关于肿瘤敏感基因TSG101的分子生物学研究进展
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2004年8月20日
冯强 冯朝晖 余应年 2004-8-2 15:53:51 癌变·畸变·突变1999年第11卷第3期
摘要 ISG101是近来发现的一个从酵母到人高度保守的蛋白家族。其N端与泛素结合酶(UBC)有一定的同源性。有研究表明：TSG101的转录子在某些肿瘤细胞中发生了异常剪接；TSG101可能有转录因子的作用；TSG101也有可能作为一种显性负调节子参与泛素系统对细胞周期的调节。
关键词 TSG101；泛素结合酶
1996年，Li等用随机纯合子剔除法(random homozygous knock out，RHKO)[用转录激活启动子的反义RNA随机地引入基因组转录的基因中以剔除与启动子插入部位相邻近的等位基因]在NTH3T3成纤维细胞中发现一个新基因(1)。该基因的功能失活可引起细胞转化；将该转化细胞注射在裸鼠皮下，可形成肿瘤并伴有转移；将该基因功能恢复，转化的细胞又可部分逆转。该基因被命名为TSG101(Tu-mor-Susceptibility gene101)。
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随后，他们又克隆到人的TSG101基因(2)，并进行了该基因在染色体上的定位。之后，人们对TSG101基因进行了一系列研究，现将其综述如下：
1 人TSG101基因(hTSG101)
hTSG101基因的cDNA(2)有1494个bp，与小鼠的有86%同源，含1140bp的开放读框，编码一由380氨基酸组成的蛋白质。
该基因有6个外显子。外显子1内可能还含有一个具有EcoR1限制性位点的内含子(3)。定位于染色体11p15.1-p15.2。较肿瘤抑制性亚染色体可转移DNA片段(subchromosomal transferable DNA frag-ment)更靠近着丝粒，并且较D11S860遗传标记更近着丝粒6Mb以上(4)。
已知在多种类型的人类恶性肿瘤如乳腺癌，Wilm氏瘤，肺癌，膀胱癌，睾丸癌，肾上腺皮质瘤，肝胚细胞瘤，卵巢癌中，染色体11p15区带或其邻近的区域经常发生杂合性丢失(loss of heterozygosity)。此外，研究发现：将正常的11号染色体或其片段导入乳腺癌细胞，可以逆转癌细胞的转移倾向以及其他的一些恶性特征，提示在11号染色体的长臂上可能含有一个肿瘤抑制基因，其突变参与人类肿瘤，尤其是乳腺癌的发生。小鼠的hTSG101同源基因tsg101的功能失活可使NTH3T3成纤维细胞转化为具有转移性的癌细胞，提示hTSG101基因是否就是这种可抑制肿瘤发生的基因。
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①本文受国家自然科学基金(编号为39830210)资助
Li等(2)对15例乳腺癌的cDNA进行分析，发现其中7例的TSG101cDNA存在序列缺失。这7例中有6例的基因DNA存在较大的片段缺失，缺失片段的大小范围在7.4-16.4kb左右。此外，在1例乳腺癌的TSG101基因DNA中，在其编码卷曲螺旋结构域(coiled-coil)的片段上，还存在一个I→C的点突变。
