鋅指蛋白結構域MIZ-1型包含蛋白基因研究進展

李璐璐 孫勇虎 劉 紅

鋅指蛋白(zinc finger protein, ZFP)結構域由多個鋅指(zinc finger，ZF)串聯構成，可特異識別并結合DNA,介導蛋白質與核酸、小分子或其他蛋白質的特異性相互作用，在基因表達調控和細胞分化等方面起重要作用[1]。編碼ZFP的基因區域在真核生物基因組中分布最廣，在人類基因組中有近1%的序列編碼含有ZFP結構域。ZMIZ1最早由Sun等[2]發現并命名，通過編碼PIAS家族蛋白，調節多種轉錄調控因子的活性，包括雄激素受體(AR)[2]、Smad3/Smad4[3]、P53[4]等。

1 ZMIZ1的結構

ZMIZ1基因位于染色體10q22.3上,共7546個堿基對，其中包括25個外顯子(含21個編碼外顯子)，編碼蛋白由1067個氨基酸組成[2]。ZMIZ1基因編碼ZMIZ1蛋白，包括一個位于中心區域的高度保守的MIZ鋅指蛋白結構域，一個核定位信號區域(NLS)和兩個富含輔氨酸的區域(Pro Rich)(圖1)。1)MIZ區域是PIAS家族共有的標志性區域，主要作用是參與蛋白與蛋白之間的相互作用和蛋白的SUMO(small ubiquitin-related modifier)化，以及參與調控AR、Smad3/Smad4、P53轉錄因子活性[2-4]；2)NLS則作為核定位信號引導蛋白質進入細胞核；3)富含脯氨酸的C端具有很強的轉錄活性，但在完整的蛋白內被其自身的N端抑制，因此ZMIZ1基因可能通過自身的轉錄激活結構域(Transactivation domain，TAD)，即C端參與轉錄調控[2]。

圖1 ZMIZ1編碼區結構及轉錄因子結合區域

2 ZMIZ1基因的表達與功能

2.1 ZMIZ1的表達與發育 ZMIZ1蛋白主要在細胞核內表達，在DNA合成期(即細胞周期S期)表達量升高。Rakowski等[5]研究發現，ZMIZ1在原始T細胞中較成熟T細胞表達顯著升高。Pinnell等[6]通過注射多聚胞苷酸構建ZMIZ1基因缺失的小鼠，發現ZMIZ1基因影響胸腺祖細胞生長發育。Beliakoff等[7]分析敲除了ZMIZ1基因的小鼠胚胎，發現敲除了ZMIZ1基因的胚胎生長發育遲緩，血管發育異常，其卵黃囊血管的重組嚴重受損，但造血功能未見明顯異常。另外，ZMIZ1在人體卵巢、前列腺、脾臟和睪丸等性腺，尤其是卵巢中表達較高[2]。Rodriguez-Magadn等[8]通過標記妊娠時期的小鼠胚胎，明確了ZMIZ1及其同源基因ZMIZ2在小鼠胚胎發育過程中具有性別選擇性。小鼠胚胎11.5天時ZMIZ1表達開始下降，主要分布在四肢及尾芽[8]。小鼠性腺開始發育階段(胚胎11.5～14.5天)，ZMIZ1的表達發生了性別選擇性，雄性生殖腺表達ZMIZ1但雌性生殖腺不表達[9]。猜測ZMIZ1可能與性腺的發育具有一定關系，但至今沒有相關深入的研究。

2.2 ZMIZ1與Notch信號通路 Notch信號通路是介導細胞和細胞間相互作用的基本信號通路之一，廣泛存在于多細胞生物體內，調控機體細胞發育、增殖、分化和凋亡。近年來研究發現Notch信號與T細胞的激活和功能密切相關[10]。研究表明，小鼠ZMIZ1可以正向調控Notch1調節的T細胞發育，但對Notch1調節的腸穩態和骨髓抑制無明顯作用[6]。另外，ZMIZ1選擇性地降低調節Notch1下游的靶基因c-Myc和Hes1的轉錄表達，在Noctch1誘發小鼠T-ALL并維持疾病狀態的過程中起著關鍵的作用[5,6]。Rakowski等[5]證明只有同時轉染了ZMIZ1及Notch1的小鼠才能誘發T-ALL。雖然ZMIZ1與Notch的相互作用并未在其他疾病中有所研究，但其很有可能通過調控Notch信號通路在腫瘤、免疫性和遺傳性等疾病的發生發展過程中發揮重要作用。

2.3 ZMIZ1的轉錄調節作用 ZMIZ1蛋白可能通過不同的結構區域與不同的轉錄因子結合進而影響其轉錄活性(圖1)，最初作為AR的輔助因子被Sharma等[2]發現，其中間某區域與AR的TAD結合增強AR的轉錄活性。另外，ZMIZ1對甲狀腺激素受體β的轉錄活性也可見些微的影響，但不能調控包括糖皮質激素受體、孕激素受體、雌激素受體α、維生素D受體等其他核受體的轉錄活性。Li等[11]研究表示，ZMIZ1更可能是通過調節AR多聚谷氨酰胺道的長短調節AR的轉錄活性的。另外，Li等[3]還發現ZMIZ1通過MIZ區域與Smad3/Smad4蛋白的MH2區域結合(圖1)，增強Smad3的轉錄活性，但其同源蛋白hZimp7(ZMIZ2)及PIASx并不能調節Smad3的轉錄活性。隨后Lee等[4]又證明了ZMIZ1作為轉錄共激活因子與腫瘤抑制因子P53直接結合，并增強其轉錄活性。并且其N端還能調節Notch1的轉錄活性[5]。由此可見，ZMIZ1調控轉錄因子的轉錄活性具有選擇性，存在不同于其他PIAS家族基因的結構域。

