抑癌基因RIZ1的研究進(jìn)展

崔元濤綜述，張鵬審校

（天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院心胸外科，天津300052）

視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白結(jié)合鋅指結(jié)構(gòu)基因(retinoblastoma protein-interacting zinc finger gene,RIZ)是由Buyse等[1]應(yīng)用Rb探針在對(duì)可與Rb結(jié)合的蛋白質(zhì)進(jìn)行功能性篩選時(shí)分離出來的，RIZ基因由于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的不同可表達(dá)RIZ1以及RIZ2兩種蛋白質(zhì)，RIZ1基因?qū)儆诤私M蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶超家族[2]，是新近發(fā)現(xiàn)的腫瘤抑制基因?，F(xiàn)就RIZ1基因的定位、結(jié)構(gòu)、功能以及與腫瘤的關(guān)系做一綜述。

1 RIZ基因定位和結(jié)構(gòu)

Buyse等[1]通過原位雜交熒光技術(shù)分析得知RIZ基因定位于人染色體1p36上。RIZ基因能夠表達(dá)280 kDa的RIZ1及其替換蛋白產(chǎn)物250 kDa的RIZ2，RIZ1含有 PR-domain，RIZ2 PR-domain 缺失，兩者其余序列均相同（圖1）。人的RIZ1 cDNA全長(zhǎng)為7943kb，由10個(gè)外顯子編碼。RIZ1cDNA的大部分由第8外顯子編碼，PR domain由第4～6外顯子編碼，RIZ1除含有PR-domain外，尚含有8個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)序列，一個(gè)與EIA同源的區(qū)，一個(gè)GTP motif，一個(gè)SH3motif[3]。RIZ2則由5′端臨近第5外顯子的內(nèi)部啟動(dòng)子編碼，RIZ2內(nèi)部啟動(dòng)子具有看家基因TATA-less GC-rich的典型特征[4]。

圖1 RIZ基因結(jié)構(gòu)圖

2 RIZ1的功能

RIZ1含有的PR-domain被稱為PRDI-BF1-RIZ1同源區(qū)，含有100多個(gè)氨基酸，它的生物學(xué)功能是蛋白結(jié)合面（protein-binding-interface），介導(dǎo)蛋白-蛋白相互作用，對(duì)染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起重要作用，可調(diào)控染色質(zhì)的基因表達(dá)[5]。編碼PR-domain的基因家族在腫瘤發(fā)生中有著特殊的陰陽作用機(jī)制，PR-domain存在或不存在時(shí)表達(dá)的蛋白產(chǎn)物不同，當(dāng)一種產(chǎn)物在癌細(xì)胞中存在或過表達(dá)時(shí)，另一種產(chǎn)物則不表達(dá)，這兩種產(chǎn)物數(shù)量不平衡是基因失活的早期變化，是導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的主要機(jī)制之一[6]。Rb是目前最受重視的腫瘤抑制基因之一，作為Rb結(jié)合蛋白，RIZ1的基因產(chǎn)物可以與Rb DNA結(jié)合，抑制其轉(zhuǎn)錄，其編碼的RIZ1蛋白與Rb蛋白結(jié)合，參與Rb途徑發(fā)揮抑癌作用[7]，此外RIZ1蛋白能導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞G2/M期阻滯并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[8]。

3 RIZ1基因與腫瘤

RIZ1可以抑制腫瘤的生長(zhǎng)，RIZ1基因表達(dá)沉默可導(dǎo)致多種腫瘤的發(fā)生。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中Jiang等[9]分別將AdRIZ1病毒和AdGFP病毒感染裸鼠,發(fā)現(xiàn)AdRIZ1組6/6在5周的觀察期內(nèi)未發(fā)現(xiàn)腫瘤生長(zhǎng),而在AdGFP組4/6的裸鼠在2周后便發(fā)現(xiàn)肉眼可見的腫瘤，并呈進(jìn)行性生長(zhǎng)，6/6在3～5周的觀察期內(nèi)均發(fā)現(xiàn)腫瘤生長(zhǎng)。Steele-Perkins等[7]發(fā)現(xiàn)RIZ1基因敲除的鼠模型具有腫瘤易感性，會(huì)患彌漫性B細(xì)胞淋巴瘤(diffuse large B cell lymphoma,DLBI)和胃癌等多種腫瘤。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中Jiang等[9]用腺病毒介導(dǎo)的RIZ1感染肝癌細(xì)胞系HuH2,發(fā)現(xiàn)感染后的細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢,且在72 h出現(xiàn)死亡，而用單純腺病毒感染的肝癌細(xì)胞無明顯的細(xì)胞死亡現(xiàn)象。通過DNA histogram分析發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)組48 h后出現(xiàn)細(xì)胞G2/M期阻滯，并在72 h出現(xiàn)細(xì)胞凋亡現(xiàn)象，凋亡程度與感染AdRIZ1的量成正相關(guān)。Liusheng等[8]用腺病毒介導(dǎo)的RIZ1轉(zhuǎn)染乳腺癌細(xì)胞系UTA6，采取TUNEL分析發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染后的乳腺癌細(xì)胞G2/M期阻滯、細(xì)胞發(fā)生凋亡。余衛(wèi)平等[10]將含RIZ1全長(zhǎng)cDNA的重組質(zhì)粒pRIZ1RH轉(zhuǎn)入髓性白血病細(xì)胞株AML193和K562，于基因?qū)?4 h后應(yīng)用FCM測(cè)細(xì)胞凋亡率同樣得出RIZ1的轉(zhuǎn)錄能夠誘導(dǎo)髓性白血病細(xì)胞株凋亡的結(jié)論。

