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WD40编码的P53RNA反义转录子基因和蛋白的功能研究

来源:wdwcms.com 时间:2019-11-06 编辑:生活散文

WD40编码的对P53的反义RNA(WRAP53)与P53 mRNA相互作用,以维持内源性P53 mRNA的稳定性,并进一步诱导P53的表达,从而发挥P53的抑癌功能。生化过程,例如细胞周期停滞,衰老,程序性死亡,自噬和代谢。 WRAP53蛋白[也称为端粒酶Cajal体蛋白1(TCAB1)或WDR79]是端粒酶核心蛋白,一种新型的端粒酶全酶。亚基。端粒酶全酶在维持端粒长度中起重要作用。随着细胞的增殖,健康的体细胞的端粒长度逐渐减少。随着细胞分裂数目的增加,端粒每拷贝DNA损失20-50 bp。当端粒缩短到一定程度时,它失去了保护染色体末端的功能。

1个WRAP53基因及其功能

1.1 WRAP53基因

WRAP53由基因命名委员会批准并批准,为正式名称。 WRAP53基因为55 135,位于染色体17p13上,全长1 837 bp,开放阅读框为1 647 bp。该基因具有三个初始外显子:1α,1β和1γ。 1α和P53的第一个外显子之一具有高达227 bp的反向互补序列,以及可以转录形成P53的天然内源性反义转录本WRAP53。 WRAP53和P53之间的重叠非常保守,人和小鼠之间几乎有91%的序列相同。 1β位于1α的下游,可以转录翻译WRAP53蛋白。该蛋白属于WD40家族,参与许多重要的生化过程,例如程序性细胞死亡,循环调节,蛋白酶降解和RNA代谢。 WRAP53蛋白在十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳泳道上包含548个相对分子质量为7.5 x 104的氨基,在人体肿瘤细胞中普遍存在。 1γ与P53的第一个内含子反向互补。

1.2 WRAP53基因的功能

P53是一种抑癌基因,可响应癌基因激活和其他应激反应而触发细胞周期停滞和程序性细胞死亡。在正常情况下,P53在预防人类癌症中起关键作用。在肿瘤发生中,P53突变是最常见的遗传变异,其功能丧失是癌症发展的主要因素。 WRAP53对P53的调节在P53抑制癌症中起着重要作用。

WRAP53通过与P53 mRNA的靶片段结合形成WRAP53-P53杂交以保护内源性P53 mRNA免受降解,从而维持P53蛋白的水平和生物学功能。此过程存在于人骨肉瘤细胞系U2OS,人乳腺癌细胞系MCF-7和人结肠癌细胞系HCT116中,并在转录后水平受到调控。敲除WRAP53后,P53 mRNA和P53蛋白水平将降低。研究表明,WRAP53α的小干扰RNA(WRAP53α,siWRAP53α的小干扰RNA)可以将P53 RNA水平下调83%,而siWRAP53β和siWRAP53γ则不能,并且siWRAP53α不会影响WRAP53的表达。该结果表明,仅由外显子1α编码的产物能够调节P53 RNA。研究还表明,P53 mRNA的表达水平是WRAP53的100倍,这表明天然的反义转录物及其受调控的转录物通常以低水平表达。顺铂可以通过上调WRAP53基因的表达水平来上调。 P53的水平进一步产生抗癌作用。此外,WRAP53基因还调节P53突变表达的水平。在表达突变的P53的宫颈癌C33A细胞中,敲除WRAP53基因可使突变的P53 mRNA的表达水平降低30%40%。该结果还增加了WRAP53的未来靶向性,治疗以及P53突变相关肿瘤疾病的可能性。

2 WRAP53蛋白及其功能

2.1 WRAP53蛋白

WRAP53蛋白是由WRAP53外显子1β的转录翻译产生的。人端粒酶的大小为0.652×109,包括端粒酶逆转录酶(TERT),端粒酶RNA组分(TERC)和dyskerin(Dyskerin,Dys)。其蛋白质与Dys有关。研究人员通过高灵敏度质谱法纯化Dys复合物,发现了WRAP53,并检测了其未知功能,例如CB中端粒酶的积累,端粒延长和运动神经元的存活。 SMN)定位到CB等。

