Musashi家族的表达与功能及其与肿瘤疾病的关系,肿瘤学论文

Musashi家族的表达与功能及其与肿瘤疾病的关系,肿瘤学论文Musashi家族是一类RRMRNA结合蛋白。该家族成员的结构和表达模式在线虫〔C.ele-gans〕[1],果蝇〔Drosophila〕[2],海鞘〔Cionaintesti-nalis〕[3]和脊椎动物中是高度保守的。它们主要表示出在神经干/祖细胞，是神经细胞维持干性以及分化的标志基因。另外，Musashi在上皮干/祖细胞以及造血干细胞等细胞中也有表示出。在这里经过中，Musashi蛋白通过调节转录后的翻译经过来保持干细胞处于未分化的状态，通过调节Notch,Wnt/-catenin信号通路直接或间接地影响干细胞细胞增殖和细胞命运的决定以及肿瘤构成发展。1Musashi家族基因构造基因表示出的转录后调节是一个非常复杂和关键的步骤，在动物体发育经过的一系列事件中发挥重要作用，包括卵母细胞内母源效应基因产物的定位、细胞命运决定、控制选择性剪接导致的细胞极性构成、mRNA稳定性、核糖核酸运输和现有mRNA的翻译[4].在转录后水平，RNA结合蛋白〔RNAbindingproteins〕是调节基因表示出的重要部分。RBP的特异性是通过RNA结合域〔RBD〕来具体表现出的，最常见的是RRM构造域〔theRNARec-ognitionMotif〕[5].RRMRNA结合蛋白含一个或数个RRM构造域及附属构造域[6].在RRM基序中含有很多保守的氨基酸以保证对RNA的结合活性，但是这一家族的不同蛋白质却能特异地结合各种不同的RNA分子[7].在多种物种中研究发现RRMRNA结合蛋白特异地表示出在心脏，体节中胚层和神经系统等组织，并在这些组织特化经过中起重要作用。随着对RRMRNA结合蛋白更深切进入广泛地研究，发现它们与某些人类遗传性疾病及肿瘤相关。Musashi家族作为一类进化保守的RRMRNA结合蛋白，特异表示出在多种组织干/祖细胞中。Msi1作为果蝇Musashi〔d-Msi〕在哺乳动物中的同系物初次被分离出来[2].当前，Musashi家族在很多物种中都已被鉴定出，包括秀丽隐杆线虫Msi1,果蝇d-Msi,非洲爪蛙的神经系统特异的核糖核蛋白1〔NRP-1〕[8],人的Msi1和Msi2[9].在进化经过中，Musashi家族成员构造和序列特征高度保守。首先在果蝇中得到鉴定的第1个Musashi家族成员即Musashi-1〔Msi1〕,由362个氨基酸组成，基因定位于染色体12q24.1~31,蛋白分子量为39kDa[2].与Musashi-1和爪蛙xrp1等同源的Musashi-2〔Msi2〕初次在老鼠中鉴定出[10].Musashi-2蛋白由346个氨基酸编码，具有两个剪接体形式，蛋白质分子量为36.9和35.7kDa,分别命名为Msi2L和Msi2S.Msi1和Msi2都含有两个RNA辨别基序，每个RNA辨别基序都含有RNP1和RNP2基序，它们分别由6个和8个保守的氨基酸组成，能够直接辨别并结合RNA.Msi1和Msi2的总氨基酸序列和RNA结合构造域氨基酸序列的序列一致性分别为75%和90%[10].2Musashi家族的表示出与功能对不同物种以及组织类型中Musashi的研究表示清楚，Musashi家族成员表示出与功能具有多样性。主要表示出在多种组织干/祖细胞如神经系统和上皮组织以及造血系统，在干/祖细胞分化与增殖经过中扮演重要角色，是多种组织干细胞的标记基因[2,11-12].除此之外，Msi1还能够控制那些影响细胞周期的关键基因的表示出，进而影响细胞周期进程[8].2.1Musashi家族在神经干/祖细胞中的表示出与功能在各个组织尤其是神经系统发育的经过中，利用多种转录后调控方式来调节细胞的多样性以及神经细胞间突触可塑性。神经干细胞是具有分化潜能和自我更新能力的母细胞，它能够通过不对称的分裂方式产生神经组织的各类细胞，包括神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞。