遍在蛋白質(zhì)樣修飾物化修飾及其在非綜合征性唇腭裂發(fā)病中的意義

1、遍在蛋白質(zhì)樣修飾物化修飾及其在非綜合征性唇腭裂發(fā)病中的意義    【摘要】     蛋白組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄后蛋白質(zhì)的小遍在蛋白質(zhì)樣修飾物（SUMO）化修飾在生物體生命活動(dòng)中發(fā)揮著廣泛的生理作用。SUMO家族中的SUMO-1廣泛參與了唇腭裂易感基因轉(zhuǎn)錄后蛋白質(zhì)的SUMO化修飾。本文就SUMO化修飾及其在非綜合征性唇腭裂發(fā)病中的意義作一綜述。     【關(guān)鍵詞】  小遍在蛋白質(zhì)樣修飾物； 修飾； 非綜合征性； 唇腭裂   

2、0;Role of small ubiquitin like modifier in etiology of nonsyndromic cleft lip and palate  LIAO Li-shu, MENG Tian, ZHENG Qian, SHI Bing. （Dept. of Cleft Lip and Palate Surgery, West China College of Stomatology, SichuanUniversity, Chengdu 610041, China）    Abstract  According

3、 to the proteomics, post-translational modification of proteins by small ubiquitin like modifier（SUMO） have many and variable consequences and have a key role in regulating and expanding the diversity of function in the proteome. A family member of SUMO, SUMO-1 participated most of the post-translat

4、ional modification of proteins related to cleft lip and palate.    Key words  small ubiquitin like modifier； modification； nonsyndromic； cleft lip and palate    非綜合征性唇腭裂（nonsyndromic cleft lip and palate，NSCL/P）是一種多基因性遺傳疾病，也是人類(lèi)中最常見(jiàn)的出生缺陷之一。研究發(fā)現(xiàn)，干擾素調(diào)節(jié)因子（interferon re

5、gulatory factor，irf）-6、msx-1、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor，tgf）-3、亞甲基四氫葉酸還原酶（methylene-te-trahydrofolate reductase，mthfr）、T-box基因家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子（T-box transcription factor，tbx）-22、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（fibroblast growth factor receptor，fgfr）-1和eya（eyes absent）-1等基因與NSCL/P的發(fā)生密切相關(guān)，但單一基因致NSCL/P僅為3%5%1-7。這主要是NSCL/P的

6、發(fā)生同時(shí)受到多個(gè)基因的共同影響，而且基因之間可能存在多種相互作用，疾病的發(fā)生與環(huán)境因素密切相關(guān)。因此，揭示和發(fā)現(xiàn)與多種易感基因有共同關(guān)系的相關(guān)分子是目前頗為關(guān)注的課題。    研究發(fā)現(xiàn)，小遍在蛋白質(zhì)樣修飾物（small ubiq-uitin like modifier，SUMO）-1過(guò)低表達(dá)時(shí)會(huì)引發(fā)NSCL/P7。SUMO-1與多種唇腭裂易感基因之間存在著相互作用，即多種唇腭裂易感基因在轉(zhuǎn)錄后可能共同受到SUMO-1的調(diào)控8-11。因此，SUMO-1有可能成為NSCL/P發(fā)病機(jī)制研究中的樞紐。    1  SUMO化修飾&#

7、160;   1.1  SUMO分子和SUMO化修飾    SUMO是一類(lèi)由98個(gè)氨基酸殘基組成的與遍在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似的分子，是廣泛存在于真核生物中且高度保守的蛋白家族，在哺乳動(dòng)物中包括SUMO-1、SUMO-2、SUMO-3和SUMO-4等成員。SUMO化修飾是指SUMO分子共價(jià)結(jié)合于靶蛋白的賴(lài)氨酸殘基上，影響基因轉(zhuǎn)錄后的蛋白活性。KXE為受SUMO化修飾的共有序列。其中，代表一個(gè)大的疏水性氨基酸；K代表賴(lài)氨酸，是SUMO化的偶聯(lián)位點(diǎn)12。    1.2  SUMO化修飾的主要功能 

8、   SUMO化修飾與遍在蛋白化修飾過(guò)程相似，但是遍在蛋白化修飾的靶分子主要被蛋白酶降解，而SUMO化修飾則介導(dǎo)靶分子的定位和功能調(diào)節(jié)。SUMO化修飾參與了廣泛的細(xì)胞內(nèi)代謝途徑，在蛋白蛋白之間的相互作用、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、核質(zhì)運(yùn)輸、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、調(diào)控線(xiàn)粒體分裂、DNA損傷修復(fù)和調(diào)節(jié)基因組穩(wěn)定性、調(diào)控離子通道和生物節(jié)律等方面均發(fā)揮著重要的作用13。研究發(fā)現(xiàn)，SUMO化修飾是基因最終能否發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。SUMO化修飾異?？梢鸹羝娼鸩?、脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)等神經(jīng)退行性疾病以及1型糖尿病等14-15。    1.3  SUMO化修飾及其修飾酶

