上促進(jìn)了細(xì)胞的致癌轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生[20]。此外,在LN-2024細(xì)胞及其親代LN-Z308細(xì)胞、人正常神經(jīng)元CRL-10742細(xì)胞、結(jié)直腸CRL-1831細(xì)胞、人肺癌H460細(xì)胞和乳腺癌MCF7細(xì)胞等細(xì)胞中均驗(yàn)證了TRIM32對P53應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)控作用。TRIM32負(fù)調(diào)控P53蛋白水平,TRIM32基因過表達(dá)或基因敲除不影響p53mRNA水平。在構(gòu)建的TRIM32一系列標(biāo)記缺失突變體中,發(fā)現(xiàn)TRIM32與P53在細(xì)胞內(nèi)存在相互作用,而且TRIM32的NHL結(jié)構(gòu)是結(jié)合的必要條件[21]。
ABI2是一種腫瘤抑制因子和細(xì)胞遷移抑制因子[22],酵母雙雜交篩選發(fā)現(xiàn)TRIM32與ABI2結(jié)合,TRIM32可介導(dǎo)ABI2的泛素化。TRIM32的過表達(dá)促進(jìn)ABI2的降解,并促進(jìn)細(xì)胞的生長及轉(zhuǎn)化活性,而缺失環(huán)結(jié)構(gòu)域的TRIM32基因突變體表達(dá)的蛋白則抑制ABI2的降解[23]。
X連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein,XIAP)是新發(fā)現(xiàn)的IAP家族的成員之一,是IAP家族中最強(qiáng)的凋亡抑制因子,可直接抑制caspases的表達(dá),并多途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。XIAP基因在大多數(shù)腫瘤細(xì)胞株中過表達(dá),與腫瘤的進(jìn)展、復(fù)發(fā)、預(yù)后以及腫瘤化療耐藥密切相關(guān)[24]。TRIM32因其獨(dú)特的NHL結(jié)構(gòu),可以直接與XIAP結(jié)合并相互作用。TRIM32過表達(dá)促進(jìn)XIAP泛素化和蛋白酶體降解,TRIM32基因敲除則相反,因此XIAP也是TRIM32作用于腫瘤的靶點(diǎn)之一。
維甲酸是維生素A的代謝產(chǎn)物,是包括維甲酸受體(retinoic acid receptor α,RARα)在內(nèi)的多種核受體的配體,在細(xì)胞的發(fā)育、分化、細(xì)胞周期和凋亡中發(fā)揮重要作用。Sato等[25]的研究表明泛素化是翻譯后修飾的一種,在小鼠神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞和胚胎癌細(xì)胞中,TRIM32可以與RARα相互作用并增強(qiáng)RARα的轉(zhuǎn)錄活性;研究還表明在人早幼粒細(xì)胞白血病細(xì)胞系HL60中TRIM32可增強(qiáng)RARα介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性,并穩(wěn)定RARα;同時,過表達(dá)的TRIM32能夠抑制細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)粒細(xì)胞分化,甚至是在維甲酸缺乏的條件下。上述結(jié)果提示在急性早幼粒細(xì)胞白血病中TRIM32是RARα介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄的輔助激活因子之一,因此TRIM32可能成為急性早幼粒細(xì)胞白血病的潛在治療靶點(diǎn)。
另有文獻(xiàn)報道TRIM32通過促進(jìn)PIASy降解調(diào)節(jié)中波紫外線誘導(dǎo)的角質(zhì)形成細(xì)胞凋亡[26];TRIM32在小鼠皮膚癌和人皮膚鱗狀細(xì)胞癌中均表達(dá)升高[27]。TRIM32可通過P53、ABI2、XIAP等不同機(jī)制在腫瘤發(fā)生進(jìn)展中發(fā)揮作用,成為腫瘤診斷、治療的新靶點(diǎn)。
TRIM32基因缺失或突變與多種疾病有關(guān),如肢帶肌萎縮癥[26](limb-girdle muscular dystrophy type 2H,LGMD2H)、巴比二氏綜合癥[28](bardet-biedl syndrome,BBS)。
肢帶型肌營養(yǎng)不良癥(limb-girdle muscular dystrophy,LGMD)是一種進(jìn)行性神經(jīng)肌肉疾病,臨床特征包括血清肌酸激酶水平升高、緩慢進(jìn)行性無力和近側(cè)肢體肌肉萎縮以及在生命的第二或第三個十年發(fā)病。LGMD按照遺傳學(xué)可分為常染色體顯性遺傳(LGMD1型)和常染色體隱性遺傳(LGMD2型),再根據(jù)基因和蛋白缺陷分為不同的亞型,根據(jù)受累基因的不同LGMDl分為LGMDlA~LGMDlH 8種類型,LGMD2分為LGMD2A~LGMD2Q 17種類型。LGMD2H是發(fā)生在Hutterites人中[29]的常染色體隱性遺傳疾病,2002年Frosk等[30]發(fā)現(xiàn)TRIM32的D487N突變是導(dǎo)致LGMD2H疾病快速進(jìn)展的原因之一,LGMD2H的發(fā)生與TRIM32突變后影響底物actin的泛素化及與dysbindin的結(jié)合有關(guān)。
巴比二氏綜合癥是一種常染色體隱性遺傳性疾病,主要有視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良、先天性肥胖、多指趾畸形、生殖腺發(fā)育不全、智力發(fā)育遲緩、腎畸形等臨床表現(xiàn)。有文獻(xiàn)報道TRIM32的B-box結(jié)構(gòu)域中的P130S突變導(dǎo)致了巴比二氏綜合癥11型(BBS11)[31]。
