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PIG3启动子结合元件(TGYCC)n与肿瘤易感性的研究进展

发表时间:2024年03月27日阅读:155次 下载:188次 下载 手机版

作者: 陈凤霞 1 浦飞飞 2

作者单位: 1. 武汉大学中南医院肿瘤放化疗科(武汉 430071) 2. 武汉市第一医院骨科(武汉 430022)

关键词: PIG3 (TGYCC)n p53 PHB1/PHB2 转录调控 多态性

DOI: 10.12173/j.issn.1004-4337.202401007

引用格式: 陈凤霞, 浦飞飞. PIG3启动子结合元件(TGYCC)n与肿瘤易感性的研究进展[J]. 数理医药学杂志, 2024, 37(3): 217-221. DOI: 10.12173/j.issn.1004-4337.202401007

Chen FX, Pu FF. Advances of PIG3 promoter binding element (TGYCC)n and tumor susceptibility[J]. Journal of Mathematical Medicine, 2024, 37(3): 217-221. DOI: 10.12173/j.issn.1004-4337.202401007[Article in Chinese]

摘要| Abstract

PIG3是受p53调控的下游靶基因,通过参与合成活性氧及对氧化应激的调控参与细胞凋亡过程。PIG3的启动子区有一段串联重复序列(TGYCC)n (Y=C或T),其转录调控与这段五核苷酸重复序列密切相关。本文对(TGYCC)n这段串联重复序列在PIG3转录调控中的作用进行综述,探讨其多态性与肿瘤易感性的关系。

全文| Full-text

PIG3是在筛选凋亡起始前p53诱导的靶基因时发现的p53下游调控细胞凋亡的靶基因,其在物种之间高度保守且与植物NADPH氧化还原酶高度同源[1]。PIG3通过参与合成活性氧(reactive oxygen species, ROS)及对氧化应激的调控参与细胞凋亡过程,因此,PIG3基因也被认为是一种抑癌基因[2]。PIG3的启动子区有一段串联重复序列(TGYCC)n(Y=C或T),其仅在灵长类动物中进化,并且只有在灵长类动物中p53与(TGYCC)n结合诱导PIG3的转录活性最强 [3]。近年来,有研究发现(TGYCC)n的多态性与PIG3的转录调控及癌症易感性密切相关[4]。

1 PIG3基因启动子区(TGYCC)n转录调控的分子机制

PIG3定位于2P23.3,全长7 424 bp,它的编码区由五个外显子组成[5]。p53能够与PIG3基因启动子区域中的两个位点结合,一个位于转录起始点上游的-328至-308位点,研究显示,此位点对于p53介导的PIG3的转录激活不是必需的;另一结合位点位于PIG3启动子区转录起始位点下游+442至+517之间的(TGYCC)n五核苷酸重复序列,此位点对于p53介导的转录激活至关重要。而且,p53的同源基因p63、p73也能够与这段序列结合,从而激活PIG3的转录。研究表明,伴随p53突变的肿瘤,p53的突变体不能与(TGYCC)n结合并介导PIG3的转录激活,但是它们仍有激活其他p53反应元件的能力,如诱导p21的表达、调控细胞周期阻滞[6]。

抑制素1(prohibitin, PHB1)和抑制素2(prohibiton, PHB2)能与PIG3启动子区(TGYCC) 15结合,并且PHB1/PHB2的这种结合可不依赖于p53的存在和凋亡刺激[7]。PHB1和PHB2以二聚体或蛋白复合物存在于细胞膜、细胞核、细胞质和线粒体特定的亚细胞结构中[8]。PHB1和PHB2的亚细胞定位不同,发挥的作用也不同。存在于细胞膜上的PHB1和PHB2参与许多信号通路的转导,调控多种细胞生理功能,包括代谢、转录、凋亡、细胞骨架重排及细胞分化;存在于线粒体中的PHB1和PHB2形成环状分子,作为伴侣蛋白稳定新合成的线粒体蛋白[9-10]。

