Musashi家族的表達與功能及其與腫瘤疾病的關(guān)系,腫瘤學論文

Musashi家族的表達與功能及其與腫瘤疾病的關(guān)系,腫瘤學論文Musashi家族是一類RRMRNA結(jié)合蛋白。該家族成員的結(jié)構(gòu)和表達模式在線蟲〔C.ele-gans〕[1],果蠅〔Drosophila〕[2],海鞘〔Cionaintesti-nalis〕[3]和脊椎動物中是高度保守的。它們主要表示出在神經(jīng)干/祖細胞，是神經(jīng)細胞維持干性以及分化的標志基因。另外，Musashi在上皮干/祖細胞以及造血干細胞等細胞中也有表示出。在這里經(jīng)過中，Musashi蛋白通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后的翻譯經(jīng)過來保持干細胞處于未分化的狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)Notch,Wnt/-catenin信號通路直接或間接地影響干細胞細胞增殖和細胞命運的決定以及腫瘤構(gòu)成發(fā)展。1Musashi家族基因構(gòu)造基因表示出的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)是一個非常復雜和關(guān)鍵的步驟，在動物體發(fā)育經(jīng)過的一系列事件中發(fā)揮重要作用，包括卵母細胞內(nèi)母源效應基因產(chǎn)物的定位、細胞命運決定、控制選擇性剪接導致的細胞極性構(gòu)成、mRNA穩(wěn)定性、核糖核酸運輸和現(xiàn)有mRNA的翻譯[4].在轉(zhuǎn)錄后水平，RNA結(jié)合蛋白〔RNAbindingproteins〕是調(diào)節(jié)基因表示出的重要部分。RBP的特異性是通過RNA結(jié)合域〔RBD〕來具體表現(xiàn)出的，最常見的是RRM構(gòu)造域〔theRNARec-ognitionMotif〕[5].RRMRNA結(jié)合蛋白含一個或數(shù)個RRM構(gòu)造域及附屬構(gòu)造域[6].在RRM基序中含有很多保守的氨基酸以保證對RNA的結(jié)合活性，但是這一家族的不同蛋白質(zhì)卻能特異地結(jié)合各種不同的RNA分子[7].在多種物種中研究發(fā)現(xiàn)RRMRNA結(jié)合蛋白特異地表示出在心臟，體節(jié)中胚層和神經(jīng)系統(tǒng)等組織，并在這些組織特化經(jīng)過中起重要作用。隨著對RRMRNA結(jié)合蛋白更深切進入廣泛地研究，發(fā)現(xiàn)它們與某些人類遺傳性疾病及腫瘤相關(guān)。Musashi家族作為一類進化保守的RRMRNA結(jié)合蛋白，特異表示出在多種組織干/祖細胞中。Msi1作為果蠅Musashi〔d-Msi〕在哺乳動物中的同系物初次被分離出來[2].當前，Musashi家族在很多物種中都已被鑒定出，包括秀麗隱桿線蟲Msi1,果蠅d-Msi,非洲爪蛙的神經(jīng)系統(tǒng)特異的核糖核蛋白1〔NRP-1〕[8],人的Msi1和Msi2[9].在進化經(jīng)過中，Musashi家族成員構(gòu)造和序列特征高度保守。首先在果蠅中得到鑒定的第1個Musashi家族成員即Musashi-1〔Msi1〕,由362個氨基酸組成，基因定位于染色體12q24.1~31,蛋白分子量為39kDa[2].與Musashi-1和爪蛙xrp1等同源的Musashi-2〔Msi2〕初次在老鼠中鑒定出[10].Musashi-2蛋白由346個氨基酸編碼，具有兩個剪接體形式，蛋白質(zhì)分子量為36.9和35.7kDa,分別命名為Msi2L和Msi2S.Msi1和Msi2都含有兩個RNA辨別基序，每個RNA辨別基序都含有RNP1和RNP2基序，它們分別由6個和8個保守的氨基酸組成，能夠直接辨別并結(jié)合RNA.Msi1和Msi2的總氨基酸序列和RNA結(jié)合構(gòu)造域氨基酸序列的序列一致性分別為75%和90%[10].2Musashi家族的表示出與功能對不同物種以及組織類型中Musashi的研究表示清楚，Musashi家族成員表示出與功能具有多樣性。