基于TRIM家族討論泛素連接酶TRIM46研究進展

盛瀚萱,張連峰,張 麗?

(1.中國醫(yī)學科學院醫(yī)學實驗動物研究所,北京協和醫(yī)學院比較醫(yī)學中心,國家衛(wèi)生健康委員會人類疾病比較醫(yī)學重點實驗室,北京 100021;2.中國醫(yī)學科學院醫(yī)學實驗動物研究所,北京協和醫(yī)學院比較醫(yī)學中心,北京市人類重大疾病實驗動物模型工程技術研究中心,北京 100021;3.中國醫(yī)學科學院神經科學中心,北京 100730)

TRIM46(tripartite motif-containing46,TRIM46)是一個新基因,功能尚不明確,國內外相關文獻很少。但就近期的文獻報道來看,TRIM46十分重要,不僅在早期腦發(fā)育中參與神經元極化過程[1],還與腫瘤的增殖、遷移相關[2],并在先天免疫系統(tǒng)中扮演了重要角色[3]。TRIM46屬于TRIM家族,而TRIM蛋白質家族成員在細胞周期、細胞凋亡、分化、代謝以及病毒的免疫應答等過程中均有重要作用。作者通過將TRIM46與其他家族成員乃至亞家族成員之間的比較,總結了TRIM46的最新研究進展,并對TRIM46蛋白未來的研究方向和手段進行了初步討論。

1 TRIM家族及C-I亞家族

人類三重基序(tripartite motif,TRIM)蛋白質家族成員眾多,迄今已發(fā)現近80個,涉及細胞周期調控、細胞凋亡、分化或病毒免疫應答等多種生物學過程。TRIM家族(又名RBCC家族)成員含有RING指結構域(RING-finger domain),因而可以作為泛素E3連接酶發(fā)揮功能。除了RING指結構域外,TRIM蛋白還含有一個或者兩個鋅離子結合結構域(B-boxes domain)和卷曲螺旋結構域(coiled coil domain),以及復雜的C-端結構域。

TRIM家族蛋白質根據C-端結構域的差異可分為11個亞家族(C-I～C-XI)。TRIM46屬于C-I亞家族,C-I亞家族包括6個成員:MID I(TRIM18)、MID2(TRIM1)、TRIM9,TNL(TRIM67)、TRIM36(HAPRIN)和TRIFIC(TRIM46)。表1總結比較了這些基因的功能及相關疾病。C-I亞家族每個基因不僅含有一個RBCC結構域,包括兩個B-boxes,還包括C末端的COS box,Fibronectin Type III motif和SPRY/B30.2樣結構域。這些基因又可以分為3組:MIDI和MID2同源性高達76%,但是和其他成員同源性低于25%;TRIM9與TNL最為相似,同源性高 達65%;而HAPRIN(TRIM36)與TRIFIC(TRIM46)最為接近,同源性高達43%。

表1 TRIM C-I亞家族成員基因功能及相關疾病的比較Table1 Gene function and related disorders of TRIM C-I subfamily members

2 TRIM46基因概述

2.1 TRIM46蛋白結構和功能

TRIM46基因位于人染色體1q21,又命名為GENEY,編碼的蛋白含有一個N末端的RING finger結構域、兩個B-box motif、一個coiled-coil region、一個COS box、一個FN3和羧基端的一個B30.2結構域[14]。TRIM46蛋白是一個新發(fā)現的三重基序(tripartite motif,TRIM)家族蛋白。TRIM46蛋白含有759個氨基酸,分子量約為83×103。TRIM46含有RING指結構域(RING-finger domain),因而可能具備E3泛素-蛋白連接酶功能。從四級結構上預測,TRIM46可以與TUBB3蛋白以及TUBA4A蛋白發(fā)生相互作用。大多數TRIM蛋白從N端到C端的順序依次是RING鋅指結構,一個或兩個B-box結構和一個卷曲螺旋結構域(coiled-coil,CC),又被稱為RBCC結構域。如圖1所示,TRIM46含有RBCC結構,在轉染的COS-1細胞上,可與微管結構共定位。1-166蛋白區(qū)域決定了其在神經元近端軸突的定位,411-429蛋白區(qū)域決定了其與微管結合和共定位。

