廖燕意,黃世慶,李也鵬

(1.右江民族醫(yī)學院附屬醫(yī)院腫瘤化療科,廣西百色 533000;2.右江民族醫(yī)學院研究生學院,廣西百色 533000)

生發(fā)中心相關核蛋白(germinal center-associated nuclear protein, GANP)是一種小分子的編碼蛋白,參與構成mRNA 輸出支架蛋白、影響mRNA核輸出、調節(jié)DNA的修復、保護細胞延緩衰老、促進B細胞活化、產(chǎn)生高親和力抗體等一系列生物學過程,涉及細胞生長調控、免疫系統(tǒng)活化及腫瘤調控等領域,影響著人類的健康。從最初發(fā)現(xiàn)至今近20年里,隨著研究的深入,已經(jīng)明確GANP參與了體內許多重要生理活動,具有許多生物學特點,是一個多功能的蛋白質。但由于該蛋白包含許多功能域,并與其他分子相互作用與關聯(lián),仍有許多復雜的體內功能尚未完全清楚。因此,筆者對生發(fā)中心相關核蛋白目前的研究進展進行綜述,為后續(xù)探索蛋白更多功能特性奠定基礎。

1 GANP的分子特點

GANP是最初于小鼠生發(fā)中心B細胞上表達而被人們所認識,在哺乳動物中廣泛表達的編碼蛋白。人類的GANP位于第21號染色體上,由1980個氨基酸組成,含有苯丙氨酸-甘氨酸(FG)重復序列、DNA引物酶區(qū)、Sac3保守區(qū)和乙酰轉移酶區(qū)等多個功能域,其中DNA引物酶和乙酰轉移酶區(qū)域這兩個結構域比較特殊,僅在高等真核生物中檢測到[1]。DNA引物酶區(qū)位于GANP的氨基(N)端,結構域長約150個氨基酸,與DNA引物酶p49相似,參與調節(jié)細胞增殖[2]。乙?；鞍?3(MCM3-acetylating protein,MCM3AP)位于GANP的羧基(C)末端區(qū)域,被認為是GANP選擇性剪接產(chǎn)生的短形式,具有乙酰轉移酶的活性,并在發(fā)生突變后臨床表現(xiàn)為多變神經(jīng)肌肉相關系統(tǒng)疾病[3]。釀酒酵母Sac3參與肌動蛋白組裝、影響細胞周期轉換,進而調控DNA同源重組的表達與mRNA代謝過程[4]。GANP是釀酒酵母Sac3同源系物,Sac3結構域中的GANP錯義變體成簇,可影響mRNA的代謝過程,為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生奠定表型的基礎;此外GANP的短接體-MCM3AP在Sac3結構域外變異也能導致核膜GANP減少,進而影響核膜維持其正常的超微結構[5]。

GANP除了影響mRNA的代謝進程,還具有抑制哺乳動物細胞中β-半乳糖苷酶基因中DNA重組的能力,發(fā)揮抑制哺乳動物細胞中的DNA超重組的作用[6],維持人類基因組DNA的穩(wěn)定性至關重要。

