果蝇的clpo信号通路

果蝇的clpo信号通路

2005年，黄鼠首次在果苍蝇中发现了来自骨髓膜的细胞信号，并通过电话传输，调节下游基因的表达，以调节细胞的生长、殖长和死亡。以及器官大小和组织再生。它在遗传发育和组织形成等过程中发挥着重要作用，同时也与肿瘤的发生和发展直接相关。研究表明,果蝇Hippo信号通路在进化过程中高度保守,Hpo(Hippo)、Sav(Salvador)、Wts(Warts)、Mats(Mobastumorsuppressor)、Yki(Yorkie)和Sd(Scalloped)分别与哺乳动物中的MST1/2(mammaliansterile20-likekinase1/2)、hSAV1(humanSalvador1)、LATS1/2(Largetumorsuppressor1/2)、MOB1(MpsOneBinderkinaseactivator-like1)、YAP(Yes-associatedprotein)/TAZ(Tafazzin)和TEAD(TEAdomainfamilymember)同源。为了更好地理解哺乳动物Hippo信号通路,本文对该信号通路的相关研究进行了综述。1不同性质的taz信号通路Dong等建立Yap条件转基因小鼠模型,利用抗YAPSer127的磷酸特异性抗体检测和对比HEK293、HeLa、HPNE和hSav1缺陷的肾脏癌细胞中YAPSer127的磷酸化情况,首次确定了哺乳动物中MST1-YAP途径的信号传递顺序。如图1所示,在上游信号输入因子的作用下,活化MST1/2,然后磷酸化hSAV1、LATS1/2与MOB1并相互结合形成聚合物,接着促进YAP/TAZ磷酸化并停留在细胞质中。一方面,磷酸化的YAP/TAZ与细胞质中的14-3-3蛋白结合,抑制YAP/TAZ的促增殖和抗凋亡活性,从而促进细胞凋亡;另一方面,磷酸化的YAP/TAZ继续被CK1δ/ε磷酸化,发生SCFβ-TRCP介导的YAP/TAZ泛素化降解。如果MST1/2-YAP/TAZ信号通路被阻断或失活,YAP/TAZ不能被磷酸化,未被磷酸化的YAP/TAZ迁移进入细胞核,并与TEAD等转录因子结合,促进下游诸如CyclinE、AXL(AXLreceptortyrosinekinase)、CTGF(Connectivetissuegrowthfactor)和Cyr61(Cysteine-rich,angiogenicinducer,61)等靶基因的表达,从而启动YAP/TAZ的促增殖和抗凋亡活性,促进细胞增殖。哺乳动物Hippo信号通路主要由4部分组成:多重上游信号输入因子,包括Fat4(FATtumorsuppressorhomolog4)、Dchs1/2(Dachsous1/2)、FRMD6(FERMdomaincontaining6)、NF2(Neurofibromatosis2)和KIBRA(又称(WWandC2domaincontaining1,WWC1));核心激酶级联反应链,包括MST1/2、hSAV1、LATS1/2和MOB1;下游转录共激活因子,包括YAP/TAZ和TEAD;以及下游调节因子,包括RASSFs(Rasassociationdomainfamilyprotein)、ASPP1/2(apoptosisstimulatingproteinsofp53-1/2)和Ajuba。它们具有SARAH(Salvador、Rassf1、Hippo)结构、WW结构、PPXY(X为任何氨基酸)或PPXF(F为苯基丙氨酸)DNA结合位点以及一些特定的磷酸化位点等相关的保守结构(图2),决定了它们在细胞生命活动中具有类似的生物学功能,它们通过这些结构彼此相互作用,构成了哺乳动物中从细胞质膜到细胞核的细胞信号传导通路,通过平衡细胞增殖和凋亡来调节动物体的生长发育。1.1小鼠亚甲基免疫相关酶系统fat4的表达跨膜钙黏蛋白Fat4和Dchs1/2、膜内侧膜连蛋白FRMD6、NF2和KIBRA理论上认为是主要的哺乳动物Hippo信号通路上游信号输入因子,但其信号传递机制仍不明确,需要进一步的深入研究。Mao等发现Dchs1和Fat4单突变小鼠与Dchs1Fat4双突变小鼠具有类似的表型,指出Dchs1和Fat4的相互作用是小鼠多种器官发育所需要的。Angus等发现FRMD6的高表达导致了MST1/2、LATS1和YAP磷酸化的增加,抑制致癌蛋白YAP的活性。Zhang等利用NF2和Yap条件敲除小鼠,发现NF2失活导致肝细胞癌和胆管错构瘤,而YAP失活则导致肝细胞和胆上皮细胞的丢失,表明两者的功能相反,YAP是NF2主要的下游底物。Xiao等发现KIBRA的高表达刺激LATS1/2和YAP的磷酸化,并且抑制了LATS1/2的泛素化降解,而敲除KIBRA后,降低了YAP的磷酸化作用,显示KIBRA与哺乳动物Hippo信号通路之间具有一定的联系。