2009年德國Schwambom教授第一次在神經(jīng)系統(tǒng)領(lǐng)域闡述了TRIM32的作用,TRIM32可以使胚胎時期位于室管膜下區(qū)(subventricular zone,SVZ)的神經(jīng)前體細(xì)胞發(fā)生分化,發(fā)揮細(xì)胞命運(yùn)決定子的作用。細(xì)胞的不對稱分裂(asymmetric cell division)作為細(xì)胞多樣性形成的基礎(chǔ),TRIM32可以調(diào)節(jié)神經(jīng)前體細(xì)胞的不對稱分裂,促使神經(jīng)前體細(xì)胞向神經(jīng)元方向分化[32]。這種非對稱性分裂會產(chǎn)生兩類不同的子代細(xì)胞,分別朝神經(jīng)細(xì)胞方向和膠質(zhì)細(xì)胞方向進(jìn)行分化[33],TRIM32更多的分布在朝向神經(jīng)元方向分化的子代細(xì)胞中。胚胎發(fā)育過程中伴隨著子代細(xì)胞朝神經(jīng)元方向分化并成熟,TRIM32在細(xì)胞水平上的位置分布也會發(fā)生改變,從神經(jīng)前體細(xì)胞的胞漿內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)移到成熟神經(jīng)元的胞核內(nèi)。TRIM32影響神經(jīng)元分化的作用涉及2種機(jī)制。一方面,TRIM32泛素化c-Myc(神經(jīng)干細(xì)胞增殖的基本因子),從而使c-Myc成為蛋白酶體降解的靶蛋白;另一方面,TRIM32通過與argonaute蛋白的相互作用增強(qiáng)miRNA let-7a的活性[34]。
隨著對TRIM32研究的不斷深入,發(fā)現(xiàn)其不僅能夠調(diào)控胚胎時期神經(jīng)前體細(xì)胞的分化,還參與了成年哺乳動物大腦中腦室下區(qū)神經(jīng)干細(xì)胞向嗅球神經(jīng)元分化的過程[35]。TRIM32基因缺失后,神經(jīng)前體細(xì)胞分化緩慢,更多處于增殖狀態(tài),分化形成的神經(jīng)元則更多處于未成熟狀態(tài)。
最早關(guān)于TRIM32與自閉癥的研究始于2014年,美國、加拿大、瑞典、英國等國學(xué)者在基因拷貝數(shù)變異分析中發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象,自閉癥患者的TRIM32基因出現(xiàn)了拷貝數(shù)丟失的現(xiàn)象[36],由此推測TRIM32可能參與了自閉癥的發(fā)病過程。有文獻(xiàn)報道[37]TRIM32高表達(dá)于正常小鼠成熟的大腦皮層神經(jīng)元以及胎腦的內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起區(qū)(medial ganglionc eminence,MGE)中間神經(jīng)前體細(xì)胞中,而在TRIM32基因敲除的模型小鼠中胚胎發(fā)育過程中TRIM32的缺失導(dǎo)致MGE的神經(jīng)前體細(xì)胞增殖分裂減少,而MGE區(qū)神經(jīng)前體細(xì)胞主要為發(fā)育和遷移至海馬、皮層等區(qū)域并最終分化成γ-氨基丁酸(γ-aminobutylic acid,GABA)抑制性中間神經(jīng)元前體細(xì)胞;同時發(fā)現(xiàn)TRIM32基因缺陷小鼠的皮層和海馬等區(qū)域的GABA抑制性中間神經(jīng)元均大量減少。對TRIM32基因缺陷小鼠進(jìn)行行為學(xué)實(shí)驗(yàn)測試,發(fā)現(xiàn)TRIM32遺傳性缺失導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)社交障礙、重復(fù)刻板樣舉止等行為學(xué)表現(xiàn)障礙。
帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是常見的神經(jīng)退行性疾病[38],在我國平均發(fā)病年齡為60歲左右,富含亮氨酸的重復(fù)激酶2(leucine-rich repeat kinase 2,LRRK 2)基因突變是該病的發(fā)病原因[39]。雖然LRRK2的分子機(jī)制尚不明確,但miRNA活性抑制可能是LRRK 2的致病靶點(diǎn)之一。有文獻(xiàn)報道[40]TRIM32可直接拮抗由病理性LRRK 2突變體誘導(dǎo)的miRNA活性抑制,提示TRIM32可能是帕金森病的新的治療靶點(diǎn)。
慢性應(yīng)激可以引起各種精神障礙,如焦慮、抑郁等,但具體機(jī)制尚不明確。有研究報導(dǎo)[41]慢性輕度應(yīng)激小鼠抑郁模型慢性應(yīng)激8周后,小鼠海馬中TRIM32表達(dá)明顯減少,抗抑郁藥氟西丁可明顯逆轉(zhuǎn)上述行為,有效提高TRIM32表達(dá)水平。在輕度應(yīng)激條件下,TRIM32基因敲除小鼠與TRIM32野生小鼠相比,表現(xiàn)出較少的焦慮、抑郁和多動行為,推測TRIM32在多動癥調(diào)節(jié)中起到重要作用,并可改善慢性應(yīng)激引起的焦慮和抑郁。
綜上,TRIM32與病毒感染、腫瘤、肢帶肌萎縮癥及神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病的發(fā)生進(jìn)展密切相關(guān)。隨著生物技術(shù)的發(fā)展及對TRIM32認(rèn)識的深入,相信在不久的將來,以TRIM32為靶點(diǎn)的治療方法或藥物將取得突破性進(jìn)展。