服务电话: 400-9631-028
基尔顿生物科技 JRDUN BIOTECHNOLOGY
思想留给科学,实验外包出去
新闻动态
科研行业的发展方向
 
新闻中心 News

异质性胞核核糖核蛋白K与肿瘤研究的最新进展

日期: 2018-01-31
浏览次数: 20
分享到

近几十年来,癌基因和抑癌基因一直是肿瘤生物学中的一个重要分类,然而对于一些基因却很难将其归类。异质性胞核核糖核蛋白K(heterogenrousnuclear ribonucle oprotein K,HNRNPK)是一个核酸结合蛋白,参与了基因表达调控、信号转导等很多细胞进程。近些年发现HNRNPK在多种肿瘤中过表达,且其过表达与患者的预后呈负相关,提示其可能在这些肿瘤中发挥癌基因的功能。然而,在急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)的研究报道中发现HNRNPK可能扮演抑癌基因的角色。因此,本文对HNRNPK在肿瘤发生发展中的分子功能及作用机制的最新进展进行综述。


一、HNRNPK的结构特点

HNRNPK基因位于9号染色体q21.32~q21.33,序列相对保守,编码蛋白是核不均一核糖核蛋白家族成员之一,含有3个参与RNA和单链DNA结合的K同源区,每个k同源区由65~70个氨基酸组成。HNRNPK含有一个调节该蛋白胞浆胞核转运的核定位信号,且含有一个调节双向穿梭核孔复合体的核穿梭结构域。k同源区之间含有一个非结构化的区域,是HNRNPK与其它分子伴侣结合的主要区域,包括DNA、RNA以及相互作用蛋白。HNRNPK包括四个选择性剪接体,剪接体1与剪接体2在蛋白的C端有5~6个氨基酸的差别,剪接体3、4在C端分别与剪接体1、2相对应,但缺失第111~134位氨基酸,预测的分子量为48~51×103。然而在传统的单向SDS⁃PAGE凝胶电泳中,胞浆HNRNPK呈现66×103大小单一条带,胞核HNRNPK呈现66×103和64×103大小双条带,提示胞浆组分中不含HNRNPK的剪接体3与4。


二、HNRNPK的分子功能

 HNRNPK的特殊分子结构赋予了其招募组成多分子信号复合体的能力,包括一些激酶及因子,参与了基因表达调控、信号转导等很多细胞进程,包括HNRNPK的转录调控、RNA的加工和翻译,以及转录后修饰活化。

1、HNRNPK参与转录调控

 HNRNPK能够与单链或双链DNA结合,以DNA⁃蛋白复合体的形式调控基因的转录。HNRNPK可以作为转录激活因子或转录抑制因子参与转录调控。如通过结合转录激活c-myc、BRCA1、eIF4E、c⁃Src、CHRNA4等,转录抑制人胸苷激酶启动子、CD43基因启动子。HNRNPK对转录的调控方式一般分为两类:通过嘧啶富集区(CT元件)的调控和不依赖CT元件的调控。c-myc的启动子上游150bp处含有5个CT重复序列,HNRNPK则通过识别这一启动子区域的CT元件,以CT元件依赖的方式调控基因的表达。HNRNPK也可以通过与富含CG片段结合,改变 DNA 的二级结构来激活血管内皮细胞生长因子的表达。 HNRNPK 作为P53的共激活因子,在调节 DNA 损伤修复过程中发挥着重要的作用。DNA 损伤能使 HNRNPK 依赖性地被招募到P53下游基因的启动子上,进而促进如P21、HDM2、C/EBPα 以及C/EBPβ 的表达,HNRNPK 下调表达减少P53的转录,从而导致 DNA 损伤诱导的细胞周期停滞。HNRNPK 缺失的细胞不能诱导P21的表达,抗癌药物nutlin与MDM2结合后,可以竞争抑制 HNRNPK 的降解,使P21转录正常进行,调节细胞周期。

