跨損傷合成DNA聚合酶ζ-Rev7在腫瘤發展中的研究進展

曹菊華，汪良芝

(1.中國人民解放軍第102醫院 內科，江蘇 常州 213003；2.蘇州大學附屬第三醫院 老年醫學科， 江蘇 常州 213003)

1 跨損傷修復機制

跨損傷修復(translesion synthesis)是一類DNA損傷修復機制，它允許損傷DNA模板的存在，使DNA復制能夠繼續進行，但其復制的保真度會下降，易導致突變形成。細胞在增值過程中，由于環境因素的侵擾以及細胞內源性的損傷，會不斷地產生DNA損傷。通常情況下，細胞內一系列的修復途徑能修復這些DNA損傷，以保證基因組的完整性。然而，當DNA復制開始以后尚未修復的或新出現的DNA損傷會阻礙DNA復制的進行，使得復制叉在DNA損傷的地方停滯下來， 產生復制缺口，甚至雙鏈斷裂損傷。為了確保復制的順利進行，生物體內具有一套能容忍DNA 損傷的應急機制，被稱為復制后DNA修復(postreplication DNA repair, PRR)。該機制共有2條兩種途徑，一是跨損傷DNA合成(translesion DNA synthesis, TLS)，二是同源重組(homologous recombination，HR)。TLS是通過聚合酶的轉換，通過低忠實度DNA聚合酶在損傷處進行延伸。同源重組是以另一條未損傷的DNA鏈為模板，完成復制。TLS途徑是生物體的一種應急機制，能夠在DNA損傷未被修復的狀態下進行復制延伸，維持基因組穩定性，但也不可避免的會引起DNA突變。

盡管許多類型的DNA損傷可以引起復制叉的暫時停滯，但用于半保留復制的DNA聚合酶不再對損傷的DNA作用，在哺乳動物細胞中，TLS能夠替換DNA復制叉，或者位于在復制后損害處的一個間隙，在真核生物中DNA聚合酶ζ(polymerase ζ,Pol ζ)對于TLS是十分重要的。在哺乳動物細胞中TLS對于躲避DNA的病變是十分有必要的，甚至在DNA模板中個被插入一個錯誤的配對，那么Pol ζ所調節的TLS也能夠發生突變，如果Pol ζ調節的TLS不能及時完成其職能，DNA復制叉的功能就會喪失，后續的酶促反應會切斷DNA無功能的復制叉并且造成DNA雙鏈斷裂。抑制Pol ζ可以使腫瘤對化療的敏感性增加并且降低腫瘤耐藥性[1]，除此之外Pol ζ還能夠對DNA序列復制提供幫助，這種復制是難以被逆轉的，就像在哺乳動物基因組中脆性位點區域或者那些能形成非DNA結構的序列[2]。在Pol ζ缺陷的哺乳動物細胞中，在細胞增殖時DNA雙鏈斷裂，并伴隨著染色體重排現象[3]。Pol ζ與TLS和DNA損傷導致的突變有著密不可分的關系。有研究報道Pol ζ亞基4激活TLS的效率要比Pol ζ亞基2的效率好，除此之外，增殖細胞核抗原(PCNA)進一步從旁路增強了Pol ζ亞基4的活性[4]。這些不同的組合體在生物化學特征上的大的差異可能解釋了為什么一些研究者沒有發現或者是發現某種損傷的旁路效率極低，例如無堿基位點或者嘧啶二聚體。也有其他的報道發現相同類型的DNA損傷的有效的通路。除此之外，由Pol ζ導致的TLS取決于病變序列區域的所處的環境[5]。

2 Rev7的構造

早期研究表明在細胞中DNA損傷誘導的突變并不是一個被動過程，但這一過程的出現會導致一些蛋白酶的催化反應。在早期研究的基礎上，當前研究證實某些基因與突變缺陷有關，這些突變主要是由紫外線照射和化學法導致的DNA損傷。這些基因被稱作Rev基因。Rev基因包括Rev1，Rev3和Rev7。人類Rev3編碼蛋白有353 ku，是酵母蛋白的2倍，突變的Rev3和Rev7在表型上十分相似，說明Rev3和Rev7可能是作為一個協同蛋白存在。1996年， Rev3和Rev7的二聚體復合物已從酵母中被提取，而被命名為第6個真核生物DNA聚合酶Pol ζ。

Mad2L2(Mad2B)不僅僅與Mad2是類似蛋白，同時，作為TLS分子的一員，也被稱為Rev7。Rev7由211個氨基酸組成，與Mad2有26%的重復性。Mad2與Rev7在減數分裂期干預聯會復合體的形成。Rev7單獨是不能與Rev1結合的，在與Rev3形成復合體之后才能與Rev1結合。根據與Rev3的結合情況來看，Rev7的構造顯示出很大的變動。說明Rev7單獨形成相當于O-Mad2的構造。與Rev3結合后變位關閉的狀態，隨后可以與Rev1結合。Rev7分子質量在28 ku，它能夠顯著的刺激催化REV3的活性，表明這2個亞基復合物是在體外Polζ所需的最小組合體。Rev3和Rev7之間的相互作用被映射到Rev3聚合酶的氨基酸N末端區域[6]。目前Rev7的構造變化能否受到類似于Mad2蛋白的調控仍不明確。

