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5-3-7 转录因子、染色体易位和白血病

来源:医学加加
摘要:在细胞和生物体生长、分泌、细胞系定向等过程中,基因表达的转录水平调控是非常重要的一个环节。过去十年中,对细胞特异性的转录因子与特定基因调节区(如启动子和/或增强子)的DNA元件(或称反应元件)结合,抑制或刺激转录起始的研究,取得了重大进展。例如由DNA聚合Ⅱ转录的基因,由数个转录因子组成一个转录复合体,......

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  在细胞和生物体生长、分泌、细胞系定向等过程中,基因表达的转录水平调控是非常重要的一个环节。过去十年中,对细胞特异性的转录因子与特定基因调节区(如启动子和/或增强子)的DNA元件(或称反应元件)结合,抑制或刺激转录起始的研究,取得了重大进展。例如由DNA聚合Ⅱ转录的基因,由数个转录因子组成一个转录复合体,其基本成分包括TATA结合蛋白(TBP)和TBP相关因子(TBPs),南非经聚合酶Ⅱ正确的定位于特定的DNA后方能启动转录。因此,一个特异基因的基础转录因子本身功难域的组成。有趣的是,有些转录因子能直接与TBP作用,刺激或抑制基因的转录。

  转录因子有一个共同的特性,即由不同的功能结构域组成可调变的蛋白质结构,而这些功能结构域从蛋白总体分离出来后,无论是单独作用还是同其它来源的蛋白连接后,仍保持原有的功能(如DNA结合活性和转录激活活性)。转录激活区通常富含酸性氨基酸,也可富含脯氨酸和/或谷氨酸胺[1].同样,一些不同的DNA结合功能域如碱性拉链(bXIP)、锌指、螺旋环螺旋(HLH)和螺旋转角螺旋(HTH)也各有特点。事实上各种不同的转录因子应是依据它们所具有的特殊的DNA结合模式而分成各大家族。因许多转录因子可以形成同二聚体和异二聚体,所以各大家簇据此可进一步细分成亚家族。例如,bZIP家话的蛋白进一步分为FOS/JUN、C/EBP和ATF/CREB亚家族。正是由于许多转录因子能异二聚体化,从而极大地增加了转录调节的多样性和特异性。全反式维甲酸(ATRA)或其它内源性维甲类对多种发育生长过程的调控作用是与调节的特定基因的表达紧密相关的。核维甲酸受体(RAR)的发现,是人们在认识维甲类如何发挥它们多种作用过程的重大突破,而维甲酸受体则被证实是甾体/甲状腺激素受体超家话中的一员,且其受体功能是配基依赖的。核受体如甾体或维甲酸受体,以二聚体形式与特异的DNA调节元件(激素反应元件)结合,而这咱结合具有细胞及启动子特生。与其它转录因子不同的是,这些核受体转录因子的活性呆通过与他们的疏水配基如甾体激素或维甲类结全而受到调节。目前已发现了三种不同的RAR和维甲酸X受体(RXR)基因,而它们又分别编码多种同分异构体蛋白。在成年组织和脊椎动物发育过程中,这些维甲类同分异构体的表达,具有明显的时空变化,主提示这些受体具有重要功能。为了效地与DNA上的反应无件结合,RAR需与RXR形成异二聚体,而所谓的反应无件是在DNA上一段从5'到3'端的同向重复顺序(DR),其核心为(A/G)G(T/G),两者之间间隔5个核苷酸(DR5)。RXR也能以同二聚体化能力和与特定的DNA反应无件的特异二聚体化能力和与特定的DNA反应元件的特异结合的进化,创造出非常可观的组合性,因此,众多基因以至基因网络可被有限的配基及其核受体特异地调节。

  获知了基因的正确调探对实施复杂的细胞过程如增殖和分化的重要性,人们就不难理解,转录水平的信号传递发生错误将导致细胞转化和癌变。错误的发生往往是由于转录了的结构发生改变(同时也将是功能改变)或不适当的表达造成,而其原因通常是由于染色体易位所致,这已成为近几十年来血液系统亚性疾病研究中的热门主题。

  随着分子生物技术的发展,使人们能够对人类白轿病及淋巴瘤中存在的染色体易位所涉及和一系列基因进行进一步的研究[2]。现已发现,淋巴细胞性白血病的染色体易位很呆能源于基因重排过程,即发生细胞基因和免疫球蛋白(Ig)或T细胞体(TVR)基因位点的并置,而这些基因原本是或很可能是细胞徨长及分化的调节者,一旦置于Ig或TCR强大的增强子调控下,这些基因就会异常地高表达,由此最终导致细胞的转化。而在下沉情况下,这些基因在T、B淋巴系统亚性疾病中,一些由于染郄体易位而被激活表达的基因,包括具有HLHDNA结合功能域的转录因了,例如在Burkitts淋巴瘤中发生的染色体易位,置基C-myc因于Ig的增强子控制下,导致在B细胞中异常高表达C-myc蛋白的积累,最终引起细胞的转化。其它可能的致癌HLH蛋白包括LYL1和TAL/SIL,他们是在急性T淋巴细胞白血病中因染色体t(7;19)和t(1;14)易位,使他们分另与一个TCR位点并置而来。因为HLH蛋白具有异二聚体化的能力,他们的过度表达很可能打乱了其它HLH蛋白所调控的转录,或通过扣压一个共同的二聚体化成分,或是不加区分地与其沱蛋白异二聚体化。

