同源重組修復(fù)相關(guān)Rad51在腫瘤中的研究進(jìn)展

巫彥博

【摘要】 Rad51基因的突變在很多方面發(fā)揮著很關(guān)鍵的作用，比如抑制多種腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，以及腫瘤對放療和化療藥物的耐藥性等方面。另外，由于Rad51基因是DNA修復(fù)基因，其在維持基因的穩(wěn)定性方面有著極其重要的作用。而且，Rad51基因可能也會在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中與其他基因相互作用對其產(chǎn)生影響。本文主要對同源重組修復(fù)相關(guān)Rad51在腫瘤中的研究進(jìn)展作一綜述。

【關(guān)鍵詞】 同源重組; 修復(fù); Rad51; 腫瘤

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2019.09.081 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6805（2019）09-0-03

Advances in Homologous Recombination Repair Related Rad51 in Tumors/WU Yanbo.//Chinese and Foreign Medical Research，2019，17（9）：-172

【Abstract】 Rad51 gene mutation plays a key role in many aspects，such as inhibiting the occurrence and development of a variety of tumors，and tumor resistance to radiotherapy and chemotherapy drugs.In addition，as Rad51 gene is a DNA repair gene，it plays an extremely important role in maintaining gene stability.In addition，Rad51 gene may also interact with other genes in the occurrence and development of tumors.This review focuses on the research progress of homologous recombination repair related Rad51 in tumors.

【Key words】 Homologous recombination; Repair; Rad51; Tumor

First-authors address：Guangdong Medical University，Zhanjiang 524000，China

如果出現(xiàn)細(xì)胞暴露導(dǎo)致DNA損傷的情況，會造成DNA鏈斷裂（double strand breaks，DSBs），如在電離輻射、烷化劑以及拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑中[1]。此外，高度保真的同源重組修復(fù)（homologous recombination，HR）對維持基因的穩(wěn)定性能起著至關(guān)重要的作用，而在正常DNA復(fù)制過程中復(fù)制叉的破壞及淋巴細(xì)胞生成過程中的抗原受體重組也對其起到重要作用[2]。Rad51會影響DNA損傷感應(yīng)，另外也會對細(xì)胞周期關(guān)卡的復(fù)雜信號通路產(chǎn)生作用。蛋白水平的升高會造成染色體的易位、基因的缺失、復(fù)制或者雜合性缺失[3]。目前Rad51的過表達(dá)已在多種人類腫瘤中發(fā)現(xiàn)，比如肺癌、卵巢癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌等，相反，Rad51突變的細(xì)胞對交聯(lián)劑及電離輻射具有高度敏感[4]?，F(xiàn)對同源重組修復(fù)相關(guān)Rad51在腫瘤中的研究進(jìn)展綜述如下。

1 Rad51的結(jié)構(gòu)

Rad51基因是編碼為一條339個氨基酸且相對分子質(zhì)量為4.3×104的多肽，位于15號染色體長臂1區(qū)5帶（15q5.1），有8個內(nèi)含子和9個外顯子[5]。它擁有DNA依賴性ATP激酶活性，人類Rad51蛋白c是由5個短螺旋構(gòu)成1個致密區(qū)的高度保守的氨基末端，這與內(nèi)切酶11Ⅰ（大腸桿菌的DNA修復(fù)酶）的其中1個結(jié)構(gòu)區(qū)十分相似，和大腸桿菌RecA蛋白是同系物。這個致密區(qū)被認(rèn)為能由氨基末端的磷酸化所調(diào)控與DNA結(jié)合[6]。Rad51有5個同系物，分別是XRCC2、XRCC3、Rad51B（Rad51L1）、Rad51C（Rad51L2）、Rad51D（Rad51L3），它們和Rad51共同對HR的過程起到作用[7]。研究表明，Rad51蛋白與DNA有密切關(guān)系，即可與之結(jié)合，又會在其刺激下具有ATP酶活性，所以它是同源重組中最關(guān)鍵的部分。