3 Rev7的功能

Rev7亞基同時對Pol ζ和其他蛋白的調節作用也很重要。據報道，Rev7能夠與Cdh1、IκB、ADAM9、PRCC和ELK- 1等多種蛋白結合。其中，ADAM9，ELK- 1是與Rev3類似的結構與Rev7結合[7]。Rev7也和蛋白激酶Cdc7-Dbf4(DDK)相互作用，DDK對DNA起始復制和紫外線導致的突變都是必不可少的[8]。Rev7與紡錘體組裝檢驗點蛋白MAD2也可以相互作用，表明TLS和染色體分離也存在某種潛在的關聯[9]。

在細胞中敲低Rev7能夠增加細胞的輻射敏感性，DNA受到的損傷也更加嚴重，此外，Rev7與Mad2可以共同干預調控細胞周期， Mad2能夠與cdc20結合，調控APC/C的活化，Rev7能夠與APC/C的另外一種輔因子Cdh1結合并調控APC/C的活性化[10]。而APC/C-cdc20在分裂期后半段開始起作用，而APC/C-Cdh1是在分裂期結束從起始到G1期起作用。痢疾桿菌產生的IκB蛋白與Cdh1拮抗性的與Rev7結合，從而導致細菌細胞無法進入分裂期[11]。

4 Rev7與腫瘤之間的關系

腫瘤的形成是細胞內基因組異常或者突變慢慢積累的長期過程。在正常情況下，細胞內的復制酶會保證DNA合成的忠實度，每個細胞在其增值期限內只能積累1～2個基因突變，但這不能夠完全解釋腫瘤細胞中大量的基因突變。因此在腫瘤形成過程中，DNA跨損傷修復途徑應是加速突變形成的原因之一。

癌細胞能夠通過TLS這一機制來提升它們自身的存活率，在小鼠的生長和發育過程中REV7有著獨特的作用[12]，并與多種腫瘤有著密不可分的聯系。Rev7的表達與DNA損傷后癌細胞的存活有著密切的關系。Rev7基因缺失的腫瘤細胞對DNA損傷更加敏感，包括對順鉑藥物等[13]。除此之外，免疫組化技術分析得出在一些人類腫瘤中Rev7基因是高表達的，與晚期卵巢癌和結腸癌的不良預后存在一定的關系，在上皮細胞卵巢癌中，Rev7的表達是比較多的，敲低Rev7的表達可以抑制卵巢癌細胞的增殖但不會影響細胞周期，同時可以增強卵巢癌細胞的化療敏感性以及促進細胞凋亡，并且在經過化療藥物處理后的卵巢癌細胞，同時再將Rev7基因敲低，會發現細胞的DNA損傷更加嚴重[13]。在B淋巴細胞癌中，高表達的Rev7預示著較低的一個存活率。同時，在B淋巴細胞癌患者中Rev7可以作為一種獨立的檢測指標[14]。

一種攜帶錯義突變Rev7的repro22小鼠，因為表現出大量胚胎細胞的受損從而導致雌性和雄性小鼠不育不孕，部分胚胎被損壞，生長受到阻滯。Rev7突變的雄性小鼠的在成年階段的睪丸間質細胞表現出一種畸形生長的狀態，可能由胚胎細胞受損所引起的[15]。這一現象使Rev7突變的小鼠其卵巢癌細胞的增殖變快，并且促進卵巢癌腫瘤的發生與發展。Rev7突變的小鼠其卵母細胞和卵泡的功能會喪失，并且在卵巢癌中其遺傳因子被看作是主要的危險因子，并且很多證據支持增強促性腺素的循環水平是由卵泡功能的喪失所引起，使其更傾向于發展成為卵巢癌[16]。同時Rev7基因突變的小鼠由于缺少DNA修復功能也可能是造成卵巢癌發生與發展的重要因素[17]。也有報道在乳腺癌細胞中敲低Rev7的表達水平可以抑制細胞的侵襲和遷移并且抑制EMT現象的發生，并且敲低Rev7后可以促進轉化生長因子β1(TGF-β1)的表達。表明TGF-β1可能是Rev7下游的一個重要的基因。在對乳腺癌細胞干擾掉TGF-β1后，發現同樣能抑制細胞的侵襲、遷移和上皮間質轉換(EMT)，并且在過表達Rev7的細胞中也得到同樣的結果。由此可見，Rev7可以作為一種潛在靶點來治療乳腺癌[18]。

5 結語

本文主要介紹了TLS及DNA聚合酶的一個亞基Rev7的功能與作用，把 Rev7作為一個在DNA損傷中起重要作用的多功能蛋白進行了重點描述，Rev7結合的多種多樣的蛋白質是如何干預到Rev7的構造變化，并是否會受到此影響，都將會是今后探索的重點。同時，很多細胞水平的實驗已經驗證抑制跨損傷修復途徑能夠提高癌細胞對化療藥物的敏感性，迄今已陸續有報道Rev7對治療腫瘤在化學藥物的敏感性方面起著重要的作用，同時可能參與了一些腫瘤的發生與發展，包括對癌細胞的侵襲、遷移和增殖的影響。Rev7將作為一個的治療腫瘤的潛在靶點對基礎醫學和臨床醫學意義重大。

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