鋅指蛋白結構域MIZ-1型包含蛋白基因研究進展

李璐璐 孫勇虎 劉 紅

鋅指蛋白(zinc finger protein, ZFP)結構域由多個鋅指(zinc finger，ZF)串聯(lián)構成，可特異識別并結合DNA,介導蛋白質(zhì)與核酸、小分子或其他蛋白質(zhì)的特異性相互作用，在基因表達調(diào)控和細胞分化等方面起重要作用[1]。編碼ZFP的基因區(qū)域在真核生物基因組中分布最廣，在人類基因組中有近1%的序列編碼含有ZFP結構域。ZMIZ1最早由Sun等[2]發(fā)現(xiàn)并命名，通過編碼PIAS家族蛋白，調(diào)節(jié)多種轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的活性，包括雄激素受體(AR)[2]、Smad3/Smad4[3]、P53[4]等。

1 ZMIZ1的結構

ZMIZ1基因位于染色體10q22.3上,共7546個堿基對，其中包括25個外顯子(含21個編碼外顯子)，編碼蛋白由1067個氨基酸組成[2]。ZMIZ1基因編碼ZMIZ1蛋白，包括一個位于中心區(qū)域的高度保守的MIZ鋅指蛋白結構域，一個核定位信號區(qū)域(NLS)和兩個富含輔氨酸的區(qū)域(Pro Rich)(圖1)。1)MIZ區(qū)域是PIAS家族共有的標志性區(qū)域，主要作用是參與蛋白與蛋白之間的相互作用和蛋白的SUMO(small ubiquitin-related modifier)化，以及參與調(diào)控AR、Smad3/Smad4、P53轉(zhuǎn)錄因子活性[2-4]；2)NLS則作為核定位信號引導蛋白質(zhì)進入細胞核；3)富含脯氨酸的C端具有很強的轉(zhuǎn)錄活性，但在完整的蛋白內(nèi)被其自身的N端抑制，因此ZMIZ1基因可能通過自身的轉(zhuǎn)錄激活結構域(Transactivation domain，TAD)，即C端參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控[2]。

圖1 ZMIZ1編碼區(qū)結構及轉(zhuǎn)錄因子結合區(qū)域

2 ZMIZ1基因的表達與功能

2.1 ZMIZ1的表達與發(fā)育 ZMIZ1蛋白主要在細胞核內(nèi)表達，在DNA合成期(即細胞周期S期)表達量升高。Rakowski等[5]研究發(fā)現(xiàn)，ZMIZ1在原始T細胞中較成熟T細胞表達顯著升高。Pinnell等[6]通過注射多聚胞苷酸構建ZMIZ1基因缺失的小鼠，發(fā)現(xiàn)ZMIZ1基因影響胸腺祖細胞生長發(fā)育。Beliakoff等[7]分析敲除了ZMIZ1基因的小鼠胚胎，發(fā)現(xiàn)敲除了ZMIZ1基因的胚胎生長發(fā)育遲緩，血管發(fā)育異常，其卵黃囊血管的重組嚴重受損，但造血功能未見明顯異常。另外，ZMIZ1在人體卵巢、前列腺、脾臟和睪丸等性腺，尤其是卵巢中表達較高[2]。Rodriguez-Magadn等[8]通過標記妊娠時期的小鼠胚胎，明確了ZMIZ1及其同源基因ZMIZ2在小鼠胚胎發(fā)育過程中具有性別選擇性。小鼠胚胎11.5天時ZMIZ1表達開始下降，主要分布在四肢及尾芽[8]。小鼠性腺開始發(fā)育階段(胚胎11.5～14.5天)，ZMIZ1的表達發(fā)生了性別選擇性，雄性生殖腺表達ZMIZ1但雌性生殖腺不表達[9]。猜測ZMIZ1可能與性腺的發(fā)育具有一定關系，但至今沒有相關深入的研究。