2 Rad51及其相關(guān)蛋白在同源重組中的作用

當(dāng)細(xì)胞處在某些情況染色體DNA雙鏈會出現(xiàn)斷裂（double-strand breaks，DSBs），DNA鏈會出現(xiàn)交聯(lián)以及形成某種加合物等多種情況，造成某種程度上的損傷，比如電離輻射、DNA交聯(lián)劑及缺氧等條件下，在可能引起的多種損傷中，最嚴(yán)重的是由放射線或鉑類等交聯(lián)藥物引起的DSBs致死性傷害，而同源重組對其修復(fù)的過程起到重要作用[9]。受損害的染色體通過同源重組會自動與一條與本身相似但未受損傷的姊妹染色體對自身損傷進(jìn)行修復(fù)[10]。修復(fù)中從同源配對開始，同源配對說的是單鏈與雙鏈的反應(yīng)，具體過程是異二倍體的形成及對DNA的作用，在雙鏈斷裂位點的雙鏈DNA被同源單鏈DNA末端侵襲，形成異二倍體后，就會對DNA的損傷進(jìn)行修復(fù)。有研究表明，Rad51蛋白和其同系物都會對體內(nèi)催化同源配對起到一定的作用，Rad51的作用尤其重要，而其同系物Rad52、Rad54和XRCC等則是起到一定輔助作用[11]。另外，有資料表明，人類的Rad51比較特殊的一點就是能夠具有ATP酶活性，雖然只會在DNA的刺激下產(chǎn)生。但是人們因此判斷同源重組過程中人類細(xì)胞中最重要的關(guān)鍵酶被認(rèn)為是Rad51[12]。

當(dāng)同源重組機(jī)制被DSBs后，會形成一個核灶區(qū)，這種核灶區(qū)是一種蛋白復(fù)合物，Rad51蛋白出現(xiàn)高水平的表達(dá)后，由受損的DNA斷端和高表達(dá)的Rad51蛋白連接，然后會在細(xì)胞核內(nèi)形成多個不連續(xù)的亞細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，DNA的受損部分周圍會經(jīng)常出現(xiàn)，然后就會形成核內(nèi)結(jié)構(gòu)，普遍認(rèn)為是核灶區(qū)，它擁有高度的秩序，隨后啟動同源重組的修復(fù)功能[13]。這種結(jié)構(gòu)由參與同源重組功能的Rad51等多種蛋白所形成，才能讓修復(fù)功能啟動。經(jīng)過一定研究發(fā)現(xiàn)，這之后形成的蛋白能夠與Rad51結(jié)合，并且能夠影響同源重組的活性，而有些蛋白與Rad51存在一定共性，比如在序列上，Rad51同系物也是如此，比如Rad52、Rad54和Rad51B、C、D等[14]。當(dāng)DSBs的情況產(chǎn)生時，Rad51蛋白會在Rad52蛋白與DNA斷裂的末端結(jié)合之后在單鏈DNA上聚集，并形成Rad51-單鏈DNA復(fù)合物，它是連續(xù)的，Rad51與 Rad54蛋白會進(jìn)行結(jié)合，這種結(jié)合是特異性的，并且會發(fā)生反應(yīng)，最終，同源重組會被啟動[15]。

此外，像p53，BRCA1和BRCA2等，在同源重組過程中，它們都起到了一定起重要作用，另外在核灶區(qū)的形成過程中，抑癌基因蛋白也參與其中[16]。有資料表明，p53影響同源重組，除了通過控制細(xì)胞周期的進(jìn)程這一手段外，還可以以多種方式與某些參與了其過程的蛋白進(jìn)行結(jié)合，其中包括的比如BLM，BRCA1，BRCA2和Rad52[17]。而且處于正常狀態(tài)下的p53還可以抑制同源重組功能，可以通過結(jié)合并抑制Rad51蛋白達(dá)到[18]。在DNA受到損傷的情況下，BRCA蛋白也是同源重組所必需的，因為BRCA1與BRCA2會和Rad51一起位于由于DNA損傷而產(chǎn)生的S期細(xì)胞的核灶區(qū)內(nèi)[19]。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，Rad51可以通過某些方式對BRCA1產(chǎn)生方式，在某一特定階段，會出現(xiàn)細(xì)胞周期停滯，之后會對DNA的損傷修復(fù)，而Rad51對細(xì)胞周期的調(diào)控則是通過轉(zhuǎn)錄水平抑制BRCA功能實現(xiàn)的。而BRCA2對Rad51進(jìn)行功能調(diào)控則可以通過與Rad51的結(jié)合達(dá)到[20]。一般情況下會認(rèn)為，BRCA2-RadS1復(fù)合蛋白由非活性狀態(tài)向活性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變可以通過DNA損傷信號激酶，比如ATM或ATR的磷酸化激發(fā)，然后同源重組的過程會啟動[21]。在后期階段，受去磷酸化的影響，Rad51會脫離并且與BRCA2結(jié)合，最后脫離核蛋白細(xì)絲。因此，RadS1-BRCA2這種復(fù)合蛋白會直接調(diào)節(jié)Rad51介導(dǎo)的同源重組的活性，并且它的活化和失活在修復(fù)部位是不斷循環(huán)的[22]。