1.2小鼠胚胎和hsav1的表达MST1/2、hSAV1、LATS1/2和MOB1构成哺乳动物Hippo信号通路的核心反应链,彼此之间通过特定的保守结构(SARAH结构、WW结构、PPXY或PPXFDNA结合位点)或磷酸化位点(MST1Thr183、LATS1Thr1079、MOB1Thr12和MOB1Thr35)相互作用(图2),形成聚合物,传递细胞凋亡信号。Song等发现Mst1或Mst2等位基因单突变小鼠胚胎可以存活,并且发育正常,而Mst1和Mst2双突变小鼠胚胎死亡,其小鼠幼崽的肝脏、胃、心脏和脾脏体积增大,并且发现形成肝癌,抑制了由α肿瘤坏死因子(Tumornecrosisfactor-α,TNF-α)诱导的细胞凋亡,表明Mst1和Mst2有一个相同功能的足以支持胚胎发育的单一拷贝,具有调节部分器官的体积大小和抑制肿瘤发生的功能。Luo等将带有hSav1的载体pCMV-HA-hSav1和Mst1的载体pcDNA/4TO-Flag-Mst1共转染HeLa细胞,发现体外hSAVl蛋白的高表达可明显促进由MST1蛋白介导的细胞凋亡。另外,Hergovic等将外源性MOB1蛋白置于细胞质膜,发现能够诱导LATS1/2的膜定位和活化,但是还未证实内生性哺乳动物MOB1蛋白定位于细胞质膜。需要指出的是,MST1/2与hSAV1、LATS1/2和MOB1不同,目前只是发现MST1/2具有抑癌作用,Mst1/2基因启动子的甲基化尽管有报道但尚存争议,并且暂时还未发现肿瘤中具有Mst1/2的基因突变,因此,没有足够的证据说明Mst1/2基因也是抑癌基因。1.3转录因子和诱导因子YAP/TAZ是Hippo信号通路下游主要的转录共激活因子,其中TAZ是一个候选因子。研究发现,Yap基因是一种致癌基因,具有促进细胞增殖和抑制细胞凋亡的作用。Morin-Kensicki等发现缺乏YAP的小鼠胚胎在8.5d时死亡,其表现为卵黄囊血管缺陷、绒毛膜尿囊融合缺陷和体轴伸长缺陷。敲除TAZ的小鼠可以存活,但有发生肺病的倾向。在生理条件下,许多DNA结合转录因子能与YAP/TAZ相互作用,如p73(p53familymember)、Runx2(Runtfamilymember2)、PPARγ(peroxisomeproliferator-activatedreceptorγ)、TTF-1(thyroidtranscripttionfactor-1)、Pax3(Pairedbox3)、Tbx5(T-box5)、Smad2/3/4(SMADfamilymember2/3/4)和TEAD等,其中TEAD是YAP/TAZ主要的转录因子,并且介导YAP/TAZ促进细胞增殖。另外还有许多蛋白质,如结缔组织生长因子(Connectivetissuegrowthfactor,CTGF)、脑源性神经营养因子(Brain-derivedneurotrophicfactor,BDNF)、纤维母细胞生长因子1受体(Fibroblastgrowthfactorreceptor1receptor,FGF1R)和双调蛋白(amphiregulin,AREG)等也受到YAP/TAZ的调节。1.4促进小鼠骨髓细胞增强及基因表达研究发现,RASSFs、ASPP1/2和Ajuba参与了哺乳动物Hippo信号通路的调节。RASSF1A通过与MST1/2结合,维持MST1/2的磷酸化作用,促进MST1/2处于活化状态,从而有利于诱导细胞凋亡。哺乳动物AjubaLIM蛋白是一种接头蛋白,包括Ajuba、LIMD1和WTIP,DasThakur等建立Ajuba敲除模型,发现缺乏Ajuba的组织较小,指出Ajuba抑制Hippo信号通路,Ajuba蛋白与LATS1/2和hSAV1相互作用,抑制YAP的磷酸化,上调CyclinE和DIAP1的表达,进而促进细胞增殖。正常情况下,ASPP1/2定位于细胞质,然而,Aylon等发现细胞在受到致癌压力时,活化的LATS2结合并磷酸化ASSP1,促使ASSP1迁移进入细胞核,将凋亡信号传递给p53,促进细胞凋亡。但是,YAP1会干扰LATS与ASPP1间的结合,并且抵抗LATS2/ASPP1/p53肿瘤抑制信号。Vigneron等发现细胞质中的ASPP1抑制YAP/TAZ与LATS1的相互作用,促进YAP/TAZ向细胞核内聚集和依赖YAP/TAZ的转录调控,通过下调Bim的表达,导致抗脱落凋亡和加强细胞迁移,从而抑制细胞凋亡,表明细胞质中ASPP1具有抑制细胞凋亡功能。此外,Liu等指出,细胞质中ASPP2促进PP1(proteinphosphatase1)对TAZ的去磷酸化作用,抵抗LATS对TAZ的磷酸化作用,从而增加依赖TAZ的基因表达,促进细胞增殖。