圖1 TRIM46蛋白結構示意圖Figure1 Schematic representation of overall domain architecture of human TRIM46protein

2.2 TRIM46的表達

人類蛋白圖譜數據庫(human protein atls,HPA)中RNA-seq數據顯示,TRIM46蛋白在腎上腺、闌尾、腦、十二指腸、膽囊、淋巴結、脾、胃和睪丸等組織中廣泛表達,其中腦和男性生殖系統(tǒng)附睪中表達最高。TRIM46在各個腦區(qū)均有表達,其中腦皮層、小腦和基底核中表達豐富,海馬和杏仁核中等水平表達,丘腦表達相對較少。TRIM46在上皮細胞、內分泌細胞、神經細胞、膠質細胞、生殖細胞、血管細胞、肌肉細胞、間質細胞和血液或免疫細胞等多種類型細胞中表達,其中神經細胞、生殖細胞和單核細胞表達最多。在各種細胞系中,人神經母細胞瘤細胞SH-SY5Y中TRIM46的表達最高。目前已經有實驗驗證報道的,是TRIM46在神經元的軸突起始段(axon initial segment,AIS)特異表達[1,5]。

3 TRIM46功能與相關疾病

3.1 TRIM46與腫瘤

迄今,TRIM46與腫瘤相關研究較少。從基因位置上看,人和小鼠的TRIM46基因均坐落于腫瘤靶點基因MUC1的下游,在人類1號染色和小鼠3號染色體中,兩個基因作為同一個基因簇的一部分。2015年國外的報道發(fā)現了在卵巢惡性腫瘤標本和細胞中特征性表達MUC1-TRIM46-KRTCAP2的嵌合RNA[30],而在非腫瘤卵巢組織中檢測不到該嵌合RNA。此外,胃癌的基因組關聯分析中顯示MUC1/TRIM46的SNP位點rs2070803與患者的生存預后密切相關[31]。功能研究方面,2016年Zhang等[2]報道了TRIM46是小鼠mir-1894-3p的靶基因,敲低TRIM46表達可抑制乳腺癌細胞的增殖和遷

移。隨后2017年又有國內研究報道[32],TRIM46通過抑制SH2結構域酪氨酸磷酸酶1(Src homology2(SH2)-containing tyrosine phosphatase1,SHP1)表達,促進HCT116結直腸癌細胞的增殖和侵襲。2019年的研究將FAM72B、GNE和TRIM463基因視為前列腺癌病人的預后基因表達分類器[33]。由于TRIM46與TRIM36序列高度相似,后者參與了細胞膜間的黏附[34],提示TRIM46也可能通過與細胞外基質互作,促進腫瘤細胞的增殖和遷移。最新的研究揭示了TRIM46通過促進PPARα的泛素化激活NF-κB信號通路參與骨肉瘤細胞存活和凋亡抑制的新機制[35]。

3.2 TRIM46與神經元極化

軸突始段(axon initial segment,AIS)在神經元極性形成、動作電位引發(fā)、以及腦損傷和腦疾病中起重要作用。研究證實,TRIM46特異定位于近端軸突,在AIS結構維持以及神經元極性的生成/維持中發(fā)揮了重要功能[1,4-9]。TRIM46可誘導平行微管束化[4],平行維管束通過跨橋連接而成,決定了神經元極化的方向[1,4]。同時這些維管束對于神經元軸突內的有效運輸也非常重要。TRIM46部分敲低,導致微管運輸增加,微管在遠端軸突異常積累[9]。但是,目前關于TRIM46蛋白在神經組織中參與神經元極化過程的機制尚不明確,研究很少,目前已知的是TRIM46組織軸突起始段的微管束化,決定極化的方向,可能是通過KIF3/KAP3/TRIM46轉運調節(jié)MARK2信號對軸突起始段進行時空組織構建[6]。如圖2所示,TRIM46與AIS其它蛋白成分480AnkG和NF-186等協同作用,參與軸突形成和神經元極化。