9、    SUMO化修飾主要包括活化、結(jié)合、連接、修飾和解離等過(guò)程16。SUMO通常以非活性的前體形式存在，需經(jīng)過(guò)加工酶Ulp1切去C端，暴露C 端的雙甘氨酸殘基后才成為成熟的SUMO。成熟的SUMO分子需要經(jīng)過(guò)活化才能修飾底物，這個(gè)過(guò)程是由SUMO活化酶完成的。SUMO活化酶（E1）是由Aos-1（SAE-1、Sua-1）和Uba-2（SAE-2）形成的異源二聚體。活化消耗腺苷三磷酸并通過(guò)非共價(jià)鍵形成腺苷酸化的SUMO中間體，然后SUMO分子與一個(gè)Uba-2活性半胱氨酸位點(diǎn)形成硫酯鍵而被活化17。通過(guò)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，活化的SUMO分子從SUMO活化酶Uba-2亞單位轉(zhuǎn)移

10、到SUMO結(jié)合酶（E2），也就是Ubc-9上，形成SUMO-Ubc-9硫酯中間體18。雖然體外試驗(yàn)顯示，E1、E2足以使各種底物SUMO化，但是體內(nèi)試驗(yàn)表明，絕大多數(shù)SUMO定位到靶分子的過(guò)程還需要連接酶（E3）的參與?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子與激活子活性蛋白抑制劑（protein inhibitor ofactivated signal transducer and activator of tran-scription，PIAS）、RanBP-2 和PC-2等SUMO連接酶均可與Ubc-9作用，促進(jìn)體內(nèi)外的SUMO化過(guò)程17。    SUMO分子是以前體形式合成

11、的，其伸展的C端需要進(jìn)一步加工以暴露雙糖基序，此功能是由前體加工酶完成的。前體加工酶是一種雙功能酶，除加工SUMO前體外，還可將SUMO分子從底物上解離出來(lái)即去SUMO化，重新進(jìn)入SUMO化循環(huán)。在側(cè)q釀酒酵母中，有兩個(gè)遍在蛋白質(zhì)樣修飾蛋白酶，分別為Ulp1和Ulp2/Smt4。Ulp1的一個(gè)基本功能就是加工處理SUMO前體的C端，Ulp2主要介導(dǎo)去SUMO化。哺乳動(dòng)物有7種解離酶，是SUMO化的特異性蛋白酶，分別為SENP1719。    2  SUMO化修飾在NSCL/P發(fā)病中的意義    現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，多種唇腭裂易感基因轉(zhuǎn)

12、錄后的蛋白分子都是SUMO-1的修飾底物，例如Msx-1、Tgf-3、Tbx-22、特異性核基質(zhì)結(jié)合蛋白（special AT-rich binding protein，Satb）-2、Trps-1、Eya-1、Irf-6等（表1）。    2.1  SUMO-1與NSCL/P    研究發(fā)現(xiàn)，SUMO家族中的SUMO-1廣泛參與了唇腭裂易感基因轉(zhuǎn)錄后的SUMO化修飾。Alkuraya等7發(fā)現(xiàn)1例NSCL/P患者，由于其2q33.1和8q24.3之間存在著平衡交互易位，因此破壞了sumo-1基因，進(jìn)而導(dǎo)致SUMO-1單倍劑量

13、不足誘發(fā)了NSCL/P。在小鼠胚胎發(fā)育過(guò)程中，上唇及原發(fā)腭和繼發(fā)腭的中嵴上皮中有較強(qiáng)的SUMO-1表達(dá)；同時(shí)，sumo-1基因雜合子小鼠有8.9%的發(fā)生了唇腭裂。人類(lèi)基因組研究發(fā)現(xiàn)，sumo-1為編碼小遍在蛋白質(zhì)相關(guān)修飾物蛋白家族成員的基因，位于2q33，在進(jìn)化中高度保守，有6個(gè)外顯子，其中以第6外顯子最大20。文獻(xiàn)檢索表明，迄今為止共報(bào)道了健康人群中所存在的sumo-1基因的121個(gè)單核苷酸多態(tài)性（single nucleotidepolymorphisms，SNP）21，尚沒(méi)有關(guān)于唇腭裂患者sumo-1基因多態(tài)性和健康人群中存在的SNP是否與NSCL/P發(fā)病相關(guān)的報(bào)道。 

14、0;  2.2  Msx-1的SUMO化修飾與NSCL/P    msx-1為NSCL/P易感基因之一，在NSCL/P發(fā)病中的作用為2%。msx-1基因敲除小鼠發(fā)生了腭裂2。最新的研究發(fā)現(xiàn)，msx-1基因轉(zhuǎn)錄后受到了SUMO化調(diào)控。在體內(nèi)，Msx-1蛋白與SUMO-1的結(jié)合會(huì)隨著PIAS-1（SUMO-E3酶）的增加而增強(qiáng)；反之，增加SENP-1（SUMO的解離酶）的量，Msx-1蛋白的SUMO化隨之降低9。    2.3  FGF家族的SUMO化修飾與NSCL/P    F

