kiaao157蛋白的研究进展

KIAA0157 蛋白质的结构特点 KIAA 数据库是 1994 年由 Kazusa 基因研究中心建立的， 主要是分析人类新的 大片段 cDNA 编码的蛋白质。自该数据库建立至今已有 2037 个成员， 而且还在不断升级增加蛋白质的信息，现在已经建立了 HUGEppi 和 ROUGE 两个附属数据 库，随着人类蛋白质组计划的实施，很多临床上难以攻克的疾病都回归到功能蛋白组学研 究上，因此，Kazusa 基因研究中心将重点转移到 KIAA 蛋白的功能研究。越来越多的科研 人员开始将目标锁定在这些大蛋白的功能研究9。 KIAA0157 是 KIAA 数据库中一个新 蛋白质，又叫 ABRO1（Abraxas Brother 1）或者 FAM175B，人类 KIAA0157 基因定位于 10q26.13 号染色体上，该基因全长 2958bp，由 415 个氨基酸组成。KIAA0157 是 FAM175 家族中的一个成员，该家族包含 FAM175A（ABRA1）和 FAM175B（KIAA0157）两个成员，KIAA0157 是 ABRA1 的兄弟蛋白，所以又称为 ABRO1，这两个蛋白质在氨基酸组成上具有 39%同源性10。目前对于 KIAA0157 蛋白 质结构域不是十分清楚，生物信息学分析发现它包含 ABR domain 和 Coiled-coil domain 两 个结构域10。ABR domain 中还包含一个 MPN-（Mpr1/Pad1 N-terminal region lacking catalytic activity） domain，MPN-domain 缺少酶切割活性所必须的与 Zn2+结 合的保守残基，因此，KIAA0157 不可能具备 MPN+/JAMM domain 的去泛素化酶催化活 性11。ABRA1 的 ABR domain 能结合 NBA1 和 BRE，Coiled-coil domain 能结合 BRCC36，这两个结构域通常介导多种蛋白质的相互作用，是发挥 ABRA1 支架蛋白作用 的关键11。因此我们推测 KIAA0157 很可能通过 ABR 结构域与其它蛋白质发生相互作 用。KIAA0157 与 ABRA1 结构域最大的不同就是缺少 C-端的 pSXXF 氨基酸基序，该 序列能介导 ABRA1 和 BRCA1 的相互作用，此外它还是介导 RAP80 与 BRCC36 和 BRCA1 相互作用的中介分子10。此外，生物信息学分析发现 KIAA0157 蛋白质中还存 在 8 个潜在的磷酸化位点（Y210, S280, Y308, Y342, S368, S372, S375, S377） ，研究 表明 ABRA1 的功能与其 C 端三个位点的磷酸化相关1213，而 KIAA0157 蛋白质的 磷酸化修饰是否影响其生物学功能，尚未见报道。 2. KIAA0157 蛋白质的功能 KIAA0157 是一个新发现的蛋白质，其功能尚不十分清楚，它大部分定位于 细胞质中，文 献报道 KIAA0157 作为一个支架蛋白参与 BRISC 复合体的组装形成，是 BRCC36 发挥去 泛素化酶催化活性所必须的相互作用蛋白。最近，KIAA0157 被报道与控制 G2/M 期和细 胞凋亡的锌指转录因子 THAP5 相互作用，能保护心肌 80 点的聚集；增加 KIAA0157 表 达则会减少 BRCA1-RAP80 在细胞核中的分布，增加细胞质中 BRISC 复合体17。因此， KIAA0157 不仅参与了 BRCC36 去泛素化酶催化活性的激活并且决定了 BRCC36 的亚细 胞定位和细胞功能17。因此，改变这两种包含 BRCC36 的复合体的平衡会影响 DNA 损 伤链的 K63-链接的泛素化情况，从而影响了 DNA 损伤应急反应 DDR17。目前，对于 BRISC 复合体的 K63-Ub 去泛素化靶标不清楚，但是 KIAA0157 调控 BRCA1-RAP80 和 BRISC 这两种复合体的核质平衡可能与 KIAA0157 在不同肿瘤组织中表达差异相关。我 们的研究发现 DNA 损伤能诱导 KIAA0157 入核，减少细胞质中的 KIAA0157，打破了 BRCA1-RAP80 和 BRISC 复合体的核质平衡，增加 BRCA1-RAP80 复合体在 DNA 损 伤点聚集，参与 DNA 损伤修复。 