Ku70蛋白的翻譯后修飾在腫瘤研究中的進展

劉 壯 綜 述，吳志強，袁智勇 審 校

（天津醫科大學腫瘤醫院放療科，國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津市“腫瘤防治”重點實驗室,天津市惡性腫瘤臨床醫學研究中心,天津 300060）

Ku70是一個分子量大約70KD的蛋白，在許多細胞信號通路中發揮著重要作用。在DNA雙鏈斷裂非同源末端連接修復通路中，Ku70和其家族成員蛋白Ku80形成異二聚體戒指樣環狀結構，與DNA雙鏈斷裂的斷端結合，從而促進DNA損傷修復[1-2]，增強腫瘤放療抵抗。在Ku70參與的Bax介導的細胞凋亡信號通路中，Ku70可以和Bax結合，抑制了Bax向線粒體轉移，從而抑制線粒體細胞凋亡通路[3]，抑制腫瘤細胞凋亡。Ku70還參與到端粒的維持，通過保護染色體末端，防止被DNA修復通路錯誤識別切割，從而維持了基因的完整性。另外，在DNA復制過程中，Ku70也發揮著不可替代的作用。這些功能都與Ku70蛋白的翻譯后修飾密切相關（圖1，表1）。

表1 Ku70的翻譯后修飾

翻譯后修飾（post-translational modification,PTMs）是一種氨基酸的化學修飾，例如磷酸化、乙?；?、泛素化、類泛素化等。幾乎所有的蛋白都可以發生翻譯后修飾，蛋白的翻譯后修飾對蛋白的生物學功能有著重要的影響，比如蛋白的定位，生物活性調節、結構和穩定性等[4]。翻譯后修飾在腫瘤細胞發生發展以及其它生理、病理過程中，均發揮著重要作用。

到目前為止，大量的研究表明，Ku70的翻譯后修飾在腫瘤細胞的增殖、DNA損傷修復、細胞凋亡等過程中發揮著重要作用。本文著重對Ku70蛋白的翻譯后修飾在腫瘤研究中的進展進行綜述，為腫瘤的防治提供新思路。

1 Ku70蛋白的翻譯后修飾及其作用

1.1 磷酸化修飾 近幾年來，很多腫瘤相關研究證實了Ku70蛋白許多位點的磷酸化（圖1、表1），在腫瘤細胞的DNA損傷修復以及細胞凋亡過程中發揮著重要作用。在真核細胞中，DNA雙鏈斷裂是DNA損傷最嚴重的形式。DNA雙鏈斷裂如果不能及時并正確的修復就會引起細胞死亡或者突變，進而導致腫瘤的發生[5]。在腫瘤治療中，放療主要通過引發DNA雙鏈斷裂殺死腫瘤細胞，而部分化療藥物在一定程度上也依賴藥物引起的DNA雙鏈斷裂阻斷腫瘤細胞的增殖或誘發腫瘤細胞的凋亡。因此，DNA損傷修復是腫瘤細胞產生放化療抵抗的一個重要原因[6]。DNA雙鏈斷裂的修復方式主要包括兩種：同源重組修復和非同源末端連接修復[7-9]。非同源末端連接修復由于不需要同源模板，可直接將斷裂的斷端進行連接，同時可以發生在細胞周期的任何一個時期，因此成為DNA損傷的主要修復方式[5]。