圖2 TRIM46參與近端軸突的微管組織Figure2 TRIM46participates in microtubule organization in the proximal axons

3.3 TRIM46與痛風、炎癥

TRIM家族與先天免疫相關[36],TRIM46也同樣可能在免疫類疾病的調節(jié)方面扮演重要角色。基因組關聯分析顯示,TRIM46的單核苷酸多態(tài)性(SNP)與血清中尿酸濃度相關[37]。高尿酸血癥與一種復雜的關節(jié)炎癥痛風相關。一項國內的研究顯示,TRIM46的兩個SNP位點rs4971101和rs2070803與痛風的敏感性密切相關[38],提示了痛風的遺傳因素,未來通過基因修飾動物構建也可解決痛風模型困難問題[39]。艱難梭菌B(Clostridium difficiletoxin B)誘發(fā)腸道炎癥導致腹瀉,嚴重可以致死。最新研究發(fā)現,TRIM46可作為一個新的免疫調節(jié)因子,調控艱難梭菌毒素B(TcdB)誘導的慢性炎癥[3]。具體機制是TRIM46參與DUSP1泛素化,TRIM46敲低表達抑制TcdB誘導的MAPKs與NF-κB信號激活和炎癥因子IL-1β和TNF-α的產生,反之,TRIM46過表達則促進炎癥。

3.4 TRIM46與副腫瘤綜合癥

副腫瘤綜合癥(paraneoplastic neurological syndromes,PNS),是一種與腫瘤產物相關的異常的免疫反應,可誘發(fā)神經、消化、內分泌和造血等多系統(tǒng)病變和相應的臨床癥狀出現。PNS病人血清或者腦脊液會存在各種抗神經元抗體,而這些抗體的檢測是PNS診斷和尋找潛在腫瘤的有用工具。最近研究報道發(fā)現,TRIM46抗體可在多種神經綜合征中檢測到,且與小細胞肺癌(small-cell lung carcinoma,SCLC)相 關[40]。TRIM46特 異 定 位 于AIS,而其他AIS成分蛋白抗體在PNS及其他神經疾病中已有報道。比如AIS另一成分蛋白NF186抗體可在外周神經病變中檢測到。

4 研究展望

TRIM家族蛋白具有3種類型的結構域:鋅指結構(RING finger)、B-box和卷曲螺旋(coiled coil)。B-box是引起炎癥反應的功能結構域,RBCC結構域決定了與微管細胞骨架的結合。CC結構域決定了蛋白自身的相互作用和同源二聚體的形成。TRIM蛋白還作為E3連接酶參與泛素化過程,轉移泛素到特定的靶點上。正是由于結構的多樣性,決定了其功能的多樣性。

TRIM46與家族其他成員類似,與細胞骨架相關參與微管組裝調控,也參與蛋白的泛素化,推測其與神經系統(tǒng)疾病或者精神類疾病有著密不可分的關系。同時,TRIM46目前的研究大多采用siRNA敲低其表達,離體條件下研究其功能缺損導致的表型變化。尚缺乏基因敲除動物或者轉基因過表達動物模型,以及利用動物模型開展的功能獲得或者功能丟失的條件下的活體表型研究。因此,TRIM46未來的研究可能會聚焦3大方向:神經系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)疾病以及腫瘤領域也將涌現出更多關于TRIM46作為腫瘤標記物或者預后標記物的研究。從技術手段上講,利用新的基因編輯技術創(chuàng)建TRIM46過表達或者敲除動物模型便于更好開展TRIM46新功能研究,以及與疾病相關的分子機制研究。