Figure 1. Model for Lys63-specific DUB regulation in different cellular Compartments16 2.2 KIAA0157 调控 p53 稳定性 KIAA0157 是一个较新 的基因，目前对它的功能了解较少，文献报道 KIAA0157 能与 BRE18、BRCC3619、 THAP514和 USP720等发生相互作用。我们实验室前期工作还表明 KIAA0157 与 THAP11 存在着相互作用。BRE、BRCC36 和 USP7 都是与泛素相关的蛋白质，都对 p53 的调节有着十分密切的关系，基于 KIAA0157 含有 MPN-结构域，推测 KIAA0157 很可能 是一个与泛素相关的功能蛋白。 本实验室首先确认了 KIAA0157 与 p53 和 USP7 存在着 直接生理性相互作用，并发现 KIAA0157 能稳定 p53 蛋白质的泛素化降解。通过形成 KIAA0157/USP7/p53 复合体，增强 USP7 和 p53 的相互作用，募集 USP7 剪切 p53 多聚泛 素链而稳定 p53。MDM2 是 p53 的主要的 E3 泛素链接酶，能介导 p53 的泛素化降解。 MDM2 和 p53 能同时独立结合 USP7 的 N-端 TRAF 结构域，USP7 能同时稳定 p53 和 MDM2，并且 USP7 对 MDM2 的亲和力要高于 p53，MDM2 是 USP7 优先选择的底物靶蛋 白21。我们发现过表达 KIAA0157 对 MDM2 蛋白质稳定性无明显影响，并且 KIAA015779 细胞损伤和细胞死亡，可能是心脏疾病潜在的治疗靶标14 。本实验室最新 发现 KIAA0157 在人类多种肿瘤组织中表达显著下调，在人肝癌组织中 KIAA0157 与野生 型 p53 表达呈显著正相关性，KIAA0157 能以 p53 依赖的方式抑制细胞增殖。 2.1 KIAA0157 调控 BRCC36 的 K-63 特异性去泛素化酶活性 BRCC36 是锌离子金属蛋白质 酶体 JAMM/MPN+家族的一个成员，能特异性 剪切 K63-链接的多聚泛素链，BRCC36 是细胞核 DNA 损伤相关 BRCA1-RAP80 复合体和细胞质 BRISC（BRCC36 isopeptidase complex）复合体中一个共同的成员15。BRCA1-RAP80 复合体由 BRCC36、BRE、NBA1、BRCA1 、RAP80 和 ABRA1 等 蛋 白 质 成 员 组 成 ， ABRA1 作 为 一 个 支 架 蛋 白 介 导 组 装 了 BRCA1-RAP80 复合体的形成，ABR domain 能结合 BRE 和 NBA1，Coiled-coil domain 能结合 BRCC36，C-端结合 BRCA1，RAP80 能同时结合 ABR domain 和 Coiled-coil domain 两个结构域11。 BRCA1-RAP80 复合体同时具有泛素化和去泛素化活性，它能增加或改装已经存在的的泛 素链来促进 DNA 损伤修复。NBA1 的 VWA 结构域能募集修复因子到 DNA 损伤点参 与 DNA 损伤修复。 Rap80 的 UIM 结构域能直接与泛素分子结合，这使得该复合体能被 K-63 链接的多聚泛素链募集到 DNA 损伤点，参与 DNA 损伤修复。BRISC 复合体由 BRCC36、BRE、NBA1 和 KIAA0157 等蛋白质成员组成。研究表明 BRISC 复合体通过 将多聚泛素化链导向 BRCC36 的活性位点从而特异性剪切 K-63 链接的多聚泛素链，而 不是通过与多聚泛素链的选择性结合，这与 CYLD 和其他的巯基蛋白质酶型的去泛素化 酶不同2。KIAA0157 在这个复合体中起到相当重要的作用，其 N-端 1-258 氨基酸序列 能直接结合 BRCC36，促进 BRCC36 的催化活性，同时还能改变其构象，使它的 C 端的 表位暴露出来2。KIAA0157 是 BRSIC 复合体发挥去泛素化酶催化活性所必须的蛋白质 成员，研究表明缺失 KIAA0157 导致 BRISC 复合体失去去泛素化酶催化活性，而 KIAA0157-BRCC36 二聚体则具有去泛素化活性，但是比完整的 BRISC 复合体的去泛素 化活性低 500 倍2。