2 GANP的生物學特性

2.1 GANP與DNA的相關特性異常DNA的復制是腫瘤發(fā)生的驅動力之一[7]。微小染色體維持蛋白(minichromosome maintenance complex component 3,MCM3)是參與真核生物基因組復制啟動的關鍵蛋白,通過乙酰化后結合染色質,在細胞分裂的合成期(synthesis phase,S期)抑制DNA的復制[8]。GANP通過一種磷酸酶成分(G5PR)與MCM3結合[9],參與調節(jié)細胞的磷酸化狀態(tài),在基因組穩(wěn)定性中起作用。DNA損傷與修復(DNA damage repair, DDR)的動態(tài)平衡是維持基因組穩(wěn)定的關鍵,DNA損傷的累積及DDR功能減弱,共同促進腫瘤發(fā)生、發(fā)展[10]。DNA雙鏈斷裂(double strand break,DSB)提示DNA的嚴重損傷[11],為探究GANP在DNA損傷修復系統(tǒng)中的作用,研究者在GANP缺陷且高親和力抗體生成受損狀態(tài)下,觀察生發(fā)中心B細胞雙鏈DNA斷裂的情況,結果發(fā)現(xiàn)B細胞中免疫球蛋白區(qū)域雙鏈DNA斷裂的水平與GANP的表達相關[12],為此掀起了GANP與腫瘤相關的研究熱潮。在GANP與惡性膠質瘤(malignant gliomas, MG)相關的研究中,發(fā)現(xiàn)MG具有非整倍體和染色體不穩(wěn)定性的惡性特征,對101例成人惡性膠質瘤病例的研究結果發(fā)現(xiàn)GANP低表達的情況多出現(xiàn)在惡性程度高的病例上[13],由此研究者提出GANP在DNA損傷引起的細胞衰老中發(fā)揮作用。炎癥是參與DNA損傷和干擾DNA修復的重要因素[14]。膽管癌(cholangiocarcinoma, CCA)是長期炎癥后導致腫瘤發(fā)生的模型代表,GANP在不同分化程度的CCA病例中表達量上存在差異,即GANP在低分化預后差的CCA細胞核中的表達水平較高[15],GANP的異常過表達提示長期的炎癥導致DNA損傷的積累[14],DNA修復受損,最終向著CCA發(fā)展。綜上可知,GANP在不同腫瘤的表達量存在差異。既往研究提示GANP可以抑制雌激素暴露誘導所致的DNA的損傷,對乳腺癌(breast carcinoma, BC)的發(fā)生具有抑制作用。BC是全球女性常見且致死率高的惡性腫瘤,近年來我國BC發(fā)病率和死亡率呈現(xiàn)上升趨勢[16]?，F(xiàn)有研究提示雌激素水平與BC中雌激素代謝相關酶基因多態(tài)性之間密切相關[17]。研究者測定416例不同階段人類乳腺癌樣本的GANP含量,結果發(fā)現(xiàn)GANP表達顯著降低多出現(xiàn)于預后不良的病例中,為此推測人乳腺癌組織中GANP的表達與預后相關,進一步的研究更是證實GANP的G等位基因上的rs2839178位點與乳腺癌罹患風險及延長乳腺癌患者的無病生存期(disease-free survival,DFS)均具有相關性[18],因此GANP與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展及預后具有相關性。無獨有偶,GANP還是睪丸生殖細胞腫瘤的易感基因之一,被認為對原始生殖細胞的生物遺傳學控制具有重要意義。睪丸腫瘤(testicular germ cell tumors)是男性生殖系統(tǒng)常見腫瘤,其中以睪丸畸胎瘤最為常見,2020年相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,其發(fā)病率呈持續(xù)增長趨勢[19]。為探究GANP與人睪丸畸胎瘤的關系,學者對31例人類青春期后睪丸畸胎瘤的GANP進行測定,結果提示所有病例均出現(xiàn)GANP過表達的情況,除此之外,在正常皮膚中沒有表達的GANP在畸胎瘤患者皮膚組織中表達增加,最后在畸胎瘤小鼠模型解釋了GANP的過表達加快了原始生殖細胞的細胞周期進程,使得精原細胞的第一次減數(shù)分裂失調,導致原始生殖細胞源性睪丸畸胎瘤[20]。

2.2 GANP與mRNA的相關特性RNA根據(jù)是否被翻譯的用途被分為編碼RNA與非編碼RNA[21]。信使RNA(mRNA)是編碼RNA中的一類,提供蛋白質翻譯的模板,參與DNA遺傳信息的傳遞[22]。mRNA由于包含巨量的堿基,需要在轉接因子(NXF1)的協(xié)助下通過轉錄和輸出復合物-2(TREX-2)完成向細胞質輸出成熟體的過程[23]。轉錄和輸出復合物(transcription-export)簡稱“TREX”,是由10多種蛋白構成,構成復雜。GANP作為轉錄和輸出復合物-2(TREX-2)的亞基,是構成mRNA輸出機制的重要組成部分[23],參與哺乳動物細胞核中特定類別mRNA的選擇性核輸出[24],從而提高哺乳動物細胞中 mRNA 核輸出的效率[25]。mRNA 輸出是基因表達的關鍵步驟。mRNA的輸出失調可出現(xiàn)編碼改變、引發(fā)特定轉錄物的輸出、增殖、存活等情況,最終導致特定疾病與腫瘤的發(fā)生[22]。為此作為mRNA 輸出復合物中的組成部分,GANP是否參與腫瘤的發(fā)生與演進備受人們關注。p53基因是一種腫瘤的抑制基因,其編碼的蛋白作為轉錄因子控制細胞周期的啟動,常在惡性腫瘤中出現(xiàn)基因突變[26]。研究發(fā)現(xiàn)GANP在被敲低表達后,細胞內p53的含量出現(xiàn)下調,p53含量降低的腫瘤細胞則出現(xiàn)選擇性的凋亡和壞死[27],由此印證了GANP通過影響抑癌基因p53的表達進而調控腫瘤細胞的凋亡和壞死,參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。除此之外,GANP的缺陷影響mRNA輸出,出現(xiàn)周圍神經(jīng)病變伴或不伴智力發(fā)育受損,甚至出現(xiàn)常染色體隱性遺傳性早發(fā)性周圍神經(jīng)病[28]。

