乙肝病毒X蛋白结合蛋白最新研究进展  

刘剑平1,2 , 申杰2 , 蓝文贤2 , 龚福春1
1长沙理工大学化学与生物工程学院, 长沙, 410114;
2中科院上海有机化学研究所生命有机国家重点实验室, 上海, 200032
作者    通讯作者
医学遗传学与疾病研究, 2012 年, 第 1 卷, 第 1 篇   doi: 10.5376/mgdr.cn.2012.01.0001
收稿日期: 2012年04月02日    接受日期: 2012年05月31日    发表日期: 2012年06月01日
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本文首次发表在 《基因组学与应用生物学》(2012年第31卷第2期192-196页)上。现依据版权所有人授权的许可协议,采用 Creative Commons Attribution License,协议对其进行授权,再次发表与传播。只要对原作有恰当的引用, 版权所有人允许并同意第三方无条件的使用与传播。
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引用格式(中文):
刘剑平等, 2012, 乙肝病毒X蛋白结合蛋白最新研究进展, 医学遗传学与疾病研究(online) Vol.1 No.1 pp.1-5 (doi: 10.5376/mgdr. cn.2012.1.0001)
引用格式(英文):
Liu et al., 2012, Latest Research Progress on the Hepatitis B X-interacting Protein (HBXIP), Yixue Yichuanxue Yu Jibing Yanjiu (online) Vol.1 No.1 pp.1-5 (doi: 10.5376/mgdr.cn.2012.1.0001)
 

摘要

乙肝病毒X蛋白结合蛋白(HBXIP)是肝细胞癌变过程的一个关键因素,它能在动物肌肉组织和恶性肿瘤组织中过表达。近年来研究显示:HBXIP能与人体内多种蛋白结合。本文综述了HBXIP蛋白参与细胞凋亡与增殖、细胞周期进程、中心体复制、肿瘤细胞迁移等过程,以期为以HBXIP蛋白为靶标的新的抗乙肝病毒等药物设计提供基础。

关键词
乙肝病毒;乙肝病毒X蛋白结合蛋白;肿瘤;抗乙肝病毒药物

乙肝病毒X蛋白结合蛋白(hepatitis B X-inter- acting protein, HBXIP)是一种细胞组成型表达的蛋白,首次于肝癌细胞株HepG2中被发现,通过酵母双杂交技术筛选作为乙肝病毒编码的蛋白HBx的作用因子。HBXIP基因定位于人染色体1p13.3,其开放阅读框基因编码全长173个氨基酸,分子量约为19 kD (Melegari et al., 1998)。 HBXIP与HBx的C末端结合后降低 HBx的活性,从而改变乙肝病毒(hepatitis B virus, HBV)的复制周期,同时抑制HBx对激活蛋白1 (activating protein-1, AP-1)和内源性HBV启动子或增强子的反式激活作用,从而影响乙肝病毒(HBV)的复制周期。

对HBXIP二级结构预测分析显示,其存在一个潜在的亮氨酸拉链模序。HBXIP氨基酸序列的第93位和第117位的Thr能分别被蛋白激酶C (protein kinase C, PKC)和II-型酪蛋白激酶(casein kinase II, CK-II)催化磷酸化。Garcia-Saezl等(2011)首次报道了HBXIP的C末端晶体结构,显示该结构域有两种二聚体,即Roadblock/LC7和“face-to-face”。在Roadblock/LC7型模式中,两单体的Ser26位于相反方向,距离为24.5 Å,暴露在溶剂中;而在“face- to-face”模式,两个单体的Ser26位于二聚体界面且与另一单体的Asp80使主链相互作用,其不能磷酸化。进一步研究表明HBXIP蛋白残基Thr36, 连接两个单体的亮氨酸拉链模序上的残基Leu48、Leu55和Ile62参与了与HBx蛋白的相互作用。

目前研究表明,HBXIP是一个多功能的调节蛋白,可通过不同的分子机制发挥不同的调控作用。为了将来更好地开发抗乙肝病毒药物,本文综述了近年来对HBXIP蛋白功能研究的最新进展。