主要表示出在多種組織干/祖細胞如神經(jīng)系統(tǒng)和上皮組織以及造血系統(tǒng)，在干/祖細胞分化與增殖經(jīng)過中扮演重要角色，是多種組織干細胞的標記基因[2,11-12].除此之外，Msi1還能夠控制那些影響細胞周期的關(guān)鍵基因的表示出，進而影響細胞周期進程[8].2.1Musashi家族在神經(jīng)干/祖細胞中的表示出與功能在各個組織尤其是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的經(jīng)過中，利用多種轉(zhuǎn)錄后調(diào)控方式來調(diào)節(jié)細胞的多樣性以及神經(jīng)細胞間突觸可塑性。神經(jīng)干細胞是具有分化潛能和自我更新能力的母細胞，它能夠通過不對稱的分裂方式產(chǎn)生神經(jīng)組織的各類細胞，包括神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞。神經(jīng)RNA結(jié)合蛋白在這里經(jīng)過中發(fā)揮重要作用。在無脊椎動物和脊椎動物中發(fā)現(xiàn)了兩類含有核糖型RNA辨別基序〔RRMS〕構(gòu)造域的神經(jīng)RNA結(jié)合蛋白，即ELAV和Musashi亞家族[13].Musashi亞家族成員表示出于神經(jīng)前體細胞，而ELAV亞家族表示出在有絲分裂后的神經(jīng)元。主要表示出在神經(jīng)系統(tǒng)的ELAV蛋白主要是通過穩(wěn)定或者加強富含AU元件的靶轉(zhuǎn)錄物的翻譯來誘導神經(jīng)分化，而Msi1則作為翻譯抑制因子維持干細胞增殖狀態(tài)。Msi1的3-UTR含有一個富含AU元件〔ARE〕,AntoniaRatti研究發(fā)現(xiàn)具有ARE結(jié)合活性的ELAVRNA結(jié)合蛋白成員HuD能夠結(jié)合并穩(wěn)定Msi1mRNA,在干/祖細胞增殖到神經(jīng)分化的過渡階段中發(fā)揮重要作用。在果蠅中，d-Msi在胚胎中樞神經(jīng)系統(tǒng)的很多前體細胞和外部感覺器官前體細胞〔SOPs〕中表示出[2].野生型果蠅的感覺器官包含兩個外部支持細胞，而d-Msi突變后會導致額外的外部支持細胞產(chǎn)生。由此，d-Msi在感覺器官前體細胞的非對稱分裂中發(fā)揮重要作用[2,11].Msi1和Msi2是哺乳動物Musashi家族的兩個主要成員。Msi1和Msi2高度同源，在細胞質(zhì)中的RNA代謝經(jīng)過中發(fā)揮類似的功能[10].Notch信號通路能夠保持NSCs的細胞特性并抑制神經(jīng)發(fā)生，且這一經(jīng)過不僅發(fā)生在胚胎發(fā)育的經(jīng)過中，成年動物體內(nèi)也存在同樣的現(xiàn)象[14].Msi1以結(jié)合到m-Numb的3-UTR,抑制其翻譯繼而抑制Notch信號通路這種抑制下游靶基因翻譯的方式來維持神經(jīng)干細胞狀態(tài)，阻滯NSCs的神經(jīng)元樣分化[14-15].Hi-ronoriKawahara研究發(fā)現(xiàn)Msi1作為下游靶mRNA的抑制因子這一機制可能是其通過與eIF4G競爭poly〔A〕結(jié)合蛋白〔PABP〕而實現(xiàn)的[16].Msi2和Msi1具有一樣表示出形式，也表示出在包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)的干細胞的神經(jīng)前體細胞中。在胚胎和成體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，Msi2和Msi1同時表示出在星形膠質(zhì)細胞譜系的細胞，包括室管膜細胞，這種細胞群與海馬齒狀回是成體中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細胞的來源。