但Steiner等(3)通过对46例乳腺癌组织和13个乳腺癌细胞系的DNA直接进行分析，发现TSG101基因DNA中并不存在上述大片段缺失。此外，Zhong等(5)也在10种乳腺癌细胞系中找到了完整的TSG101蛋白质，亦表明其编码基因是正常的。Lee等(4)在研究中发现：(1)对72例乳腺癌进行基因组SouthernBlot分析，未发现TSG101基因有基因内缺失。(2)对12例没有基因内缺失的乳腺癌的cDNA进行分析，发现其中的5例除了有全长的TSG101cDNA外，还有几种截短的cDNA片段。这些cDNA片段缺失的类型共归为6类(A，B，C，D，E，F型)，其中以A型最为普遍。还发现这些缺失的cDNA片段具有较一致的剪接供体序列和剪接受体序列。(3)在4例配对的正常乳腺组织中，有3例存在D型的转录子；在2个胎儿的各种组织(心，胃肠道，肺，舌，皮肤，肾，脑)中，也发现了A，B，D型的转录子。不过正常乳腺组织和胎儿组织中，这些截短的转录子的数量比乳腺癌中的相对更低许多。这些情况提示：并非是基因内的缺失，而是mRNA的异常剪接造成了乳腺癌中hTSG101基因转录子片段缺失。Gayther等(6)对一些恶性肿瘤，EB病毒无限增殖化B细胞和正常肺间质组织的DNA，RNA进行分析，也得到了相似的结果：在各种样本中，都存在不少的TSG101转录子片段缺失的情况，片段缺失的断裂点也是与一些隐蔽的剪接位点相一致的；而这些样本的DNA分析却难以找到与这些转录子缺失相对应的改变。Sun等(7)在4例前列腺癌中发现有6种不同的转录子片段缺失情况，其中最普遍的一种缺失与Lee等所发现的最普遍的缺失类型-A型(bp153-1055)是一致的。
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由此可以认为：hTSG101基因在肿瘤发生中并没有发生改变，而是其转录子的剪接出现了异常，全长转录子减少，使其表达减少。
2 hTSG101蛋白质
hTSG101基因编码的H-TSG101蛋白，含有380个氨基酸，分子量42.84kDa。
H-TSG101蛋白与小鼠TSG101有94%的同源性。两者之间只存在20个不相一致的氨基酸和一个间隙。一个卷曲螺旋结构域(H-TSG101氨基酸231-301)和一个富含脯氨酸的区域(H-TSG101氨基酸130-20532%脯氨酸)在H-TSG101与小鼠TSG101两者间是高度保守的，分别只有1个氨基酸和3个氨基酸不一致。卷曲螺旋结构域中的亮氨酸接链元件在两种蛋白质间是相同的。在小鼠TSG101与H-TSG101两者间一致的位点还有7个假定蛋白激酶C磷酸化位点(氨基酸11，38，86，89，215，357)；5个可能的酪氨酸激酶Ⅱ磷酸化位点(氨基酸38，210，249，265，290)；以及3个潜在的N-糖基化位点(氨基酸44，150，297)。这么多的磷酸化位点可能说明H-TSG101的功能是受磷酸化调节的。
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3个独立的DNA结合域(1)：卷曲螺旋结构域中的亮氨酸拉链元件、一条与噬菌体受体的螺旋—转折—螺旋结构域相似的片段(氨基酸37-46)和一个锌一半胱氨酸锌指双核簇特征结构域(氨基酸73-83)以及在亮氨酸拉链元件的附近存在一个富含脯氨酸区域，提示HTSG101可能具有转录因子的作用(2)。
此外，HTSG101中保守的卷曲螺旋结构域一个可与statlmin相互作用的蛋白相似(2)。Stathmin又名癌蛋白18，是一个磷酸化蛋白，对调节细胞增殖和分化的信号有协调和后延作用。HTSG101可能的转录作用可能是由stathmin通过磷酸化作用进行调控的。
HTSG101在细胞中的分布具有细胞周期依赖性(9)。G1早期，HTSG101主要分布在细胞核及核周的高尔基复合体。之后，逐渐向胞质扩散。至S期晚期，遍布整个胞浆。在进入有丝分裂后，HTSG101主要分布在有丝分裂器上，如中心粒、有丝分裂纺锤体。HTSG101这种在细胞周期中穿梭于不同部位的能力，表明HTSG101可能在细胞的多个位点发挥不同的作用。HTSG101这种周期依赖性分布特征与一些调节细胞增殖和/或细胞发育的蛋白是相似的，如周期蛋白依赖性激酶、钙一钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ、以及周期蛋白B1和B2等。
