生發中心相關核蛋白研究進展

廖燕意,黃世慶,李也鵬

(1.右江民族醫學院附屬醫院腫瘤化療科,廣西百色 533000;2.右江民族醫學院研究生學院,廣西百色 533000)

生發中心相關核蛋白(germinal center-associated nuclear protein, GANP)是一種小分子的編碼蛋白,參與構成mRNA 輸出支架蛋白、影響mRNA核輸出、調節DNA的修復、保護細胞延緩衰老、促進B細胞活化、產生高親和力抗體等一系列生物學過程,涉及細胞生長調控、免疫系統活化及腫瘤調控等領域,影響著人類的健康。從最初發現至今近20年里,隨著研究的深入,已經明確GANP參與了體內許多重要生理活動,具有許多生物學特點,是一個多功能的蛋白質。但由于該蛋白包含許多功能域,并與其他分子相互作用與關聯,仍有許多復雜的體內功能尚未完全清楚。因此,筆者對生發中心相關核蛋白目前的研究進展進行綜述,為后續探索蛋白更多功能特性奠定基礎。

1 GANP的分子特點

GANP是最初于小鼠生發中心B細胞上表達而被人們所認識,在哺乳動物中廣泛表達的編碼蛋白。人類的GANP位于第21號染色體上,由1980個氨基酸組成,含有苯丙氨酸-甘氨酸(FG)重復序列、DNA引物酶區、Sac3保守區和乙酰轉移酶區等多個功能域,其中DNA引物酶和乙酰轉移酶區域這兩個結構域比較特殊,僅在高等真核生物中檢測到[1]。DNA引物酶區位于GANP的氨基(N)端,結構域長約150個氨基酸,與DNA引物酶p49相似,參與調節細胞增殖[2]。乙?；鞍?3(MCM3-acetylating protein,MCM3AP)位于GANP的羧基(C)末端區域,被認為是GANP選擇性剪接產生的短形式,具有乙酰轉移酶的活性,并在發生突變后臨床表現為多變神經肌肉相關系統疾病[3]。釀酒酵母Sac3參與肌動蛋白組裝、影響細胞周期轉換,進而調控DNA同源重組的表達與mRNA代謝過程[4]。GANP是釀酒酵母Sac3同源系物,Sac3結構域中的GANP錯義變體成簇,可影響mRNA的代謝過程,為神經系統疾病的發生奠定表型的基礎;此外GANP的短接體-MCM3AP在Sac3結構域外變異也能導致核膜GANP減少,進而影響核膜維持其正常的超微結構[5]。

GANP除了影響mRNA的代謝進程,還具有抑制哺乳動物細胞中β-半乳糖苷酶基因中DNA重組的能力,發揮抑制哺乳動物細胞中的DNA超重組的作用[6],維持人類基因組DNA的穩定性至關重要。

2 GANP的生物學特性

2.1 GANP與DNA的相關特性異常DNA的復制是腫瘤發生的驅動力之一[7]。微小染色體維持蛋白(minichromosome maintenance complex component 3,MCM3)是參與真核生物基因組復制啟動的關鍵蛋白,通過乙酰化后結合染色質,在細胞分裂的合成期(synthesis phase,S期)抑制DNA的復制[8]。GANP通過一種磷酸酶成分(G5PR)與MCM3結合[9],參與調節細胞的磷酸化狀態,在基因組穩定性中起作用。DNA損傷與修復(DNA damage repair, DDR)的動態平衡是維持基因組穩定的關鍵,DNA損傷的累積及DDR功能減弱,共同促進腫瘤發生、發展[10]。DNA雙鏈斷裂(double strand break,DSB)提示DNA的嚴重損傷[11],為探究GANP在DNA損傷修復系統中的作用,研究者在GANP缺陷且高親和力抗體生成受損狀態下,觀察生發中心B細胞雙鏈DNA斷裂的情況,結果發現B細胞中免疫球蛋白區域雙鏈DNA斷裂的水平與GANP的表達相關[12],為此掀起了GANP與腫瘤相關的研究熱潮。在GANP與惡性膠質瘤(malignant gliomas, MG)相關的研究中,發現MG具有非整倍體和染色體不穩定性的惡性特征,對101例成人惡性膠質瘤病例的研究結果發現GANP低表達的情況多出現在惡性程度高的病例上[13],由此研究者提出GANP在DNA損傷引起的細胞衰老中發揮作用。炎癥是參與DNA損傷和干擾DNA修復的重要因素[14]。膽管癌(cholangiocarcinoma, CCA)是長期炎癥后導致腫瘤發生的模型代表,GANP在不同分化程度的CCA病例中表達量上存在差異,即GANP在低分化預后差的CCA細胞核中的表達水平較高[15],GANP的異常過表達提示長期的炎癥導致DNA損傷的積累[14],DNA修復受損,最終向著CCA發展。綜上可知,GANP在不同腫瘤的表達量存在差異。既往研究提示GANP可以抑制雌激素暴露誘導所致的DNA的損傷,對乳腺癌(breast carcinoma, BC)的發生具有抑制作用。BC是全球女性常見且致死率高的惡性腫瘤,近年來我國BC發病率和死亡率呈現上升趨勢[16]。現有研究提示雌激素水平與BC中雌激素代謝相關酶基因多態性之間密切相關[17]。研究者測定416例不同階段人類乳腺癌樣本的GANP含量,結果發現GANP表達顯著降低多出現于預后不良的病例中,為此推測人乳腺癌組織中GANP的表達與預后相關,進一步的研究更是證實GANP的G等位基因上的rs2839178位點與乳腺癌罹患風險及延長乳腺癌患者的無病生存期(disease-free survival,DFS)均具有相關性[18],因此GANP與乳腺癌的發生發展及預后具有相關性。無獨有偶,GANP還是睪丸生殖細胞腫瘤的易感基因之一,被認為對原始生殖細胞的生物遺傳學控制具有重要意義。睪丸腫瘤(testicular germ cell tumors)是男性生殖系統常見腫瘤,其中以睪丸畸胎瘤最為常見,2020年相關數據統計顯示,其發病率呈持續增長趨勢[19]。為探究GANP與人睪丸畸胎瘤的關系,學者對31例人類青春期后睪丸畸胎瘤的GANP進行測定,結果提示所有病例均出現GANP過表達的情況,除此之外,在正常皮膚中沒有表達的GANP在畸胎瘤患者皮膚組織中表達增加,最后在畸胎瘤小鼠模型解釋了GANP的過表達加快了原始生殖細胞的細胞周期進程,使得精原細胞的第一次減數分裂失調,導致原始生殖細胞源性睪丸畸胎瘤[20]。

