乙型肝炎病毒对c-fos基因表达调节的影响

摘要

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关键词: N/A

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Correspondence to: N/A

Received: November 13, 2003
Revised: December 1, 2003
Accepted: December 16, 2003
Published online: April 15, 2004

Abstract

N/A

Key Words: N/A

0 引言

癌基因(oncogene)是一类编码关键性调控蛋白的正常细胞基因, 在正常情况下, 不表达或只有有限表达, 又称原癌基因(proto-oncogene). 当受到理化等因素刺激时, 他们可以异常表达, 导致细胞的增生、分化或癌变. 众所周知, 乙型肝炎病毒(HBV)不仅可引起急慢性病毒性肝炎, 而且与肝纤维化和肝细胞癌(HCC)的发生及发展密切相关. 许多实验已证实肝细胞癌变过程涉及多种原癌基因的激活和突变, 其中HBV对原癌基因c-fos的激活及表达调节也越来越受到关注. 通过对HBV与c-fos之间表达调节的阐述, 有助于进一步了解HBV导致HCC的分子学机制.

1 c-fos结构、功能及激活过程

c-fos原癌基因是最主要的即刻早期癌基因家族成员之一, 包括fra-1、fra-2、fosB的多基因家族中的一种. 单独的c-fos基因对细胞的生长、分化可能不起主要作用. 当细胞受到外界刺激时, 数十分钟即开始表达产物为55 kDa的c-Fos蛋白, 数十小时恢复至正常, 其存在于胎肝及中枢神经系统中, 半衰期短, 只有2 h. 表达的c-Fos蛋白立即转位至核内, 与另一种原癌基因c-jun的表达产物c-Jun核蛋白通过亮氨酸拉链形式形成Fos-Jun异源二聚体, 即构成特异的RNA多聚酶Ⅱ转录因子激活蛋白-1(activation protein-1, AP-1)[1-7], 他可存在于不同细胞类型中, 许多不同基因的调节区域都存在AP-1的结合位点. 但c-Fos蛋白自身不能形成同源二聚体, 也不能单独与AP-1结合位点结合. AP-1参与大量的生物过程包括细胞分化、增生、凋亡和致癌性转化. AP-1与DNA结合作为转录活化因子参与转录机制, 进一步激活目的基因的表达. 因此c-fos具有信号系统的特征, 可能参与胞质与胞核的信息传递.

c-fos基因能否参与转录和表达受多种因素制约, 不但受细胞内环境的影响, 还要受细胞外传递信号的刺激, 从而引起c-fos表达的增强或抑制. c-fos基因启动子区有3个主要转录调控元素：cAMP反应元素(cAMP-response element, CRE)、血清反应元素(serum response element, SRE)及sis诱导元素(sis-inducible element, SRE). 上述元素的协同作用, 对c-fos基因在体内的正确表达起重要的调控作用.

c-Fos蛋白作为AP-1的成分, 被认为是参与细胞分裂, 分化以及转化的一种重要分子. 除了正常的促进细胞发育和生长外, c-Fos蛋白还通过抗增生而参与细胞的凋亡及细胞损伤的反应. 在c-fos和 c-Jun的DNA结合域涉及额外的转录后调节, 即为半胱氨酸残基氧化作用的减少, 后者可能对DNA的连接有利. 在AP-1的功能调节过程中c-fos和 c-Jun的磷酸化和去磷酸化作为翻译后调节具有重要的作用. 而且c-fos的C末端的磷酸化对负向自动调节和转化是重要的[8-9].

c-fos基因可作为第三信使, 将外界刺激引起的第二信使介导的短时程信号, 在基因表达上转换为长时程信号. 研究证实至少有3种明确的第二信使能激活c-fos, 即甘油二酯(DG)依赖的蛋白激酶C(PKC), cAMP和钙调蛋白复合物(Ca2⁺-CaM). 报道称细胞因子、激素等刺激物作为第一信使作用于胞膜上的受体, 激活膜内第二信使, 后者在转而激活即刻早期基因(IEG)的转录, 该转录生成的mRNA逸出胞核至胞质, 翻译成fos、jun等核磷蛋白, 二者结合形成异源二聚体AP-1重新转位至核内, 结合到靶基因的DNA调节区, 进而调节靶基因表达和转录速率, 发生信使作用. 另有数据表明Stat3的磷酸化在HCC发生机制中可能是一个早期事件, 其激活了c-fos 和c-jun 基因, 或许有助于肝细胞的恶性变.