2.2 WRAP53蛋白的功能

2.2.1 WRAP53参与CB的形成CB是细胞核中的亚细胞结构,既是球体又是细胞核结合的细胞器,参与许多核功能,包括核糖核蛋白(RNP)的成熟,剪接形成和蛋白质mRNA加工,RNA聚合酶装配,端粒酶起源和组蛋白基因转录。此外,CB也是内源性端粒酶转运的基础。作为CB的主要成分,P80螺旋蛋白是最丰富的蛋白之一,被认为是鉴定CB的标记。螺旋藻对于CB的形成,稳定其分子组成和功能至关重要。并且CB中多个分子的相互作用对于维持CB完整性也至关重要,例如SMN,WRAP53和螺旋蛋白定位。 WRAP53和螺旋蛋白是CB必不可少的结构成分。研究人员发现在人类宫颈癌细胞中的Haila细胞,人类骨肉瘤细胞U2OS,人类乳腺癌细胞MCF7等细胞中:CB中有丰富的WRAP53,WRAP53与CB中的螺旋蛋白结合并共同形成CB的支架蛋白;在WRAP53缺陷的细胞中,形成的CB将分解并且没有新的CB形成,并且螺旋蛋白和SMN将积聚在核仁中。也就是说,WRAP53是CB的基本组件,对于CB的形成和维护至关重要。它可以与螺旋蛋白和SMN相互作用,参与其在细胞核中的分布。 WRAP53通过WD40结构域和456-533个氨基酸的C末端区域与螺旋蛋白和SMN相互作用,从而将WRAP53定位到CB。如果没有上述任何域,则WRAP53不能准确地定位到CB。 WRAP53的过表达会阻止CB的形成,从而导致螺旋蛋白和SMN被错误地定位在核质中。组成CB的螺旋蛋白的丢失和过表达对CB具有相似的负面影响。这进一步说明WRAP53参与了CB的形成。

2.2.2 WRAP53参与端粒酶的定位。端粒酶是参与端粒合成的RNP复合物。活性人端粒酶由三个核心部分组成:TERT,TERC和Dys。 H/ACA结构域存在于TERC和两组非编码RNA中,即小Cajal体相关RNA(scaRNA)和小核仁RNA(snoRNA)。可以识别H/ACA域的RNA结合蛋白,并与TERC结合以维持TERC的稳定性。

在人类癌细胞中,端粒的端粒酶延长需要多个步骤,包括端粒酶RNA的产生,总酶的组装,核转运以及端粒酶向端粒的转移。该过程可以是:首先存在于核仁中并彼此结合的未组装的TERC和蛋白质,例如核糖体,剪接等。然后将端粒酶RNP与TERC结合产生活性端粒酶,端粒酶RNP通过与TERT的相互作用保留在核仁中。然后,通过TERC上CAB保守序列框架与WRAP53结合,端粒酶RNP被转运至CB。最后,含有端粒酶RNP的CB与端粒结合。端粒酶起延伸端粒的作用。研究表明端粒酶首先在S期的核仁致密纤维成分中形成,并通过TERT与核仁蛋白的相互作用保留在核仁中。然后端粒酶与WRAP53相互作用并离开核仁。并找到CB。如果WRAP53的质量低于某个阈值,端粒酶与核仁蛋白的结合将增加,导致端粒酶保留在核仁中。

端粒酶需要定位于CB才能发挥功能,以延长端粒。 WRAP53与TERC上CAB保守序列框架结合,以指导TERC定位并在S期将TERC转运至端粒。在此期间,TERT也被招募回CB以形成活性端粒酶。端粒酶活性在S期达到峰值,并通过CB进一步分布在端粒上,以完成端粒的延伸。该过程在端粒酶核心组分的组装完成后进行;虽然端粒酶全酶位于端粒上,但端粒保护蛋白1(TPP1)可以增强其活性。其他因素有待进一步研究。该过程可能是人类TERC特有的,因为鼠TERC可以独立于CB独立完成端粒延长,这可能与WRAP53直接与端粒酶转运到端粒过程中相关蛋白的相互作用有关。