神经RNA结合蛋白在这里经过中发挥重要作用。在无脊椎动物和脊椎动物中发现了两类含有核糖型RNA辨别基序〔RRMS〕构造域的神经RNA结合蛋白，即ELAV和Musashi亚家族[13].Musashi亚家族成员表示出于神经前体细胞，而ELAV亚家族表示出在有丝分裂后的神经元。主要表示出在神经系统的ELAV蛋白主要是通过稳定或者加强富含AU元件的靶转录物的翻译来诱导神经分化，而Msi1则作为翻译抑制因子维持干细胞增殖状态。Msi1的3-UTR含有一个富含AU元件〔ARE〕,AntoniaRatti研究发现具有ARE结合活性的ELAVRNA结合蛋白成员HuD能够结合并稳定Msi1mRNA,在干/祖细胞增殖到神经分化的过渡阶段中发挥重要作用。在果蝇中，d-Msi在胚胎中枢神经系统的很多前体细胞和外部感觉器官前体细胞〔SOPs〕中表示出[2].野生型果蝇的感觉器官包含两个外部支持细胞，而d-Msi突变后会导致额外的外部支持细胞产生。由此，d-Msi在感觉器官前体细胞的非对称分裂中发挥重要作用[2,11].Msi1和Msi2是哺乳动物Musashi家族的两个主要成员。Msi1和Msi2高度同源，在细胞质中的RNA代谢经过中发挥类似的功能[10].Notch信号通路能够保持NSCs的细胞特性并抑制神经发生，且这一经过不仅发生在胚胎发育的经过中，成年动物体内也存在同样的现象[14].Msi1以结合到m-Numb的3-UTR,抑制其翻译继而抑制Notch信号通路这种抑制下游靶基因翻译的方式来维持神经干细胞状态，阻滞NSCs的神经元样分化[14-15].Hi-ronoriKawahara研究发现Msi1作为下游靶mRNA的抑制因子这一机制可能是其通过与eIF4G竞争poly〔A〕结合蛋白〔PABP〕而实现的[16].Msi2和Msi1具有一样表示出形式，也表示出在包括中枢神经系统的干细胞的神经前体细胞中。在胚胎和成体的中枢神经系统中，Msi2和Msi1同时表示出在星形胶质细胞谱系的细胞，包括室管膜细胞，这种细胞群与海马齿状回是成体中枢神经系统干细胞的来源。在胚胎的中枢神经系统发生期间，在大多数有丝分裂后的神经元中Msi2和Msi1缺失或者表示出水平下调，然而在神经元细胞系的一个子集细胞如在新皮层中的含有小白蛋白〔parvalbumin,PV〕的GABA神经元和在基底神经1中发挥作用，Msi2还可能在特定的神经细胞亚群中发挥重要的调控作用[17].2.2Musashi家族在其他组织干细胞中的表示出与功能Musashi作为多功能蛋白，除了表示出于哺乳动物神经干细胞外，还表示出在造血系统、肠、乳腺、睾丸、骨骼肌、皮肤、毛囊、心肌以及胃黏膜的干/祖细胞中[18-20].例如Msi1与Hes1共表示出在位于Paneth细胞之间的隐窝基底柱状细胞，表示清楚了柱状细胞的干细胞特性。除此之外作为肠道干细胞标记基因，Msi1的表示出由经典Wnt信号通路调控，该调控机制牵涉Msi1启动子上有功能的Tcf/Lef结合位点，并且通过肠上皮原代培养表示清楚：Msi1过量表示出促进上皮祖细胞增殖并激活Wnt和Notch途径[21].在乳腺细胞的发育经过中，Msil使乳腺细胞沿着不同的细胞系分化，换言之，它能够决定乳腺细胞发育构成的细胞类型-肌细胞，或是乳管细胞等等。再如，在睾丸中，生殖细胞的增殖和分化发生在生精上皮。在生精上皮中，睾丸支持细胞在物理和功能上支持生殖细胞，而支持细胞本身不随青春期增殖。从最早能检测到胚胎睾丸形态发生的第14.5天到第一波精子发育构成以致成年，Msi1始终表示出在大鼠的睾丸支持细胞中，并且Msi1在生精周期不同时期的支持细胞中表示出水平的变化可能反映了生殖细胞不同的功能需求[22].Msi2相比于Msi1的表示出更为广泛，在胚胎干细胞早期分化经过中Msi2的两个亚型皆有表示出，是胚胎干细胞进行自我更新以及多能性所必需的。除此之外，Msi2表达在造血干细胞〔HSCs〕,调节正常的造血功能[23].在转基因小鼠模型中的造血干细胞中，Msi2过度表示出会增加造血干细胞的祖细胞群，并减少其下游衍生的细胞类群。