Micro RNAs(miRNAs)是一种内源性、非编码的单链小分子RNA,长度为21~25nt(少数小于20nt)〔1〕。人类Let-7miRNA家族包括Let-7a-1、7a-2、7a-3、7b、7c、7d、7e、f7-1、7f-2、7g、7i、miR-98和miR-202等,是细胞完全分化的标记。大量研究证实Let-7家族绝大部分成员在肺癌、鼻咽癌、卵巢癌、乳腺癌、喉癌细胞、结肠癌、前列腺癌等恶性肿瘤中的表达水平显着下调,其中Let-7a下调最为明显,且肺癌和乳腺癌细胞中Let-7a的表达水平与患者的生存时间呈正相关〔3-7〕。
Lin28有一个RNA结合区域和2个逆转录病毒类型的CCHC锌指结构,其定位主要在细胞质,有同源异构体Lin28A和Lin28B。研究发现在哺乳动物的早期胚胎干细胞中,Lin28表达十分丰富,而在成熟细胞中Lin28的含量极低或缺失。
将Lin28与其他3个因子Nanog、Oct-4和Sox-2联合转入到人体上皮细胞中,可共同作用将其重塑为多能干细胞,有力说明了Lin28具有维持细胞未分化状态的功能。肿瘤干细胞不仅是肿瘤的起源,而且与肿瘤的进展、转移、治疗的耐受性以及肿瘤正规治疗后复发等均相关。当诱导干细胞分化后,发现Lin28的表达水平下降。研究发现作为干细胞指标的Lin28与肿瘤干细胞特性的维持和miRNA Let-7的加工成熟等具有重要的相关性。
普遍认为,Lin28和Let-7是一对相互抑制和负向调控的因子,故被称为双向负反馈轴或调节环。本文对近年Lin28/Let-7调节环的分子作用机制和相关影响因子的研究进展作一简述。
1 Lin28/Let-7调节环的分子作用机制
Let-7前体有2个不同的与Lin28结合的区域。第2个区域包括干前因子和干前因子环,Let-7前体旋转结构可减少与Lin28的结合点;另一个是位于Let-7前体3'GGAG,虽然所有前因子序列不多,如没有干前因子和干前因子环,Let-7家族仍可保存GGAG四核苷酸区,显示GGAG是独立结合区。在减少邻近核苷酸或增加CSD结合区距离情况下对Lin28结合无影响。这2个独立结合区也解释了Let-7变化的链状序列和Lin28结合高度特异性和亲和性。
Lin28和Let-7相互作用范围确保抑制Let-7加工。Lin28结合体可能通过2条途径调节Let-7前体:①Lin28担任成熟的双链融解楔子,并弯曲Let-7前体GGAG区使其本身在一条线上形成特殊结构,结果导致Dicer不能正确识别它的作用底物;利用Lin28的CCHC×2结合区(CCHC×2主体区)和穿过CSD域间链结区N终端区,Lin28可能会撞击Dicer双链区域并掩盖其中一个分裂区。
Lin28和Let-7的高分辨率晶体状结构。Lin28的CSD区域和CCHC×2区域与RNA的2个单链相互作用。前E环回路包括CSD局部突起,可以广泛接触前E环回路周,功能如领带环绕后形成环后的领带结。不同的复合物最常见是缩短CSD和CCHC×2之间的链接和可预期的灵活性。RNA的序列和结构导致Let-7前因子与CSD的特异性结合。Lin28的CSD区域和Let-7干前E环的详细分析显示RNA序列和构造之间的特异性。
Zn区 和Let-7前体的相互作用。Lin28的CCHC区域为与底物的小数量核苷酸最大化提供有利因素。GGAG和CCHC×2的结合,形成独特的RNA骨干。CCHC×2区域结构和大多数有利相互作用的结构一样,除了Let-7g前体EM区的2个非晶体结构之间有轻微差异。Lin28和Let-7前体全程相互作用。
2 Lin28/Let-7调节环的相关影响因子
2.1原癌基因C-myc
人C-myc基因定位于第8条染色体上,包括2个内含子和3个外显子。C-myc对细胞具有双重作用,一方面可刺激细胞增殖,另一方面促进细胞凋亡。研究认为结肠癌、宫颈癌、胃癌、鼻咽癌、喉癌、乳腺癌及霍奇金病等都有myc基因扩增或过度表达〔6〕。Lin28、Let-7、C-myc三者共同构成复杂的负反馈调节环。
C-myc调节Lin28导致Let-7受到抑制但不会影响其转录的表达。Lin28高表达抑制Let-7,导致Let-7低表达,Let-7对Lin28和C-myc起反馈抑制调节作用〔7〕。
2.2癌基因Ras
Ras基因是在细胞恶变过程中起引发作用的原癌基因.其表达蛋白为ras蛋白,又称为ras-p21。RAS基因家族包括H-ras、K-ras、N-ras3种家族成员,分别来源于人膀胱癌、肺癌、神经母细胞瘤细胞株。
H-Ras过度表达导致鼻咽癌发生和发展。ras-p21在与PI3K-AKT通路间存在相互作用。Ras主 要 通 过Raf/MEK/ERK和PI3K/PTEN/AKt3条通路介导肿瘤发生。Lin28/Let-7与原癌基因Ras的3'UTR结 合,负 调 控Ras表 达。
Let-7与Ras呈负调节,Let-7负调节Let-60/Ras,经过RET/PTC-Ras-BRAF有丝分裂原蛋白激酶通路,担任肿瘤抑制基因功能〔7-8〕。
2.3癌基因高迁移率族蛋白
