核基质结合区结合蛋白质1研究进展
[中图分类号] R734.2 [文献标识码] A [文章编号] 1672-4208(2009)03-0032-03
在真核生物的细胞核中，存在一种主要由非组蛋白的纤维蛋白和大分子量的RNA组成的三维网架体系，这就是核基质。结合在核基质上的特异DNA序列称为核基质结合区(MAR)，MAR常常作为边界元件出现在转录单位的两侧以及像增强子这样的调节序列附近，大小在200 bp到几个kb之间，通常为500 bp左右。MAR是真核生物基因组的DNA序列中能特异地和核基质紧密结合的区域。它与真核基因中其它调控元件一起调节DNA复制、RNA合成和hnRNA加工等过程，在基因表达调控中起重要作用。近年来的研究发现，MAR能保护转录单位不受非相关反式作用因子的干扰，判断转录活跃的环结构域并促使其组蛋白乙酰化；在稳定整合的前提下，一些MAR能使所连接的异源报告基因的转录增加，并参与染色体的重塑(re-model)和去甲基化过程，以利于转录因子进入染色体。已经发现有几种蛋白质能与MAR在体外进行特异性结合；目前从动物和昆虫细胞中已经分离出一些与MAR相互作用的蛋白质，其中包括SATB1(special AT rich binding proteinl)，拓扑异构酶Ⅱ(topoisomeraseⅡ)、组蛋白Hl、HMG-I/Y(hishmobility group proteins I/Y)、核纤层蛋白A和B(lamin A.B)、核仁蛋白(nuceldin)、hnRNP-U、ARBP和SAF-B蛋白等等。MAR结合蛋白质参与了染色体的高级包装及转录与表达的调控。本文就SATB1的研究进展作一综述。
1 SATB1概述
SATB1是一种组织特异性表达的核基质结合蛋白(matnx attachment regions binding protem)，在胸腺细胞和前B细胞之中显著表达。Dickinson等利用免疫球蛋白重链u链基因增强子3端的MARs(matrix attachment regions)序列作为探针，从人类cDNA文库中筛选得到该基因。SATB1位于3号染色体p23区，全长763个氨基酸，包含有两个CUT基序，它可以通过形成类似PDZ结构的二聚体，以非常高的亲和力与MAR序列相结合。在其氨基酸序列的中部约有150个氨基酸，是和MAR发生结合的核心序列。SA/BI通过识别MAR的A—T丰富序列结合在DNA双螺旋的小沟上，与碱基很少直接接触，这与MAR序列的特异性有关。不同的MAR并没有同源序列，但通常都是富含A—T序列并含有高度碱基解配对(unpmring)倾向的区域(base unpairing regions，BUR)。BUR内有成簇的A—T丰富序列，包括混合的A、T、C并以G结尾，称为A7C序列，每个ATC序列都含有核心解旋元件(core unwinding elementCUE)。BUR的解配对倾向对MAR的活性来说非常重要，CUE的突变可以废除这种倾向。MAR与SATB1的结合能力也随之丧失。SA781有一个MAR结合结构域(氨基酸序列346---495)和一个同源结构域，两者共同识别结合MAR中的CUE，SATBl与MAR结合并位于染色体环的基底部。
2 SATB1在T细胞发育中的作用
Alvarezt等建立了SATB1基因敲除小鼠来观察SATB1在T细胞中的生物学功能，结果发现SATBI基因的敲除使T细胞的发育和功能受损，出现表达异常的基因占研究总数的2%。这项研究结果说明SATB1对T细胞的正常发育具有非常重要的意义，可以协调T细胞发育各个阶段的基因正常有序的表达。Cai等研究发现，SATBI 在胸腺细胞中具有一种独特的笼状(cage like)分布，这一特殊的笼状分布使得胸腺细胞的核成分对于高盐抽提和DNase I消化都表现出抗性，而且通过这一笼状结构。SATB1可以锚定特异性的DNA序列，而通过SATB1锚定的DNA序列与SBS(SATBI binding sequence)上下游的基因表达调控密切相关。这就表明一种新的调控模式，细胞核内高度表达的单一蛋白质通过在核内形成独特的空间结构，为特殊的DNA序列提供锚定位点，从而影响染色质开放结构的形成，即单一蛋白质通过影响染色质高级结构而调控多种组织特异性的基因表达。T细胞发育所必需的IL-2Ra和IL-TRa基因在敲除了SATB1基因的CD4+、CD8*细胞中高度表达，而在野生型胸腺细胞中这两个基因通常是不表达的。