WRAP53与端粒酶的三个核心成分相互作用,指导端粒酶在CB中的定位。 WRAP53可以特异性结合包含4个核苷酸序列的scaRNA。该4-核苷酸序列被称为CAB保守序列框架,并且是scaRNA的特征之一,并且也是CB定位信号。 TERC既是scaRNA家族的成员,又是端粒酶全酶的一部分。 CAB保守序列盒位于TERC的3'发夹环上,这可能是端粒酶定位于CB的机制。此外,WRAP53和Dys的直接作用还与端粒酶在CB中的定位有关。 Dys和WRAP53的作用不受RNaseA的影响,这表明两者之间的相互作用应通过蛋白质与蛋白质的相互作用来实现。 TERT与WRAP53的结合对RNaseA敏感,表明端粒酶和WRAP53的作用取决于TERC。总之,WRAP53在S期与大多数TERT和TERC具有稳定的关系,因此应成为端粒酶全酶和Dys的一部分。

WRAP53在核仁中的位置在细胞周期中是动态的。含有WRAP53的端粒酶最初在S的早期组装在核仁中,然后在S期的中后期迅速转移到核内的CB中。 WRAP53的缺乏对TERT,Dys和TERC的表达没有影响,但对端粒酶的功能也没有影响,但会降低CB中的端粒酶,最终导致难以维持端粒的长度。核仁中的WRAP53对于端粒酶组装不是必需的,但对于组装后定位到CB而言则是必不可少的。因此,WRAP53的正确表达控制着端粒酶和人类癌症的精确定位。细胞中端粒的合成特别重要。

2.2.3 WRAP53将SMN定位为CB SMN作为剪接调节蛋白,它参与细胞质中小核仁核糖核蛋白(snRNP)的形成,并对CB的结构产生重要影响。 Importinβ是一种核输入受体。 SMN复合物可以使snRNP进入细胞核,并通过与输入蛋白β结合而进一步定位于CB,并参与CB的形成和成熟。 SMN与输入蛋白β的结合使SMN可以进入细胞核,而与螺旋蛋白的相互作用可以使SMN定位于CB。 WRAP53可以指导SMN复合物在CB上的定位,并且WRAP53的适当表达对于SMN-螺旋蛋白和SMN-输入蛋白β复合物的形成非常重要。这些不仅可以在形成的CB中发生,而且可以在形成的CB中发生,从而调节CB的形成。仅当WRAP53与spirin或SMN相互作用时,它们才能正确定位在CB上。

WRAP53的缺乏将减少输入蛋白β与SMN的结合以及SMN在细胞质中的积累。 WRAP53的过表达将导致SMN在细胞核中的定位错误,而缺少SMN不会影响WRAP53的分布。人们认为,由于SMN和spirin直接结合,WRAP53可以通过缩小相关蛋白之间的距离而不是与它们相互作用来从细胞质转运SMN。但是,目前的研究表明WRAP53和SMN都在细胞质和细胞核中相互作用。到细胞核。 SMN1基因中的突变可以减少SMN和WRAP53之间的结合。这种现象存在于1型脊髓性肌萎缩症(SMA)患者中,这是最严重的SMA类型,也是导致全世界婴儿死亡的最重要的基因突变之一。主要原因是SMN与WRAP53的结合减少,细胞核中SMN减少,减少的程度也与疾病的严重程度有关。 Mahmoudi等人发现,SMA患者细胞中SMN与WRAP53的结合降低了83%。