2.2 GANP與mRNA的相關特性RNA根據是否被翻譯的用途被分為編碼RNA與非編碼RNA[21]。信使RNA(mRNA)是編碼RNA中的一類,提供蛋白質翻譯的模板,參與DNA遺傳信息的傳遞[22]。mRNA由于包含巨量的堿基,需要在轉接因子(NXF1)的協助下通過轉錄和輸出復合物-2(TREX-2)完成向細胞質輸出成熟體的過程[23]。轉錄和輸出復合物(transcription-export)簡稱“TREX”,是由10多種蛋白構成,構成復雜。GANP作為轉錄和輸出復合物-2(TREX-2)的亞基,是構成mRNA輸出機制的重要組成部分[23],參與哺乳動物細胞核中特定類別mRNA的選擇性核輸出[24],從而提高哺乳動物細胞中 mRNA 核輸出的效率[25]。mRNA 輸出是基因表達的關鍵步驟。mRNA的輸出失調可出現編碼改變、引發特定轉錄物的輸出、增殖、存活等情況,最終導致特定疾病與腫瘤的發生[22]。為此作為mRNA 輸出復合物中的組成部分,GANP是否參與腫瘤的發生與演進備受人們關注。p53基因是一種腫瘤的抑制基因,其編碼的蛋白作為轉錄因子控制細胞周期的啟動,常在惡性腫瘤中出現基因突變[26]。研究發現GANP在被敲低表達后,細胞內p53的含量出現下調,p53含量降低的腫瘤細胞則出現選擇性的凋亡和壞死[27],由此印證了GANP通過影響抑癌基因p53的表達進而調控腫瘤細胞的凋亡和壞死,參與腫瘤的發生發展。除此之外,GANP的缺陷影響mRNA輸出,出現周圍神經病變伴或不伴智力發育受損,甚至出現常染色體隱性遺傳性早發性周圍神經病[28]。

2.3 GANP與B細胞的相關特性次級淋巴濾泡是指靜止的初始B細胞在受抗原刺激后所形成的特定區域,且具有分化漿細胞并產生抗體的特點[29]。GANP最初就是在外周淋巴器官的次級淋巴濾泡生發中心表達上調而被人們所認識[1]。適應性免疫應答(adaptive immune response)是指體內抗原特異性淋巴細胞接受抗原刺激后,自身活化、增殖、分化為效應細胞,產生一系列生物學效應的全過程[30]。適應性免疫的產生依賴于B細胞在生發中心(GC)中受到T細胞依賴性抗原(TD-Ag)刺激后產生克隆擴增,同時伴隨著可變區的體細胞超突變和B細胞抗原受體的類別轉換[31]。GANP則通過調控轉錄核小體來調節胞苷脫氨酶(AID)進而參與生發中心體細胞超突變和高親和力抗體產生的過程[32],還調節了B細胞受體信號轉導的過程。Src家族激酶(SFK)是一類非受體酪氨酸激酶,是大量細胞內信號傳導途徑的關鍵調節劑[33],蛋白酪氨酸激酶(Lyn)隸屬Src家族,Lyn的缺失可導致包括GANP在內的許多編碼蛋白質的基因下調,這些蛋白質基因表達下調進一步影響了B細胞受體信號轉導、轉錄、增殖、免疫、炎癥反應等一系列過程。在Lyn缺陷小鼠中觀察到GANP存在表達變化,深入研究后明確了Lyn可通過GANP來控制生發中心的形成與增殖[34]?；羝娼鹆馨土?HL)是淋巴生發中心B細胞來源的腫瘤,以腫瘤細胞具有獨特B細胞和巨噬細胞雙表型特征為特點[35]。既往研究發現GANP在HL的HRS細胞上異常過表達,GANP基因突變的轉基因小鼠淋巴瘤發生率也比一般小鼠高,由此推斷GANP過表達與淋巴瘤發病相關;最后在細胞層面實驗最終驗證:GANP可引起B細胞和巨噬細胞間的轉分化,除此之外還與霍奇金淋巴瘤形成具有協同關系,同時GANP在HRS細胞上表達的信號分子CD40下游相互作用,為HL靶向治療提供新思路[35]。

3 結語

近20年來,GANP從開始發現時于生發中心表達上調到如今作為關鍵因子參與構成mRNA 輸出支架、影響mRNA核輸出、調節DNA的修復、保護細胞延緩衰老、促進B細胞活化、產生高親和力抗體等許多作用,涉及血液、免疫、神經等眾多系統與領域。目前還發現GANP在淋巴瘤、睪丸畸胎瘤、乳腺癌等腫瘤出現表達量的差異,這種差異的背后是否對腫瘤診斷及預后具有意義,是否能為腫瘤的防治提供新思路,需要待我們日后更進一步的探索與研究。