核糖体装配因子WD重复结构...74在恶性肿瘤中的研究进展_刘俏君.pdf

癌症进展2022 年 12 月第 20 卷第 24 期ONCOLOGY PROGRESS,Dec 2022 V ol.20,No.24*综述*核糖体装配因子核糖体装配因子WDWD重复结构域重复结构域7474在恶性肿瘤中的研究进展在恶性肿瘤中的研究进展刘俏君1，邱飞2，郑丽萍3，李玉梅4#赣南医学院1基础医学院，2康复学院，4基础医学院生物化学与分子生物学教研室，江西 赣州 3410003福建省儿童医院药剂科，福州 3500000摘要摘要：WD重复结构域74（WDR74）定位于细胞核仁中，主要功能是作为核糖体生成中的装配因子参与真核细胞中前体核糖体RNA（rRNA）的加工过程。许多研究表明WDR74可调控DNA损伤修复、细胞凋亡、细胞周期以及基因表达调控等细胞生命活动，进一步参与肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移及耐药等过程。WDR74在肺癌、黑色素瘤和结直肠癌等肿瘤中高表达，不利于患者预后，并通过调控细胞内多种信号通路来促进肿瘤进展。本文简述了WDR74的结构特点、生物学功能及其在肿瘤中的作用，以期为WDR74作为肿瘤诊断和治疗的潜在靶点提供理论支持。关键词关键词：WD重复结构域74；核糖体生成；恶性肿瘤中图分类号中图分类号：R R730730文献标志码文献标志码：AdoiAdoi：10.11877/j.issn.1672-1535.2022.20.24.02恶性肿瘤是威胁人类生命健康的重大疾病，也是造成人类死亡的主要原因之一。2020年全球新发恶性肿瘤病例1929万例，其中中国新发恶性肿瘤病例 457 万例，占全球的 23.7%，2020 年全球恶性肿瘤死亡病例996万例，其中中国恶性肿瘤死亡病例300万例，占全球的30.1%1。中国恶性肿瘤新发病例和死亡病例均居全球首位，疾病负担沉重。恶性肿瘤发病隐匿、疾病进展迅速导致患者确诊时间晚、难治愈且预后极差。寻找有效的诊疗靶点对恶性肿瘤的早期诊断和开发新型靶向药物以降低患者病死率至关重要。核糖体是细胞内进行蛋白质合成的细胞器。核糖体生成指的是合成新核糖体的过程，决定着蛋白质的合成速率2。肿瘤发生发展过程中最显著的特征是肿瘤细胞不受控制地增殖和转移，其重要基础在于核糖体生成增强了细胞内蛋白质合成水平，以提供维持肿瘤细胞生长和转移的物质基础3-4。研究表明，核糖体生成对肿瘤的发生发展十分关键，核糖体生成受阻引发的核仁应激可显著阻滞肿瘤细胞活跃的增殖行为5。许多核糖体生成因子也被发现在肿瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭和耐药性等多种生物过程中发挥关键作用6-8。WD 重 复 结 构 域 74（WD repeat domain 74，WDR74）是真核细胞中重要的核糖体装配因子，其通过参与前体核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）的加工过程影响核糖体大亚基的组装，最终介导细胞内蛋白质的合成9。研究发现，WDR74 在人类肿瘤中广泛表达，并且在多种肿瘤组织中异常表达。WDR74可通过激活多种癌基因和失活多种抑癌基因促进肿瘤的发生发展，与肿瘤患者的预后显著相关，提示 WDR74 是潜在的肿瘤诊疗靶点。本文就 WDR74 的生物学功能及其在肿瘤中的作用进行综述，以评估其作为生物标志物和分子靶点的可行性。1 1WDRWDR7474的结构的结构人类WDR74基因位于染色体11q12.3上，包含15个外显子，其编码的WDR74蛋白由385个氨基酸组成，分子量为42 441 Da。WDR74是WD40重复结构域蛋白超家族中的一员，包含6个WD40区域，且在进化上高度保守。WDR74包含两个功能结构，分别为N末端的6个可与其他蛋白质相互作用的WDR结构域和C末端的富含赖氨酸的区域。WDR结构域是人类蛋白质组中最丰富的蛋白质相互作用结构域之一。