2.3 WRAP53和肿瘤

WRAP53在癌细胞系和临床肿瘤样品中高表达,其蛋白质含量比正常细胞高20倍。 WRAP53在高分化人鼻咽癌细胞系CNE1,人口腔鳞状细胞癌衍生细胞HSC-3,人舌鳞状细胞癌细胞系CAL-27和腺样囊性癌细胞系ACC2中的表达均显着高于健康人。牙周膜细胞和牙髓细胞。 WRAP53在Haila细胞,人骨肉瘤细胞U2OS,人肺癌细胞H1299和人结肠直肠腺癌细胞SW480中高表达,其次在人乳腺上皮细胞中表达MCF10A,但在成纤维细胞HDF,人脐静脉内皮细胞和其他非成纤维细胞中表达很弱。转化细胞。小鼠胚胎成纤维细胞系NIH 3T3培养3周后,WRAP53的过表达可增加克隆大小并促进健康细胞的转化四倍。 WRAP53与癌症的预后相关。 WRAP53的表达越高,预后越差。沉默WRAP53基因可以显着抑制肿瘤细胞的生长和致瘤性。稳定和低表达WRAP53的头颈部鳞状细胞癌细胞的增殖和侵袭力在体外显着降低,并改变了细胞周期。还发现WRAP53的干扰可以诱导几种细胞内肿瘤相关途径的变化,例如P53,磷脂酰肌醇-3-激酶-蛋白激酶B,细胞周期和程序性细胞死亡。死亡,Janus激酶信号转导子和转录信号转导通路激活剂等。在WRAP53干扰组中,移植肿瘤的数量明显少于对照组,并且细胞增殖能力下降,程序性细胞死亡显着增加,并且新的微血管数量减少了。另外,将WRAP53 siRNA转染到肺腺癌细胞系A549中可以显着抑制WRAP53及其蛋白的表达,从而抑制端粒和端粒的结合。下调细胞周期蛋白依赖性激酶CDK6的表达,诱导细胞G1和S阻滞,从而抑制癌细胞的增殖。

在转移性恶性肿瘤中,具有活性WRAP53表达的细胞在放疗后经历了更频繁的程序性死亡,这可能与WRAP53的较低表达水平相关,并且更容易受到辐射消耗。此外,远处转移性肿瘤和原发性肿瘤本身的生物学特征和临床特征也存在差异。 WRAP53缺乏凋亡诱导程序性细胞死亡的机制可能是由于线粒体途径的刺激:主要是促凋亡基因,B细胞淋巴瘤2相关蛋白X(BAX)和B。淋巴瘤2同源拮抗剂(BAK)信号转导途径,线粒体膜电位丧失和细胞色素c。 B细胞淋巴瘤2的过表达可防止此类程序性细胞死亡。WRAP53与放射敏感性也呈反比关系。剔除WRAP53基因的人鼻咽癌低分化CNE2细胞株的放射敏感性明显高于对照组。端粒长度短于对照组,提示端粒酶不能在WRAP53阻断后有效合成端粒。辐射诱导的DNA双链损伤无法及时有效地修复,从而加速了程序性细胞死亡并最终提高了细胞的放射敏感性。 WRAP53表达越高,放射敏感性越低。

2.4 WRAP53与先天性角化病

先天性角化病(DC)与端粒长度的缩短有关。 DC患者具有更高的骨髓损失,肺纤维化和癌症风险,并且具有口腔粘膜白斑的三种经典皮肤特征,异常的皮肤色素沉着和指甲营养不良。所有类型的DC与外周血淋巴细胞中的短端粒有关。 DC患者中WRAP53基因有错义突变。这种突变降低了内源性WRAP53的表达水平,并防止了突变的WRAP53位于CB上。研究表明,内源性WRAP53的减少会导致Dys,TERC等在CB上的定位显着降低,最终导致端粒缩短。由TERT或TERC突变引起的常染色体显性遗传DC的症状较轻。例如,有些患者通常没有如上所述的表皮三联征;由WRAP53突变引起的常染色体隐性DC患者通常具有典型和严重的疾病表现,通常发病较早,并且预期寿命相对较短。

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