Ku70是DNA損傷非同源末端連接修復通路中的重要分子。在非同源末端連接修復過程中，Ku70和Ku80迅速結合到斷裂的雙鏈DNA斷端，保護DNA末端，同時募集下游分子蛋白和酶類，包括DNA依賴蛋白激酶催化亞基（DNA-dependent protein kinase subunit,DNA-PKcs）、Artemis酶、X 射線修復交叉互補蛋白4(X-ray cross-complementing group 4,XRCC4)、XRCC4 類似因子（XLF）、DNA 連接酶4（Lig4）等，促進修復的順利完成[1-2]。在腫瘤細胞中，當DNA發生雙鏈斷裂時，Ku70的S27和S33位點可以被DNA-PKcs或ATM磷酸化，進而促進腫瘤細胞的DNA損傷修復及細胞增殖[10]。Ku70的S155位點也可以被ATM或DNA-PKcs磷酸化，此位點的磷酸化可以增加凋亡相關轉錄因子ATF2(activating transcription factor 2)的磷酸化，進一步促進腫瘤細胞凋亡[11]。另外S155位點磷酸化的Ku70還可以通過抑制Aurora B激酶的活性，引起的腫瘤細胞周期停滯[12]。另一項研究發現，在Ku70分子的“間橋和支柱”區域有5個磷酸化位點，分別是T305、S306、T307、S314 和 T316，這 5 個位點的磷酸化與Ku70的粘附DNA的能力密切相關，在細胞周期S期，它們的磷酸化促進了Ku70與DNA雙鏈斷裂斷端的分離，從而使DNA雙鏈斷裂修復在S期更傾向于選擇同源重組修復[13]。

Ku70的磷酸化修飾還可以調節Ku70和Bax親和力，由于Bax蛋白與細胞凋亡通路密切相關，因此Ku70的磷酸化也在腫瘤細胞的凋亡過程中發揮著重要作用。研究表明，當Ku70的S6和S51發生磷酸化時，Ku70和Bax親和力下降，從而引發Bax向線粒體轉移，促進腫瘤細胞凋亡[14]。另外，研究者新發現了Ku70的Y530位點磷酸化可抑制K539和K542的乙?；?間接增強Ku70結合Bax的能力，從而抑制Bax介導的線粒體凋亡[15]。因此抑制Ku70的Y530位點的磷酸化，促進腫瘤細胞凋亡，是一個潛在的腫瘤的治療靶點。

在腫瘤細胞DNA復制過程中，Ku70可以被細胞周期蛋白激酶磷酸化，參與到DNA復制的起始，保證了腫瘤細胞DNA復制的正常進行。在細胞周期G1期，非磷酸化的Ku70可以結合到DNA復制的起始部位，與Ku80共同募集DNA復制識別起始復合物，為下一步DNA復制做好準備。當細胞周期進入S-M期時，Ku70蛋白的T401、T428和T455位點受到細胞周期蛋白激酶如周期蛋白A1-CDK2、A2-CDK2等磷酸化，引起Ku70/80的脫落，從而避免了DNA重復復制[16]。另外，Ku70的T58位點也可以被細胞周期激酶E1-CDK2磷酸化[16]，該位點的磷酸化可能有另外的功能，需要進一步研究。

1.2 乙酰化修飾 在非同源末端連接修復中，Ku70和Ku80首先發現并粘附到斷裂的雙鏈DNA斷端對于起始非同源末端連接修復至關重要。而Ku70的乙?；瘜ζ湔掣交钚杂兄匾绊?。有研究者探究發現在腫瘤細胞核中，Ku70的K282、K338、K539和K542位點（圖1，表1）的乙?；艿浇M蛋白去乙酰化酶（HDACs）的調節，這些位點的非乙?；癄顟B增強了Ku70的粘附DNA雙鏈斷端的能力，從而增強了腫瘤細胞的抗DNA損傷修復的能力。因此，運用組蛋白去乙酰化酶抑制劑可以增加這些位點的乙?；欣谔岣吣[瘤臨床治療的敏感性[17]。然而Ku70的K317和K331以及上邊所提到的K282和K338都位于Ku70的DNA粘附結構域內，但是前兩者的乙酰化對Ku70的粘附活性并沒有明顯的影響，它們的乙?；赡軈⑴cKu70的其他功能，需要進一步探究[17]。在Ku70的核定位信號結構域內，存在5 個乙酰化位點（K539，K542，K544，K553 和 K556）（圖1），當腫瘤細胞發生DNA損傷后，這些位點的乙?；赡艽龠M細胞質內的Ku70的入核，參與到DNA損傷修復中，提高腫瘤細胞抗損傷修復的能力[18]。

