盛瀚萱,張連峰,張 麗?

(1.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動物研究所,北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心,國家衛(wèi)生健康委員會人類疾病比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100021;2.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動物研究所,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)動物模型工程技術(shù)研究中心,北京 100021;3.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)中心,北京 100730)

TRIM46(tripartite motif-containing46,TRIM46)是一個新基因,功能尚不明確,國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)很少。但就近期的文獻(xiàn)報道來看,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)答等過程中均有重要作用。作者通過將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TRIM46蛋白未來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,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蛋白還含有一個或者兩個鋅離子結(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個亞家族(C-I～C-XI)。TRIM46屬于C-I亞家族,C-I亞家族包括6個成員: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亞家族每個基因不僅含有一個RBCC結(jié)構(gòu)域,包括兩個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N末端的RING finger結(jié)構(gòu)域、兩個B-box motif、一個coiled-coil region、一個COS box、一個FN3和羧基端的一個B30.2結(jié)構(gòu)域[14]。TRIM46蛋白是一個新發(fā)現(xiàn)的三重基序(tripartite motif,TRIM)家族蛋白。TRIM46蛋白含有759個氨基酸,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。從四級結(jié)構(gòu)上預(yù)測,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),一個或兩個B-box結(jié)構(gòu)和一個卷曲螺旋結(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(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號染色和小鼠3號染色體中,兩個基因作為同一個基因簇的一部分。2015年國外的報道發(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年又有國內(nèi)研究報道[32],TRIM46通過抑制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通過促進(jìn)PPARα的泛素化激活NF-κB信號通路參與骨肉瘤細(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],平行維管束通過跨橋連接而成,決定了神經(jīng)元極化的方向[1,4]。同時這些維管束對于神經(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KIF3/KAP3/TRIM46轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)MARK2信號對軸突起始段進(jìn)行時空組織構(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)。一項國內(nèi)的研究顯示,TRIM46的兩個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,未來通過基因修飾動物構(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信號激活和炎癥因子IL-1β和TNF-α的產(chǎn)生,反之,TRIM46過表達(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存在各種抗神經(jīng)元抗體,而這些抗體的檢測是PNS診斷和尋找潛在腫瘤的有用工具。最近研究報道發(fā)現(xiàn),TRIM46抗體可在多種神經(jīng)綜合征中檢測到,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,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。尚缺乏基因敲除動物或者轉(zhuǎn)基因過表達(dá)動物模型,以及利用動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未來的研究可能會聚焦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過表達(dá)或者敲除動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。