在胚胎的中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生期間，在大多數(shù)有絲分裂后的神經(jīng)元中Msi2和Msi1缺失或者表示出水平下調(diào)，然而在神經(jīng)元細胞系的一個子集細胞如在新皮層中的含有小白蛋白〔parvalbumin,PV〕的GABA神經(jīng)元和在基底神經(jīng)1中發(fā)揮作用，Msi2還可能在特定的神經(jīng)細胞亞群中發(fā)揮重要的調(diào)控作用[17].2.2Musashi家族在其他組織干細胞中的表示出與功能Musashi作為多功能蛋白，除了表示出于哺乳動物神經(jīng)干細胞外，還表示出在造血系統(tǒng)、腸、乳腺、睪丸、骨骼肌、皮膚、毛囊、心肌以及胃黏膜的干/祖細胞中[18-20].例如Msi1與Hes1共表示出在位于Paneth細胞之間的隱窩基底柱狀細胞，表示清楚了柱狀細胞的干細胞特性。除此之外作為腸道干細胞標記基因，Msi1的表示出由經(jīng)典Wnt信號通路調(diào)控，該調(diào)控機制牽涉Msi1啟動子上有功能的Tcf/Lef結(jié)合位點，并且通過腸上皮原代培養(yǎng)表示清楚：Msi1過量表示出促進上皮祖細胞增殖并激活Wnt和Notch途徑[21].在乳腺細胞的發(fā)育經(jīng)過中，Msil使乳腺細胞沿著不同的細胞系分化，換言之，它能夠決定乳腺細胞發(fā)育構(gòu)成的細胞類型-肌細胞，或是乳管細胞等等。再如，在睪丸中，生殖細胞的增殖和分化發(fā)生在生精上皮。在生精上皮中，睪丸支持細胞在物理和功能上支持生殖細胞，而支持細胞本身不隨青春期增殖。從最早能檢測到胚胎睪丸形態(tài)發(fā)生的第14.5天到第一波精子發(fā)育構(gòu)成以致成年，Msi1始終表示出在大鼠的睪丸支持細胞中，并且Msi1在生精周期不同時期的支持細胞中表示出水平的變化可能反映了生殖細胞不同的功能需求[22].Msi2相比于Msi1的表示出更為廣泛，在胚胎干細胞早期分化經(jīng)過中Msi2的兩個亞型皆有表示出，是胚胎干細胞進行自我更新以及多能性所必需的。除此之外，Msi2表達在造血干細胞〔HSCs〕,調(diào)節(jié)正常的造血功能[23].在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中的造血干細胞中，Msi2過度表示出會增加造血干細胞的祖細胞群，并減少其下游衍生的細胞類群。然而通過短發(fā)夾構(gòu)造RNA〔shRNA〕方式方法抑制淋巴髓系祖細胞中的Msi2表示出會導致成熟分化的骨髓細胞比例增加，體內(nèi)造血干細胞植入減少甚至干涸[23,24].Msi2無義突變導致小鼠的造血干細胞表現(xiàn)出顯著缺陷，也具體表現(xiàn)出了Msi2在造血經(jīng)過中的重要性。2.3Musashi家族其他功能在減數(shù)分裂進程中，激素誘導的卵母細胞成熟需要母源mRNA瞬時調(diào)控翻譯。Mos是胞質(zhì)靜止因子的成分之一，與減數(shù)分裂MⅡ停頓有關(guān)。編碼Mos原癌基因的mRNA的誘導翻譯對減數(shù)分裂進程至關(guān)重要，在孕激素刺激下〔2h〕會加快其翻譯。在非洲爪蛙卵母細胞成熟經(jīng)過中，Musashi特異結(jié)合在Mos3-UTR與其互相作用介導孕酮刺激的觸發(fā)信號通路，對母源性mRNA翻譯活性的激活和細胞周期的起始特別必要[8].3Musashi與腫瘤疾病近年來多項研究表示清楚，Musashi除了在以上所描繪敘述神經(jīng)以及組織干/祖細胞中發(fā)揮作用外，Mu-sashi的表示出異常對腫瘤發(fā)生有重要的調(diào)控作用。