高迁移率族蛋白 (high mobility group AT-hook 2,HMGA2)表达在干细胞和许多肿瘤细胞,包括许多肿瘤起始细胞,但在正常人类躯体细胞不表达。在许多肿瘤中,HMGA2过度表达和肿瘤较差的预后以及肿瘤的转移有关〔9〕。研究显示HM-GA1、HMGA2和肿瘤切除术后的基底修复有关,主要保护肿瘤细胞DNA免受 化 疗 损 害〔10〕。在MMS介导DNA损伤后,HMGA2具有很好保护人类UTC细胞修复的功能,显示HMGA2在不同范围肿瘤细胞具有保护功能。并且根据MMS破坏的DNA条带,HMGA2在Ser428和Ser296引起ATR和CHK1的高度磷酸化,支持HMGA2阻碍高度磷酸化的目前观察,并在Thr2609和Ser2056位置在阿霉素介导DNA作用下破坏延长依赖DNA的蛋白K酶催化亚群(DNA-PKC)〔11〕。Lin28/Let-7与HMGA2的3'UTR结合,负调控HMGA2表达。
2.4 RE1沉默转录因子
RE1沉默转录因子(REST)是一种肿瘤抑制基 因,能 够 抑 制 一 种 名 为microRNA-21或 者miR-21的特定小RNA分子。REST具有维持胚胎干细胞的自我更新能力,也就是细胞克隆更多自己的能力,同时REST保持了胚胎干细胞的多能性,即胚胎干细胞分化为体内任何种类细胞的能力。REST广 泛存在于无神经组 织 包 括 结 肠 上皮〔12〕。组织如缺乏REST的表达,会为肿瘤细胞的演变提供有利条件〔13〕。Lin28是REST的直接转录目标,失去REST调控将导致Lin28上调。
2.5核糖核酸内切酶-Ⅲ:Drosha酶和Dicer酶
Dicer是核糖核酸内切酶-Ⅲ(RNase-Ⅲ),是一个相对分子质量约200 000的多结构域蛋白质,是RNase-Ⅲ家系蛋白中结构最复杂的蛋白,通常含有6个结构域:1个RNA解旋酶-DEXH盒子、2个RⅢ和1个dsRNA结合结构域、1个结合dsR-NA末端的折叠的DUF283、1个含结合dsRNA折叠的DUF283、1个 结 合dsRNA末 端 的PAZ。
Dicer酶是一种多结构域的RNaseIII蛋白。包含1个RNA解旋酶 结构域、1个PAZ结 构 域、1个DUF283结构域、1个双链RNA结合域(dsRBD)和2个RNasenl域。Dicer比RNaseⅢ家族其他成员多1个PAZ结构域,该结构域对酶的功能起着重要作用。
Drosha是RNase-Ⅲ家族成员,Drosha主要存在于细胞核内,具有2个RNase-Ⅲ结构域和1个dsRBD、1个功能未知的氨基酸末端延伸区域。近来 研 究 发 现,Drosha和Dicer在 成 熟 的miRNA两 端,miRNA的 形 成 过 程 中 需 要 作 为RNase-Ⅲ家族成员的2种酶Drosha和Dicer催化,Dicer酶与Drosha酶对miRNA的产生共同起作用。
Drosha酶定位在细胞核内,而Dicer酶则定位在细胞质起作用。miRNA基因在细胞核内主要转录后产生pri-miRNA,pri-miRNA在核内再经加工成合成约70nt的pre-miRNA。Pre-miRNA被转运出核,在细胞质中被Dicer酶和其他因子作用,加工后合成22nt的miRNA〔15〕。最近研究表明,Dicer和Droaha表达量改变与肿瘤发生有关,在肺癌等肿瘤中均有改变〔16-17〕。
2.6细胞核因子酉乙蛋白
细胞核因子酉乙蛋白(NF-κB)是一种由2个Rel蛋白单体组成的二聚物转录因子。在Lin28/Let-7轴中,Lin28B已被证明是NF-κB和Myc的直接转录基因〔6,18〕。NF-κB在许多肿瘤中活跃,也可以被化疗药或类肿瘤性炎症激活,是一种有效治疗癌症的合适靶基因。
NF-κB可以调节Lin28B,也可 以 直 接 刺 激C-myc转录提高间质转化(EMT)〔19〕。通过激发各种转录因子(Snail、ZEB1、ZEB2、Twist),NF-κB可以压抑E2钙黏附素基因的转录功能,也可以提高EMT 2个关键性因子波形蛋白和MMP-9的转录功能〔20〕。并且,NF-κB在其他许多途径对肿瘤扩展、血管再生和化疗耐受性提高干扰,所以,在使用二甲双胍治疗癌症干细胞、EMT和化疗耐受性时,降低NF-κB活性提示可能被证明是一个特别合适的互补策略。
Let-7家族被认为是肿瘤干细胞及其特异性间质转化、化疗耐受性关键中介控制因子,这一点已在大量具有侵袭性恶性肿瘤中得到证实。NF-κB和Myc是Lin28B关键性转录激活剂,抑制Lin28A/Lin28B活性可以提高Let-7表达,这在肿瘤治疗中具有重要作用。
3 Lin28/Let-7调节环的应用前景
临床上恶性肿瘤的治疗包括手术切除、放疗、化疗以及生物分子靶向治疗,生物分子靶向治疗在肿瘤综合治疗中发挥着日渐重要的作用。Lin28/Let-7调节环的下游靶基因多数还不明确,进一步研究Lin28/Let-7调节环及其靶基因的相互关系在肿瘤中的发生、发展中的具体作用机制,有可能是癌症治疗的新起点。
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