MicroRNAs(miRNAs)是一種內源性、非編碼的單鏈小分子RNA,長度為21~25nt(少數小于20nt)〔1〕。人類Let-7miRNA家族包括Let-7a-1、7a-2、7a-3、7b、7c、7d、7e、f7-1、7f-2、7g、7i、miR-98和miR-202等,是細胞完全分化的標記。大量研究證實Let-7家族絕大部分成員在肺癌、鼻咽癌、卵巢癌、乳腺癌、喉癌細胞、結腸癌、前列腺癌等惡性腫瘤中的表達水平顯著下調,其中Let-7a下調最為明顯,且肺癌和乳腺癌細胞中Let-7a的表達水平與患者的生存時間呈正相關〔3-7〕。
Lin28有一個RNA結合區域和2個逆轉錄病毒類型的CCHC鋅指結構,其定位主要在細胞質,有同源異構體Lin28A和Lin28B。研究發現在哺乳動物的早期胚胎干細胞中,Lin28表達十分豐富,而在成熟細胞中Lin28的含量極低或缺失。
將Lin28與其他3個因子Nanog、Oct-4和Sox-2聯合轉入到人體上皮細胞中,可共同作用將其重塑為多能干細胞,有力說明了Lin28具有維持細胞未分化狀態的功能。腫瘤干細胞不僅是腫瘤的起源,而且與腫瘤的進展、轉移、治療的耐受性以及腫瘤正規治療后復發等均相關。當誘導干細胞分化后,發現Lin28的表達水平下降。研究發現作為干細胞指標的Lin28與腫瘤干細胞特性的維持和miRNALet-7的加工成熟等具有重要的相關性。
普遍認為,Lin28和Let-7是一對相互抑制和負向調控的因子,故被稱為雙向負反饋軸或調節環。本文對近年Lin28/Let-7調節環的分子作用機制和相關影響因子的研究進展作一簡述。
1Lin28/Let-7調節環的分子作用機制
Let-7前體有2個不同的與Lin28結合的區域。第2個區域包括干前因子和干前因子環,Let-7前體旋轉結構可減少與Lin28的結合點;另一個是位于Let-7前體3'GGAG,雖然所有前因子序列不多,如沒有干前因子和干前因子環,Let-7家族仍可保存GGAG四核苷酸區,顯示GGAG是獨立結合區。在減少鄰近核苷酸或增加CSD結合區距離情況下對Lin28結合無影響。這2個獨立結合區也解釋了Let-7變化的鏈狀序列和Lin28結合高度特異性和親和性。
Lin28和Let-7相互作用范圍確保抑制Let-7加工。Lin28結合體可能通過2條途徑調節Let-7前體:①Lin28擔任成熟的雙鏈融解楔子,并彎曲Let-7前體GGAG區使其本身在一條線上形成特殊結構,結果導致Dicer不能正確識別它的作用底物;利用Lin28的CCHC×2結合區(CCHC×2主體區)和穿過CSD域間鏈結區N終端區,Lin28可能會撞擊Dicer雙鏈區域并掩蓋其中一個分裂區。
Lin28和Let-7的高分辨率晶體狀結構。Lin28的CSD區域和CCHC×2區域與RNA的2個單鏈相互作用。前E環回路包括CSD局部突起,可以廣泛接觸前E環回路周,功能如領帶環繞后形成環后的領帶結。不同的復合物最常見是縮短CSD和CCHC×2之間的鏈接和可預期的靈活性。RNA的序列和結構導致Let-7前因子與CSD的特異性結合。Lin28的CSD區域和Let-7干前E環的詳細分析顯示RNA序列和構造之間的特異性。
Zn區 和Let-7前體的相互作用。Lin28的CCHC區域為與底物的小數量核苷酸最大化提供有利因素。GGAG和CCHC×2的結合,形成獨特的RNA骨干。CCHC×2區域結構和大多數有利相互作用的結構一樣,除了Let-7g前體EM區的2個非晶體結構之間有輕微差異。Lin28和Let-7前體全程相互作用。
2Lin28/Let-7調節環的相關影響因子
2.1原癌基因C-myc
人C-myc基因定位于第8條染色體上,包括2個內含子和3個外顯子。C-myc對細胞具有雙重作用,一方面可刺激細胞增殖,另一方面促進細胞凋亡。研究認為結腸癌、宮頸癌、胃癌、鼻咽癌、喉癌、乳腺癌及霍奇金病等都有myc基因擴增或過度表達〔6〕。Lin28、Let-7、C-myc三者共同構成復雜的負反饋調節環。
C-myc調節Lin28導致Let-7受到抑制但不會影響其轉錄的表達。Lin28高表達抑制Let-7,導致Let-7低表達,Let-7對Lin28和C-myc起反饋抑制調節作用〔7〕。
2.2癌基因Ras
Ras基因是在細胞惡變過程中起引發作用的原癌基因.其表達蛋白為ras蛋白,又稱為ras-p21。RAS基因家族包括H-ras、K-ras、N-ras3種家族成員,分別來源于人膀胱癌、肺癌、神經母細胞瘤細胞株。
H-Ras過度表達導致鼻咽癌發生和發展。ras-p21在與PI3K-AKT通路間存在相互作用。Ras主 要 通 過Raf/MEK/ERK和PI3K/PTEN/AKt3條通路介導腫瘤發生。Lin28/Let-7與原癌基因Ras的3'UTR結 合,負 調 控Ras表 達。
Let-7與Ras呈負調節,Let-7負調節Let-60/Ras,經過RET/PTC-Ras-BRAF有絲分裂原蛋白激酶通路,擔任腫瘤抑制基因功能〔7-8〕。
2.3癌基因高遷移率族蛋白