然而通过短发夹构造RNA〔shRNA〕方式方法抑制淋巴髓系祖细胞中的Msi2表示出会导致成熟分化的骨髓细胞比例增加，体内造血干细胞植入减少甚至干涸[23,24].Msi2无义突变导致小鼠的造血干细胞表现出显着缺陷，也具体表现出了Msi2在造血经过中的重要性。2.3Musashi家族其他功能在减数分裂进程中，激素诱导的卵母细胞成熟需要母源mRNA瞬时调控翻译。Mos是胞质静止因子的成分之一，与减数分裂MⅡ停顿有关。编码Mos原癌基因的mRNA的诱导翻译对减数分裂进程至关重要，在孕激素刺激下〔2h〕会加快其翻译。在非洲爪蛙卵母细胞成熟经过中，Musashi特异结合在Mos3-UTR与其互相作用介导孕酮刺激的触发信号通路，对母源性mRNA翻译活性的激活和细胞周期的起始特别必要[8].3Musashi与肿瘤疾病近年来多项研究表示清楚，Musashi除了在以上所描绘叙述神经以及组织干/祖细胞中发挥作用外，Mu-sashi的表示出异常对肿瘤发生有重要的调控作用。主要包括：〔1〕神经系统肿瘤如神经胶质瘤和儿童脑肿瘤[25-26];〔2〕消化系统肿瘤如食管癌、胃癌、肝癌、胆囊癌和结肠癌等[27-30];〔3〕生殖系统肿瘤如乳腺癌、子宫内膜癌、宫颈癌以及膀胱癌[20,31-33];〔4〕呼吸系统肿瘤如肺癌[34].Msi1的高表示出水平与神经胶质瘤的恶性程度相关，并且Msi1在原发性中枢神经系统肿瘤中的表示出形式可能与它在原始未分化的神经细胞中的表示出形式一样。除此之外，在乳腺腺体内，Msi1能够促进上皮祖细胞沿着管腔及肌上皮细胞系扩张并且能够调节间充质干细胞的增殖和凋亡[35].在宫颈癌中，Msi1可能作为细胞周期调控因子直接与P21,P27和P53靶向结合进而加速细胞周期促进细胞增殖[35].除此之外，在肺癌肿瘤细胞中也发现了过量表示出Msi1[34].Msi2作为近年开场研究的干细胞标志物，除了在胃癌、肺癌等恶性肿瘤细胞中表示出外，还在造血干细胞中表示出并对造血干细胞的自我更新和长期造血移植至关重要[23,36].除此之外，Msi2在慢性骨髓性白血病〔CML〕和急性骨髓性白血病〔AML〕中过量表示出[23].Msi2的RRM构造域与HOXA9同源异型框融合构成MSI2/HOXA9融合蛋白加速慢性骨髓性白血病急变[37].深切进入研究发现，高表示出的Msi2mRNA与患急性髓性白血病病人的存活率降低具有一定关系[23].因而，Msi1和Msi2能够作为预后的标记基因。4总结与瞻望在物种由低等向高等进化经过中，Musashi家族是一类高度保守的RRMRNA结合蛋白。Mu-sashi家族选择性地表示出在神经、上皮以及造血干/祖细胞中，能够在多个层面上决定细胞命运，包括维持干细胞的干性和干细胞的分化。近二十年来，随着对该家族的深切进入研究，Msi1和Msi2分别在多种常见恶性肿瘤细胞中表示出，并且其异常表示出与肿瘤发生相关，可能是肿瘤疾病的标记基因。在癌症中，Wnt和Notch通路被激活，当Msi1过表示出时，一种熟知的生长因子-proliferin的分泌量增加，并且Wnt通路的抑制因子-Dickkopf-3的分泌量减少。因而，我们以为对Musashi家族及其调节Wnt和Notch信号通路的研究可能为诸多靶向药物的研究提供重要根据，进而为肿瘤患者生存期的延长和生活质量的改善带来新的希望。以下为参考文献：[1]YodaA,SawaH,OkanoH.MSI-1,aneuralRNA-bindingprotein,isinvolvedinmalematingbehaviourinCaenorhabditiselegans[J].GenestoCells,2000,5〔11〕:885-895.[2]NakamuraM,OkanoH,BlendyJA,etal.Musashi,aNeuralRna-BindingProteinRequir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