2.2 ZMIZ1與Notch信號通路 Notch信號通路是介導細胞和細胞間相互作用的基本信號通路之一，廣泛存在于多細胞生物體內(nèi)，調(diào)控機體細胞發(fā)育、增殖、分化和凋亡。近年來研究發(fā)現(xiàn)Notch信號與T細胞的激活和功能密切相關[10]。研究表明，小鼠ZMIZ1可以正向調(diào)控Notch1調(diào)節(jié)的T細胞發(fā)育，但對Notch1調(diào)節(jié)的腸穩(wěn)態(tài)和骨髓抑制無明顯作用[6]。另外，ZMIZ1選擇性地降低調(diào)節(jié)Notch1下游的靶基因c-Myc和Hes1的轉(zhuǎn)錄表達，在Noctch1誘發(fā)小鼠T-ALL并維持疾病狀態(tài)的過程中起著關鍵的作用[5,6]。Rakowski等[5]證明只有同時轉(zhuǎn)染了ZMIZ1及Notch1的小鼠才能誘發(fā)T-ALL。雖然ZMIZ1與Notch的相互作用并未在其他疾病中有所研究，但其很有可能通過調(diào)控Notch信號通路在腫瘤、免疫性和遺傳性等疾病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

2.3 ZMIZ1的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用 ZMIZ1蛋白可能通過不同的結構區(qū)域與不同的轉(zhuǎn)錄因子結合進而影響其轉(zhuǎn)錄活性(圖1)，最初作為AR的輔助因子被Sharma等[2]發(fā)現(xiàn)，其中間某區(qū)域與AR的TAD結合增強AR的轉(zhuǎn)錄活性。另外，ZMIZ1對甲狀腺激素受體β的轉(zhuǎn)錄活性也可見些微的影響，但不能調(diào)控包括糖皮質(zhì)激素受體、孕激素受體、雌激素受體α、維生素D受體等其他核受體的轉(zhuǎn)錄活性。Li等[11]研究表示，ZMIZ1更可能是通過調(diào)節(jié)AR多聚谷氨酰胺道的長短調(diào)節(jié)AR的轉(zhuǎn)錄活性的。另外，Li等[3]還發(fā)現(xiàn)ZMIZ1通過MIZ區(qū)域與Smad3/Smad4蛋白的MH2區(qū)域結合(圖1)，增強Smad3的轉(zhuǎn)錄活性，但其同源蛋白hZimp7(ZMIZ2)及PIASx并不能調(diào)節(jié)Smad3的轉(zhuǎn)錄活性。隨后Lee等[4]又證明了ZMIZ1作為轉(zhuǎn)錄共激活因子與腫瘤抑制因子P53直接結合，并增強其轉(zhuǎn)錄活性。并且其N端還能調(diào)節(jié)Notch1的轉(zhuǎn)錄活性[5]。由此可見，ZMIZ1調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄活性具有選擇性，存在不同于其他PIAS家族基因的結構域。

3 ZMIZ1基因與疾病的關系

3.1 ZMIZ1基因與皮膚病 到目前為止，ZMIZ1基因上已有多個單核苷酸多態(tài)性(SNP)位點被發(fā)現(xiàn)與多種疾病相關(表1)，其中包括多種皮膚病及其相關疾病，如白癜風、銀屑病及皮膚腫瘤等。我國Sun等[12]發(fā)現(xiàn)ZMIZ1 rs1 408 944 SNP位點的突變是導致白癜風發(fā)病的易感位點，而rs11 593 576 SNP位點為白癜風發(fā)病可能的易感位點[13]。已有研究發(fā)現(xiàn)ZMIZ1上有多個位點與銀屑病相關，其中rs1 250 544 SNP位點單獨與銀屑病(PS)的發(fā)病相關[14]。銀屑病常伴發(fā)克羅恩病(CD)，二者在流行病學、組織病理表現(xiàn)、治療乃至遺傳學表現(xiàn)上具有較強的相關性。Ellinghaus等[14]聯(lián)合關于PS及CD的多個全基因組關聯(lián)分析(GWAS)發(fā)現(xiàn)，PS及CD的發(fā)病在ZMIZ1上存在多個共同的易感位點，包括rs1 250 544、rs1 250 560、rs1 250 559 SNP位點。另外，ZMIZ1基因SNP位點 rs1 250 560、rs1 250 559與歐洲人群單獨CD的發(fā)病相關[14]，rs1 250 569 SNP位點與韓國人群單獨CD的發(fā)病相關[15]，rs1 250 550 SNP位點為歐洲人群炎癥性腸病(IBD)、CD的共同易感位點[16,17]。另外，有學者研究發(fā)現(xiàn)ZMIZ1與多種皮膚腫瘤的發(fā)病存在一定關聯(lián)。Dupuy等[18]于2009年構建了T2/Onc3“睡美人”轉(zhuǎn)座子小鼠模型，此轉(zhuǎn)座子突變可以誘導20種不同類型小鼠近200種腫瘤發(fā)病。進而分析其誘導皮膚及肝臟腫瘤的插入位點時，發(fā)現(xiàn)接近90%的T2/Onc3“睡美人”轉(zhuǎn)座子突變引起的皮膚腫瘤的插入位點在ZMIZ1基因8號外顯子上。隨后，Rogers等[19]構建了T2/Onc3“睡美人”轉(zhuǎn)座子插入ZMIZ1基因的鱗狀細胞癌小鼠模型(稱之為ZMIZ1小鼠)，并表明這個轉(zhuǎn)座子突變能表達比內(nèi)源性ZMIZ1短，但與內(nèi)源性ZMIZ1在鱗狀細胞癌組織中異常表達。Gibson-Corley等[20]通過ZMIZ1小鼠模型證明了角化棘皮瘤早期可呈浸潤性生長，但隨后便進入成熟期及穩(wěn)定期?？梢钥闯鯶MIZ1基因與多種皮膚病及皮膚腫瘤的發(fā)病及進展相關，但其影響機制目前還未被闡明。