總之，由于DNA損傷引起的Rad51核灶形成是同源重組所必需的，它受到Rad51同系物以及許多腫瘤抑癌基因蛋白的影響[23]?；蛘９δ軉适У倪@些細(xì)胞會缺乏同源重組功能，而且DNA損傷也會不斷累積，基因組也會出現(xiàn)強(qiáng)烈的不穩(wěn)定性。Rad51及與其相關(guān)蛋白表達(dá)水平在提高之后，細(xì)胞的某些功能都會提高[24]。

3 同源重組、Rad51與腫瘤三者間的關(guān)系

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，同源重組如果存在過度活性，基因重組就會不適當(dāng)，基因就會變得相對不穩(wěn)定，并且基因易位、丟失或者雜合性丟失（LOH）等問題會很容易發(fā)生，所以只有同源重組處于正常狀態(tài)下，才會維持細(xì)胞遺傳的穩(wěn)定，并且讓其他生命功能正常運行[25]。所以我們可以認(rèn)為，DNA的同源重組修復(fù)功能無論處在那個不穩(wěn)定的狀態(tài)都會累積DNA損傷，讓基因組變得不穩(wěn)定，而腫瘤發(fā)生及演化發(fā)展的重要因素正是這種基因組的不穩(wěn)定，所以它是一個動態(tài)的平衡[26]。而Rad51因為與腫瘤的關(guān)系，又是同源重組的重要部分，它在近幾年越來越受到了人們的重視。

在近幾年的案例中，比如乳腺癌、前列腺癌等那些多發(fā)性的案例中，它們的腫瘤細(xì)胞中大多都出現(xiàn)了Rad51蛋白的過度表達(dá)，這很有可能是導(dǎo)致發(fā)生同源重組能力和基因長生很大影響的重要原因[27]。另外，還有資料表明，非小細(xì)胞肺癌、侵襲性乳腺癌以及胰腺癌的腫瘤細(xì)胞分化程度與野生型Rad51蛋白表達(dá)水平的升高密切相關(guān)。這同時說明在人類腫瘤的發(fā)生、發(fā)展的過程中，Rad51蛋白表達(dá)水平的升高是很大的原因[28]。

另外，多種腫瘤抑癌基因的蛋白與Rad51蛋白之間存在某種關(guān)系，他們互相作用，互相牽制，如p53，BLM，BRCA1和BRCA2，某些方面證明了腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程與Rad51有很大關(guān)系。此外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，具有BRCA2基因突變的人會因為135核普酸這種位于Rad51基因第一外顯子的單核普酸多態(tài)性，患乳腺癌的風(fēng)險會大大增加。但其中最值得慶幸的是，截至目前，腫瘤中存在Rad51基因的突變這種情況只是個例[29]。這就從另一個層面上說明，Rad51基因突變對腫瘤的發(fā)生演化起的作用不大，那么他們之間出現(xiàn)關(guān)系密切的情況很可能是因為轉(zhuǎn)錄和蛋白水平的原因，它們的變化比如Rad51基因突變和擴(kuò)增并不會因為Rad51蛋白表達(dá)水平提高產(chǎn)生很大影響，但具體的作用機(jī)制至今仍然不敢太過斷定?？梢酝茰y出的是，細(xì)胞的多種信號通路以及多種生理過程會因為機(jī)體在各種致癌因素的作用下出現(xiàn)的DNA損傷被激活，并且Rad51蛋白的表達(dá)水平和細(xì)胞的同源重組功能在轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后的蛋白修飾過程中增加，而腫瘤的發(fā)生是因為DNA修復(fù)系統(tǒng)不能與細(xì)胞的生理過程長時間保持在一個相對平衡的狀態(tài)中[30]。

4 小結(jié)

Rad51的DNA、mRNA及蛋白水平的變化都有可能對各種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展造成影響，這是因為其是同源重組組成成分中的關(guān)鍵蛋白，同源重組又是修復(fù)DNA損傷的重要過程。Rad51的過表達(dá)可能會造成腫瘤的發(fā)生及腫瘤對放化療的不敏感，低或不表達(dá)可能會引起胚胎的死亡，因此，對人體內(nèi)Rad51量正常范圍的衡量有待進(jìn)一步的探索。但是，它是否會直接影響及怎樣對腫瘤的發(fā)生及演化產(chǎn)生什么作用還有待商榷。另外，新一代腫瘤治療藥物可能會因為以上原因使得Rad51成為重要研究方向。

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