細胞質內Ku70的乙酰化在Bax介導的線粒體凋亡中發揮著重要作用。Bax是一個促凋亡蛋白，屬于BCL-2家族蛋白成員，在線粒體凋亡通路中，起著關鍵性作用[19]。當腫瘤細胞受到凋亡刺激時Bax被激活，活化的Bax發生一系列構象的改變，逐漸聚集到線粒體，在線粒體外膜形成二聚體，或者進一步聚集形成多聚體，最終引起線粒體釋放細胞色素c，誘導細胞的凋亡[20]。但是當細胞在正常生理狀態下，細胞中存在某些蛋白可以和Bax結合，從而維持Bax處于失活狀態[21]。Ku70是第一個被發現可以結合Bax，阻止其向線粒體轉移的蛋白，而且Ku70的乙酰化狀態和去乙酰化狀態調節著Bax的激活和失活狀態[22]。當Ku70處于去乙?；癄顟B時，就和Bax結合，形成復合體，穩定存在于細胞質中；而Ku70被某些乙酰化酶催化發生乙酰化后，兩者就會分離，引起Bax激活，從而引起細胞凋亡[22]。近幾年來，研究表明Ku70可以被CBP（the CREB-binding protein，CREB 結合蛋白）或 PCAF（p300/CBP-assoc iated factor,p300/CBP相關因子）乙?；?，在腫瘤細胞中高表達CBP可以增加Ku70的乙?；?，相反低表達CBP可以降低Ku70的乙?；痆3，23]。K539和K542位點（圖1）在CBP或PCAF介導的Ku70的乙?；衅痍P鍵作用，研究者突變兩個位點的賴氨酸（K539QandK542Q），發現完全抑制了Ku70在細胞質中阻止Bax介導線粒體凋亡的能力[22，24]。細胞質內Ku70蛋白的乙酰化水平也受到組蛋白去乙?；傅恼{節（HDACs），到目前為止，SIRT1[25]、SIRT3[26]和HDAC6[3]已經被證實可以去乙酰化Ku70，從而減少Bax介導的細胞凋亡，當敲低它們的表達或者用特異性的抑制劑能夠增加Ku70的乙?；瑥亩黾恿薆ax介導的細胞凋亡。因此，近幾年來Ku70的組蛋白去乙?；赋蔀槟[瘤的治療過程中新靶點[17,27-28]。

1.3 泛素化和SUMO類泛素化修飾 泛素化也是一種常見的翻譯后修飾，幾乎所有的蛋白都會經歷泛素化修飾。當蛋白受到損傷，發生錯誤折疊，或者不再被機體所需要，這些蛋白就會發生泛素化修飾[29]。以前認為蛋白的泛素化最終結局是運輸到蛋白酶體后降解，現在隨著認識的深入，發現蛋白的泛素化不僅只是標識著蛋白的降解，對于蛋白的運輸以及功能也有很重要的影響。研究表明，在非同源末端連接修復后期，RNF126或者SCF復合體可以使Ku70泛素化，從而使Ku70從DNA上脫離下來，有利于修復的進一步完成[30-31]。最近一項研究發現Ku70 的 vWF（the von Willebrand factor）結構域包含一個泛素化位點（K114）（圖 1，表 1）,此位點的泛素化介導了Ku70以及其他非同源末端連接修復因子與DNA雙鏈的脫離[32]。Ku70和Ku80結合的時候，兩者更加穩定，當其中任何一種蛋白經泛素化降解都不利于形成一個穩定的Ku蛋白，因此泛素化直接或間接對Ku70蛋白的穩定性產生影響。目前Ku70蛋白的泛素化還需要進一步探究，具體泛素化位點還需要進一步確定，這將會深入認識Ku70泛素化的具體作用，為腫瘤的研究提供新的認識。

