癌基因DEPDC1B及其編碼蛋白功能結(jié)構(gòu)域DEP的研究進(jìn)展

何雪錸 綜述，龐明輝 審校

(四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院胃腸外科，四川 成都 610072)

腫瘤是全球性的公共健康問(wèn)題，相關(guān)資料顯示，2012年全球新確診惡性腫瘤人數(shù)約1400萬(wàn)，且全年死于該類(lèi)疾病的人約有800萬(wàn)[1]。我國(guó)的患癌率和癌癥致死率逐年增加，據(jù)估計(jì)2015年癌癥新確診人數(shù)超過(guò)429萬(wàn)，腫瘤引起的死亡病例數(shù)達(dá)281萬(wàn)余例[2]。早診斷、早治療對(duì)降低癌癥的發(fā)病率與死亡率至關(guān)重要，而有效的早期診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)是實(shí)施早診斷與早治療的關(guān)鍵[3]。腫瘤具有持續(xù)增殖、組織侵犯與轉(zhuǎn)移、永生化復(fù)制、誘導(dǎo)血管新生、能量代謝重編程和免疫逃逸等突出特征[4]。在分子水平上，這些特征往往涉及癌基因和(或)抑癌基因表達(dá)失調(diào)；在細(xì)胞水平上，則涉及細(xì)胞生存和死亡的失衡。因此，發(fā)現(xiàn)新的癌基因并闡明其在細(xì)胞生存和死亡調(diào)控中的作用，則有可能發(fā)現(xiàn)新的癌癥診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。癌基因DEPDC1B(DEP DomainContaning 1B)位于5號(hào)染色體12.1，編碼DEPDC1B蛋白，編碼蛋白主要存在于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)高爾基體內(nèi)，DEP結(jié)構(gòu)域是其重要功能區(qū)?，F(xiàn)對(duì)DEP結(jié)構(gòu)域及功能做一綜述。

1 DEP結(jié)構(gòu)域

DEP結(jié)構(gòu)域是在Deshevelld、EGL-10和Pleckstrin 3種蛋白中被發(fā)現(xiàn)，因而以這三種蛋白質(zhì)的首字母命名。它有約100個(gè)氨基酸殘基形成a螺旋與b發(fā)卡二級(jí)結(jié)構(gòu)而組成DEP結(jié)構(gòu)域。在許多哺乳動(dòng)物細(xì)胞中都有DEP結(jié)構(gòu)蛋白的表達(dá)，其中鼠科表達(dá)65種，人類(lèi)表達(dá)54種[5，6]。通過(guò)多序列比對(duì)和構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)，Civera等[7]將含DEP結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)分為6個(gè)亞族，包含酵母菌含DEP蛋白質(zhì)亞族、含F(xiàn)YVE模序激酶亞族、Deshevelld亞族、RGS蛋白亞族、Epac蛋白亞族和Pleckstrin蛋白亞族。這些含DEP結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)分別參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞極性確定和細(xì)胞膜錨定等多種生理功能[8～10]。

1.1 DEP結(jié)構(gòu)域的細(xì)胞膜錨定功能DEP結(jié)構(gòu)域能夠通過(guò)不同的機(jī)制與膜結(jié)合。許多蛋白中含有DEP高度同源的結(jié)構(gòu)域，比如Deshevelld(Dvl)、Epac1、Epac2、G蛋白信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白(regulatorof G proteinsignaling，RGS)、Sat2和哺乳動(dòng)物中RGS蛋白R(shí)7家族(RGS6、7、9、11)[11]。其中，Dvl蛋白中的DEP結(jié)構(gòu)域功能研究最早，它包括三個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域：DIX(Dis/Axinhomologousdomain)、PDZ(PSD-95 and ZO-1 domain)、DEP。Dvl蛋白是細(xì)胞中一個(gè)非常重要的調(diào)節(jié)蛋白。N末端DIX結(jié)構(gòu)域主要跟經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號(hào)通路有關(guān)，PDZ與細(xì)胞質(zhì)面Wnt蛋白受體Fz的尾部結(jié)合，DEP參與Dvl蛋白由胞質(zhì)到包膜的錨定。并且和非經(jīng)典的細(xì)胞極性(noncanonicalpalnarcellpolarity，PCP)細(xì)胞通路有關(guān)[12]。經(jīng)典的Wnt/b-catenin信號(hào)通路活化需要Dvl蛋白多聚化，連同F(xiàn)z的共受體低密度脂蛋白受體相關(guān)聯(lián)蛋白6一起形成一個(gè)超級(jí)復(fù)合體-Wnt-Fz-低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白6-Dvl。通過(guò)Fz的C末端結(jié)合FDZ結(jié)構(gòu)域親和力比較弱[13]，需要DEP結(jié)構(gòu)域的協(xié)助作用。因此DEP結(jié)構(gòu)域?qū)τ谛纬山?jīng)典的Wnt/β-catenin信號(hào)通路和非經(jīng)典的PCP通路都發(fā)揮重要作用。