  在T细胞性白血病中,其它保能的转溉因了易位到TCR位点的包括rhombotin-1和rhomborin-2,它们具4有特征性的半胱氨酸富含区(称LIM区域),因此可能折叠形成锌指结构而与DNA结合。此外,一个包含蛋白HOX11的同域(一个保守的HTHDNA结合模式)也因染色体t(10;14)和t(7;10)易位,易位到TCR位点而高表达。除了基因表失调,在人类白血病中染色体易位常常使二个独立的基因位点发生融合,其结果是表达一个新的融合基因产物,这样一个通常由两个转录因子杂交或一个转录因子与一个功能不明的蛋白杂交而业的融合蛋白,对应的是两上野生型蛋白改变了结构和功能。因此,白血病的一个可能发病机理是,干扰了融合蛋白中一个或两个野生型蛋白的功能,说明可能是由于融合蛋白的功能,说明可能是由于融合蛋白过度表达而造成细胞转化的一个明显的例证,是在急性早幼粒细胞白血病(APL)中发现的。我们和国外数个实验室发现,这个疾病是与二个变异的染色体易位t(15;17)和t(11;17)密切相关的,即维甲酸α受体分别与早幼粒白血病基因(PML)和早幼粒白血病锌指蛋白基在(PLZF)发生融合[3-6]。有悖常理的是,尽管APL是与变异的RARα蛋白相联系,但该病患者在接受了3-4周合反式维甲酸治疗后能够获得完全缓解。用一个相对副作用很少又能口服的药物诱导白血病完全缓解,表明临床治疗获得了巨大成果,同时这也是运用分化疗法治疗人类癌肿的第一个成功范例。

  在变异型染色体易位中RARα与二个不同的基因发生融合,这种情况亦见于人类白血病多种染色体例体易位所涉及到的其它基因,例如位于第11染色体长臂2区3带蝗锌指基因MLL,涉及广泛的染色体易位,包括t(4;11)(q21;q23)、t(6;1)(q27;q23)、t(9;11)(p22;q23)和t(11;19)(q23;P13),新近发现一个HLH基因E2A也涉及两种不同的染色体易位t(11;19)和t(17;19),分别表达两种不同源合基因,一个是由E24顺序与上游同源合基因PBX1融合而成,另一个是与以前未知的HLH基因HLF融合,另一个相似的情况发生在AML的一组亚,由于特征性的染色体t(6;9)易位,导致DEL和DAN基因融合,并表达DEK-CNA融合mRNA。最近又有报道CAN和一个新的基因SET融合,并表达融合SET-CANmRNA。值得注意的是以上所述及的已知的或新的转录因子,被认为在造血生成和/或其它发育过程中起着十分重要的作用。

   为了更好地研究PLZF基因产物的可能生物和用,最近,我们与国外开展发膈作研究,分离了鼠贩PLZF同源物,并在细胞株、成年鼠以及鼠发育过程中,对其表达方式进行了广泛研究。鼠的同源蛋白与人的蛋白96%氨基酸同源,这提示功能上存在着高度的保守性。与人的同源基因相同,鼠PLZF在造血系统的未成熟细胞内表达,而较高水平的表达仅在多能干细胞和未分化的祖细胞系中,这些结果是经免疫荧光和共聚焦微镜分析正常骨髓来源的CD34+细胞,并在特异性的核颗粒中显示有高表达的人PLZF而得到证实。在成年鼠组织中,鼠PLZF而得到证实。在成年鼠组织中,鼠PLZF仅在心脏中有较高水平的表达。有趣的是,鼠胎时其在心脏的表达是非常低的,而到围产期即被诱导到成年水平。鼠PLZF在肾脏和肝脏内的下降到成年水平。检测胚胎发育7-10.5天,呈现节段状表达模式。大约在孕后9.5天,发育中后脑的菱脑节3和5,鼠PLZF基因表达是下降的,随着神经发育过程的渐进,在菱脑节周边细胞中的表达则显著升高,随着神经管的关闭,鼠PLZF在CNS中的表达则极度下降,这些结果强烈提示PLZF产物在不同组织和/或器官的多种发育过程中具有特殊的作用。围产期鼠PLZF基因表达的上长,尤其是在肝脏中的表达,提示其产物与该特殊发育时期控制能量稳定密切相关。PLZF在造血系统和CNS中的表达提示PLZF与细胞系定向和/或细胞生长和分化的调节有关。PLZF在脊椎动物大脑发育过程中的潜在重要作用,已被其在哺乳动物或鸟类动物CNS发育过程中高度相似所再次肯定。目前非常明显的是,分离及分析受染色体易位影响的分子的特性,是理解白血病发病过程非常重要的步骤。值得重视的是,除了以上提及的事例中极个别的如Bukitt淋巴瘤中C-nyc蛋白的过度表达,前B细胞性ALL中E2A-PBX1融合基因的表达,其余所述及的蛋白的致癌可能性尚需经体内、外进一步的证实。另一个需要考虑的重要问题是关于那引起些造血系统亚性疾病中大量因染色体易位而识另的生物学作用,以及它们在基因网络中是怎样调节细胞定向和造血分化的。关于PLZF蛋白的表达研究提示其可能涉及细胞生长和分化的调控,因此,PLZF功能的打乱可能促使白血病的生成,正因为其致癌可能性,异常PLZF可能涉及的其它造血亚性疾病,优其是CNS起源的,非常值得进一步加以研究。

作者: 2007-9-25
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