EZH2 基因與干細(xì)胞的研究進(jìn)展

戴厚杰，王銳英

（桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院四肢創(chuàng)傷科，廣西 桂林）

0 引言

EZH2（組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶）作為Polycomb group 蛋白復(fù)合體成員之一，是最新被發(fā)現(xiàn)具有組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性的癌有關(guān)蛋白，其在胚胎發(fā)育早期就已經(jīng)普遍存在，并與SUZ12 和EED共同組成PRC2 沉默復(fù)合物，共同通過催化組蛋白3 第27 位三甲基化(H3K-27me3) 修飾作用來介導(dǎo)基因沉默，參加X 染色體的失活、細(xì)胞的分化和胚胎的發(fā)育調(diào)節(jié)等方面。組蛋白修飾可以通過改變?nèi)旧|(zhì)的相對(duì)空間結(jié)構(gòu)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄活性具有相當(dāng)重要的影響。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，H3 組蛋白第27 位賴氨酸的三甲基化(H3K27me3) 與轉(zhuǎn)錄的抑制作用密切相關(guān)。EZH2（組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶）屬于PcG 基因家族中一員。PcG 家族中分別包括PCR1 和PRC2 兩種復(fù)合體，同時(shí)起著起始基因沉默和維持基因抑制的作用。EZH2 與EED、SUZ12 基因一起組成了PCR2 復(fù)合物，EZH2 作為一種PCR2 的催化亞基，可催化H3K27me3 和H3K9m3，其作用是通過組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶中高度保守的SET 區(qū)域，從而抑制其轉(zhuǎn)錄，在染色體水平上調(diào)控其基因活性[1]，在干細(xì)胞的維持與更新過程中發(fā)揮非常重要作用。本文將EZH2 基因與干細(xì)胞的相關(guān)性研究進(jìn)展，做一綜述。

1 EZH2 基因、EZH2 蛋白結(jié)構(gòu)

EZH2( enhancer of zeste homolog 2) 是多梳基因蛋白家族中一個(gè)重要組員，即H3 組蛋白第27 位賴氨酸的特異性甲基化轉(zhuǎn)移酶。EZH2 基因位于人類的7q35～q36 染色體上，其結(jié)構(gòu)包括了20 個(gè)外顯子，外顯子長(zhǎng)度處于41～323bp 之間，內(nèi)含子處于15.0～17.7kp 之間。無論是外顯子，還是內(nèi)含子，都遵從gt/ag規(guī)則[2]。EZH2 蛋白由746 個(gè)氨基酸組合而成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中包含4 個(gè)保守區(qū)域。同時(shí)，EZH2 也屬于一個(gè)保守的催化亞基，每個(gè)EZH2 中含有一個(gè)比較重要的SET 區(qū)域，該部位用來提供甲基轉(zhuǎn)移酶活性的。雖然EZH2 本身不具備酶作用，但是其可以借助大于2 個(gè)非催化配體形成絡(luò)合物，從而形成組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的活性。而在EZH2 組成所有序列之中，其著關(guān)鍵作用的則是羧基末端SET 區(qū)域則對(duì)轉(zhuǎn)移酶活性。EZH2 基因在轉(zhuǎn)錄抑制和基因沉默中起著重要的意義。臨床研究表明[3]，EZH2 對(duì)P14ARF、P16INK4a 表達(dá)的相關(guān)抑制，是通過INK4a/ARF 基因座啟動(dòng)子H3K27me3 形成而發(fā)揮的，也同樣對(duì)細(xì)胞分裂、繁殖產(chǎn)生一定保護(hù)意義。

2 EZH2 與 PcG 家族

表觀遺傳調(diào)控因子 Polycomb 基因最初被發(fā)現(xiàn)于果蠅之中，研究者發(fā)現(xiàn)其存在于沉默同源基因建立有序的體節(jié)[4]。PcG(polycomb group proteins) 蛋白家族以多梳抑制復(fù)合物(polycomb repressor complex，PRC) 的形式發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用，在人類主要分為 PRC1 和 PRC2 兩大類，二者可以抑制上百種基因序列，其中包含大量的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子[5]。PRC1 由HPC、BMIl、RINGl A、RINGl B 等十余種蛋白組成；PRC2 主要由 EZH2、EED、SUZl2 和Rb Ap46/48 四種蛋白組成。EZH2 是PcG 家族中一種高度進(jìn)化保守而來的基因，EZH2 蛋白則是PRC2 的一個(gè)催化活性亞單位，可催化組蛋白3 賴氨酸27 三甲基化(H3K27me3)[6]，H3K27 三甲基化是其主要的存在形式，其對(duì)PcG 沉默機(jī)制中起作用的，同時(shí)，PRC2 幾個(gè)核心組分(EZH2 和輔因子EED 及SUZl2)共同協(xié)調(diào)完成有效的H3K27 甲基化[4]。三甲基化的H3K27 沉默下游基因作用，主要是其能使PRC1 復(fù)合物聚集至特定相關(guān)基因位點(diǎn)上，而且這些下游靶基因大部分具有調(diào)控干細(xì)胞分化和抑制腫瘤發(fā)生的作用，其沉默作用可導(dǎo)致干細(xì)胞多向分化潛能障礙和腫瘤的發(fā)生[7]。