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HTSG101的N端(氨基酸134)与泛素结合酶(UBC)有明显的同源性(10，11)，三维结构的比较也发现，TSG101与UBC有很高的一致性：除了TSG101在C端缺少2个螺旋外，共他的结构单位都很相似(10)。UBC结合泛素的活性半胱氨酸残基在HTSG101中被酪氨酸残基代替，但其周围的保守氨基酸残基仍能形成一个疏水基团，这使HTSG101能保持一个与UBC具有相同构象的活性多肽环。HTSG101虽然缺少了2个C端螺旋，但这两个螺旋并没有接触到活性位点，不影响配体与蛋白质的结合。因此，HTSG101似乎也是参与泛素系统的一种新的调节蛋白，它以UBC的显性负性变体(dominant negative variant)的形式起作用(10-12)。
因为HTSG101分布活动与一些参与细胞周期调节的蛋白相似，HTSG101可能作为一种显性负调节子参与泛素系统对细胞周期的调节，可能通过与泛素靶蛋白或泛素系统中的其他成份形成无效复合物来实现这一调节作用(10)。
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Xie等(9)发现缺失HTSG101的SL6细胞出现了一系列与有丝分裂有关的异常情况，包括多微管组织中心、异常的有丝分裂纺锤体、分裂中期染色质的异常分布、非整倍体、核异形等。这些异常可以通过恢复HTSG101的正常表达加以逆转。已知DNA的修复缺陷，细胞周期的缺陷，细胞周期检查点的异常都可导致基因组的不稳定性。似乎可以认为：某些原因(如hTSG101转录子的异常剪接)使正常HTSG101表达减少，造成有丝分裂的异常，从而使基因组不稳定，促成肿瘤的发生。HTSG101缺乏导致有丝分裂异常，这似乎与HTSG101假定的细胞周期调节作用是一致的。
Li等(1)发现，对于经TSG101基因失活处理而发生恶性转化的NTH3T3成纤维细胞，虽经恢复TSG101基因活性，部分细胞的恶性转化并未逆转。这可能说明TSG101基因产物也许对有丝分裂起到看守者(caretaker)的作用，它的失活可以增加基因组的不稳定性，从而增高各种基因发生突变的机率。而HTSG101在有丝分裂中主要分布在各种微管系统中。
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由此可见，HTSG101的作用是多样的，这些作用究竟是反映了HTSG101的多种独立的功能，还是HTSG101的一种功能参与了多种酶调节系统作用的结果，还有待于进一步研究，此外，Wang等(13)对189例原发浸润性乳腺癌和59例转移性乳腺癌的研究发现，hTSG101基因的基因内缺失以及转录子的片段缺失在乳腺癌中是很少发生的。所以，TSG101基因的基因改变与肿瘤发生的关系，以及转录子剪接异常发生的机制都还需进一步的探究。
TSG101在酵母中的同源蛋白YCL008C(14)也已发现。这说明TSG101可能形成一个从酵母到人的保守的蛋白家族。该蛋白家族的特征是：其N端与UBC有一定的同源性，但不具有UBC所必需的用以与泛素结合的活性半胱氨酸残基。近来，人们又发现了一个新的类UBC蛋白家族一泛素结合酶变体蛋白(UEV)(15，16)。UEV蛋白与TSG101相似，同UBC也有较高的同源性，但也不具有UBC所必需的活性半胱氨酸残基。但是UEV蛋白与TSG101蛋白是两个不同的蛋白家族，它们在系统发育上与UBC具有相同的距离。UEV蛋白参与调控细胞分化，细胞周期和DNA修复(10，15-17)，提示TSG101是否也参与这些过程的调节，而TSG101对泛素系统的显性负调节作用以及其与肿瘤发生的关系，也提示UEV也可能以显性负调节的方式参加泛素系统的作用，UEV蛋白也可能与肿瘤发生有关。TSG101和UEV这两个类UBC蛋白家族的出现，将有利于我们了解泛素系统的一些尚未发现的代谢调节作用。