SUMO（small ubiquitin-related modifier）是一類重要的類泛素蛋白，在類泛素化E2結合酶Ubc9以及E3連接酶的共同作用下，連接到蛋白上，參與調節蛋白的穩定性以及胞內定位等生物學功能[33]。在哺乳動物中，目前發現至少存在4種SUMO分子，包括SUMO-1，-2，-3和-4[34]。隨著對SUMO類泛素化研究的深入，越來越多的研究表明，SUMO類泛素化修飾在腫瘤的發生發展過程中扮演著重要角色。研究發現，在人類卵巢癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌以及結直腸癌等腫瘤細胞中，類泛素化E2結合酶以及E3連接酶存在不同程度的高表達[35]，另外許多腫瘤相關蛋白如P53、P63以及pRB等也存在著SUMO類泛素化的修飾。因此進一步明確SUMO類泛素化的生物學功能特點，對腫瘤的治療具有重要意義。近幾年來，相關研究表明細胞內高水平的SUMO-1或SUMO-2使Ku70蛋白更加穩定，Ku70的穩定性直接增加了Ku70在細胞中的表達水平，而Ku70蛋白自身的SUMO類泛素化修飾卻沒有對其穩定性產生明顯影響[36]。而在真核單細胞芽殖酵母中的一項研究表明，Ku70蛋白的5個賴氨酸位點（K588、K591、K592、K596、K597） 突變為精氨酸后，Ku70蛋白的SUMO類泛素化明顯下調，進而減弱了Ku70在非同源末端連接中的功能[37]。SUMO類泛素化修飾對Ku70穩定性以及功能的影響需要進一步研究。

1.4 其他修飾 Ku70的功能的多樣性，與其翻譯后修飾密切相關。目前，Ku70蛋白的翻譯后修飾主要集中在以上所述的修飾類型，而其他修飾類型有待深入研究，例如蛋白的糖基化可以影響蛋白在核內和質內的分布；也可以改變蛋白的構象，從而影響蛋白與蛋白，蛋白與DNA的相互作用[38]。目前的研究表明，Ku70的ADP-核糖基化作為Ku70蛋白的募集信號，在DNA雙鏈斷裂非同源末端連接修復中發揮著重要作用[39]。ADP-核糖基化酶可以與Ku70蛋白的鋅指結構域結合，從而增強Ku70蛋白和DNA的結合作用，促進非同源末端連接修復的進行[40]。在腫瘤的研究過程中，Ku70的這種糖基化修飾在其他功能方面發揮的作用還不清楚，需要進一步探究,這將為腫瘤的防治提供新思路。

2 結語

近幾年來，隨著對腫瘤研究的不斷深入，Ku70在腫瘤細胞胞質和核內的功能逐漸被闡明。Ku70除了在DNA雙鏈斷裂的非同源末端連接修復、Bax參與的細胞凋亡、端粒的維持以及DNA復制等方面發揮著重要作用外，Ku70本身還具有酶活性，例如Ku70的去泛素化酶活性[41]，Ku70蛋白的其他功能還需要深入研究。Ku70功能的多樣性與翻譯后修飾密切相關,本篇綜述了Ku70的翻譯后修飾在腫瘤研究中的進展情況，表明Ku70的翻譯后修飾包括磷酸化、乙?；⒎核鼗蚐UMO類泛素化等在Ku70相關信號通路中發揮著至關重要的作用。因此，針對Ku70蛋白及其翻譯后修飾為靶點的腫瘤治療，比如Ku70蛋白的抑制劑及其翻譯后修飾抑制劑或者激活劑有望增加腫瘤的治療效果。進一步研究Ku70蛋白及其翻譯后修飾，具體的修飾類型和位點，Ku70蛋白翻譯后修飾的功能改變等，對腫瘤的發生與治療有重要意義。