2.3 GANP與B細胞的相關特性次級淋巴濾泡是指靜止的初始B細胞在受抗原刺激后所形成的特定區(qū)域,且具有分化漿細胞并產(chǎn)生抗體的特點[29]。GANP最初就是在外周淋巴器官的次級淋巴濾泡生發(fā)中心表達上調而被人們所認識[1]。適應性免疫應答(adaptive immune response)是指體內抗原特異性淋巴細胞接受抗原刺激后,自身活化、增殖、分化為效應細胞,產(chǎn)生一系列生物學效應的全過程[30]。適應性免疫的產(chǎn)生依賴于B細胞在生發(fā)中心(GC)中受到T細胞依賴性抗原(TD-Ag)刺激后產(chǎn)生克隆擴增,同時伴隨著可變區(qū)的體細胞超突變和B細胞抗原受體的類別轉換[31]。GANP則通過調控轉錄核小體來調節(jié)胞苷脫氨酶(AID)進而參與生發(fā)中心體細胞超突變和高親和力抗體產(chǎn)生的過程[32],還調節(jié)了B細胞受體信號轉導的過程。Src家族激酶(SFK)是一類非受體酪氨酸激酶,是大量細胞內信號傳導途徑的關鍵調節(jié)劑[33],蛋白酪氨酸激酶(Lyn)隸屬Src家族,Lyn的缺失可導致包括GANP在內的許多編碼蛋白質的基因下調,這些蛋白質基因表達下調進一步影響了B細胞受體信號轉導、轉錄、增殖、免疫、炎癥反應等一系列過程。在Lyn缺陷小鼠中觀察到GANP存在表達變化,深入研究后明確了Lyn可通過GANP來控制生發(fā)中心的形成與增殖[34]?；羝娼鹆馨土?HL)是淋巴生發(fā)中心B細胞來源的腫瘤,以腫瘤細胞具有獨特B細胞和巨噬細胞雙表型特征為特點[35]。既往研究發(fā)現(xiàn)GANP在HL的HRS細胞上異常過表達,GANP基因突變的轉基因小鼠淋巴瘤發(fā)生率也比一般小鼠高,由此推斷GANP過表達與淋巴瘤發(fā)病相關;最后在細胞層面實驗最終驗證:GANP可引起B(yǎng)細胞和巨噬細胞間的轉分化,除此之外還與霍奇金淋巴瘤形成具有協(xié)同關系,同時GANP在HRS細胞上表達的信號分子CD40下游相互作用,為HL靶向治療提供新思路[35]。

3 結語

近20年來,GANP從開始發(fā)現(xiàn)時于生發(fā)中心表達上調到如今作為關鍵因子參與構成mRNA 輸出支架、影響mRNA核輸出、調節(jié)DNA的修復、保護細胞延緩衰老、促進B細胞活化、產(chǎn)生高親和力抗體等許多作用,涉及血液、免疫、神經(jīng)等眾多系統(tǒng)與領域。目前還發(fā)現(xiàn)GANP在淋巴瘤、睪丸畸胎瘤、乳腺癌等腫瘤出現(xiàn)表達量的差異,這種差異的背后是否對腫瘤診斷及預后具有意義,是否能為腫瘤的防治提供新思路,需要待我們日后更進一步的探索與研究。