15、GF家族與NSCL/P的發(fā)病密切相關(guān)。Smad4的同源區(qū)域（mad homology region，MH）-1的2個(gè)賴(lài)氨酸殘基Lys113和Lys159是該蛋白的SUMO化修飾位點(diǎn)，而Smad4的激活是FGF信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路所必須的11。    2.4  TGF-家族的SUMO化修飾與NSCL/P    人類(lèi)的遺傳流行病學(xué)研究和動(dòng)物試驗(yàn)均表明，TGF-家族成員廣泛參與了NSCL/P的發(fā)病，而且SUMO過(guò)表達(dá)會(huì)增強(qiáng)TGF-誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄抑制效應(yīng)11。    2.5  SATB-2的SUMO化修飾

16、與NSCL/P    FitzPatrick等 22 發(fā)現(xiàn)了1例NSCL/P患者的2q3233之間存在著平衡交互易位，由此破壞了同源盒轉(zhuǎn)錄因子Satb-2蛋白而誘發(fā)了NSCL/P。研究發(fā)現(xiàn)，Satb-2蛋白在部分NSCL/P患者中發(fā)生了突變，satb-2基因敲除小鼠會(huì)發(fā)生腭裂并伴有骨骼發(fā)育缺陷，Satb-2蛋白的核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)、穩(wěn)定、轉(zhuǎn)錄活性的維持等都需要SUMO化修飾23。    2.6  p63的SUMO化修飾與NSCL/P    P63是一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活物，具有很多亞型，它們與手足裂畸形、外胚層發(fā)育

17、不良和唇腭裂綜合征、融合瞼-外胚層缺陷-唇腭裂綜合征、肢乳綜合征等發(fā)生有關(guān)。p63與SUMO-1結(jié)合后調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄活性及其蛋白質(zhì)穩(wěn)定性24。有研究表明，自然發(fā)生的突變潛在地改變了p63的SUMO化，從而上調(diào)p63正常的轉(zhuǎn)錄活性10。    2.7  tbx-22基因    有研究發(fā)現(xiàn)，在連鎖性遺傳唇腭裂和非綜合征性腭裂患者及其家族中存在tbx-22基因突變體，且tbx-22基因突變體在非綜合征性腭裂患者中為4%并具有X連鎖現(xiàn)象。另有研究發(fā)現(xiàn)，17%的攜帶tbx-22基因突變體雜合子女性發(fā)生了腭裂，但男性受累更為嚴(yán)重5。Tbx-

18、22作為轉(zhuǎn)錄抑制物，也是SUMO-1修飾的底物，而且這種修飾對(duì)Tbx-22的轉(zhuǎn)錄活性起重要的調(diào)節(jié)作用8。    2.8  SUMO化修飾和環(huán)境因素與NSCL/P    流行病學(xué)研究表明，50%75%的NSCL/P患者并無(wú)家族患病史，同卵雙生子也只有約40%的同時(shí)發(fā)生唇腭裂。環(huán)境因素在唇腭裂發(fā)生中所起的作用早已得到公認(rèn)，但有關(guān)唇腭裂發(fā)生起關(guān)鍵作用的環(huán)境因素和易感基因之間的相互關(guān)系仍不清楚?？赡軐?dǎo)致NSCL/P的危險(xiǎn)環(huán)境因素包括母體攝入乙醇、吸煙，暴露在環(huán)境毒素中（如二惡英），懷孕期間葉酸攝入不足和維生素A攝入過(guò)量25。SUMO

19、化修飾過(guò)程對(duì)一些環(huán)境因素的影響非常敏感，而其中某些環(huán)境因素被認(rèn)為是唇腭裂發(fā)病的危險(xiǎn)因子，如應(yīng)激源中的熱沖擊、氧化狀態(tài)和病毒感染都能夠觸發(fā)、改變細(xì)胞內(nèi)SUMO-1結(jié)合或解離的途徑。許多氧化應(yīng)激反應(yīng)會(huì)上調(diào)SUMO-1化修飾效應(yīng)，但在低氧化狀態(tài)下，很多自由基會(huì)導(dǎo)致SUMO-1化修飾功能障礙26。因此，某些環(huán)境因素影響SUMO化修飾與唇腭裂的發(fā)病有關(guān)。    3  結(jié)束語(yǔ)    通常，先天性唇腭裂的發(fā)生是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，但其確切的病因和發(fā)病機(jī)制迄今仍不清楚。綜上所述，SUMO化修飾功能紊亂與NSCL/P的發(fā)病相關(guān)，

20、SUMO-1與多個(gè)唇腭裂易感基因之間存在相互作用，即多個(gè)唇腭裂易感基因在轉(zhuǎn)錄后共同受到sumo-1基因的調(diào)控。因此，SUMO-1有可能成為NSCL/P發(fā)病機(jī)制研究中的樞紐。開(kāi)展對(duì)唇腭裂易感基因轉(zhuǎn)錄后SUMO化調(diào)控的研究，對(duì)揭示NSCL/P的發(fā)病機(jī)制具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。    【參考文獻(xiàn)】  1 Scapoli L, Palmieri A, Martinelli M, et al. Am J Hum Genet, 2005, 76（1）：180-183.    2 Modesto A, Moreno

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