2 乙型肝炎病毒对c-fos基因表达的调节

原癌基因的表达与整合的DNA在肝细胞癌中要比正常肝脏中高的多. 由于HBV并非致癌病毒, 在感染肝细胞中无直接致癌作用, 甚至无致细胞病变效应, HBV的具有反式激活作用的蛋白可能参与转录的激活和调节过程, 刺激癌基因的激活和肝细胞的转化.

2.1 HBx对c-fos基因表达的调节

HBV编码一个16.5 kDa 的蛋白称为X 抗原[10], 主要定位于胞质内, 且仅仅在胞质内发挥反式调节作用. 他可调节转录、细胞周期、增生、凋亡和DNA修复等多种宿主功能[11-13]. 虽然HBx不直接结合于双链DNA, 但核内的HBx可由结合于数个转录因子而被激活[14], 而胞质内的成分触发了细胞间的信号路径[15]. HBx的激活定位于与特异的转录因子AP-1的结合位点. Murakami et al报道X序列即使切去了顶端, 仍保留他的反式激活功能, 表明了HBx介导的反式激活作用的重要性[16]. HBx在缺乏相应激活子的情况下不能激活DNA元件, 他需要有力的激活域以共转录. 一系列微弱的酸性激活域, 包括c-Jun激活域、c-fos激活域的两个亚区域对HBx的作用是不起作用的, 表明了HBx的效果不依赖于酸性激活域的酸性序列. 研究表明HBx能够刺激大量增强子-启动子单位的转录, 比如c-fos、c-Jun. 在X蛋白存在的情况下, c-fos、c-Jun基因可更好的表达.

转基因鼠实验表明HBx与HCC的发生机制直接相关[17]. HBx单独并不导致肿瘤形成, 但可以下调细胞进程而最终导致肝癌. Murakami et al 报道HBx通过细胞间调节信号转导路径, 尤其是蛋白激酶C(protein kinase C, PKC) [6], Janus激酶 (janus kinase)、JAK/转录信号转导子与激活子(signal transducters and activators of transcription, STAT)[18]、Src[19]及Ras信号[20-22]来间接激活c-fos转录. 胞质内HBx激活了Ras导致了Raf和丝分裂素激活蛋白激酶(MAPK)[15], 引起Ras-Raf- MAPK级联反应, 介导c-fos的重新合成. 而且, Raf的接触突变体可阻止HBx的诱导基因c-fos. MAPK家族为丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶, 他的激活需要分子中的酪氨酸(Tyr)和苏氨酸(Thr)同时磷酸化. MAPK被激活后致c-fos磷酸化, 以调节基因的转录和mRNA的翻译, 使细胞由G0期进入到G1期. 细胞外信号调节激酶(extracellar signal-regulated kinase, ERKs)属于MAPK的一组成员, 研究表明ERKs在Ras依赖的路径中介导c-fos基因的激活[23-24]. 在分化的和分化差的肝细胞系中 HBx均能快速激活丝分裂素激活蛋白激酶(MAPK)的ERK成分. 各种各样的Ras/MAPK信号级联激活ERK, 进一步触发了AP-1的诱导. Henkler et al[25]同样报道ERK/MAPK对c-fos的表达是重要的, ERK/MAPK的永久性阻滞可导致AP-1活动的降低. 然而ERK/MAPK暂时的抑制并不丧失AP-1的激活, 表明了HBx能通过另一种机制激活AP-1. 另有报道称HBx或作用于线粒体或作用于内质网或结合于二者触发Ca²⁺进入胞质. Ca²⁺短暂释放导致了脯氨酸富集的酪氨酸激酶2(Pyk2)的激活, Pyk2激酶结合且激活Src家族激酶. 激活的Src激酶通过促进与Shc和 生长因子结合蛋白(Grb2)相关联而刺激Ras, 激活的Ras通过Raf有丝分裂原激活的蛋白激酶途径导致核内转录因子的激活, 如激活c-fos, 最终导致AP-1的激活. Balsano et al通过发现HBV X蛋白反式激活内源性c-fos和染色体外转染的c-fos调节序列[26]而证实c-fos在致癌机制的可能作用.

