细胞周期蛋白依赖性激酶活化激酶与肿瘤(1)
【摘要】 目前研究认为,肿瘤是由带有受损DNA的细胞连续异常分裂造成的细胞周期疾病。由CDK7、cyclin H、MAT1 组成的复合物CAK,在细胞周期中有重要作用并与多种癌性组织相关。CAK可以调节乳腺癌细胞内ER的转录活性,反向调节成神经瘤细胞G1期的生长/分化转换,在子宫内膜癌组织内高表达,其基因的遗传性变型还可能影响肺癌的危险性等等。这种相关性也预示CAK可能成为未来癌症治疗的新靶点。
【关键词】 CAK;CDK;肿瘤;癌症;细胞周期;磷酸化
近几十年,肿瘤的发病率逐年上升,渐渐引起人们的重视。从分子水平上说,肿瘤起源于细胞周期调控机制的破坏。细胞周期(G1,S,G2,M)是由连续的允许细胞生长和增殖的事件所组成的级联反应。细胞周期蛋白依赖性激酶活化激酶(cyclin dependent kinase-activating kinase,CAK)可以作用于这个级联反应中的许多重要调节因子,影响它们的活性;这些调节因子在控制细胞生长和导致癌细胞形成过程中有重要作用。因此,CAK与肿瘤发生有着密切的关系。
1 人类CAK的结构和功能
人类CAK是人类基因普通转录因子IIH(The human general transcription factor,TFIIH)的一部分。TFIIH是有关依赖RNA聚合酶II(RNAP II)转录调节的一个普通转录因子,参与II型转录和核苷酸切除修复。TFIIH由九个亚基构成,其中p34、p44、p52、p62和p89/XPB亚基形成核心TFIIH;在其余四个亚基中,CDK7、cyclin H、MAT1 形成CAK复合物,与另外一个亚基XPD 作用后结合到核心TFIIH上。CAK也可以游离形式存在。CAK可以磷酸化RNAP II大亚基的羧基末端结构域(CTD)等转录组分,在转录过程中十分重要[1]。
CAK可以单独调节许多细胞周期调节子,如细胞周期前进的关键调节子细胞周期蛋白依赖性激酶 (cyclin-dependent kinases,CDKs)。细胞周期素(cyclins)与CDKs结合,激活CDKs的活性。CAK磷酸化CDKs的苏氨酸残基进一步激活CDK-cyclin复合物。活化的CDK-cyclin复合物驱动细胞周期前进。此外,CAK还可以磷酸化其他细胞周期调节子,比如:p53,CKIs等。
2 CAK与肿瘤
癌症的本质是增生性的细胞周期疾病, 可能源于细胞周期调节因子失调。细胞周期由多种物质共同调节,CAK与它们相互作用,可能在细胞周期控制、转录调控、DNA损伤修复等有关肿瘤形成的过程中有重要作用。
2.1 CAK与乳腺癌 乳腺癌细胞内,雌激素受体(ER)alpha接受雌激素信号驱动乳腺癌细胞的转录。雌激素信号促进CAK的组装因子MAT1的核转位,MAT1与雌激素受体的激活功能2区相互作用。CAK复合物通过磷酸化ER,刺激ER的活性、诱导ER驱动的转录。同时,细胞内的MTA1(转移相关蛋白1)可以结合MAT1并与MAT1相互作用,并且可能通过向乳腺癌细胞内包含靶基因染色质的雌激素反应单元补充组蛋白脱乙酰基酶(HDACs)抑制CAK诱导的转录活性。所以,乳腺癌细胞内ER的转活功能可能受CAK 和 MTA1之间的调节性的相互作用的影响[2]。
2.2 CAK与成神经瘤 细胞周期分为G1、S、G2、M四个时期。G1期停滞决定细胞进行生长或分化。在成神经细胞瘤CHP126细胞内,CAK是协调维甲酸(RA)诱导的G1期生长/分化(P/D)转换的核心细胞周期调节子。CAK通过与生长抑制子和分化增强子-肿瘤抑制蛋白(pRb)及细胞分化的关键驱动子-视黄醇类X受体(RXR_)相互作用并将其磷酸化调节P/D转换。MAT1决定CAK的活性。转换过程中,MAT1减少,CAK活性减少,CAK对pRb和RXR_的高度磷酸化转为低度磷酸化,产生生长抑制、轴突外生的作用效果;而MAT1过表达则抵制这些RA作用。所以MAT1调节的CAK活性反向调节成神经瘤细胞G1期的生长/分化转换,即MAT1减少,CAK活性降低,成神经瘤细胞生长抑制,分化增加[3]。