在IL-2Ra上游发现了两处SA781结合位点，这说明SATBl是作为抑制子来调节这个基因。很可能IL-7Ra和其它表达上调的基因也是SATB1调节的靶基因，SATB1在这些基因被阻遏到被诱导表达的过程中扮演了重要的角色。SATB1能协调T细胞发育过程中一系列基因的有序转录，其具体机制尚未明确，但很可能与SA781动员HDAC1，2等调节因子改变某些环结构域的结构而影响转录因子进入染色体有关。敲除SATB1基因使胸腺细胞中众多基因的正常表达受到了影响，而在不表达SATB1的肝脏细胞中，没有使任何基因的表达发生改变。SAT81可以通过募集去乙酰酶(histone deaeetylase 1.2：HDAC1，2)到IL-2Ra的SATBI结合位点，来抑制IL-2Ra的表达。但目前尚未有报道证明SATB1可以通过动员乙酰基来进行调控，所以，尚不能断言SATB1是通过何种机制促发SBST4区域的乙酰化现象。但是由于核小体的乙酰化是染色体转录激活的前提，以及它所表现出的长距离调控功能，证明了SATB1与SBST4的结合可以改变该区域染色质的三维结构，促进有利于该区域染色质的活化和开放结构的形成。进而影响到了该区域基因的表达。
3 SATB1在基因表达调控中的作用
MAR不仅参与某些基因的转录激活，也参与一些基因的转录抑制。Kohwi-ShigematsuL等发现SATB1在稳定整合的前提下抑制与免疫球蛋白重链u链增强子MAR相连的异源报告基因的表达。Shannont等则发现SATB1结合于sp91phox启动子内的多个位点，體系细胞分化末期伴随gp91ptlox的转录SATB1的转录下调。Liu等也发现SATB1结合于小鼠乳腺瘤病毒(mouse mamma tumor virus，MMrV)长末端重复序列(LTR)内的负调控元件(negative regulatoryelements，NRE)上。野生型MMTV基因并不在T细胞中表达，但NRE突变型的MMTV则表达并造成T细胞白血病。SATB1结合在NRE上抑制了病毒基因的转录，针对SATB1结合位点(p924)的突变可以提高T细胞内MMTV的表达, 百拇医药(韩阳军 佟 明)
在真核生物的细胞核中，存在一种主要由非组蛋白的纤维蛋白和大分子量的RNA组成的三维网架体系，这就是核基质。结合在核基质上的特异DNA序列称为核基质结合区(MAR)，MAR常常作为边界元件出现在转录单位的两侧以及像增强子这样的调节序列附近，大小在200 bp到几个kb之间，通常为500 bp左右。MAR是真核生物基因组的DNA序列中能特异地和核基质紧密结合的区域。它与真核基因中其它调控元件一起调节DNA复制、RNA合成和hnRNA加工等过程，在基因表达调控中起重要作用。近年来的研究发现，MAR能保护转录单位不受非相关反式作用因子的干扰，判断转录活跃的环结构域并促使其组蛋白乙酰化；在稳定整合的前提下，一些MAR能使所连接的异源报告基因的转录增加，并参与染色体的重塑(re-model)和去甲基化过程，以利于转录因子进入染色体。已经发现有几种蛋白质能与MAR在体外进行特异性结合；目前从动物和昆虫细胞中已经分离出一些与MAR相互作用的蛋白质，其中包括SATB1(special AT rich binding proteinl)，拓扑异构酶Ⅱ(topoisomeraseⅡ)、组蛋白Hl、HMG-I/Y(hishmobility group proteins I/Y)、核纤层蛋白A和B(lamin A.B)、核仁蛋白(nuceldin)、hnRNP-U、ARBP和SAF-B蛋白等等。MAR结合蛋白质参与了染色体的高级包装及转录与表达的调控。本文就SATB1的研究进展作一综述。
1 SATB1概述