2、HNRNPK 参与 RNA 的加工及翻译

HNRNPK的k同源区能与 RNA 剪接相关的分子结合,参与调控 RNA 的选择性剪接,如9G8、SRp20、Bcl⁃Xs、G6PD等。HNRNPK 作为转录因子参与多种蛋白的翻译过程。HNRNPK 可以直接与EF-1α 以及eIF4E的启动子区域结合,增加翻译起始、细胞分裂以及肿瘤形成。在神经元分化过程中,HNRNPK 通过与 p21 mRNA 的3端非翻译区结合,抑制 p21 的翻译。HNRNPK 的C端含有一段富含AT区域,能与Src家族的SH3结构域相互作用,特异性的激活c-Src,同时HNRNPK的酪氨酸残基被磷酸化,则影响了 HNRNPK 与 RNA 的结合活性,抑制15⁃脂氧化酶(15⁃lipoxygenase)基因(LOX)mRNA 的3’ 端非翻译区的分化调控元件(differentiation control element,DICE)结合,表现为DICE 对mRNA 的抑制作用消失,从而激活翻译过程。

3、HNRNPK 的转录后修饰

 HNRNPK 通过自身的转录后修饰调节与其它分子的相互作用及功能,包括甲基化、类泛素化和磷酸化。精氨酸甲基化调节 HNRNPK 细胞内分布、抑制与c-Src的相互作用、增强p53 的转录活性。紫外线导致的 DNA 损伤诱导 HNRNPK 中422位赖氨酸的类泛素化,促进了p53 的转录活性增强。白介素1、胰岛素和氧化应激等细胞外信号促进 HNRNPK 的丝、苏氨酸及酪氨酸残基发生磷酸化,且一些激酶也参与其中。 MEK/ERK通路的活化导致 HNRNPK 的284位与353位丝氨酸的磷酸化,对 HNRNPK 的生物学功能的影响与 c-Src途径相似,调节其在细胞内的定位及胞浆聚集。


 三、HNRNPK与肿瘤

HNRNP家族与目前威胁人类生命的肿瘤疾病密切相关,多种肿瘤的形成和发展都与该家族蛋白有关。大多关于 HNRNPK 与肿瘤的研究数据均来自于临床患者组织标本的病理及免疫组化分析结果,据报道 HNRNPK 与结直肠癌、鼻咽癌、前列腺癌、黑色素瘤、口腔鳞状细胞癌及胃癌的预后呈负相关。虽然 HNRNPK 在多数肿瘤中呈高表达,并其与肿瘤患者的预后相关,提示 HNRNPK 的过表达可能发挥着一个致癌基因的功能。然而,HNRNPK 的单倍剂量不足却在AML中扮演一个抑癌基因的角色。另外,近期癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)揭示了 HNRNPK 的突变具有导致AML发生的能力,但仍不清楚 HNRNPK 突变后是导致其功能增加还是发挥单倍剂量不足表型的作用。

1、 HNRNPK 与肿瘤发生

HNRNPK参与多种癌基因及抑癌基因的表达调控,促进细胞的增殖、分裂,与多种肿瘤发生发展有关。Ostareck-Lederer等证明了 HNRNPK 能与c-Src相互作用并导致其激活,反过来c-Src磷酸化 HNRNPK 的KH3 结构域第458位酪氨酸,使胞浆HNRNPK 蛋白组分失活,并抑制其与 DICE 结合,从而激活翻译机制。 HNRNPK 在转录和翻译水平上皆能影响 c-myc 的活性,在体内、外实验中证明其通过与 c-myc 启动子的嘧啶富集区(CT元件)结合,促进 c-myc 的转录。乳腺癌、前列腺癌细胞及黑色素瘤组织的 HNRNPK 高表达通常伴随 c-myc 水平升高。在肝癌组织及细胞中,Tcl-1 以一种 HNRNPK 依赖性形式激活G6PD,并促进 G6PD的前体RNA 加工及其蛋白的表达。而另一方面抑癌基因编码蛋白PTEN与HNRNPK 形成复合物,抑制 HNRNPK 对G6PD前体RNA 的剪切作用,从而抑制肝癌的发生。如前文所述,HNRNPK 与p53 以协同作用参与调节 DNA 损伤修复,且能通过自身的甲基化、赖氨酸类泛素化、以及丝/苏氨酸磷酸化增强其与p53 的亲和力,调节下游信号通路。HNRNPK 作为转录因子,能与 eIF4E 启动子区域结合,也能通过与p21 mRNA 的3’ 端非翻译区结合,抑制 p21 的翻译,增加翻译起始、细胞分裂以及肿瘤形成。因此,HNRNPK 自身水平的变化或转录后的修饰能够调节肿瘤发生的几条关键通路。