1 HBXIP与hSuv3p的相互作用
NTP依赖的核酸解旋酶Suv3p属于DExH-box型RNA解旋酶Ski2家族,首次发现于啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)细胞中,定位于线粒体,并在线粒体RNA中发挥监督作用(Stepien et al., 1992)。Suv3p属于蛋白复合物线粒体降解体(mitochondrial degradosome or MtEXO)的一个亚基,有脱氧核糖核酸外切酶活性(Dziembowski and Stepien, 2001; Dziembowski et al., 2003; Gagliardi et al., 2004)。研究指出,人源hSuv3p (human ATP-dependent RNA ⁄DNA helicase protein)呈现一个核编码的线粒体基因,这是组成型表达基因的典型特征(Minczuk et al., 2005a)。hSuv3p有多种底物的解旋酶活性,且在细胞中具有多种生理作用,包括维护端粒,DNA修复和细胞周期关键点控制(Shu et al., 2004)。Minczuk等(2005b)利用酵母双杂交系统从HeLa细胞中筛选了多个截短的hSuv3p,发现其C端结构域的136个氨基酸能够与HBXIP结合,且是主要结合位点,该结合部位与hSuv3p酶线粒体输入和结构稳定性有关,当两者形成复合物时,其显示出了核胞质定位的特点。

2 HBXIP对细胞凋亡和增殖的影响
2.1 HBXIP通过两个途径抑制细胞凋亡
Survivin基因于1997年被发现并鉴定为一种新的凋亡抑制基因(Ambrosini et al., 1997),是凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis, IAP)家庭中最小的成员。它在胚胎发育时期表达,与中心体复制和有丝分裂相关(Deveraux and Reed, 1999)。IAP分子特征性地存在一个或多个有近70个氨基酸组成的杆状病毒IAP重复结构域(BIR)。BIR结构域在抗细胞凋亡中起关键性作用(Bourhis et al., 2007),这种作用主要通过BIR功能区和两个BIR功能区之间的连接序列直接与caspase家族蛋白结合来进行。Survivin只包含一个BIR区域,处于其N端;另外,与其他IAP家族成员不同,其C端并不存在一个由7个半胱氨酸和一个组氨酸残基组成的环指结构,而代之以长的α螺旋无规卷曲(Bourhis et al., 2007)。因此,survivin需要一个伴侣蛋白发挥其抑制活性,这就是HBXIP。HBXIP与survivin可通过HBx相互作用形成复合物,并与pro-caspase-9结合,阻止它被凋亡酶激活因子Apaf-1招募,抑制线粒体或细胞色素c介导的凋亡途径,从而选择性地抑制caspase蛋白酶活性(Marusawa et al., 2003)。 HBXIP在细胞凋亡中发挥桥梁作用,而单独的survivin或HBXIP均不能诱发这一效应。

在细胞凋亡的调节机制中,p27蛋白是一种细胞周期依赖性激酶抑制剂。有相关研究结果表明,p27蛋白的过表达可能促进某些细胞的凋亡(白斌等, 2000, 西安医科大学学报(中文版), 21 (6): 609-610, 614; Jin et al., 1997)。张晓东等(2005)人采用脂质体法对人肝癌细胞H7402进行基因转染,研究结果表明,当瞬时转染HBx基因可促进肝癌细胞H7402发生凋亡,细胞凋亡发生率明显升高;而当pcDNA3-hbxip质粒与pCMV-hbx质粒共同进行瞬时转染时,细胞凋亡发生率有所下降,p27的表达水平发生下调。因此, HBXIP蛋白可抑制HBx蛋白介导的凋亡效应。

2.2 HBXIP通过三个途径促进细胞增殖
细胞的正常生长需要细胞周期中各种调节因子间相互调控的平衡。这些调节因子主要有:细胞周期蛋白、CDK抑制蛋白(cyclin dependent kinase inhibitors, CDKIs)和细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin dependent kinases, CDKs),还有p27和CIP/KIP家族周期蛋白依赖性激酶抑制剂(CDKI)等成员(Wikman and Kettunen, 2006; Grossel and Hinds, 2006)。其中细胞周期蛋白是细胞周期的正调节因子,其表达的异常是导致肿瘤恶性转变并侵袭生长转移的重要因素(Pines, 1995)。p21和p27属于细胞周期负调控因子(CKIs) KIP1家族的成员。Wang等(2007)对乳腺癌MCF-7细胞、肝癌H7402细胞和正常肝细胞L-O2稳定转染pcDNA3-hbxip后,发现HBXIP过表达能上调细胞周期蛋白D1、细胞周期蛋白E表达和下调p21、p27表达的作用,进而调控细胞由G1期进入S期,从而促进细胞增殖(王凤泽等, 2007a)。