1.2 DEP結(jié)構(gòu)域調(diào)節(jié)小分子GTP酶和下游因子的功能

1.2.1DEP結(jié)構(gòu)域與G蛋白的相互作用 DEP結(jié)構(gòu)域出現(xiàn)在大量的信號(hào)分子中(包括RGS)，它能夠與膜上突出的可溶性N-乙基馬來(lái)酰亞胺敏感性的融合蛋白附著蛋白受體家族蛋白結(jié)合，使蛋白定位于膜上發(fā)揮活性作用。RGS蛋白通過(guò)DEP結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)與G蛋白受體蛋白C末端結(jié)合，使RGS蛋白?？坑诮咏麲蛋白亞單位的位置[14]。通過(guò)調(diào)節(jié)G蛋白亞單位尿苷三磷酸酶(guanosinetriphosphatase，GTP)的活性調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

1.2.2Epac1蛋白的功能 Epac1是環(huán)腺苷酸依賴(lài)性的鳥(niǎo)嘌呤交換因子，具有1個(gè)或2個(gè)環(huán)腺苷酸結(jié)合位點(diǎn)、一個(gè)DEP結(jié)構(gòu)域和GEF催化位點(diǎn)。通過(guò)與環(huán)腺苷酸結(jié)合和分離誘導(dǎo)Epac1發(fā)生活化與失活的轉(zhuǎn)變。當(dāng)DEP結(jié)構(gòu)域發(fā)生缺失突變，會(huì)使Epac1完全喪失膜定位功能。如果Epac1中DEP結(jié)構(gòu)域第82位精氨酸突變，也會(huì)是環(huán)腺苷酸誘導(dǎo)的Epac1活性功能喪失[15]。進(jìn)一步說(shuō)明了DEP結(jié)構(gòu)域在Epac1活化過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

1.2.3Dvl1-3與LRRK2的相互作用 Dvl1-3與LRRK2對(duì)于軸突和突觸的建立非常重要。編碼富亮氨酸重復(fù)激酶2(leucine-richrepeatkinase 2，LRRK2)基因發(fā)生突變會(huì)導(dǎo)致帕金森病。LRRK2復(fù)雜Ras蛋白復(fù)合體C末端結(jié)構(gòu)域能抑制GTP酶的活性，調(diào)節(jié)LRRK2激酶活性。而Dvls與LRRK2-Ras復(fù)雜蛋白C末端結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)相似，也能夠與小GTP酶結(jié)合并調(diào)節(jié)GTP酶的活性[16]。Dvls與LRRK2共表達(dá)能夠增加LRRK2穩(wěn)定期蛋白水平，這種作用依賴(lài)于DEP結(jié)構(gòu)域的功能。

1.3 DEP結(jié)構(gòu)域促進(jìn)細(xì)胞極性確定的功能DEP結(jié)構(gòu)域在PCP信號(hào)通路中是必須的，這是一條非經(jīng)典的Wnt通路，研究表明[17]，PCP信號(hào)通路可以調(diào)控細(xì)胞極性排列，完成細(xì)胞形態(tài)發(fā)生(如上皮細(xì)胞)的細(xì)胞極性的確立以及在胚胎形成過(guò)程中參與原腸胚/神經(jīng)胚期匯聚延伸運(yùn)動(dòng)，參與調(diào)節(jié)神經(jīng)管閉合過(guò)程。通過(guò)構(gòu)建包含DEP的結(jié)構(gòu)域(但不含催化點(diǎn)的小分子蛋白)來(lái)研究DEP結(jié)構(gòu)域能夠促使紡錘體正確形成，Dvl蛋白通過(guò)細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間的信號(hào)限制了DEP結(jié)構(gòu)域的作用[18]。結(jié)構(gòu)域是蛋白結(jié)構(gòu)和功能的基本單位決定著蛋白質(zhì)的功能。DEP結(jié)構(gòu)域的功能與細(xì)胞膜的錨定、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、小分子GTP酶活性的調(diào)節(jié)以及細(xì)胞極性的確立等密切相關(guān)，并且從生物大分子的結(jié)構(gòu)分析，取得了對(duì)細(xì)胞功能活動(dòng)更加深入的認(rèn)識(shí)。