2.2 HBs对c-fos基因表达的调节

前-S2/S和前-S1均是潜在的反式激活子. HBV 前-S/S区对c-fos具有反式激活作用. Beasley et al[27]报道HBsAg血清阳性的患者比HBsAg血清阴性的患者发生HCC要高100倍的风险. 在HCC组织中原癌基因的表达比正常肝脏显示出较高水平且与HBV DNA整合. 整合Ｓ蛋白的表达在HCC中或许激活了c-fos. Lauer et al[28]研究表明HBs的反式激活需要羧基末端截断而产生反式激活功能结合AP-1, HBs基因的截断发生在219-645核苷酸, HBV截短的S蛋白直接结合于转录因子结合位点而激活数个细胞和病毒启动子. 共转染实验证实HBV主要表面抗原的3'-末端(S区域的426-855核苷酸)是X启动子-增强子调节元件的反式激活子. 以前实验发现HBV主要表面基因的3'-末端, 即636-746 核苷酸在HCC组织中频繁的发现. Lauer et al[29]发现3'-端缺失羧基端的中等表面基因(前-S2/St)具有反式激活功能, 前-S2/St能够激活人癌基因c-fos的启动子.

备注

编辑: N/A

参考文献

1.	Twu JS, Schloemer RH. Transcriptional trans-activating function of hepatitis B virus. J Virol. 1987;61:3448-3453.  [PubMed]  [DOI]

2.	Spandau DF, Lee CH. trans-activation of viral enhancers by the hepatitis B virus X protein. J Virol. 1988;62:427-434.  [PubMed]  [DOI]

3.	Zahm P, Hofschneider PH, Koshy R. The HBV X-ORF encodes a transactivator: a potential factor in viral hepatocarcinogenesis. Oncogene. 1988;3:169-177.  [PubMed]  [DOI]

4.	Seto E, Mitchell PJ, Yen TS. Transactivation by the hepatitis B virus X protein depends on AP-2 and other transcription factors. Nature. 1990;344:72-74.  [PubMed]  [DOI]

5.	Twu JS, Lai MY, Chen DS, Robinson WS. Activation of protooncogene c-jun by the X protein of hepatitis B virus. Virology. 1993;192:346-350.  [PubMed]  [DOI]

6.	Kekulé AS, Lauer U, Weiss L, Luber B, Hofschneider PH. Hepatitis B virus transactivator HBx uses a tumour promoter signalling pathway. Nature. 1993;361:742-745.  [PubMed]  [DOI]

7.	Natoli G, Avantaggiati ML, Chirillo P, Costanzo A, Artini M, Balsano C, Levrero M. Induction of the DNA-binding activity of c-jun/c-fos heterodimers by the hepatitis B virus transactivator pX. Mol Cell Biol. 1994;14:989-998.  [PubMed]  [DOI]

8.	Ofir R, Dwarki VJ, Rashid D, Verma IM. Phosphorylation of the C terminus of Fos protein is required for transcriptional transrepression of the c-fos promoter. Nature. 1990;348:80-82.  [PubMed]  [DOI]

9.	Tratner I, Ofir R, Verma IM. Alteration of a cyclic AMP-dependent protein kinase phosphorylation site in the c-Fos protein augments its transforming potential. Mol Cell Biol. 1992;12:998-1006.  [PubMed]  [DOI]

10.	Tiollais P, Pourcel C, Dejean A. The hepatitis B virus. Nature. 1985;317:489-495.  [PubMed]  [DOI]

11.	Andrisani OM, Barnabas S. The transcriptional function of the hepatitis B virus X protein and its role in hepatocarcinogenesis (Review). Int J Oncol. 1999;15:373-379.  [PubMed]  [DOI]

12.	Arbuthnot P, Capovilla A, Kew M. Putative role of hepatitis B virus X protein in hepatocarcinogenesis: effects on apoptosis, DNA repair, mitogen-activated protein kinase and JAK/STAT pathways. J Gastroenterol Hepatol. 2000;15:357-368.  [PubMed]  [DOI]