众所周知,端粒酶激活在原发性肝癌(primary hepatocarcinoma)的发生中与病毒感染有着密切关系,端粒酶的激活也被认为是促进肿瘤细胞增殖的关键步骤,其关键亚基-人端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase, hTERT)在转录和后转录水平都调节着细胞衰老与调亡,且hTERT基因的转录激活是hTERT功能和端粒酶活性的重要限速步骤。有研究揭示了HBXIP能通过调节hTERT表达水平来促进细胞增殖(Wang et al., 2008),主要在三个水平调节hTERT:包括提高hTERT转录水平及其端粒酶活性,上调其在人间质干细胞BMMS-03中的表达。

核因子κB (nuclear factor-kappa B, NF-κB)是一个具多种调节作用的核转录因子,能对许多细胞因子、生长因子转录进行调节,还参与调节细胞增殖和凋亡,且能通过调控多种基因的表达而参与免疫反应和肿瘤发生等过程,与肿瘤的发生发展、侵袭转移、凋亡控制密切相关(Wulczyn et al., 1996; Pahl, 1999; Tak et and Firestein, 2001; Karin, 2006)。研究发现,在肝癌细胞系H7402细胞过表达HBXIP后,NF-κB的转录活性明显增强。此外,提取H7402细胞的核蛋白,经免疫印迹检测,细胞核中p65/NF-κB的水平明显增加(王凤泽等, 2007b)。当应用RNA干扰技术抑制了细胞内源性的HBXIP基因表达后,则出现与上述结果相反的效果。此研究表明,HBXIP可增加NF-κB亚单位p65的表达水平,进而发挥NF-κB促转录调控作用。因此,HBXIP可通过调控NF-κB信号途径而促进细胞增殖。

3 HBXIP调节中心体的复制
在细胞分裂中,中心体是微管组织形成中心和细胞周期进程的一个调节子,它的功能失常可能和癌症的发生密切相关。Fujii等(2006)认为HBXIP是中心体复制的调节子,且是HeLa人类癌细胞和初级大鼠胚胎纤维母细胞两极纺锤体形成所必须的。他们通过RNA干扰的knock-down实验和基因感染过表达的实验表明HBXIP在细胞分裂时调节中心体的动力学形成。反义介导的knock-down HBXIP表达使体内肝细胞再生严重受损,导致细胞复制减少和大量的细胞凋亡。

此外,在细胞分裂的前中期,HBXIP能和HBx的C末端特异性地形成复合物,且两者共同定位于中心体,最终导致中心体复制过多进而产生三极或多极纺锤体(Fujii et al., 2006);而在HBXIP缺乏的HeLa细胞胞质分裂时期,由于中心体复制受到影响,大部分细胞未完成分裂,最终导致细胞凋亡。

4 HBXIP促进乳腺癌细胞迁移
细胞迁移是肿瘤转移的重要过程, miRNAs在肿瘤转移中发挥着重要作用。Hu等(2011)研究发现miRNA-520b通过作用于HBXIP和白细胞介素-8 (interleukin-8, IL-8)抑制乳腺癌细胞迁移。对三种不同转移倾向的乳腺癌细胞系中HBXIP和miRNA-520b的表达水平进行研究,发现HBXIP在不同转移能力乳腺癌细胞系中表达水平有明显差异,说明HBXIP能够促进乳腺癌细胞迁移,其可能的机制是HBXIP在调节乳腺癌细胞的迁移过程中受到了miRNA-520b的靶向调节(张建丽, 2011)。最近有文献报道,HBXIP通过ERK1/2/NF-κB信号上调CD46、CD55和CD59来保护乳腺癌细胞(Cui et al., 2012)。

5展望
本文对生物中HBXIP的发现、表达及其与各种结合蛋白的相互作用进行了相关叙述,这些结合蛋白在细胞内都有着不同的功能,这表明HBXIP蛋白功能较多。本文还总结了HBXIP蛋白在细胞凋亡、增殖,中心体复制、线粒体稳定、以及肿瘤细胞迁移等方面发挥的功能,有助于了解其与乙肝、肝癌等疾病发生的相关性,从而对以HBXIP作为靶点开发新的抗乙肝病毒等药物具有一定的指导意义。

作者贡献
刘剑平负责调阅文献,论文的框架构建及撰写;申杰协助调阅文献,修改文章;蓝文贤负责文章格式的修正,并协助解决文献中的难点问题;龚福春为本文通讯作者。

致谢
感谢中科院上海有机所生命有机国家重点实验室曹春阳课题组成员在本文撰写中的指导与支持,同时感谢两位匿名同行评审人的评审意见与修改建议。

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