WDR结构域具有典型的7个叶片的-螺旋桨域，呈现类似包含中心孔的“车轮状结构”。研究表明，WDR74蛋白结构的中心孔结构域是一个良好的“结合口袋”，可以介导与其他蛋白质相互作用，发挥广泛的生物学功能10。WDR74的WDR结构域中包含一簇保守的氨基酸残基序列可与核VCP样蛋白2（nuclear VCP-like 2，NVL2）的D1 AAA域相互结合，参与核糖体生成过程（图1）。WDR74蛋白的C末端含有大量赖氨酸残基，对于WDR74蛋白的细胞核仁定位具有重要作用11。2 2WDRWDR7474的生物学功能的生物学功能WDR蛋白超家族广泛参与多种信号通路，包括 DNA损伤修复、蛋白质合成和降解、细胞周期、基因表达、表观遗传调控以及免疫系统调节等10。WDR74作为WDR蛋白超家族成员，其功能主要集中在以下几个方面。基金项目：赣南医学院高层次人才启动基金（QD202132）#通信作者（corresponding author），邮箱：Yumei.L2489癌症进展2022年12月第20卷第24期2 2.1 1 WDRWDR7474参与参与rRNArRNA加工和核糖体大亚基的生成加工和核糖体大亚基的生成真核生物的核糖体由 40S 小亚基和 60S 大亚基组装形成，核糖体亚基由rRNA和一系列核糖体蛋白共同组成。核糖体生成是细胞内十分复杂且精细运作的过程，包括rRNA的转录、修饰、折叠、加工以及核糖体蛋白的加工与组装等步骤，超过两百多种组装因子参与其中12。核糖体生成从核仁中由单个的前核糖体 RNA（precursor ribosomalRNA，pre-rRNA）（在人类中是47S pre-rRNA）转录开始，经过多种修饰后产生18S、5.8S和28S的成熟rRNA13-14。在 pre-rRNA 加工途径中，外部转录间隔区（external transcribed spacer，ETS）和内部转录间隔区（internal transcribed spacer，ITS）序列通过一系列有序的内切割和外切割步骤从47S pre-rRNA中移除9。在核仁中，pre-rRNA通过与许多核糖体蛋白结合形成90S前核糖体颗粒，然后转化为一系列的40S和60S前体颗粒，最后在核质中进行一系列组装并被运送到细胞质中生成成熟的核糖体60S和40S亚基。其中MTR4（一种已知的RNA解旋酶和外泌体辅助因子）可以在细胞核内协助核酸外切体发挥DExD/H-box RNA解旋酶活性，参与各种RNA（包括pre-rRNA）的加工或降解过程。在核糖体生成过程中，WDR74参与了pre-rRNA加工早期阶段中ITS1的剪切步骤，但关于WDR74如何参与 ITS1 的切割目前尚不明确，主要有几种猜想。一种是认为 WDR74 可能直接参与了 ITS1 的切割反应，而与MTR4的相互作用无关，但还未找到证据证实这种猜想。另一种则认为 WDR74 可能通过调节5ETS的加工来影响ITS1的切割。在小鼠细胞中，5ETS的加工影响了ITS1的选择性切割15，这与人类细胞中WDR74缺失引起36S异常中间体产生的现象相符合。WDR74还在pre-rRNA的加工途径中调节核酸外切体的活性。在核糖体前颗粒达到成熟途径中的特定步骤前，WDR74 与MTR4-核酸外切体的结合限制了其加工活性。只有 NVL2 水解腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）时使WDR74从复合物中释放，12S pre-rRNA3端开始的加工反应才启动，从复合体中释放的WDR74返回到加工途径的早期阶段并参与此阶段中ITS1的剪切步骤（图2）。总而言之，WDR74缺失将严重影响核糖体大亚基的成熟，导致组装中间体积累，从而产生大量无活性的核糖体，最终影响生命活动的正常进行16。2 2.2 2 WDRWDR7474对囊胚形成的影响对囊胚形成的影响WDR74是小鼠着床前发育过程中RNA转录、加工或稳定所必需的基因，对囊胚的形成具有重要影响。卵母细胞受精后，从输卵管迁移到子宫中，胚胎在子宫内膜上植入。