ASPP蛋白家族的研究进展

摘要

P53凋亡刺激蛋白(apoptosis stimulating protein of P53, ASPP)家族是新近发现的与P53有关的肿瘤抑制基因家族. P53是目前公认的肿瘤抑制基因, 他能诱导细胞周期阻滞或直接诱导细胞凋亡, 但其如何作用这两种不同选择的机制一直不清, 直到ASPP家族的发现, 才使这一问题逐渐明了. ASPP与P53的作用主要是能特异性增强P53的细胞凋亡功能, 而对P53的细胞生长停滞功能则没有影响.

关键词: P53凋亡刺激蛋白; 细胞凋亡; P53

N/A

N/A

Correspondence to: N/A

Received: June 17, 2006
Revised: June 26, 2006
Accepted: July 10, 2006
Published online: September 8, 2006

Abstract

N/A

Key Words: N/A

0 引言

P53凋亡刺激蛋白(apoptosis stimulating protein of P53, ASPP)是Samuels et al[1]在2001年发现的一种新的肿瘤抑制基因家族, 随后在2003年又宣布发现了ASPP家族的另一个成员iASPP (inhibitory member of the ASPP family)[2]. 目前, 已经发现了该基因家族的3个成员: ASPP1, ASPP2和iASPP. ASPP1和ASPP2与P53结合后能激活P53的抑癌功能, 而iASPP与P53结合后却是抑制P53的抑癌功能, 这是首次发现功能完全相反的成员共存于同一基因家族的现象. 现对ASPP蛋白家族的结构、功能、与P53及其他蛋白质之间的关系等方面的研究进展进行综述.

1 结构

ASPP家族共有3个成员: ASPP1, ASPP2和iASPP. 其命名源于结构上的共同点[3,8], 即: 都含有大量谷氨基重复(ankyrin repeat), SH3结构域(SH3 domain), 丰富的锚蛋白结构域(proline-rich domain)的相关蛋白质. 研究证实, ASPP家族成员均通过谷氨基重复和SH3结构域与P53发生作用[4].

关于ASPP家族结构的探索经历了一个较为漫长的过程, 最早发现的是ASPP的不完整片段(53BP2及Bbp[6]). 早在1994年, Iwabuchi et al[5]通过酵母双杂交技术, 利用P53 DNA结合区域作为诱饵, 结果发现了与P53相互作用的2种蛋白: 53BP2(目前证实的ASPP2的C末端的528个氨基酸)以及与ASPP2无关的BRCA1( 53BP1). 1996年, Naumovski et al[6]发现了ASPP2的另一个不完整片段: Bbp(即不包含N末端123个氨基酸的ASPP2片段); 2001及2003年, Samuels et al[1]先后通过实验发现了ASPP的完整结构. ASPP1由PPP1R13B基因编码, 由1090个氨基酸组成, 其功能区域包括pro, ank及SH3. ASPP2由TP53BP2编码, 由1128个氨基酸组成, 其功能区域由pro, ank, SH3和a-helical组成. ASPP1和ASPP2蛋白在N末端和C末端有很大相似性[7], 都是MMPM序列开始, 且都从蛋氨酸开始转录. iASPP在人类由PPP1R13L基因编码, 而在线虫中由ape-1基因编码, 他由351个氨基酸组成, 是一个P56A结合蛋白, 其C末端的223个氨基酸与53BP2的C末端有52%相同, iASPP和线虫P53凋亡刺激蛋白家族抑制成员(Ce-iASPP)在C末端有广泛相似性. 而最近Slee et al[8]又发现了1个与iASPP的C端同源, N端更长的的iASPP, 由828个氨基酸组成, 故将以前的短iASPP称为iASPP/RIA(因为iASPP曾被鉴定为Rel-associated inhibitor, RIA), 将长iASPP称为iASPP.

2 功能及与P53的关系

2.1 功能

对ASPP家族功能的研究, 最初是从其片段(53BP2和Bbp)开始的, 故得出的结论亦有较大差异. Iwabuchi et al[5]认为, 因为53BP2能与P53的DNA结合区域结合, 故其能通过该结合而阻止P53与DNA结合, 从而抑制P53的促凋亡作用. 而Yang et al[9]将53BP2转染到Hela及Cos-1细胞中发现其能导致细胞凋亡, 这与Ao et al[10]的结果相一致, 即当53BP2高水平表达时促进细胞凋亡, 而低水平表达将导致细胞对DNA损失物质敏感性增强. Naumovski et al[6]将Bbp转染入细胞, 发现其并不能引起细胞凋亡, 但能引起G2/M期阻滞. Iwabuchi et al[11]通过转染实验发现, 53BP2在加强P53应答基因P21的转录的同时, 还增加P53抑制转染了癌基因ras和E1A的小鼠胚胎成纤维细胞的转化病灶的形成的能力.