2对机体复杂的细胞生物学行为的影响哺乳动物Hippo信号通路是受到精密调节的,它与许多信号通路和蛋白激酶有密切联系和相互作用(表1),共同调控机体复杂的细胞生物学行为,在脊椎动物和非脊椎动物的生长发育中起到关键的作用。通过揭示各信号通路之间的相互作用,使我们更好地理解Hippo信号通路在生物体正常生长发育过程中对组织生长和器官大小的控制作用,以及肿瘤细胞抵抗该信号通路以利于自身生存和增殖的机制。3突变/错误表达Hippo信号通路在动物的正常胚胎发育和器官形成中具有重要作用,但在许多癌症(表2)中,发现有该通路成员的突变或错误表达发生。详尽了解Hippo信号通路与肿瘤的关系,有助于更好地调控Hippo信号,为肿瘤诊断提供新的标记物,为肿瘤的治疗寻求新的靶点(表3)。3.1ir-400和mir-33通过调控sat2表达作治疗利用转基因方法,使Hippo信号通路的组成元件高表达是治疗癌症的一个方法。MST1/2和LATS1/2是调节YAP磷酸化的重要激酶,并且发现它们在软组织肉瘤和乳腺癌细胞中高度甲基化,因此,人们期望直接针对MST1/2或LATS1/2的转基因策略,能够对MST1/2或LATS1/2高度甲基化的病人具有治疗效果。研究发现,MST1的重新表达增加了YAPSer127的磷酸化,并且消除了肝癌细胞的致瘤性。miR-372和miR-23对LATS2具有抑制作用,表明它们可以作为恢复肿瘤细胞中LAST2表达的作用目标。需要注意的是,在乳腺细胞系MCF10A中,LATS1和LATS2都可以与YAP结合,但只有LATS1能够有效地抑制YAP诱导的致瘤性。另外研究发现分裂素能够刺激MST1从Raf-1降解复合物中释放,从而激活细胞生存和增殖途径,而另一些应激信号会引发MST2的活化,从而诱导细胞凋亡。因此,确定信号通路各组成元件的不同类型在不同环境下的功能有着重要的意义。同时,Raf-1可作为Hippo信号通路的调节因子。Raf-1与MST2结合,阻止MST2的二聚化作用,清除MST2的磷酸化作用,从而抑制MST2的活性,因此,破坏Raf-1也许能抑制MST2的失活。ISIS5132(CGP6984,ISIS药物)和LErafAON是两种以Raf-1为作用靶点的反义寡核苷酸,现已经用于临床试验。ISIS5132能与Raf-1mRNA的3’端非编码区作用,具有抗小鼠乳腺癌、肺癌和卵巢癌移植瘤生长的作用。LErafAON作用于c-Raf-1(rafAON)的翻译起始位点。LErafAON单独用于晚期实体肿瘤患者的治疗,或同时进行LErafAON和放射治疗,两者都观察到c-Raf-1mRNA和蛋白水平的下降,但也观察到了一些显著的不良反应,但并未证明LErafAON能够加强放射治疗的功效。3.2应用生物活性抑制剂的mcf-10a细胞增殖能力YAP的高表达与其他信号通路的活化有着密切的联系。Camargo等发现结肠癌中YAP的表达与CyclinD1和Bcl-xL的表达高度关联,YAP在肠细胞发育不良情况下能刺激Notch和Wnt信号,γ分泌酶抑制剂作用于Notch信号,抑制肠的发育异常。YAP在MCF-10A细胞中高表达,使细胞发生上皮间叶细胞转换,并伴随纤连蛋白、N-钙黏蛋白和波形蛋白的高表达,而E-钙黏蛋白和遮光蛋白的表达下降。需注意的是,YAP的高表达促进MCF-10A细胞增殖,并非依赖EGF,而是与Akt、ERK1/2(extracellularsignal-regulatedkinase1and2)的活化有关。另外,Hippo信号通路与EGFR信号之间可能具有一定的联系。因此,加强对与Hippo信号相关联的致癌信号通路的研究,并将它们作为潜在的作用靶点,可能达到补偿Hippo-YAP信号的效果。3.3抗凋亡功能方面在体内和体外利用shRNA或siRNA敲除Yap都能达到抑制肿瘤生长的效果。Zender等用shRNAs转染肝癌细胞,抑制YAP的表达,发现降低了肝癌细胞中cyclinE的表达及细胞致瘤性。siRNA介导敲除肝癌细胞的Yap基因,减少了细胞的增殖和黏附,并且使肝癌细胞中磷酸化的Akt和ERK1/2含量减少,从而使细胞对阿霉素诱导的细胞死亡敏感,这表明这些信号的激活涉及了YAP介导的抗凋亡过程。此外,miR-375对YAP和CTGF的表达水平进行负调控,并且其在肝癌细胞中的异位表达能抑制细胞增殖和入侵。为区别于RNAi下调YAP的表达,Zhao等利用显性失活的YAP封闭人肾癌细胞系YAP的内生功能,发现细胞接触抑制得到恢复,指出抑制YAP的活性可以给癌症的治疗提供潜在的临床效益。需要注意的是,在乳腺癌中发现YAP是一种抑癌因子,在顺铂或UV刺激下,YAP诱导细胞凋亡。因此,YAP的失活可能只适合于某些特定的细胞类型。3.