2、HNRNPK 与肿瘤转移

HNRNPK和肿瘤的转移也有密切联系。Inoue 等利用转移功能缺失筛选体系,筛选出 HNRNPK 可能作为一种癌症转移相关的蛋白,其在胞浆内的聚集效应在细胞转移过程中发挥重要作用。Gao等证明了 HNRNPK 能够激活 Ras-Raf-MAPK 信号通路,并且上调在肿瘤侵袭转移中起关键性作用的基质金属蛋白酶家族成员 MMP3 和 MMP10,促进肿瘤的发生及发展。Strozynski等通过双向电泳联合质谱技术发现 HNRNPK 在放射线处理后的细胞中高表达,靶向抑制 HNRNPK 的表达能够抑制头颈鳞状细胞癌细胞的转移能力,提示其可能参与了头颈鳞状细胞癌的转移过程。HNRNPK 的胞浆聚集显著促进肾小细胞癌细胞的侵袭能力。国内有研究表明,HNRNPK 在肺癌原发灶及支气管切缘(+)组肺癌组织中均呈现较高水平的表达(65%);正常组织及炎性对照组中HNRNPK 的阳性表达率则较低(33.3%),该研究提示 HNRNPK 在肺癌的发生中起重要作用。同时该研究还发现 HNRNPK 在肺癌转移及浸润组织(转移淋巴结+支气管切缘)中有高的阳性表达率,而且在肺癌转移淋巴结组有最高的表达强度,提示其高表达可能与肺癌转移相关。

 Moumen等通过蛋白质组学研究发现 HNRNPK 以 DNA 损伤信号激酶 ATM 或 ATR 激活的方式,在DNA 损伤时能被快速诱导表达;HNRNPK 缺失能导致p53 靶基因的转录失活,并引发 DNA 损伤导致的细胞周期阻滞缺陷。DNA 损伤诱导的 HNRNPK 的小泛素相关修饰(small ubiquitin-likemodifier,SUMO)作用,能够调节p53 的转录激活。另外有研究表明 HNRNPK 蛋白第296位和第299位精氨酸的甲基化,抑制了促凋亡激酶PKCδ 介导的第302位丝氨酸磷酸化,从而使 DNA 损伤导致的细胞凋亡减少,提示 HNRNPK 可能在抗凋亡及肿瘤细胞中避免凋亡的过程中发挥重要作用。Chen 等在鼻咽癌的研究中发现 HNRNPK 通过调节下游的抗凋亡基因发挥抗凋亡活性,证明了 HNRNPK 能与抗凋亡基因FLIP的启动子结合并导致其转录激活。结直肠癌的研究中发现长链非编码 RNA CASC11通过与 HNRNPK 相互作用,激活WNT/ β⁃catenin通路,从而促进结直肠癌细胞的生长及转移。