RIZ1基因表達(dá)下降或缺失發(fā)生在多種人類腫瘤中。遺傳機(jī)制和表觀遺傳機(jī)制均可導(dǎo)致RIZ1基因的失活。遺傳機(jī)制改變主要指基因突變、缺失和染色體重排等引起的基因序列及其表達(dá)產(chǎn)物的改變，RIZ1可通過染色體不穩(wěn)定性(chromosoimo insta－bility,CIN)和微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(microsatellite instability,MIN)等途徑而失活，并且發(fā)生移碼突變、點(diǎn)突變、雜合缺失等多種突變印證了這種機(jī)制。RIZ基因定位的染色體1p36與多種腫瘤如乳腺癌、卵巢癌、肝癌、結(jié)直腸癌、慢性髓性白血病、黑色素瘤、嗜鉻細(xì)胞瘤、成神經(jīng)細(xì)胞瘤等相關(guān)[11]。Liusheng等[8]采取RT-PCR的方法分析乳腺癌細(xì)胞系、肺癌細(xì)胞系、神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系以及骨肉瘤細(xì)胞系中均發(fā)現(xiàn)RIZ1低表達(dá)或表達(dá)缺失。以后研究陸續(xù)發(fā)現(xiàn)RIZ1基因表達(dá)沉默很普遍的出現(xiàn)在如肝癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、神經(jīng)母細(xì)胞瘤、肺癌、黑素瘤、骨肉瘤等多種人類原發(fā)性腫瘤之中，而這些腫瘤中常存在lp36雜合性缺失佐證了RIZ1基因通過染色體不穩(wěn)定性的途徑失活。RIZ1基因失活的另外一種途徑是微衛(wèi)星不穩(wěn)定性，研究發(fā)現(xiàn)在有微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的多種人類腫瘤組織、腫瘤細(xì)胞系中存在RIZ1移碼突變，Pan等[12]應(yīng)用DHPLC和DNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)11.4%（8/70）的胃癌標(biāo)本中在BAT25和BAT26存在基因不穩(wěn)定性，其中7例兩者均存在不穩(wěn)定性，4例（57.1%）存在RIZ1基因移碼突變，提示在MSI的胃癌患者中，RIZ1基因的移碼突變?cè)谑Щ钪衅鹆酥匾饔?。Piao等[13]用PCR-SSCP方法檢測(cè)除發(fā)現(xiàn)48%（19/40）的胃癌組織存在RIZ1基因移碼突變外,還發(fā)現(xiàn)26%（14/51）的大腸癌組織存在RIZ1基因移碼突變,33%（6/18）的子宮內(nèi)膜癌組織存在RIZ1基因移碼突變,54%（7/13）MSI(+)的腫瘤細(xì)胞株中存在RIZ1基因移碼突變，以上研究均說明了RIZ1基因可通過微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的途徑失活。