从受精卵到胚胎植入子宫内膜期间有几个关键事件，对胚胎的发育起着重要作用。例如，胚胎合子基因激活、胚胎致密化、胚胎内细胞团和滋养层细胞形成以及胚胎内细胞团分化为原始内胚层和原始外胚层17。WDR74作为RNA聚合酶复合体的重要组成部分在囊胚形成中发挥着重要作用。WDR74缺失导致细胞总RNA水平降低和转录水平受限，从而影响胚胎正常发育，不能形成囊胚也不能正确分化形成内细胞团和滋养层细胞。这个过程中细胞周期的异常变化还可导致p53基因及其下游基因激活，从而导致细胞凋亡18。2 2.3 3 WDRWDR7474 调节转化生长因子调节转化生长因子-（transformingtransforminggrowth factor-growth factor-，TGF-TGF-）信号通路信号通路TGF-是在细胞中广泛存在的一种细胞因子，图图1 1WDRWDR7474参与核糖体参与核糖体6060S S大亚基合成的示意图大亚基合成的示意图图图2 2WDRWDR7474参与多种肿瘤发生发展的信号通路图参与多种肿瘤发生发展的信号通路图缩略语：-catenin=-联蛋白；cyclin D1=细胞周期蛋白D1；MDR1=多重耐药蛋白1（multidrug resistance protein 1）；TCF1=转录因子1（transcription factor 1）；MMP9=基质金属蛋白酶 9（matrix metallo-peptidase 9）；MMP7=基质金属蛋白酶7（matrix metallopeptidase 7）；LEF1=淋巴增强因子1（lymphoid enhancer binding factor 1）；caspase3=胱天蛋白酶3；caspase 9=胱天蛋白酶9；cyclin E=细胞周期蛋白E；VEGFA=血管内皮生长因子 A（vascular endothelial growth factorA）；MDM2=小鼠双微体2（mouse double minute 2）；RPL5=核糖体蛋白L5（ribosomal protein L5）；TGF-=转化生长因子-（transforminggrowth factor-）；E-cadherin=上皮钙黏素；fibronectin=纤连蛋白；vi-mentin=波形蛋白；N-cadherin=神经钙黏素；SMAD2=SMAD家族成员2（SMADfamilymember2）；SMAD3=SMAD家族成员3（SMAD fam-ily member 3）；SMAD4=SMAD 家族成员 4（SMAD family member4）；WDR74=WD重复结构域74（WD repeat domain 74）2490ONCOLOGY PROGRESS,Dec 2022 V ol.20 No.24不仅可调控细胞生长、凋亡、分化和迁移等过程，还参与了炎症反应和肿瘤的发生发展过程。经典的TGF-信号通路起始于细胞外配体和细胞膜上受体的结合，进而将细胞外信号传递给细胞质内的效应蛋白SMAD。被激活的SMAD蛋白形成三元复合体进入细胞核与DNA起始转录区结合，从而促进下游基因的转录。经典的TGF-信号通路调控的细胞过程包括抑制细胞生长、促进细胞凋亡、促进上皮-间充质转化等。刘锦泉19的研究发现，WDR74的C端功能域可与SMAD蛋白的MH2区域相互作用，对SMAD发挥多种作用，包括促进SMAD2 和 SMAD3 的 磷 酸 化、抑 制 SMAD2 和SMAD3 的 去 磷 酸 化、促 进 SMAD2-SMAD3-SMAD4复合物形成和入核，还可通过促进SMAD蛋白和转录因子结合共同调控下游基因的转录，从而促进 TGF-诱导的下游基因蛋白水平的表达。TGF-在肿瘤微环境中具有双重作用，在早期肿瘤中，TGF-可诱导肿瘤细胞凋亡，抑制肿瘤细胞增殖，而在肿瘤晚期，TGF-通过调节基因组不稳定性、上皮-间充质转化、肿瘤新生血管生成、免疫逃逸、细胞运动和转移等过程促进肿瘤进展20。刘锦泉19的研究还发现，WDR74 可以通过 TGF-诱导p21、p57、p15表达并抑制原癌基因表达，使细胞停留在 G1期从