DEAD-box RNA解旋酶21在腫瘤中的研究進展

蔣 玲，黃 偉

DDX21是RNA解螺旋酶亞家族DDX家族成員之一，廣泛表達于人類細胞胞核和胞質(zhì)，參與RNA代謝的多個過程，包括mRNA、rRNA和miRNA的加工處理，核糖體的生物合成等[1]。對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展起重要作用[2-4]。越來越多的研究表明，DDX21可在乳腺癌、黑色素瘤、結(jié)直腸癌和胃癌等腫瘤組織中異常表達，參與腫瘤增殖、凋亡、遷移、侵襲、細胞骨架重塑及上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)等多種生物學行為的調(diào)控，影響患者生存和預(yù)后[2,5-6]。因此，深入探討DDX21在各種惡性腫瘤中的功能及機制，為惡性腫瘤開發(fā)新的治療靶點提供更多的可行途徑。

1 DDX21的結(jié)構(gòu)特點

DDX21是DDX家族蛋白中的一員，DEAD-box家族蛋白是以氨基酸序列(Asp-Glu-Ala-Asp)命名的進化上高度保守的ATP依賴性RNA解旋酶[7]。廣泛存在于哺乳動物中，該蛋白家族幾乎參與RNA代謝的全部過程，其異常表達會對RNA的生成和多態(tài)性造成影響，進而影響細胞生物學表現(xiàn)和蛋白質(zhì)生成[8]。另外，其可與細胞內(nèi)多種蛋白和信號通路相互作用，調(diào)控抑癌基因和致癌基因的表達，在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中呈復(fù)雜的生物學效應(yīng)[9]。

DDX21基因位于染色體10q22.1，編碼的蛋白定位于細胞核，相對分子質(zhì)量為8.7×104。DDX21解螺旋酶核心區(qū)域包括9個保守模序，這些模序主要對RNA二級結(jié)構(gòu)進行調(diào)控，如RNA結(jié)合、ATP的結(jié)合與水解、分子間作用等。研究顯示，DDX21的GUCTRHII結(jié)構(gòu)域及C-端4個FRGQR重復(fù)結(jié)構(gòu)域在其結(jié)構(gòu)及功能中發(fā)揮重要作用[10]。

2 DDX21的生物學功能

DDX21具有多樣的生物學功能，主要與單鏈、雙鏈RNA結(jié)合，為RNA二級結(jié)構(gòu)局部解螺旋提供能量。在核糖體合成初期，DDX21作為UTP-B復(fù)合物的組成原件，參與核糖體前體復(fù)合物組成及細胞核中rRNA修飾[11]。DDX21與非蛋白質(zhì)編碼的核糖體基因相關(guān)，調(diào)節(jié)Pol Ⅰ與Pol Ⅱ依賴的核糖體基因轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面，在核仁中，DDX21蛋白可占據(jù)rDNA轉(zhuǎn)錄位點，直接結(jié)合rRNA和snoRNA，促進rRNA的轉(zhuǎn)錄、加工和修飾。在核質(zhì)中，DDX21結(jié)合7SK RNA，并且作為7SK小核核糖核蛋白(snRNA)復(fù)合物的一個組成部分，被募集到編碼核糖體蛋白和snoRNA的Pol Ⅱ轉(zhuǎn)錄基因的啟動子上。與啟動子結(jié)合的DDX21以依賴解旋酶活性的方式促進正轉(zhuǎn)錄延伸因子b(P-TEFb)從7SK snRNP中釋放，促進其靶基因的轉(zhuǎn)錄[12]。

生物學功能上，DDX21參與細胞周期、凋亡、遷移和侵襲等調(diào)控[2,13-14]。文獻報道，DDX21參與核糖體RNA加工和AP-1轉(zhuǎn)錄，加快G1/S細胞周期的進程。缺乏DDX21將直接影響p53和RNA Pol Ⅱ募集的效率，進而影響p53介導(dǎo)的細胞生長和凋亡[12]。在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中，DDX21可參與多種腫瘤細胞的增殖和轉(zhuǎn)移[2,15]。

3 DDX21與腫瘤的關(guān)系

多項研究表明，DDX21參與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。研究DDX21在腫瘤中的表達及作用，對腫瘤診斷及個體化治療均有實際意義。

3.1 DDX21與乳腺癌乳腺癌是全球女性常見的惡性腫瘤之一，嚴重威脅女性的生命健康。研究者希望從分子水平對乳腺癌的發(fā)病機制、治療及預(yù)后判斷進行研究，尋找潛在的乳腺癌治療靶點。Cimino等[16]通過研究乳腺癌基因表達譜芯片發(fā)現(xiàn)，DDX21高表達與乳腺癌患者無瘤生存期和總生存期呈負相關(guān)，結(jié)果提示DDX21可能是乳腺癌患者預(yù)后不良的標志物。文獻報道[9,16]乳腺癌中SIRT7和DDX21可通過相互作用保護DNA中R環(huán)形狀，進而維持乳腺癌細胞基因組穩(wěn)定性。Zhang等[4]的研究結(jié)果顯示，DDX21在乳腺癌細胞中的表達可促進AP-1活性和rRNA加工，通過兩種獨立的機制促進腫瘤發(fā)生。DDX21可作為具有較高增殖潛力的乳腺癌患者亞組標志物，用于乳腺癌患者亞組的治療靶點。Zhang等[5]研究發(fā)現(xiàn)，DDX21與Snail通過形成雙負反饋回路調(diào)節(jié)乳腺癌細胞的EMT，同時miR-218-5P可靶向調(diào)控DDX21促進乳腺癌細胞的轉(zhuǎn)移。