遺傳學(xué)上抑癌基因的突變與腫瘤的發(fā)生有著密切的關(guān)系已經(jīng)得到公認(rèn)，然而近年來隨著對(duì)腫瘤認(rèn)識(shí)的深入,人們發(fā)現(xiàn)DNA序列以外的調(diào)控機(jī)制 (即表觀遺傳學(xué))異常在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中也起到非常重要的作用[14]。表觀遺傳學(xué)機(jī)制包括：DNA甲基化異常,組蛋白修飾,非編碼RNAs(包括microRNA),染色質(zhì)重塑等，這幾個(gè)方面都與腫瘤的發(fā)生有關(guān)[15]。其中DNA甲基化(methylation)是目前研究得最清楚、也是最重要的表觀遺傳修飾形式[16]。發(fā)生在抑癌基因啟動(dòng)子及附近區(qū)域的DNA甲基化可直接阻礙轉(zhuǎn)錄因子 AP-2、c-Myc、CREB、E2F 和 NFκ-B 與啟動(dòng)子結(jié)合，從而使抑癌基因不能轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄水平降低[17]，同時(shí)基因5′端調(diào)控序列甲基化后能與特定甲基化CpG序列結(jié)合蛋白 (methyl CpG binding proteins，MBPs)結(jié)合，間接地阻止轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體[18]。此外，甲基化還能改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)象,使染色質(zhì)凝縮成非活性的高級(jí)結(jié)構(gòu)[19]。因此，抑癌基因啟動(dòng)子區(qū)DNA高甲基化可導(dǎo)致該基因的失活。大量研究表明DNA啟動(dòng)子區(qū)CpG島甲基化也是RIZ1基因表達(dá)沉默的最常見原因，Du等[20]在實(shí)驗(yàn)中克隆了RIZ1啟動(dòng)子，發(fā)現(xiàn)它有典型的CpG島結(jié)構(gòu)，RIZ1啟動(dòng)子的高度甲基化是mRNA不表達(dá)的常見原因。蔡惠蘭等[21]采用甲基化特異PCR（methylation specific PCR，MSP）的方法研究發(fā)現(xiàn)，25.8%(8/31)的卵巢癌組織及40%(2/5)的卵巢癌細(xì)胞系中RIZ1基因啟動(dòng)子區(qū)存在甲基化，而且這些存在甲基化的卵巢癌組織、卵巢癌細(xì)胞系中RIZ1基因的mRNA表達(dá)缺失或下降。Du等[20]采用MSP的方法分析 62.5%（20/32）的肝癌組織，44%（11/25）的乳腺癌組織中RIZ1基因啟動(dòng)子區(qū)存在甲基化，用DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-雜氮-2-脫氧胞苷（5-Aza-CdR）處理肝癌細(xì)胞系HepG2和Huh1，結(jié)腸癌細(xì)胞系SW48，用RT-PCR分析發(fā)現(xiàn)RIZ1可重新表達(dá)。方娟娟等[22]應(yīng)用甲基化特異性PCR法檢測(cè)人乳腺癌組織和相應(yīng)癌旁組織及乳腺良性腫瘤組織中RIZ1啟動(dòng)子甲基化狀態(tài)，34例乳腺癌標(biāo)本中RIZ1啟動(dòng)子甲基化陽性率為44.1%（15/34）。RIZ1啟動(dòng)子甲基化標(biāo)本中的RIZ1 mRNA表達(dá)水平低于未甲基化標(biāo)本者,兩者差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）,RIZ1表達(dá)降低與其啟動(dòng)子高甲基化狀態(tài)之間有相關(guān)性（P<0.05）。王芳等[23]用5-Aza-CdR處理胃癌細(xì)胞系BGC82也觀察到RIZ1基因啟動(dòng)子區(qū)域高甲基化發(fā)生逆轉(zhuǎn)從而使基因表達(dá)上調(diào)。

4 展望

盡管腫瘤的分子發(fā)病機(jī)制仍然是個(gè)正在探索的領(lǐng)域，但對(duì)腫瘤的發(fā)生與抑癌基因失活密切相關(guān)已達(dá)成共識(shí)。大量研究表明抑癌基因RIZ1的失活可導(dǎo)致多種腫瘤的發(fā)生，RIZ1啟動(dòng)子區(qū)CpG島高度甲基化是其失活主要機(jī)制，并在癌發(fā)生過程中起重要作用。許多腫瘤細(xì)胞株RIZ1啟動(dòng)子CpG島高度甲基化導(dǎo)致的基因表達(dá)缺失，經(jīng)5-Aza-CdR處理后甲基化可得到逆轉(zhuǎn)從而使其表達(dá)上調(diào)。啟動(dòng)子區(qū)CpG島高甲基化國(guó)外已有相關(guān)試劑盒用于支氣管肺泡灌洗液、淋巴液、痰液、尿液等相關(guān)惡性腫瘤的檢測(cè)，臨床上5-Aza-CdR已經(jīng)應(yīng)用于骨髓增生異常綜合征、急性髓性白血病等血液系統(tǒng)疾病的治療。因此，進(jìn)一步研究RIZ1可為將來以此作為目的基因，進(jìn)行腫瘤的早期診斷和基因靶向治療創(chuàng)造條件。

