急性早幼粒白血病细胞分化相关信号途径及关键基因RIG-G功能的研究

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RIG-G(retinoicacid-inducedgeneG)是我们多年前从急性早幼粒细胞白血病(acutepromyelocyticleukemia,APL)细胞株NB4中克隆得到的一系列可被维甲酸诱导表达的基因之一。前期的研究工作已经证明,RIG-G能够将细胞阻滞在细胞周期的G1期,具有抑制肿瘤细胞增殖,促进细胞分化的功能。此外,RIG-G还能与COP9信号体(COP9signalosome,CSN)复合物的第五个亚基CSN5发生相互作用。  CSN复合物是一个由CSN1~CSN8八个亚基构成的多蛋白复合体,在细胞周期调控、转录激活、DNA修复以及细胞信号转导等多种生物学过程中发挥着重要作用。研究表明,CSN复合物具有三种生物学活性:金属蛋白酶活性、去泛素化活性和蛋白激酶活性,主要表现在:(1)可以去除CRLs(cullin-RINGligases,CRL)E3连接酶cullin亚基上的Nedd8修饰(也称为Deneddylation),使CRLs失活,从而维持CRLs各亚基的稳定性;(2)在缺乏底物时,可以通过募集去泛素化酶抑制CRLs亚基的自身泛素化,防止其被蛋白酶体降解;(3)此外,还能通过一些蛋白激酶使相关的蛋白底物发生磷酸化,参与细胞内的信号转导。我们以前的研究结果显示,RIG-G可以通过与CSN5相互作用将CSN5蛋白部分阻滞在胞浆中,从而影响由CSN5介导的p27的出核,抑制p27通过泛素蛋白酶体途径降解,使细胞内的p27水平上升。由于CSN5不但能以单体的形式独立发挥作用,还可以作为一个重要的亚基参与形成CSN复合物来行使功能,那么RIG-G是否会影响CSN复合物的组成和功能呢?  在本论文的第一部分中,我们利用非变性凝胶电泳以及凝胶过滤层析实验研究了RIG-G对CSN复合物的影响,发现RIG-G能破坏CSN复合物的组成,明显下调CSN复合物的量,并抑制CSN复合物的功能。我们的结果显示,RIG-G可以降低CSN复合物的Deneddylation能力,进而使SCFβTrCP-E3连接酶的稳定性下降,其底物的泛素化降解受抑。RIG-G也可以抑制CSN复合物的去泛素化活性和蛋白激酶活性,使SCF-E3酶的底物受体亚基βTrCP的泛素化水平上升,c-Jun的磷酸化水平下降。  在本论文的第二部分中,为了进一步揭示RIG-G抗增殖促分化的分子作用机制,我们通过二维电泳-联合MALDI-TOF(Matrix-AssistedLaserDesorption/Ionization-Time-of-Flight)质谱技术对RIG-G表达前后U937细胞内核蛋白和浆蛋白表达谱的变化分别进行了比较系统的研究。我们共发现了49个受RIG-G影响的蛋白质,包括细胞骨架、氧化应激、蛋白合成降解、基因转录、糖代谢、细胞增殖等相关蛋白。我们注意到,过表达RIG-G可以引起组氨酸释放因子(histamine-releasingfactor,HRF)的蛋白水平下降,也可以使切丝蛋白(cofilin1,CFL1)和凝血素(galectin1,Gal1)的蛋白水平上升。由于这些蛋白均与细胞生长密切相关,很可能在RIG-G抑制细胞增殖促进细胞分化的过程中发挥一定作用。这部分研究结果为我们进一步探讨RIG-G的功能及其作用的分子机制提供了重要线索。  在本论文的第三部分中,我们在前期工作的基础上,主要对APL细胞分化中cAMP信号途径与维甲酸耐药之间的关系进行了深入研究。  APL是一种临床表现极其凶险的白血病类型。虽然目前临床上使用全反式维甲酸(all-transretinoicacid,ATRA)治疗APL患者已取得了巨大成功,但是仍有部分病人在ATRA治疗后复发,且复发后往往失去对ATRA的反应性。因此有关APL细胞的维甲酸耐药性一直是该领域的研究热点之一。在以前的工作中,我们曾发现维甲酸敏感的NB4细胞内cAMP的含量明显高于维甲酸耐药的NB4-R1细胞。不仅如此,ATRA还能在短时间内使NB4细胞内的cAMP水平进一步升高,而NB4-R1细胞则未见此现象。进一步的研究表明,APL细胞内的cAMP水平与腺苷酸环化酶(adenylatecyclase,AC)的活性密切相关。AC的激动剂能明显增加NB4-R1细胞内cAMP的含量,并协同ATRA诱导细胞分化。而AC的抑制剂则能使NB4细胞内的cAMP含量下降,且能阻断ATRA对NB4细胞的诱导分化作用。在本研究中,我们对NB4和NB4-R1细胞中部分AC亚型的表达情况进行了分析,发现NB4-R1细胞中AC9亚型的蛋白水平明显低于NB4细胞。RNA干扰和过表达AC9的转染实验也显示AC9蛋白能直接影响细胞内的cAMP水平。进一步的报告基因实验则证明AC9蛋白的水平受到了细胞内microRNA(如miR-X)的转录后调控,miR-X能负调控AC9蛋白的表达和细胞内cAMP的水平。此外,我们还收集了部分处于不同治疗阶段的APL病人的骨髓细胞,通过Real-timePCR等方法对这些标本中miR-X和AC9的表达水平进行检测。结果提示,miR-X和AC9的水平有可能可以作为评价APL病人治疗疗效的一个指标。  通过本课题的研究,我们首次发现RIG-G能影响CSN复合物的组成及其功能,在SCF-E3泛素连接酶活性的调控中起着重要作用,为进一步阐明RIG-G抑制肿瘤细胞增殖的分子机制奠定了基础。此外,我们还发现AC9的表达水平受miR-X的负性调控,AC9蛋白水平可以直接影响细胞内cAMP的水平,AC9水平的下降很可能是造成APL细胞维甲酸耐药的原因之一。这些结果不但对于进一步揭示APL细胞维甲酸耐药的机制具有重要意义,而且为克服维甲酸耐药提供了新的实验依据。
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