SATB1是一种组织特异性表达的核基质结合蛋白(matnx attachment regions binding protem)，在胸腺细胞和前B细胞之中显著表达。Dickinson等利用免疫球蛋白重链u链基因增强子3端的MARs(matrix attachment regions)序列作为探针，从人类cDNA文库中筛选得到该基因。SATB1位于3号染色体p23区，全长763个氨基酸，包含有两个CUT基序，它可以通过形成类似PDZ结构的二聚体，以非常高的亲和力与MAR序列相结合。在其氨基酸序列的中部约有150个氨基酸，是和MAR发生结合的核心序列。SA/BI通过识别MAR的A—T丰富序列结合在DNA双螺旋的小沟上，与碱基很少直接接触，这与MAR序列的特异性有关。不同的MAR并没有同源序列，但通常都是富含A—T序列并含有高度碱基解配对(unpmring)倾向的区域(base unpairing regions，BUR)。BUR内有成簇的A—T丰富序列，包括混合的A、T、C并以G结尾，称为A7C序列，每个ATC序列都含有核心解旋元件(core unwinding elementCUE)。BUR的解配对倾向对MAR的活性来说非常重要，CUE的突变可以废除这种倾向。MAR与SATB1的结合能力也随之丧失。SA781有一个MAR结合结构域(氨基酸序列346---495)和一个同源结构域，两者共同识别结合MAR中的CUE，SATBl与MAR结合并位于染色体环的基底部。
2 SATB1在T细胞发育中的作用
Alvarezt等建立了SATB1基因敲除小鼠来观察SATB1在T细胞中的生物学功能，结果发现SATBI基因的敲除使T细胞的发育和功能受损，出现表达异常的基因占研究总数的2%。这项研究结果说明SATB1对T细胞的正常发育具有非常重要的意义，可以协调T细胞发育各个阶段的基因正常有序的表达。Cai等研究发现，SATBI 在胸腺细胞中具有一种独特的笼状(cage like)分布，这一特殊的笼状分布使得胸腺细胞的核成分对于高盐抽提和DNase I消化都表现出抗性，而且通过这一笼状结构。SATB1可以锚定特异性的DNA序列，而通过SATB1锚定的DNA序列与SBS(SATBI binding sequence)上下游的基因表达调控密切相关。这就表明一种新的调控模式，细胞核内高度表达的单一蛋白质通过在核内形成独特的空间结构，为特殊的DNA序列提供锚定位点，从而影响染色质开放结构的形成，即单一蛋白质通过影响染色质高级结构而调控多种组织特异性的基因表达。T细胞发育所必需的IL-2Ra和IL-TRa基因在敲除了SATB1基因的CD4+、CD8*细胞中高度表达，而在野生型胸腺细胞中这两个基因通常是不表达的。在IL-2Ra上游发现了两处SA781结合位点，这说明SATBl是作为抑制子来调节这个基因。很可能IL-7Ra和其它表达上调的基因也是SATB1调节的靶基因，SATB1在这些基因被阻遏到被诱导表达的过程中扮演了重要的角色。SATB1能协调T细胞发育过程中一系列基因的有序转录，其具体机制尚未明确，但很可能与SA781动员HDAC1，2等调节因子改变某些环结构域的结构而影响转录因子进入染色体有关。敲除SATB1基因使胸腺细胞中众多基因的正常表达受到了影响，而在不表达SATB1的肝脏细胞中，没有使任何基因的表达发生改变。SAT81可以通过募集去乙酰酶(histone deaeetylase 1.2：HDAC1，2)到IL-2Ra的SATBI结合位点，来抑制IL-2Ra的表达。但目前尚未有报道证明SATB1可以通过动员乙酰基来进行调控，所以，尚不能断言SATB1是通过何种机制促发SBST4区域的乙酰化现象。但是由于核小体的乙酰化是染色体转录激活的前提，以及它所表现出的长距离调控功能，证明了SATB1与SBST4的结合可以改变该区域染色质的三维结构，促进有利于该区域染色质的活化和开放结构的形成。进而影响到了该区域基因的表达。
3 SATB1在基因表达调控中的作用
MAR不仅参与某些基因的转录激活，也参与一些基因的转录抑制。Kohwi-ShigematsuL等发现SATB1在稳定整合的前提下抑制与免疫球蛋白重链u链增强子MAR相连的异源报告基因的表达。Shannont等则发现SATB1结合于sp91phox启动子内的多个位点，體系细胞分化末期伴随gp91ptlox的转录SATB1的转录下调。Liu等也发现SATB1结合于小鼠乳腺瘤病毒(mouse mamma tumor virus，MMrV)长末端重复序列(LTR)内的负调控元件(negative regulatoryelements，NRE)上。野生型MMTV基因并不在T细胞中表达，但NRE突变型的MMTV则表达并造成T细胞白血病。SATB1结合在NRE上抑制了病毒基因的转录，针对SATB1结合位点(p924)的突变可以提高T细胞内MMTV的表达, 百拇医药(韩阳军 佟 明)