［1］Buyse IM,Shao G,Huang S,et al.The retinoblastoma protein binds to RIZ,a zinc-finger protein that shares an epitope with the adenovirus E1A protein[J].Proc Natl Acad Sci USA,1995,92(10):4467

［2］Keun-Cheol K,Geng I,Shi H.Inactivation of a histone methyl transferase by mutations in human cancers[J].Cancer Res,2003,63(22):7619

［3］Buyse IM,Takahashi E,Huang S,et al.Physical mapping of the retinoblastoma interacting zinc finger gene RIZ to D1S228 on chromosome 1p36[J].Genomics,1996,34(1):119

［4］Liu L,Shao G,Steele Perkins G,et al.The tetinoblastoma interacting zinc finger gene RIZ produces a PR domain-lacking product through an intermal promoter[J].Biol Chem,1997,272(5):2984

［5］Huang S,Shao G,Li M,et al.The PR domain of the Rb-binding zinc finger p rotein RIZ1 is a protein binding interface and is related to the SET domain functioning in chromatin-mediated gene expression[J].Biol Sci,1998,273(26):15933

［6］Jing GL,Liu LM,Buyse IM,et al.The yin-yang of PR-domain family genes in tumorigenesis[J].Histol Histopathol,2000,15(1):109

［7］Steele-Perkins P,Wei F,Yang XH,et a1.Tumor formation and inactivation of RIZ1,an Rb—binding member of a nuclear proteinmethyhransferase superfamily[J].Genes Dev,2001,l5(17)：2250

［8］He LS,Yu JX,Liu LM,et al.RIZ1,but not the alternative RIZ2 product of the same gene,is underexpressed in breast cancer,and forced RIZ1 expression causes G2-M cell cycle arrest and/or apoptosis[J].Cancer Res,1998,58(19):4238

［9］Jiang G1,Liu LM,Huang S,et al.Decreased RIZ1 expression but not RIZ2 in hepatoma and suppression of hepatoma tumorigenicity by RIZ1[J].Int J Cancer,1999,83(4):541

［10］余衛(wèi)平，方娟娟，陳寶安，等.RIZ1表達(dá)對(duì)髓性白血病細(xì)胞株凋亡的影響[J].中國(guó)癌癥雜志，2007，17(1):65

［11］Huang S.The retinoblastoma protein-interacting zinc finger gene RIZ in 1P36-linked cancers[J].Front Biosci,1999,4:D528

［12]Pan KF,Lu YY,Liu YY,et al.Detection of framshift mutation of RIZ in gastric cancer with microsatellite instability[J].World Gatrolenterol,2004,10(18):2719

［13］Piao Z,Hamdick R,Peter B,et al.Frequent frameshift mutations of RIZ in sporadic gastrointestinal and endomatrial carcinomas with microsatellite instability[J].Cancer Res,2000,60(17):4701

［14］Bird A.Perceptions of epigenetics[J].Nature,2007,447(7143):396

［15］Jaenisch R,Bird A.Epigenetic regulation of gene expression:how the genome integrates intrinsic and environmental signals[J].Nature Reviews Genetics,2003,33(4):245

［16］孫樹漢.腫瘤的表觀遺傳學(xué)研究[J].中國(guó)腫瘤生物治療雜志，2008，15(1):8

［17］Belinsky SA.Gene promoter hypermethylation as a biomarker in lung cancer[J].Nat Rev Cancer,2004,4(9):707

［18］Costeuo J,Frnhwald M.Aberrant CpG-island methylatin has nonrandom and tumours-type-specific patterns[J].Nature Genetics,2000,24(2):132

［19］Rountree MR,Bachman KE,Herman JG,et al.DNA methylation,chromatin inheritance,and cancer[J].Oncogene,2001,20(24):3156

［20］Du Y,Carling T,Fang W,et al.Hypermethylation in human cancers of the RIZ1 tumor suppressor gene,a member of a histone/protein methylt ransferase superfamily[J].Cancer Res,2001,61(22):8094

［21］蔡惠蘭，錢穎，賀曉琪.等.卵巢上皮性癌中RIZ1基因表達(dá)缺陷的意義及其與甲基化的關(guān)系 [J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2008，29(4):430

［22］方娟娟，余衛(wèi)平，安艷麗.乳腺癌中RIZ1基因啟動(dòng)子甲基化狀態(tài)的探討[J].中國(guó)腫瘤臨床，2007，32(12):664

［23］王芳，盧啟明.5-雜氮-2-脫氧胞苷對(duì)BGC823胃癌細(xì)胞株RIZ1基因去甲基化轉(zhuǎn)錄調(diào)控[J].第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，29(14):1275