2.3 CAK与子宫内膜癌 cyclin H表达与子宫内膜肿瘤发生和临床病理变量之间有一定的联系。cyclins H的免疫组织化学染色结果显示:癌性增生的子宫内膜组织中的cyclins H的表达比增生期频繁,但比子宫内膜样腺癌中的少;cyclin H的表达与淋巴管空间侵袭和癌症的临床阶段有关但与子宫肌层侵袭、淋巴结转移、绝经期状态无关;cyclin H的表达可能涉及子宫内膜向恶性肿瘤的转化并且可能提示存在更多增生的和恶性的特点。cyclin H可能是决定子宫内膜增生及子宫内膜样腺癌增生活性的生物标记之一[4]。
CAK的另一成分CDK7也与子宫内膜癌相关。用免疫组织化学染色检验正常子宫内膜和子宫内膜癌组织内CDK7的表达。在38条分化带中,正常子宫内膜组织内有3条CDK7的高表达带而子宫内膜癌组织内有35条;这一结果显示子宫内膜癌组织内CDK7的表达比正常子宫内膜组织内CDK7的表达更高。此外,有关子宫内膜癌阳性分化表达的基因节段之一与CDK7具有高度的同源性(99%相同)。因此CDK7从基因水平上与子宫内膜癌相关,可以被用作对子宫内膜癌进一步研究的潜在的分子标记[5]。
2.4 CAK与肺癌 最近进行了一项关于CAK基因的遗传性变型是否改变肺癌的危险性的调查研究,对500个肺癌患者和517个健康人的25个单核苷酸多态性(SNPs)和Cdk7、MAT1、cyclin H的单体型表型进行了比较。结果显示病例组MAT1 79023A/G (p = 0.042)和MAT1 85693C/T (p = 0.005)的基因型频率与控制组明显不同。进一步的分析显示cyclin H 11817C/T、MAT1 12199A/G、MAT1 70650A/G、MAT1 79023A/G和MAT1 85693C/T以显性的遗传模型影响肺癌的易感性,而cyclin H 12128A/T和MAT1 42172A/G以隐性的遗传模型影响肺癌的易感性。cyclin H等位基因的单体型‘TAC’(p = 0.007)增加肺癌的危险性而单体型‘TTC’(p = 0.043)减少肺癌的危险性。这些结果表示CAK基因、Cdk7、cyclin H、MAT1的遗传性变型可能以基因-基因相互作用的模式调节肺癌的危险因素[6]。
综上可以推知CAK在多种癌性组织中总的特征:CAK的成分表达增加、活性增强,从而推动细胞周期和转录的前进,促进细胞增生,抑制细胞分化。这与CAK在细胞周期中的作用及其作为TFIIH的基本组成成分所应具有的作用相符合,同时也印证了肿瘤是增殖分化失调的细胞周期疾病的本质。
3 展望
目前,以细胞周期相关的调控因子为治疗靶点已成为癌症治疗的新方向。鉴于CAK对细胞周期前进必不可少,CDK7可能成为癌症治疗的新靶点。然而由于它的广泛表达及其在转录中的作用,必须考虑它的抑制剂可能存在的毒性。根据目前确定的CDK7的结构,可以针对不同的CDKs设计具有特定特异性的抑制剂[7]。最近研究表明,化合物BS-181可以通过抑制CDK7底物的磷酸化抑制MCF-7肿瘤细胞的生长并具有在体活性,是首例有效选择性CDK7抑制剂,因此可能成为肿瘤抑制物[8]。另外,可以考虑其他方法控制CAK的活性。比如在离体实验中检测出CAK在不同温度及酸碱度下的活性,再通过调节人体的内环境就可能影响CAK的作用;通过控制与CAK相关的因子间接调控细胞周期进程;使用能与CAK大量结合且易于随代谢排出体外的药剂以降低其作用效果等等。这些方法可能会阻止受损细胞的进一步增殖,控制肿瘤的发生或发展。, http://www.100md.com(詹杉杉 袁伟 蔡敬怡)