参考文献略, http://www.100md.com
摘要 ISG101是近来发现的一个从酵母到人高度保守的蛋白家族。其N端与泛素结合酶(UBC)有一定的同源性。有研究表明：TSG101的转录子在某些肿瘤细胞中发生了异常剪接；TSG101可能有转录因子的作用；TSG101也有可能作为一种显性负调节子参与泛素系统对细胞周期的调节。
关键词 TSG101；泛素结合酶
1996年，Li等用随机纯合子剔除法(random homozygous knock out，RHKO)[用转录激活启动子的反义RNA随机地引入基因组转录的基因中以剔除与启动子插入部位相邻近的等位基因]在NTH3T3成纤维细胞中发现一个新基因(1)。该基因的功能失活可引起细胞转化；将该转化细胞注射在裸鼠皮下，可形成肿瘤并伴有转移；将该基因功能恢复，转化的细胞又可部分逆转。该基因被命名为TSG101(Tu-mor-Susceptibility gene101)。
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随后，他们又克隆到人的TSG101基因(2)，并进行了该基因在染色体上的定位。之后，人们对TSG101基因进行了一系列研究，现将其综述如下：
1 人TSG101基因(hTSG101)
hTSG101基因的cDNA(2)有1494个bp，与小鼠的有86%同源，含1140bp的开放读框，编码一由380氨基酸组成的蛋白质。
该基因有6个外显子。外显子1内可能还含有一个具有EcoR1限制性位点的内含子(3)。定位于染色体11p15.1-p15.2。较肿瘤抑制性亚染色体可转移DNA片段(subchromosomal transferable DNA frag-ment)更靠近着丝粒，并且较D11S860遗传标记更近着丝粒6Mb以上(4)。
已知在多种类型的人类恶性肿瘤如乳腺癌，Wilm氏瘤，肺癌，膀胱癌，睾丸癌，肾上腺皮质瘤，肝胚细胞瘤，卵巢癌中，染色体11p15区带或其邻近的区域经常发生杂合性丢失(loss of heterozygosity)。此外，研究发现：将正常的11号染色体或其片段导入乳腺癌细胞，可以逆转癌细胞的转移倾向以及其他的一些恶性特征，提示在11号染色体的长臂上可能含有一个肿瘤抑制基因，其突变参与人类肿瘤，尤其是乳腺癌的发生。小鼠的hTSG101同源基因tsg101的功能失活可使NTH3T3成纤维细胞转化为具有转移性的癌细胞，提示hTSG101基因是否就是这种可抑制肿瘤发生的基因。
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①本文受国家自然科学基金(编号为39830210)资助
Li等(2)对15例乳腺癌的cDNA进行分析，发现其中7例的TSG101cDNA存在序列缺失。这7例中有6例的基因DNA存在较大的片段缺失，缺失片段的大小范围在7.4-16.4kb左右。此外，在1例乳腺癌的TSG101基因DNA中，在其编码卷曲螺旋结构域(coiled-coil)的片段上，还存在一个I→C的点突变。
但Steiner等(3)通过对46例乳腺癌组织和13个乳腺癌细胞系的DNA直接进行分析，发现TSG101基因DNA中并不存在上述大片段缺失。此外，Zhong等(5)也在10种乳腺癌细胞系中找到了完整的TSG101蛋白质，亦表明其编码基因是正常的。Lee等(4)在研究中发现：(1)对72例乳腺癌进行基因组SouthernBlot分析，未发现TSG101基因有基因内缺失。(2)对12例没有基因内缺失的乳腺癌的cDNA进行分析，发现其中的5例除了有全长的TSG101cDNA外，还有几种截短的cDNA片段。这些cDNA片段缺失的类型共归为6类(A，B，C，D，E，F型)，其中以A型最为普遍。