作为 ABRA1 的同源蛋白质，KIAA0157 很可能介导与 ABRA1 类 似的相互作用，所以推测 KIAA0157 很可能介导了 BRCC36 催化的底物特异性。 KIAA0157 主要位于细胞质中激活 BRCC36 在细胞质中的活性，而 ABRA1 位于细胞核 中调控 BRCC36 的去泛素化活性，调控 BRCA1-RAP80 复合体参与 DNA 损伤应急反应， 在正常的生理环境中，这两种复合体在细胞中保持着精确的平衡，维持细胞正常的生理功 能（Fig.1）16。降低 KIAA0157 蛋白水平导致细胞质中 BRISC 复合体减少，增加细胞 核中 BRCA1-RAP80 复合体在 DNA 损伤 77 81 和 MDM2 不存在着相互作用。并且，在 MDM2/p53 双缺失的 MEF 细胞中，过表达 KIAA0157 依然能上调 p53 蛋白质的表达，这 表明 KIAA0157 稳定 p53 不依赖于 MDM2。 KIAA0157 是 BRISC 复合体中的一个重要成 员，对于 BRCC36 发挥去泛素化活性非常重要。我们发现干涉敲低内源性 BRCC36 对 p53 蛋白质稳定性没有明显影响，而敲低内源性 BRE 后促进 p53 蛋白质降解，但是敲低 BRE 后过表达 KIAA0157 依然能增加 p53 蛋白水平，这说明 KIAA0157 稳定 p53 蛋白质不依赖 于 BRISC 复合体。同时，我们还发现 DNA 损伤能诱导 KIAA0157 表达增多并转入细胞核 中，干涉敲低内源性 KIAA0157 能减少 DNA 损伤诱导的细胞凋亡和细胞周期 G0/G1 期阻 滞，并且具有 p53 依赖性。这表明 KIAA0157 可能是一个 DNA 损伤修复相关的蛋白。 我 们推测在非应激情况下 ABRO1 呈持续较低水平表达，并主要分布于细胞质，这有利于 USP7 靶向 MDM2，使细胞维持 p53 的低水平表达。当基因毒应激时，一方面通过 ATM 依赖的磷酸化修饰，USP7 与 MDM2/MDMX 结合的亲和力变弱，另一方面， ABRO1 的表达被 DNA 损伤迅速诱导上调并转位入核，促使 USP7 靶向 p53，拮抗 MDM2 对 p53 的泛素化修饰，从而快速诱导 p53 的稳定和活化（ Fig.2） 。目前，我们还 不清楚是何种机制参与 DNA 损伤时 ABRO1 的表达上调，以及是否有翻译后修饰控制了 ABRO1 的核转位。 Figure 2. The working model of p53 regulation by ABRO1. 2.3 KIAA0157 与疾病的关系 文献报道 KIAA0157 主要定位于细胞质中，几乎在所有组织和 细胞中都有表达。研究表明 KIAA0157 在心脏组织中表达较高，心肌缺血或再灌注 （MI/R）能上调 KIAA0157 蛋白水平14。此外，冠状动脉疾病（ CAD）患者的心肌梗塞 区域中 KIAA0157 表达急剧上升14。KIAA0157 的表达上调能导致靶蛋白 K63-链接的 多聚泛素链大量减少，保护心肌缺血或再灌注（MI/R）导致的细胞损伤和细胞死亡14。 这表明 KIAA0157 的表达增多可能是心肌保护的一种新的机制。 KIAA0157 在多种组织 中均有表达，本实验室检发现了 KIAA0157 在不同的肿瘤组织中表达情况差异很大， KIAA0157 在甲状腺、肝、皮肤、睾丸等癌组织中表达显著低于相应的癌旁组织； KIAA0157 在 HL60、A549、MLOT4、SW480 和 Raji 细胞系中表达水平较高。我们发现 过表达 KIAA0157 以 p53 依赖的方式抑制细胞增殖。我们还发现 KIAA0157 在人肝癌 组织中表达明显低于癌旁组织，并且 KIAA0157 和 p53 在肝癌组织中表达具有显著正相 关性，而在癌旁组织中无显著性相关。这揭示了肿瘤细胞中 p53 下调表达的新的分子机制， 提示 KIAA0157 可能是一个新型肿瘤抑制因子。我们还发现 KIAA0157 在人肝癌组织中 表达水平与肝癌病人手术后存活时间呈现高度正相关性，KIAA0157 表达阳性的病人手术 后存活时间较 KIAA0157 阴性病人明显延长，表明 KIAA0157 可能作为