组蛋白甲基转移酶蛋白SETD2能够与p53相互作用,并且选择性调控p53下游基因,包括促凋亡基因PIG3、Bax等[11]。乳腺癌易感基因1(the breast cancer susceptibility gene 1, BRCA1)的沉默在一定程度上能够影响p53依赖的PIG3激活[7- 12]。p53能够与BRCA1的N端Rad50结合位点和C端BRCT区域相互作用,从而上调p53介导的转录[13]。BRCA1的过表达能够稳定野生型p53,调控DNA修复和生长停滞基因的转录[14]。另外,人类细胞凋亡易感蛋白(human cellular apoptosis susceptibility protein, hCAS/CSE1L)也参与PIG3的转录调控,通过与PIG3启动子区相互作用影响p53依赖的凋亡。与p53不同,hCAS/ CSE1L只能与PIG3启动子区的-318至-813位点结合,激活PIG3的转录,并且这种结合不依赖于p53[15]。此外,hCAS/CSE1L基因表达下调能够促进PIG3启动子区组蛋白H3第27位赖氨酸的甲基化,这种甲基化能够抑制PIG3的转录修饰,但对于第4位和第9位赖氨酸的甲基化却没有影响[15]。

2 PIG3多态性与癌症易感性的关系

对PIG3基因启动子区(TGYCC)n这一位点的人群进行分析,结果显示(TGYCC)n具有多态性,在高加索人中,这一等位基因包括10、15、16、17,出现频率分别为5.1%、62.0%、21.4%、11.5%[4]。然而,日本学者的一项研究发现,PIG3基因启动子区(TGYCC)n包括7个等位基因,n分别为10、12、14、15、16、17、18[16]。Guan等的研究认为(TGYCC)n重复次数与被p53激活的程度呈正相关,且(TGYCC)n重复次数越多,活性越强[4]。然而,之后的研究推翻了此前的结论,发现无论是在p53缺失型还是p53野生型细胞中,(TGYCC)n的活性都是最强的,因此,(TGYCC) 15也被认为是野生型的等位基因[3]。

(TGYCC)n多态性与癌症易感性相关研究结果不一致。对1 239名非西班牙裔白人的调查结果显示,(TGYCC)n多态性与头颈部鳞癌的发病风险存在相关性,拥有(TGYCC)15的人患头颈部鳞癌的风险较其他三种类型明显降低[3]。PIG3的启动子包含可变数量的五核苷酸(TGYCC)n(Y=C或T)串联重复序列(VNTRs),据报道,VNTRs的数量与TP53的激活相关,PIG3启动子VNTRs与侵袭性膀胱癌的发生相关[16]。不过,也有研究数据并不支持PIG3多态性与癌症易感性增加相关的观点,研究者认为还是应该进行包括其他类型癌症在内的更大规模的研究[17]。这种研究间的不一致性可能是由于样本量大小不同,也可能是研究人群种族和地理环境的差异。

3 PIG3的生物学功能

PIG3在细胞内主要发挥两种不同的作用。首先,PIG3通过参与合成ROS及对氧化应激的调控参与细胞凋亡过程。这是由于当DNA受到损伤时,PIG3抑制了过氧化氢酶,使细胞内通过氧化呼吸产生的副产物ROS不能被及时清除,进而在细胞内大量堆积,最终诱导细胞凋亡[18]。基于这一观点,肿瘤细胞内PIG3应该被选择性失活才有利于肿瘤细胞生长。然而值得注意的是,恶性肿瘤细胞内ROS的水平是亚致死剂量的,这种剂量的ROS能够促进细胞增殖,导致遗传基因突变,协助转移灶形成[19]。研究表明,在紫外线作用下,PIG3能够与谷胱甘肽过氧化物3 (glutathione peroxidase 3, GPx3)N端氨基酸残基(2-114)相互作用,促进ROS的产生和细胞内积累。当PIG3缺失或GPx3基因突变时,细胞内ROS水平显著下降,紫外线诱导的细胞凋亡也显著降低[20]。因此,GPx3-PIG3信号通路对于紫外线诱导的ROS的产生和细胞凋亡至关重要。同时,GPx3和PIG3对于ROS的产生和细胞死亡也是不可或缺的。研究发现,GPx3有两种形式,一类存在于血浆中,不能与PIG3或其他的辅酶相互作用,影响抗氧化剂还原ROS;另一类存在于细胞内的GPx3能与PIG3形成复合物,激活PIG3后可促进ROS产生和细胞凋亡[21]。GPx3是谷胱甘肽过氧化酶家族的一员,能够氧化还原谷胱甘肽减少过氧化氢的产生。细胞内的GPx3能够促进PIG3介导的ROS的产生,但具体机制仍未阐明,可能是作为PIG3的激动因子或PIG3-ROS酶的一个亚单位[22]。因此,仅PIG3的过表达不足以产生致死剂量的ROS,只有促进ROS积累的促凋亡基因共同参与,才能发挥p53诱导的凋亡。