2 DEPDC1B調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)展

意大利學(xué)者在斑馬魚(yú)的細(xì)胞有絲分裂的研究中發(fā)現(xiàn)[19]，DEPDC1B是一個(gè)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)的基因，介導(dǎo)有絲分裂進(jìn)入細(xì)胞周期進(jìn)展和脫粘事件之間的相互作用。DEPDC1B蛋白特異性地積聚在細(xì)胞周期的G2期，在G2/M轉(zhuǎn)換期間作為RhoA/ROCK/MLC2途徑的抑制劑起作用，從而實(shí)現(xiàn)粘著斑與細(xì)胞的粘附與脫離。除此之外，細(xì)胞需要通過(guò)DEPDC1B的合成啟動(dòng)來(lái)完成有絲分裂的形態(tài)學(xué)重塑，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞變圓、與基質(zhì)失去附著、細(xì)胞骨架張力形成從而皮質(zhì)硬度增加等形態(tài)學(xué)變化。特異性敲除DEPDC1B后，細(xì)胞粘著斑去粘附，有絲分裂顯著延遲。

3 DEPDC1B基因與人類(lèi)腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

DEPDC1B是一種潛在的Rho GTPase激活蛋白，但DEP結(jié)構(gòu)域在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的功能尚不完全清楚。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，DEPDC1B是一種鳥(niǎo)嘌呤核苷酸交換因子，在胚胎成纖維細(xì)胞系中誘導(dǎo)細(xì)胞遷移與侵襲。進(jìn)一步對(duì)口腔癌轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究中發(fā)現(xiàn)，它在口腔癌組織中的表達(dá)顯著上調(diào)，通過(guò)DEPDC1B-Rac1-ERK1/2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié)Rac1轉(zhuǎn)位到細(xì)胞膜發(fā)揮作用[20]。DEPDC1B被報(bào)道與多種腫瘤的惡性生物學(xué)行為相關(guān)，非小細(xì)胞肺癌一種發(fā)生率和死亡率均較高的腫瘤，了解NSCLC腫瘤發(fā)生和進(jìn)展中涉及的分子事件，有助于找到新的治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)[21]，DEPDC1B在非小細(xì)胞肺癌的臨床腫瘤組織樣本和細(xì)胞系中表達(dá)均上調(diào)，并且與患者的生存時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。過(guò)表達(dá)DEPDC1B增強(qiáng)了NSCLC細(xì)胞的遷移和侵襲能力，而沉默其表達(dá)后，細(xì)胞系的遷移和侵襲能力則減弱。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)DEPDC1B在A549和Calu-3細(xì)胞系中的過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)了Wnt/β-catenin信號(hào)通路下游基因的轉(zhuǎn)錄，如Axin2、Dkk1、MMP7、MMP9和SOX2等。同時(shí)沉默DEPDC1B引起了這些基因的表達(dá)下調(diào)和細(xì)胞內(nèi)β-catenin核轉(zhuǎn)位的降低，表明DEPDC1B通過(guò)激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路增強(qiáng)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的遷移和侵襲。有研究報(bào)道，EPDC1B至少改變2個(gè)人類(lèi)淋巴母細(xì)胞瘤細(xì)胞系對(duì)放射治療的敏感性[22]。除此之外，中國(guó)學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，DEPDC1B的表達(dá)與前列腺癌患者的臨床病理學(xué)特征相關(guān)。研究通過(guò)免疫組織化學(xué)染色的方法發(fā)現(xiàn)DEPDC1B在前列腺癌組織中表達(dá)明顯高于正常前列腺組織，這種表達(dá)上調(diào)的趨勢(shì)尤其提示患者臨床T分期較晚和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，提示患者較差的臨床無(wú)復(fù)發(fā)生存期。進(jìn)一步通過(guò)cox回歸模型分析發(fā)現(xiàn)，DEPDC1B的表達(dá)上調(diào)是臨床前列腺癌患者的獨(dú)立預(yù)后因素[23]。

綜上所述，尋找新型腫瘤標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)已逐漸成為當(dāng)今腫瘤科研領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。諸多研究顯示，DEPDC1B在非小細(xì)胞肺癌、前列腺癌等癌組織中高表達(dá)，并與這些腫瘤的的發(fā)生發(fā)展有著密不可分的關(guān)聯(lián)。目前DEPDC1B是一個(gè)研究相對(duì)較少的腫瘤相關(guān)基因，其調(diào)控腫瘤惡性生物學(xué)行為的機(jī)制仍有待深入探索。DEP結(jié)構(gòu)域參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多種生理功能，并且DEPDC1B基因與有絲分裂周期進(jìn)展密切相關(guān)。雖然關(guān)于DEPDC1B 在腫瘤中的作用還需廣泛深入的研究，但其作為腫瘤標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)的應(yīng)用具有廣闊的前景。