3、HNRNPK 与肿瘤耐药

近些年发现 HNRNPK 可能与肿瘤细胞的耐药性具有相关性。Eder 等在恶性黑色素瘤细胞中发现,MAPK通路的活性与HNRNPK 的表达具有相关性,射线处理NRAS突变的黑色素瘤细胞后 HNRNPK 呈剂量依赖性升高并向胞浆聚集,从而导致细胞对放射治疗耐受,靶向抑制 HNRNPK 的表达与丝裂原活化的细胞外信号调节激酶(mitogen-activatedextracellular signal-regulated kinase,MEK)抑制剂对细胞的凋亡促进作用相符,MEK 抑制剂能下调 HNRNPK 的表达,从而与射线联用可以显著增加细胞凋亡及促进放疗敏感性;其在结直肠癌细胞的研究中发现类似的结果,KRAS突变的结直肠癌细胞,射线处理后HNRNPK 快速上调,从而导致细胞放疗耐受,MEK 抑制剂处理后能下调 HNRNPK 的表达,从而增强放疗敏感性。HNRNPK 在AML耐药的患者骨髓中以及耐药的细胞系中均高表达,靶向抑制 HNRNPK 的表达能够逆转耐药的细胞对阿霉素的化疗耐受性,另外还发现 HNRNPK 可能通过调节细胞自噬参与了阿霉素耐受的过程。肺细胞系H1299经过肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor-relatedapoptosis-inducing ligand,TRAIL)处理后,HNRNPK 从胞核向胞浆转移,并在胞浆中与GSK3β 相互作用,并抑制其第9位丝氨酸的磷酸化,从而稳定c-FLIP蛋白,导致细胞对 TRAIL产生耐受。

4、HNRNPK 与肿瘤治疗

 近些年也有研究者发现一些药物成分能够靶向 HNRNPK 发挥抑瘤效果。印度人参的乙醇提取物能够选择性的杀伤肿瘤细胞活性,且能在体内、外发挥抗肿瘤转移、侵袭及抗肿瘤血管生成的作用;进一步通过生物信息学和生物化学系列研究方法发现印度人参乙醇提取物通过下调转移相关蛋白 HNRNPK、VEGF 及基质金属蛋白酶发挥抗肿瘤转移及血管生成的作用。国内学者也有研究发现一种怒江藤黄提取物中的化合物,通过促进泛素化蛋白酶体依赖的 HNRNPK 降解下调 HNRNPK 的水平,进而诱导细胞周期阻滞,从而发挥抗肿瘤的作用。


四、总结和展望

 HNRNPK 在肿瘤的发生发展过程中发挥多种细胞学功能,鉴于目前的研究成果,仍然很难确定 HNRNPK 是否可以作为一个肿瘤发生发展过程中的驱动基因。HNRNPK 在肿瘤的发生发展过程中的作用很有可能依赖于组织类型或微环境,包括其募集结合的 RNA、DNA 和蛋白。HNRNPK 在大部分肿瘤中高表达,且与患者的预后呈负相关,但因其缺乏组织特异性限制了其作为肿瘤诊断标记物的可能,另外缺少可以检测其表达丰度的检测方法;因此仍需要进一步的研究 HNRNPK 作为潜在肿瘤标记物的可能性。HNRNPK 敲除小鼠模型提示 HNRNPK 缺失与小鼠的生长发育相关,完全缺失导致小鼠胚胎致死,HNRNPK 的单倍剂量不足也能导致小鼠的生长发育缺陷,同时易发血液恶性肿瘤及淋巴瘤,说明 HNRNPK 可能在血液系统恶性肿瘤或淋巴瘤中扮演抑癌基因的角色。因此很有必要开发系统过表达 HNRNPK 的转基因小鼠模型,以观察 HNRNPK 过表达对肿瘤发生发展的作用,同时也能开发 HNRNPK 过表达依赖的靶向药物。综上所述,虽然关于 HNRNPK 的研究报道很多,但若想全面了解其在肿瘤发生发展中的作用,仍有很多的工作需要开展。


课题设计、基金申请、实验外包、文章润色,基尔顿生物服务电话:4009631028


  • 扫码关注
    扫码关注
    扫码关注
基尔顿生物科技(上海)有限公司    版权所有
客服电话:021-55130726邮箱:jierdun@jrdbio.com
地址:上海市长江南路180号长江软件园B区B638室

X
3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

5

电话号码管理

  • 400-9631-028
  • 18017844061
6

二维码管理

展开