3 EZH2 與其他表觀遺傳修飾酶的關(guān)系

3.1 EZH2 與組蛋白脫乙?；?/h3>

有相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)在PRC2 中存在組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性作用，從而認(rèn)為EZH2 與組蛋白脫乙酰化酶在機(jī)構(gòu)及功能上有一定聯(lián)系[8]。在相關(guān)生化試驗(yàn)顯示[9]，組蛋白脫乙?；冈隗w內(nèi)與沉默酶類存在一種協(xié)作作用(這種協(xié)作功能持續(xù)時(shí)間比較短)，但其卻不是PRC2 的核心亞基，其中的機(jī)制原理未能明確，需臨床學(xué)者做更深入的研究探討?？傊珽ZH2 與組蛋白脫乙?；钢g的確存在某種功能上的聯(lián)系。腫瘤細(xì)胞中基因的異常表達(dá)均由以上各種表觀遺傳沉默通路所調(diào)控作用。

3.2 EZH2 與DNA 甲基化

之前的相關(guān)研究認(rèn)為，EZH2 沉默與DNA 甲基化之間相互獨(dú)立，并無相關(guān)內(nèi)在關(guān)聯(lián)[10]。但近些年來的研究者認(rèn)為，人類細(xì)胞中的EZH2 與DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶確實(shí)存在某種關(guān)系。不管是從結(jié)構(gòu)上，還是從功能上上講，這都是一樣的。Vire 等學(xué)者的研究認(rèn)為，EZH2 和EED 可免疫共沉淀人類全部的DNMTs[11]。此外，骨肉瘤細(xì)胞的RNA 干擾試驗(yàn)也表明，EZH2 在DNMTs 對(duì)沉默靶基因的甲基化作用中，有著一定調(diào)控作用[12]。

4 EZH2 在干細(xì)胞方面的研究

作為一種對(duì)基因表達(dá)起重要作用的表觀遺傳調(diào)控蛋白，EZH2 也是一種調(diào)節(jié)神經(jīng)外胚層分化的中間介質(zhì)[13]。Falak Sher 觀察到NSC 向不同方向增殖分化 時(shí)， EZH2 表達(dá)水平存在明顯差異：增殖的神經(jīng)干細(xì)胞中高度表達(dá)，在神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元細(xì)胞分化時(shí)，EZH2 表達(dá)水平降低；在神經(jīng)干細(xì)胞向星形膠質(zhì)細(xì)胞分化時(shí)，EZH2 表達(dá)完全停止；在神經(jīng)干細(xì)胞向少突膠質(zhì)細(xì)胞分化過程中，從少突膠質(zhì)前體細(xì)胞分化到不成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞期間，EZH2 維持高水平表達(dá)[14]。

4.1 EZH2 在胚胎干細(xì)胞發(fā)育中的作用

PcG 蛋白不僅在內(nèi)細(xì)胞群表達(dá)豐富，同樣在胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞中表達(dá)也豐富，卻在干細(xì)胞分化過程中表達(dá)水平降低EZH2 也是一樣。同樣，在基因敲除實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)多潛能上胚層細(xì)胞也有EZH2 參與。同樣，PcG 蛋白家族也能夠沉默很多分化有關(guān)的因子，其中包括Gate、Fox、Sox、Pou 和Pax 轉(zhuǎn)錄因子家族以及Wnt、Notch、TGF-β、FGF 和維甲酸信號(hào)通路的有關(guān)組成元件 。三大轉(zhuǎn)錄因子Oct4、Sox2、Nanog 在保持多潛能性和程序性控制胚胎干細(xì)胞基因表達(dá)方面有著至關(guān)重要的作用，三大轉(zhuǎn)錄因子靶基因和PRC2 存在著結(jié)合位點(diǎn)，這也說明：PRC2 是在胚胎干細(xì)胞發(fā)育過程中的一種比較重要的協(xié)同抑制因子。