主要包括：〔1〕神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤如神經(jīng)膠質(zhì)瘤和兒童腦腫瘤[25-26];〔2〕消化系統(tǒng)腫瘤如食管癌、胃癌、肝癌、膽囊癌和結(jié)腸癌等[27-30];〔3〕生殖系統(tǒng)腫瘤如乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、宮頸癌以及膀胱癌[20,31-33];〔4〕呼吸系統(tǒng)腫瘤如肺癌[34].Msi1的高表示出水平與神經(jīng)膠質(zhì)瘤的惡性程度相關(guān)，并且Msi1在原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中的表示出形式可能與它在原始未分化的神經(jīng)細胞中的表示出形式一樣。除此之外，在乳腺腺體內(nèi)，Msi1能夠促進上皮祖細胞沿著管腔及肌上皮細胞系擴張并且能夠調(diào)節(jié)間充質(zhì)干細胞的增殖和凋亡[35].在宮頸癌中，Msi1可能作為細胞周期調(diào)控因子直接與P21,P27和P53靶向結(jié)合進而加速細胞周期促進細胞增殖[35].除此之外，在肺癌腫瘤細胞中也發(fā)現(xiàn)了過量表示出Msi1[34].Msi2作為近年開場研究的干細胞標志物，除了在胃癌、肺癌等惡性腫瘤細胞中表示出外，還在造血干細胞中表示出并對造血干細胞的自我更新和長期造血移植至關(guān)重要[23,36].除此之外，Msi2在慢性骨髓性白血病〔CML〕和急性骨髓性白血病〔AML〕中過量表示出[23].Msi2的RRM構(gòu)造域與HOXA9同源異型框融合構(gòu)成MSI2/HOXA9融合蛋白加速慢性骨髓性白血病急變[37].深切進入研究發(fā)現(xiàn)，高表示出的Msi2mRNA與患急性髓性白血病病人的存活率降低具有一定關(guān)系[23].因而，Msi1和Msi2能夠作為預后的標記基因。4總結(jié)與瞻望在物種由低等向高等進化經(jīng)過中，Musashi家族是一類高度保守的RRMRNA結(jié)合蛋白。Mu-sashi家族選擇性地表示出在神經(jīng)、上皮以及造血干/祖細胞中，能夠在多個層面上決定細胞命運，包括維持干細胞的干性和干細胞的分化。近二十年來，隨著對該家族的深切進入研究，Msi1和Msi2分別在多種常見惡性腫瘤細胞中表示出，并且其異常表示出與腫瘤發(fā)生相關(guān)，可能是腫瘤疾病的標記基因。在癌癥中，Wnt和Notch通路被激活，當Msi1過表示出時，一種熟知的生長因子-proliferin的分泌量增加，并且Wnt通路的抑制因子-Dickkopf-3的分泌量減少。因而，我們以為對Musashi家族及其調(diào)節(jié)Wnt和Notch信號通路的研究可能為諸多靶向藥物的研究提供重要根據(jù)，進而為腫瘤患者生存期的延長和生活質(zhì)量的改善帶來新的希望。以下為參考文獻：[1]YodaA,SawaH,OkanoH.MSI-1,aneuralRNA-bindingprotein,isinvolvedinmalematingbehaviourinCaenorhabditiselegans[J].GenestoCells,2000,5〔11〕:885-895.[2]NakamuraM,OkanoH,BlendyJA,etal.Musashi,aNeuralRna-BindingProteinRequiredforDrosophilaAdultExternalSensoryOrganDevelopment[J].Neu-ron,1994,13〔1〕:67-81.[3]KawashimaT,MurakamiAR,OgasawaraM,etal.Expressionpatternsofmusashihomologsoftheascid-ians,HalocynthiaroretziandCionaintestinalis[J].DevelopmentGenesandEvolution,2000,210〔3〕:162-165.[4]ImaiT,To