3.2 DDX21與黑色素瘤目前黑色素瘤是惡性度最高的腫瘤，其發(fā)病機制尚未完全闡明。Johansson等[17]在斑馬魚模型中研究發(fā)現(xiàn)，PRL3蛋白通過特異性調(diào)控內(nèi)源性基因DDX21的轉(zhuǎn)錄，抑制黑色素瘤干細胞再生過程中的過早分化。此項研究證明DDX21在黑色素瘤干細胞中的作用，有望成為黑色素瘤治療的靶點。Santoriello等[6]研究表明，在黑色素瘤細胞中，DDX21可作為核酸代謝應(yīng)激反應(yīng)中的介導(dǎo)感受器，參與黑色素瘤的發(fā)生、發(fā)展。另有研究[18]表明，DDX21通過參與神經(jīng)嵴細胞和黑色素瘤細胞中的核苷酸應(yīng)激反應(yīng)，調(diào)控細胞的命運。

3.3 DDX21與結(jié)直腸癌結(jié)直腸癌是消化系統(tǒng)惡性腫瘤，近年隨著新型化療藥物的應(yīng)用和分子靶向治療的開展，雖然結(jié)直腸癌的療效有了明顯改善，但預(yù)后仍不理想，而對分子生物學的深入研究可為治療帶來新思路。Jung等[19]對公共數(shù)據(jù)測序薈萃分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌中DDX21異常高表達，并且可作為結(jié)直腸癌患者預(yù)后不良的標志物。同時，進一步機制研究顯示，c-Myc可靶向調(diào)控DDX21的表達，促進結(jié)直腸癌的發(fā)展。Wang等[2]研究發(fā)現(xiàn)，長鏈非編碼RNA-ZFAS1可直接靶向DDX21/POLR1B信號軸，促進結(jié)直腸癌細胞的發(fā)生及腫瘤發(fā)展，其有望成為結(jié)直腸癌診斷的標志物及治療靶點。Tanaka等[3]的研究結(jié)果表明，DDX21在早期結(jié)直腸癌中高表達。單變量和多變量生存分析顯示，DDX21高表達可作為早期結(jié)直腸癌微衛(wèi)星不穩(wěn)定的獨立預(yù)后標志物。

3.4 DDX21與胃癌DDX21作為一類RNA解旋酶，特征性功能是通過作用于RNA代謝(從翻譯起始、核糖體形成、前mRNA拼接和mRNA降解)發(fā)揮作用。長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)指不翻譯成多肽的RNA，在胃癌的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。新近研究提示，DDX21可作為RNA解旋酶結(jié)合lncRNA參與胃癌的增殖、轉(zhuǎn)移等過程。Wang等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌中，lncRNA HCP5可通過調(diào)控DDX21的表達調(diào)控胃癌細胞增殖、遷移和侵襲功能。另有研究[21]顯示，DDX21可通過調(diào)控胃癌細胞lncRNA代謝影響細胞周期相關(guān)蛋白Cyclin D1和CDK2的表達，進而促進細胞的增殖，該研究有望為胃癌治療提供新靶點。

3.5 DDX21與其他腫瘤此外，在白血病、骨肉瘤、兒童神經(jīng)母細胞瘤等腫瘤中亦發(fā)現(xiàn)DDX21異常表達，并影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。Li等[22]通過TCGA和GEO公共數(shù)據(jù)庫挖掘發(fā)現(xiàn)多個RNA解旋酶蛋白在惡性腫瘤中異常表達。在骨肉瘤中DDX21發(fā)揮重要作用，并且有可能作為治療新靶點。Zhou等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在白血病中AES蛋白通過與RNA解旋酶DDX21相互作用調(diào)控snoRNA/RNP形成誘導(dǎo)細胞的自我更新，進而促進白血病的發(fā)生。Putra等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在兒童神經(jīng)母細胞瘤中，DDX21上調(diào)CEP55的表達進而促進MYCN擴增的瘤細胞增殖和腫瘤的發(fā)生。

4 小結(jié)與展望

DDX21是DEAD-box家族受關(guān)注的蛋白之一。越來越多的研究表明，DDX21蛋白可通過調(diào)控癌基因和抑癌基因的表達、腫瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)信號通路、RNA代謝等方式在腫瘤細胞的增殖、凋亡、侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。隨著對DDX21蛋白研究的不斷深入，靶向DDX21蛋白為腫瘤靶向治療提供了新的切入點。然而，一方面由于DDX21蛋白常與其它蛋白形成復(fù)合物，易受多種蛋白成分的影響，在不同腫瘤中發(fā)揮不同作用；另一方面DDX21的結(jié)構(gòu)與同家族蛋白存在相似性，可能成為腫瘤靶向治療的干擾因素。這些將是影響DDX21蛋白作為腫瘤分子標志物和藥物作用靶點的難點。因此，需進一步精準研究DDX21蛋白在不同腫瘤中的作用和機制，為腫瘤的靶向治療提供新思路。