4.2 EZH2 在成體干細(xì)胞中的作用

PcG 蛋白不僅在胚胎發(fā)育早期發(fā)揮作用，而且在成體干細(xì)胞特性維持中也是必不可缺的調(diào)節(jié)因子，其中還包括干細(xì)胞衰老方面。有實(shí)驗(yàn)研究表明，EZH2 高表達(dá)的造血干細(xì)胞再移植時(shí)，其存活幾率和存活時(shí)間都明顯高于對(duì)照組；而且EZH 高表達(dá)對(duì)維持肌原細(xì)胞的干細(xì)胞特性也是必需的[15]。SherF 等人的研究顯示，增殖狀態(tài)神經(jīng)干細(xì)胞EZH2 表達(dá)水平很高，但分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞則是完全抑制，分化為神經(jīng)元時(shí)表達(dá)降低[16]。以上的實(shí)驗(yàn)研究都表明，EZH2 作為PcG 蛋白家族成員，其在干細(xì)胞身份維持以及干細(xì)胞自我更新方面都有著直接相關(guān)作用。

4.3 EZH2 在神經(jīng)干細(xì)胞中作用

作為一種對(duì)基因表達(dá)起重要作用的表觀遺傳調(diào)控蛋白，EZH2也是一種調(diào)節(jié)神經(jīng)外胚層分化的中間介質(zhì)[17]。最近研究發(fā)現(xiàn)，EZH2 與MELK 結(jié)合并磷酸化，其中甲基化由EZH2 在成神經(jīng)管細(xì)胞瘤中誘導(dǎo)，其可調(diào)節(jié)癌干細(xì)胞樣細(xì)胞的增殖。在異種移植物中，EZH2 的缺失減弱了成神經(jīng)管細(xì)胞瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞衍生的腫瘤生長(zhǎng)并促進(jìn)了分化[18]。Zhang J 等發(fā)現(xiàn)表明Ezh2 在活躍分裂的神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）/祖細(xì)胞以及成熟神經(jīng)元中表達(dá)，但在顆粒區(qū)的靜息NSCs 中不表達(dá)。在NSCs/ 祖細(xì)胞中Ezh2 的缺失會(huì)導(dǎo)致祖細(xì)胞增殖的減少[19]。Ezh2 基因占用的動(dòng)態(tài)變化是其參與向少突膠質(zhì)細(xì)胞分化和神經(jīng)干細(xì)胞更新的基礎(chǔ)，以前證明了Ezh2 也在多能神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）中表達(dá)。Ezh2 表達(dá)在NSC 分化成神經(jīng)元或向少突膠質(zhì)細(xì)胞分化期間出現(xiàn)下調(diào)。而高水平的Ezh2 存在于分化少突膠質(zhì)細(xì)胞過程中，甚至直到髓鞘的形成[20]。王希等已經(jīng)完成EZH2 基因?qū)ι窠?jīng)干細(xì)胞具有明顯調(diào)節(jié)作用，過表達(dá)可促進(jìn)增值，但對(duì)干細(xì)胞凋亡無明顯影響[21]。Falak Sher 觀察到NSC向不同方向增殖分化時(shí)， EZH2 表達(dá)水平存在明顯差異：增殖的神經(jīng)干細(xì)胞中高度表達(dá)，在神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元細(xì)胞分化時(shí)，EZH2表達(dá)水平降低；在神經(jīng)干細(xì)胞向星形膠質(zhì)細(xì)胞分化時(shí)，EZH2 表達(dá)完全停止；在神經(jīng)干細(xì)胞向少突膠質(zhì)細(xì)胞分化過程中，從少突膠質(zhì)前體細(xì)胞分化到不成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞期間，EZH2 維持高水平表達(dá)[22]。

5 小結(jié)與展望

EZH2 作為遺傳學(xué)研究中一種比較重要的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，也是重要的表觀遺傳調(diào)控蛋白，在干細(xì)胞自我更新及定向分化方面有非常密切的關(guān)系。雖然我們對(duì)EZH2 的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)性質(zhì)以及在干細(xì)胞的作用有初步的了解，但是其調(diào)節(jié)通路及各信號(hào)傳導(dǎo)仍不明確，這就更需要大家做進(jìn)一步深入而廣泛的研究，以期掌握更多相關(guān)知識(shí)。