还发现这些缺失的cDNA片段具有较一致的剪接供体序列和剪接受体序列。(3)在4例配对的正常乳腺组织中，有3例存在D型的转录子；在2个胎儿的各种组织(心，胃肠道，肺，舌，皮肤，肾，脑)中，也发现了A，B，D型的转录子。不过正常乳腺组织和胎儿组织中，这些截短的转录子的数量比乳腺癌中的相对更低许多。这些情况提示：并非是基因内的缺失，而是mRNA的异常剪接造成了乳腺癌中hTSG101基因转录子片段缺失。Gayther等(6)对一些恶性肿瘤，EB病毒无限增殖化B细胞和正常肺间质组织的DNA，RNA进行分析，也得到了相似的结果：在各种样本中，都存在不少的TSG101转录子片段缺失的情况，片段缺失的断裂点也是与一些隐蔽的剪接位点相一致的；而这些样本的DNA分析却难以找到与这些转录子缺失相对应的改变。Sun等(7)在4例前列腺癌中发现有6种不同的转录子片段缺失情况，其中最普遍的一种缺失与Lee等所发现的最普遍的缺失类型-A型(bp153-1055)是一致的。
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由此可以认为：hTSG101基因在肿瘤发生中并没有发生改变，而是其转录子的剪接出现了异常，全长转录子减少，使其表达减少。
2 hTSG101蛋白质
hTSG101基因编码的H-TSG101蛋白，含有380个氨基酸，分子量42.84kDa。
H-TSG101蛋白与小鼠TSG101有94%的同源性。两者之间只存在20个不相一致的氨基酸和一个间隙。一个卷曲螺旋结构域(H-TSG101氨基酸231-301)和一个富含脯氨酸的区域(H-TSG101氨基酸130-20532%脯氨酸)在H-TSG101与小鼠TSG101两者间是高度保守的，分别只有1个氨基酸和3个氨基酸不一致。卷曲螺旋结构域中的亮氨酸接链元件在两种蛋白质间是相同的。在小鼠TSG101与H-TSG101两者间一致的位点还有7个假定蛋白激酶C磷酸化位点(氨基酸11，38，86，89，215，357)；5个可能的酪氨酸激酶Ⅱ磷酸化位点(氨基酸38，210，249，265，290)；以及3个潜在的N-糖基化位点(氨基酸44，150，297)。这么多的磷酸化位点可能说明H-TSG101的功能是受磷酸化调节的。
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3个独立的DNA结合域(1)：卷曲螺旋结构域中的亮氨酸拉链元件、一条与噬菌体受体的螺旋—转折—螺旋结构域相似的片段(氨基酸37-46)和一个锌一半胱氨酸锌指双核簇特征结构域(氨基酸73-83)以及在亮氨酸拉链元件的附近存在一个富含脯氨酸区域，提示HTSG101可能具有转录因子的作用(2)。
此外，HTSG101中保守的卷曲螺旋结构域一个可与statlmin相互作用的蛋白相似(2)。Stathmin又名癌蛋白18，是一个磷酸化蛋白，对调节细胞增殖和分化的信号有协调和后延作用。HTSG101可能的转录作用可能是由stathmin通过磷酸化作用进行调控的。
HTSG101在细胞中的分布具有细胞周期依赖性(9)。G1早期，HTSG101主要分布在细胞核及核周的高尔基复合体。之后，逐渐向胞质扩散。至S期晚期，遍布整个胞浆。在进入有丝分裂后，HTSG101主要分布在有丝分裂器上，如中心粒、有丝分裂纺锤体。HTSG101这种在细胞周期中穿梭于不同部位的能力，表明HTSG101可能在细胞的多个位点发挥不同的作用。HTSG101这种周期依赖性分布特征与一些调节细胞增殖和/或细胞发育的蛋白是相似的，如周期蛋白依赖性激酶、钙一钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ、以及周期蛋白B1和B2等。