其次,PIG3参与了DNA损伤反应通路的调控。PIG3主要定位于细胞质,有大约30%的PIG3定位于细胞核,只有定位于细胞核的PIG3才能参与DNA损伤修复。PIG3控制多个细胞周期检查点的转换,并且对于维持S期和G2/M期检查点的转换是必需的。细胞内PIG3的下调导致G2/M检查点的延长,细胞损伤修复出现异常 [23]。而且,细胞内PIG3的沉默使细胞对DNA损伤试剂敏感性增加,抑制53BP1,Mre11,Rad50和Nbs1向DNA损伤反应点招募,使细胞正常的损伤修复机制缺失,导致细胞存活率下降[6]。PIG3作为DNA损伤反应通路的上游成分,主要通过ATM途径激活,不仅可以加强p53依赖的抗肿瘤细胞反应,使细胞周期停滞、诱导细胞凋亡或衰老;还可以参与DNA损伤修复。对于恶性肿瘤细胞而言,p53依赖的抗肿瘤细胞反应已经在肿瘤的发展过程中丧失,但是参与DNA损伤修复仍得以保留,因为DNA双链断裂是致命的[24]。鉴于这一发现,PIG3的缺失无论对于正常细胞还是癌症细胞都是致命的。

4 小结

PIG3在细胞中既发挥促进凋亡的作用,又发挥促进增殖的作用,其在细胞中发挥何种作用不仅与细胞类型有关,而且与DNA损伤程度也密切相关。当正常细胞遭受低剂量DNA损伤时,p53诱导细胞周期停滞,此时PIG3参与DNA损伤修复,激活DNA损伤修复机制,当DNA修复完成后细胞周期才能得以继续;当细胞遭受大剂量DNA损伤时,p53诱导所有促凋亡基因共同表达,促使ROS大量积累,促进细胞凋亡。在肿瘤细胞中,p53的低表达或突变使细胞内PIG3表达较低,当肿瘤细胞遭受DNA损伤时,PIG3被招募到细胞核参与DNA损伤修复,使促凋亡基因的产生减少,ROS维持在亚致死量水平,能够促进细胞增殖及转移灶形成[7]。

PIG3启动子区(TGYCC)n重复序列可能影响p53的结合及其介导的转录活性,从而影响肿瘤的发生风险[3-4]。PIG3等位基因(TGYCC)15变异多态性可能影响p53结合头颈部鳞状细胞癌易感标志物[4];PIG3启动子TGYCC的可变串联重复序列VNTRs与侵袭性膀胱癌的发生有关[16]。PIG3启动子TGYCC基因多态性在癌症的发生发展及临床诊疗中起着重要作用,分析其遗传易感性可为临床诊疗提供新思路及理论支持。除了与基因多态性相关,肿瘤还与种族、地域和个体差异有关,研究样本量、多个基因位点、多种细胞因子基因交互作用等也会产生影响[25]。但这些还有待在大样本、多临床特征和多中心的前瞻性研究中加以验证。

综上,PIG3是p53下游调控细胞凋亡的靶基因,在细胞中发挥着两种截然相反的作用,既通过细胞内ROS的积累诱导细胞凋亡,又参与DNA损伤修复。因此,如何平衡PIG3在肿瘤细胞中的这两种作用是一个值得深入研究的方向,对临床上肿瘤的诊断及治疗具有重要的应用价值。

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