【关键词】 CAK;CDK;肿瘤;癌症;细胞周期;磷酸化
近几十年,肿瘤的发病率逐年上升,渐渐引起人们的重视。从分子水平上说,肿瘤起源于细胞周期调控机制的破坏。细胞周期(G1,S,G2,M)是由连续的允许细胞生长和增殖的事件所组成的级联反应。细胞周期蛋白依赖性激酶活化激酶(cyclin dependent kinase-activating kinase,CAK)可以作用于这个级联反应中的许多重要调节因子,影响它们的活性;这些调节因子在控制细胞生长和导致癌细胞形成过程中有重要作用。因此,CAK与肿瘤发生有着密切的关系。
1 人类CAK的结构和功能
人类CAK是人类基因普通转录因子IIH(The human general transcription factor,TFIIH)的一部分。TFIIH是有关依赖RNA聚合酶II(RNAP II)转录调节的一个普通转录因子,参与II型转录和核苷酸切除修复。TFIIH由九个亚基构成,其中p34、p44、p52、p62和p89/XPB亚基形成核心TFIIH;在其余四个亚基中,CDK7、cyclin H、MAT1 形成CAK复合物,与另外一个亚基XPD 作用后结合到核心TFIIH上。CAK也可以游离形式存在。CAK可以磷酸化RNAP II大亚基的羧基末端结构域(CTD)等转录组分,在转录过程中十分重要[1]。
CAK可以单独调节许多细胞周期调节子,如细胞周期前进的关键调节子细胞周期蛋白依赖性激酶 (cyclin-dependent kinases,CDKs)。细胞周期素(cyclins)与CDKs结合,激活CDKs的活性。CAK磷酸化CDKs的苏氨酸残基进一步激活CDK-cyclin复合物。活化的CDK-cyclin复合物驱动细胞周期前进。此外,CAK还可以磷酸化其他细胞周期调节子,比如:p53,CKIs等。
2 CAK与肿瘤
癌症的本质是增生性的细胞周期疾病, 可能源于细胞周期调节因子失调。细胞周期由多种物质共同调节,CAK与它们相互作用,可能在细胞周期控制、转录调控、DNA损伤修复等有关肿瘤形成的过程中有重要作用。
2.1 CAK与乳腺癌 乳腺癌细胞内,雌激素受体(ER)alpha接受雌激素信号驱动乳腺癌细胞的转录。雌激素信号促进CAK的组装因子MAT1的核转位,MAT1与雌激素受体的激活功能2区相互作用。CAK复合物通过磷酸化ER,刺激ER的活性、诱导ER驱动的转录。同时,细胞内的MTA1(转移相关蛋白1)可以结合MAT1并与MAT1相互作用,并且可能通过向乳腺癌细胞内包含靶基因染色质的雌激素反应单元补充组蛋白脱乙酰基酶(HDACs)抑制CAK诱导的转录活性。所以,乳腺癌细胞内ER的转活功能可能受CAK 和 MTA1之间的调节性的相互作用的影响[2]。
2.2 CAK与成神经瘤 细胞周期分为G1、S、G2、M四个时期。G1期停滞决定细胞进行生长或分化。在成神经细胞瘤CHP126细胞内,CAK是协调维甲酸(RA)诱导的G1期生长/分化(P/D)转换的核心细胞周期调节子。CAK通过与生长抑制子和分化增强子-肿瘤抑制蛋白(pRb)及细胞分化的关键驱动子-视黄醇类X受体(RXR_)相互作用并将其磷酸化调节P/D转换。MAT1决定CAK的活性。转换过程中,MAT1减少,CAK活性减少,CAK对pRb和RXR_的高度磷酸化转为低度磷酸化,产生生长抑制、轴突外生的作用效果;而MAT1过表达则抵制这些RA作用。所以MAT1调节的CAK活性反向调节成神经瘤细胞G1期的生长/分化转换,即MAT1减少,CAK活性降低,成神经瘤细胞生长抑制,分化增加[3]。