3.2 ZMIZ1基因與其他疾病 ZMIZ1基因的SNP除被發(fā)現(xiàn)與多種皮膚病及其相關疾病相關外，還與某些腫瘤、自身免疫性疾病、藥物治療效果相關。Rs1 749 824 SNP位點作為最早發(fā)現(xiàn)ZMIZ1上與復雜疾病相關的SNP位點，其變異與白種人I型糖尿病終末期腎病的發(fā)病相關[21]。隨后GWAS發(fā)現(xiàn)rs12 571 751 SNP位點的變異與歐洲[22]、日本[23]人群II型糖尿病，以及歐洲(芬蘭、瑞典)人群成人隱匿性自身免疫糖尿病(LADA)[24]的發(fā)病相關。有研究發(fā)現(xiàn)ZMIZ1的表達水平影響葡萄糖(或KCl)誘導的胰島素分泌水平，但其表達水平的波動卻不能影響胰島細胞分泌胰島素[25，26]。另外，ZMIZ1內(nèi)含子1上的rs704 010 SNP位點與歐洲及新西蘭人群乳腺癌的發(fā)病相關[27，28]，rs704 017與亞洲人(中國、日本、韓國)及歐洲人群結直腸癌的致病相關[29]。另外，rs704 017SNP位點位于ZMIZ1-AS1基因而非ZMIZ1基因上，但與ZMIZ1基因上的2個SNP位點具有連鎖不平衡關系。并且，GWAS發(fā)現(xiàn)ZMIZ1基因上rs1 250 552 SNP位點的突變與乳糜泄的發(fā)病相關[30]，rs1250540、rs1250542 SNP位點為多發(fā)性硬化(MS)可能的易感位點[31，32]。此外，有學者發(fā)現(xiàn)ZMIZ1基因上有22個SNPs位點與應用內(nèi)甲氨喋呤(MTX)治療青少年特發(fā)性關節(jié)炎效果相關[33]。綜上，可發(fā)現(xiàn)ZMIZ1基因與自身免疫性疾病及腫瘤的發(fā)病相關，并且其可能與某些藥物的治療效果相關。

表1 ZMIZ1基因多態(tài)性研究匯總

4 結語

ZMIZ1作為PIAS家族中的一員，與PIAS家族基因相同，通過鋅指MIZ區(qū)域調(diào)節(jié)不同轉(zhuǎn)錄因子的活性，促進蛋白的SUMO化。其調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性具有選擇性，編碼與其他PIAS家族基因不同的轉(zhuǎn)錄結合區(qū)域。其在胚胎期具有性別選擇性，可能對性腺的發(fā)育具有一定的作用。ZMIZ1基因與多種皮膚病及皮膚腫瘤的發(fā)病相關，另外與某些自身免疫性疾病、II型糖尿病及腫瘤的發(fā)病相關，但其在疾病中所起的作用還未被闡明，有待進一步研究。隨著不斷的深入研究，可能為皮膚病、性病及皮膚腫瘤的發(fā)病機制及治療研究提供新的思路。