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HTSG101的N端(氨基酸134)与泛素结合酶(UBC)有明显的同源性(10，11)，三维结构的比较也发现，TSG101与UBC有很高的一致性：除了TSG101在C端缺少2个螺旋外，共他的结构单位都很相似(10)。UBC结合泛素的活性半胱氨酸残基在HTSG101中被酪氨酸残基代替，但其周围的保守氨基酸残基仍能形成一个疏水基团，这使HTSG101能保持一个与UBC具有相同构象的活性多肽环。HTSG101虽然缺少了2个C端螺旋，但这两个螺旋并没有接触到活性位点，不影响配体与蛋白质的结合。因此，HTSG101似乎也是参与泛素系统的一种新的调节蛋白，它以UBC的显性负性变体(dominant negative variant)的形式起作用(10-12)。
因为HTSG101分布活动与一些参与细胞周期调节的蛋白相似，HTSG101可能作为一种显性负调节子参与泛素系统对细胞周期的调节，可能通过与泛素靶蛋白或泛素系统中的其他成份形成无效复合物来实现这一调节作用(10)。
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Xie等(9)发现缺失HTSG101的SL6细胞出现了一系列与有丝分裂有关的异常情况，包括多微管组织中心、异常的有丝分裂纺锤体、分裂中期染色质的异常分布、非整倍体、核异形等。这些异常可以通过恢复HTSG101的正常表达加以逆转。已知DNA的修复缺陷，细胞周期的缺陷，细胞周期检查点的异常都可导致基因组的不稳定性。似乎可以认为：某些原因(如hTSG101转录子的异常剪接)使正常HTSG101表达减少，造成有丝分裂的异常，从而使基因组不稳定，促成肿瘤的发生。HTSG101缺乏导致有丝分裂异常，这似乎与HTSG101假定的细胞周期调节作用是一致的。
Li等(1)发现，对于经TSG101基因失活处理而发生恶性转化的NTH3T3成纤维细胞，虽经恢复TSG101基因活性，部分细胞的恶性转化并未逆转。这可能说明TSG101基因产物也许对有丝分裂起到看守者(caretaker)的作用，它的失活可以增加基因组的不稳定性，从而增高各种基因发生突变的机率。而HTSG101在有丝分裂中主要分布在各种微管系统中。
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由此可见，HTSG101的作用是多样的，这些作用究竟是反映了HTSG101的多种独立的功能，还是HTSG101的一种功能参与了多种酶调节系统作用的结果，还有待于进一步研究，此外，Wang等(13)对189例原发浸润性乳腺癌和59例转移性乳腺癌的研究发现，hTSG101基因的基因内缺失以及转录子的片段缺失在乳腺癌中是很少发生的。所以，TSG101基因的基因改变与肿瘤发生的关系，以及转录子剪接异常发生的机制都还需进一步的探究。
TSG101在酵母中的同源蛋白YCL008C(14)也已发现。这说明TSG101可能形成一个从酵母到人的保守的蛋白家族。该蛋白家族的特征是：其N端与UBC有一定的同源性，但不具有UBC所必需的用以与泛素结合的活性半胱氨酸残基。近来，人们又发现了一个新的类UBC蛋白家族一泛素结合酶变体蛋白(UEV)(15，16)。UEV蛋白与TSG101相似，同UBC也有较高的同源性，但也不具有UBC所必需的活性半胱氨酸残基。但是UEV蛋白与TSG101蛋白是两个不同的蛋白家族，它们在系统发育上与UBC具有相同的距离。UEV蛋白参与调控细胞分化，细胞周期和DNA修复(10，15-17)，提示TSG101是否也参与这些过程的调节，而TSG101对泛素系统的显性负调节作用以及其与肿瘤发生的关系，也提示UEV也可能以显性负调节的方式参加泛素系统的作用，UEV蛋白也可能与肿瘤发生有关。TSG101和UEV这两个类UBC蛋白家族的出现，将有利于我们了解泛素系统的一些尚未发现的代谢调节作用。
参考文献略, http://www.100md.com