高遷移率族蛋白 (highmobilitygroupAT-hook2,HMGA2)表達在干細胞和許多腫瘤細胞,包括許多腫瘤起始細胞,但在正常人類軀體細胞不表達。在許多腫瘤中,HMGA2過度表達和腫瘤較差的預后以及腫瘤的轉移有關〔9〕。研究顯示HM-GA1、HMGA2和腫瘤切除術后的基底修復有關,主要保護腫瘤細胞DNA免受 化 療 損 害〔10〕。在MMS介導DNA損傷后,HMGA2具有很好保護人類UTC細胞修復的功能,顯示HMGA2在不同范圍腫瘤細胞具有保護功能。并且根據MMS破壞的DNA條帶,HMGA2在Ser428和Ser296引起ATR和CHK1的高度磷酸化,支持HMGA2阻礙高度磷酸化的目前觀察,并在Thr2609和Ser2056位置在阿霉素介導DNA作用下破壞延長依賴DNA的蛋白K酶催化亞群(DNA-PKC)〔11〕。Lin28/Let-7與HMGA2的3'UTR結合,負調控HMGA2表達。
2.4RE1沉默轉錄因子
RE1沉默轉錄因子(REST)是一種腫瘤抑制基 因,能 夠 抑 制 一 種 名 為microRNA-21或 者miR-21的特定?。遥危练肿?。REST具有維持胚胎干細胞的自我更新能力,也就是細胞克隆更多自己的能力,同時REST保持了胚胎干細胞的多能性,即胚胎干細胞分化為體內任何種類細胞的能力。REST廣 泛存在于無神經組 織 包 括 結 腸 上皮〔12〕。組織如缺乏REST的表達,會為腫瘤細胞的演變提供有利條件〔13〕。Lin28是REST的直接轉錄目標,失去REST調控將導致Lin28上調。
2.5核糖核酸內切酶-Ⅲ:Drosha酶和Dicer酶
Dicer是核糖核酸內切酶-Ⅲ(RNase-Ⅲ),是一個相對分子質量約200000的多結構域蛋白質,是RNase-Ⅲ家系蛋白中結構最復雜的蛋白,通常含有6個結構域:1個RNA解旋酶-DEXH盒子、2個RⅢ和1個dsRNA結合結構域、1個結合dsR-NA末端的折疊的DUF283、1個含結合dsRNA折疊的DUF283、1個 結 合dsRNA末 端 的PAZ。
Dicer酶是一種多結構域的RNaseIII蛋白。包含1個RNA解旋酶 結構域、1個PAZ結 構 域、1個DUF283結構域、1個雙鏈RNA結合域(dsRBD)和2個RNasenl域。Dicer比RNaseⅢ家族其他成員多1個PAZ結構域,該結構域對酶的功能起著重要作用。
Drosha是RNase-Ⅲ家族成員,Drosha主要存在于細胞核內,具有2個RNase-Ⅲ結構域和1個dsRBD、1個功能未知的氨基酸末端延伸區域。近來 研 究 發 現,Drosha和Dicer在 成 熟 的miRNA兩 端,miRNA的 形 成 過 程 中 需 要 作 為RNase-Ⅲ家族成員的2種酶Drosha和Dicer催化,Dicer酶與Drosha酶對miRNA的產生共同起作用。
Drosha酶定位在細胞核內,而Dicer酶則定位在細胞質起作用。miRNA基因在細胞核內主要轉錄后產生pri-miRNA,pri-miRNA在核內再經加工成合成約70nt的pre-miRNA。Pre-miRNA被轉運出核,在細胞質中被Dicer酶和其他因子作用,加工后合成22nt的miRNA〔15〕。最近研究表明,Dicer和Droaha表達量改變與腫瘤發生有關,在肺癌等腫瘤中均有改變〔16-17〕。
2.6細胞核因子酉乙蛋白
細胞核因子酉乙蛋白(NF-κB)是一種由2個Rel蛋白單體組成的二聚物轉錄因子。在Lin28/Let-7軸中,Lin28B已被證明是NF-κB和Myc的直接轉錄基因〔6,18〕。NF-κB在許多腫瘤中活躍,也可以被化療藥或類腫瘤性炎癥激活,是一種有效治療癌癥的合適靶基因。
NF-κB可以調節Lin28B,也可 以 直 接 刺 激C-myc轉錄提高間質轉化(EMT)〔19〕。通過激發各種轉錄因子(Snail、ZEB1、ZEB2、Twist),NF-κB可以壓抑E2鈣黏附素基因的轉錄功能,也可以提高EMT2個關鍵性因子波形蛋白和MMP-9的轉錄功能〔20〕。并且,NF-κB在其他許多途徑對腫瘤擴展、血管再生和化療耐受性提高干擾,所以,在使用二甲雙胍治療癌癥干細胞、EMT和化療耐受性時,降低NF-κB活性提示可能被證明是一個特別合適的互補策略。
Let-7家族被認為是腫瘤干細胞及其特異性間質轉化、化療耐受性關鍵中介控制因子,這一點已在大量具有侵襲性惡性腫瘤中得到證實。NF-κB和Myc是Lin28B關鍵性轉錄激活劑,抑制Lin28A/Lin28B活性可以提高Let-7表達,這在腫瘤治療中具有重要作用。
3Lin28/Let-7調節環的應用前景
臨床上惡性腫瘤的治療包括手術切除、放療、化療以及生物分子靶向治療,生物分子靶向治療在腫瘤綜合治療中發揮著日漸重要的作用。Lin28/Let-7調節環的下游靶基因多數還不明確,進一步研究Lin28/Let-7調節環及其靶基因的相互關系在腫瘤中的發生、發展中的具體作用機制,有可能是癌癥治療的新起點。
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