3 ZMIZ1基因與疾病的關系

3.1 ZMIZ1基因與皮膚病 到目前為止，ZMIZ1基因上已有多個單核苷酸多態性(SNP)位點被發現與多種疾病相關(表1)，其中包括多種皮膚病及其相關疾病，如白癜風、銀屑病及皮膚腫瘤等。我國Sun等[12]發現ZMIZ1 rs1 408 944 SNP位點的突變是導致白癜風發病的易感位點，而rs11 593 576 SNP位點為白癜風發病可能的易感位點[13]。已有研究發現ZMIZ1上有多個位點與銀屑病相關，其中rs1 250 544 SNP位點單獨與銀屑病(PS)的發病相關[14]。銀屑病常伴發克羅恩病(CD)，二者在流行病學、組織病理表現、治療乃至遺傳學表現上具有較強的相關性。Ellinghaus等[14]聯合關于PS及CD的多個全基因組關聯分析(GWAS)發現，PS及CD的發病在ZMIZ1上存在多個共同的易感位點，包括rs1 250 544、rs1 250 560、rs1 250 559 SNP位點。另外，ZMIZ1基因SNP位點 rs1 250 560、rs1 250 559與歐洲人群單獨CD的發病相關[14]，rs1 250 569 SNP位點與韓國人群單獨CD的發病相關[15]，rs1 250 550 SNP位點為歐洲人群炎癥性腸病(IBD)、CD的共同易感位點[16,17]。另外，有學者研究發現ZMIZ1與多種皮膚腫瘤的發病存在一定關聯。Dupuy等[18]于2009年構建了T2/Onc3“睡美人”轉座子小鼠模型，此轉座子突變可以誘導20種不同類型小鼠近200種腫瘤發病。進而分析其誘導皮膚及肝臟腫瘤的插入位點時，發現接近90%的T2/Onc3“睡美人”轉座子突變引起的皮膚腫瘤的插入位點在ZMIZ1基因8號外顯子上。隨后，Rogers等[19]構建了T2/Onc3“睡美人”轉座子插入ZMIZ1基因的鱗狀細胞癌小鼠模型(稱之為ZMIZ1小鼠)，并表明這個轉座子突變能表達比內源性ZMIZ1短，但與內源性ZMIZ1在鱗狀細胞癌組織中異常表達。Gibson-Corley等[20]通過ZMIZ1小鼠模型證明了角化棘皮瘤早期可呈浸潤性生長，但隨后便進入成熟期及穩定期。可以看出ZMIZ1基因與多種皮膚病及皮膚腫瘤的發病及進展相關，但其影響機制目前還未被闡明。

3.2 ZMIZ1基因與其他疾病 ZMIZ1基因的SNP除被發現與多種皮膚病及其相關疾病相關外，還與某些腫瘤、自身免疫性疾病、藥物治療效果相關。Rs1 749 824 SNP位點作為最早發現ZMIZ1上與復雜疾病相關的SNP位點，其變異與白種人I型糖尿病終末期腎病的發病相關[21]。隨后GWAS發現rs12 571 751 SNP位點的變異與歐洲[22]、日本[23]人群II型糖尿病，以及歐洲(芬蘭、瑞典)人群成人隱匿性自身免疫糖尿病(LADA)[24]的發病相關。有研究發現ZMIZ1的表達水平影響葡萄糖(或KCl)誘導的胰島素分泌水平，但其表達水平的波動卻不能影響胰島細胞分泌胰島素[25，26]。另外，ZMIZ1內含子1上的rs704 010 SNP位點與歐洲及新西蘭人群乳腺癌的發病相關[27，28]，rs704 017與亞洲人(中國、日本、韓國)及歐洲人群結直腸癌的致病相關[29]。另外，rs704 017SNP位點位于ZMIZ1-AS1基因而非ZMIZ1基因上，但與ZMIZ1基因上的2個SNP位點具有連鎖不平衡關系。并且，GWAS發現ZMIZ1基因上rs1 250 552 SNP位點的突變與乳糜泄的發病相關[30]，rs1250540、rs1250542 SNP位點為多發性硬化(MS)可能的易感位點[31，32]。此外，有學者發現ZMIZ1基因上有22個SNPs位點與應用內甲氨喋呤(MTX)治療青少年特發性關節炎效果相關[33]。綜上，可發現ZMIZ1基因與自身免疫性疾病及腫瘤的發病相關，并且其可能與某些藥物的治療效果相關。

表1 ZMIZ1基因多態性研究匯總

4 結語

ZMIZ1作為PIAS家族中的一員，與PIAS家族基因相同，通過鋅指MIZ區域調節不同轉錄因子的活性，促進蛋白的SUMO化。其調節轉錄活性具有選擇性，編碼與其他PIAS家族基因不同的轉錄結合區域。其在胚胎期具有性別選擇性，可能對性腺的發育具有一定的作用。ZMIZ1基因與多種皮膚病及皮膚腫瘤的發病相關，另外與某些自身免疫性疾病、II型糖尿病及腫瘤的發病相關，但其在疾病中所起的作用還未被闡明，有待進一步研究。隨著不斷的深入研究，可能為皮膚病、性病及皮膚腫瘤的發病機制及治療研究提供新的思路。