13.	Koike K, Takada S. Biochemistry and functions of hepatitis B virus X protein. Intervirology. 1995;38:89-99.  [PubMed]  [DOI]

14.	Maguire HF, Hoeffler JP, Siddiqui A. HBV X protein alters the DNA binding specificity of CREB and ATF-2 by protein-protein interactions. Science. 1991;252:842-844.  [PubMed]  [DOI]

15.	Benn J, Schneider RJ. Hepatitis B virus HBx protein activates Ras-GTP complex formation and establishes a Ras, Raf, MAP kinase signaling cascade. Proc Natl Acad Sci U S A. 1994;91:10350-10354.  [PubMed]  [DOI]

16.	Murakami S. Hepatitis B virus X protein: structure, function and biology. Intervirology. 1999;42:81-99.  [PubMed]  [DOI]

17.	Kim CM, Koike K, Saito I, Miyamura T, Jay G. HBx gene of hepatitis B virus induces liver cancer in transgenic mice. Nature. 1991;351:317-320.  [PubMed]  [DOI]

18.	Lee YH, Yun Y. HBx protein of hepatitis B virus activates Jak1-STAT signaling. J Biol Chem. 1998;273:25510-25515.  [PubMed]  [DOI]

19.	Klein NP, Schneider RJ. Activation of Src family kinases by hepatitis B virus HBx protein and coupled signaling to Ras. Mol Cell Biol. 1997;17:6427-6436.  [PubMed]  [DOI]

20.	Benn J, Schneider RJ. Hepatitis B virus HBx protein deregulates cell cycle checkpoint controls. Proc Natl Acad Sci U S A. 1995;92:11215-11219.  [PubMed]  [DOI]

21.	Benn J, Su F, Doria M, Schneider RJ. Hepatitis B virus HBx protein induces transcription factor AP-1 by activation of extracellular signal-regulated and c-Jun N-terminal mitogen-activated protein kinases. J Virol. 1996;70:4978-4985.  [PubMed]  [DOI]

22.	Krajcsi P, Wold WS. Viral proteins that regulate cellular signalling. J Gen Virol. 1998;79:1323-1335.  [PubMed]  [DOI]

23.	Hibi M, Lin A, Smeal T, Minden A, Karin M. Identification of an oncoprotein- and UV-responsive protein kinase that binds and potentiates the c-Jun activation domain. Genes Dev. 1993;7:2135-2148.  [PubMed]  [DOI]

24.	Westwick JK, Cox AD, Der CJ, Cobb MH, Hibi M, Karin M, Brenner DA. Oncogenic Ras activates c-Jun via a separate pathway from the activation of extracellular signal-regulated kinases. Proc Natl Acad Sci U S A. 1994;91:6030-6034.  [PubMed]  [DOI]

25.	Henkler F, Lopes AR, Jones M, Koshy R. Erk-independent partial activation of AP-1 sites by the hepatitis B virus HBx protein. J Gen Virol. 1998;79:2737-2742.  [PubMed]  [DOI]

26.	Balsano C, Avantaggiati ML, Natoli G, De Marzio E, Will H, Perricaudet M, Levrero M. Full-length and truncated versions of the hepatitis B virus (HBV) X protein (pX) transactivate the cmyc protooncogene at the transcriptional level. Biochem Biophys Res Commun. 1991;176:985-992.  [PubMed]  [DOI]

27.	Beasley RP. Hepatitis B virus. The major etiology of hepatocellular carcinoma. Cancer. 1988;61:1942-1956.  [PubMed]  [DOI]

28.	Lauer U, Weiss L, Hofschneider PH, Kekulé AS. The hepatitis B virus pre-S/S(t) transactivator is generated by 3' truncations within a defined region of the S gene. J Virol. 1992;66:5284-5289.  [PubMed]  [DOI]

29.	Lauer U, Weiss L, Lipp M, Hofschneider PH, Kekulé AS. The hepatitis B virus preS2/St transactivator utilizes AP-1 and other transcription factors for transactivation. Hepatology. 1994;19:23-31.  [PubMed]  [DOI]