2.3 CAK与子宫内膜癌 cyclin H表达与子宫内膜肿瘤发生和临床病理变量之间有一定的联系。cyclins H的免疫组织化学染色结果显示:癌性增生的子宫内膜组织中的cyclins H的表达比增生期频繁,但比子宫内膜样腺癌中的少;cyclin H的表达与淋巴管空间侵袭和癌症的临床阶段有关但与子宫肌层侵袭、淋巴结转移、绝经期状态无关;cyclin H的表达可能涉及子宫内膜向恶性肿瘤的转化并且可能提示存在更多增生的和恶性的特点。cyclin H可能是决定子宫内膜增生及子宫内膜样腺癌增生活性的生物标记之一[4]。
CAK的另一成分CDK7也与子宫内膜癌相关。用免疫组织化学染色检验正常子宫内膜和子宫内膜癌组织内CDK7的表达。在38条分化带中,正常子宫内膜组织内有3条CDK7的高表达带而子宫内膜癌组织内有35条;这一结果显示子宫内膜癌组织内CDK7的表达比正常子宫内膜组织内CDK7的表达更高。此外,有关子宫内膜癌阳性分化表达的基因节段之一与CDK7具有高度的同源性(99%相同)。因此CDK7从基因水平上与子宫内膜癌相关,可以被用作对子宫内膜癌进一步研究的潜在的分子标记[5]。
2.4 CAK与肺癌 最近进行了一项关于CAK基因的遗传性变型是否改变肺癌的危险性的调查研究,对500个肺癌患者和517个健康人的25个单核苷酸多态性(SNPs)和Cdk7、MAT1、cyclin H的单体型表型进行了比较。结果显示病例组MAT1 79023A/G (p = 0.042)和MAT1 85693C/T (p = 0.005)的基因型频率与控制组明显不同。进一步的分析显示cyclin H 11817C/T、MAT1 12199A/G、MAT1 70650A/G、MAT1 79023A/G和MAT1 85693C/T以显性的遗传模型影响肺癌的易感性,而cyclin H 12128A/T和MAT1 42172A/G以隐性的遗传模型影响肺癌的易感性。cyclin H等位基因的单体型‘TAC’(p = 0.007)增加肺癌的危险性而单体型‘TTC’(p = 0.043)减少肺癌的危险性。这些结果表示CAK基因、Cdk7、cyclin H、MAT1的遗传性变型可能以基因-基因相互作用的模式调节肺癌的危险因素[6]。
综上可以推知CAK在多种癌性组织中总的特征:CAK的成分表达增加、活性增强,从而推动细胞周期和转录的前进,促进细胞增生,抑制细胞分化。这与CAK在细胞周期中的作用及其作为TFIIH的基本组成成分所应具有的作用相符合,同时也印证了肿瘤是增殖分化失调的细胞周期疾病的本质。
3 展望
目前,以细胞周期相关的调控因子为治疗靶点已成为癌症治疗的新方向。鉴于CAK对细胞周期前进必不可少,CDK7可能成为癌症治疗的新靶点。然而由于它的广泛表达及其在转录中的作用,必须考虑它的抑制剂可能存在的毒性。根据目前确定的CDK7的结构,可以针对不同的CDKs设计具有特定特异性的抑制剂[7]。最近研究表明,化合物BS-181可以通过抑制CDK7底物的磷酸化抑制MCF-7肿瘤细胞的生长并具有在体活性,是首例有效选择性CDK7抑制剂,因此可能成为肿瘤抑制物[8]。另外,可以考虑其他方法控制CAK的活性。比如在离体实验中检测出CAK在不同温度及酸碱度下的活性,再通过调节人体的内环境就可能影响CAK的作用;通过控制与CAK相关的因子间接调控细胞周期进程;使用能与CAK大量结合且易于随代谢排出体外的药剂以降低其作用效果等等。这些方法可能会阻止受损细胞的进一步增殖,控制肿瘤的发生或发展。, http://www.100md.com(詹杉杉 袁伟 蔡敬怡)