张云 et al[12]利用RT-PCR方法, 测定ASPP2 mRNA在正常人血液单核细胞与人淋巴瘤细胞株Jurkat及成纤维细胞和结肠癌细胞株HT-29的表达水平, 结果发现ASPP2 mRNA在正常人血液单核细胞中的表达水平比淋巴瘤细胞株Jurkat的表达水平高, 而正常人成纤维细胞中ASPP2的表达水平比结肠癌细胞株HT-29低, 表明ASPP2的mRNA表达量是在P53野生型的肿瘤细胞中降低而不是在P53突变型的肿瘤细胞中, 说明ASPP2调节着肿瘤抑制功能. Lossos et al[13]用荧光定量RT-PCR和免疫组化方法对弥漫性大B细胞淋巴瘤(diffuse large B cell lymphoma, DLBCL)和滤泡性淋巴瘤(follicular center lymphoma, FCL)等进行研究发现, ASPP2表达高的患者存活时间长, 而ASPP2表达低患者存活时间短, 提示ASPP2表达量的高低可能与肿瘤的预后亦有关. Samuels et al[1]对野生型P53乳腺癌的ASPP1和ASPP2的mRNA表达研究发现, 有60%的肿瘤ASPP1表达水平下降, 23%的肿瘤ASPP2表达水平下降, 且在这23%的肿瘤中有90%的ASPP1表达水平下降, 同时通过对Jw2, Tero, Saos-2细胞株研究, 发现ASPP1/ASPP2和P53共表达,可使转染的肿瘤细胞株50%凋亡, 而ASPP1和ASPP2与E2F1和Bax等肿瘤抑制基因共表达则不能使细胞凋亡增加.

Bergamaschi et al[2]检测了8例野生型P53和ASPP水平正常的乳腺癌患者的iASPP含量, 结果发现7例患者的iASPP都增高, 同时他们还利用RNA干扰或反义RNA技术阻段iASPP表达, 发现能诱导美丽线虫及人类细胞发生依赖P53的凋亡, 这表明新发现的ASPP家族成员对细胞凋亡具有抑制作用, 故将其命名为iASPP. Zhang et al[14]采用半定量RT-PCR方法检测iASPP mRNA在急性白血病(acute leukemia, AL)细胞中的表达, 发现与正常人及CR期AL患者相比, 初发AL细胞存在iASPP高表达, 提示iASPP的高表达可能在部分AL的发生或进展中起一定作用. Yang et al [9]研究发现, iASPP能与核因子-Kappa B(nuclear factor-Kappa B, NF-κB)的亚单位P65(RelA)结合, 控制NF-κB的转录活性, 在心脏、胎盘、前列腺等组织中高表达, 在肝脏、睾丸组织和白细胞中低表达.

通过以上一系列研究证实, ASPP蛋白家族与人类肿瘤密切相关. ASPP1及ASPP2通过增强P53与DNA的结合, 促进P53促凋亡基因启动子的活化[1], 从而特异性增强P53的促细胞凋亡功能, 但对P53的细胞生长停滞功能没有影响, Samuels et al[1]通过体外实验证实了这一点, 在表达ASPP2的U2OS细胞内, 检测P53是选择与抗凋亡基因Bax的启动子结合还是与细胞周期依赖性激酶抑制剂P21的启动子结合, 结果显示P53更易与促凋亡基因Bax的启动子结合. 而iASPP与ASPP1及ASPP2的功能刚好相反, 他能抑制细胞凋亡, 因为iASPP与ASPP1/ASPP2一样, 具有相同的与P53结合的区域, 故其可通过与ASPP1和ASPP2竞争与P53结合, 从而抑制P53的抑癌功能.

2.2 与P53的关系

众所周知, P53蛋白在细胞凋亡过程中起着至关重要的作用. 根据细胞内P53的状态可将肿瘤分为2类, 即野生型P53肿瘤和突变型P53肿瘤. 据多项研究表明, 在50%的肿瘤细胞中存在着P53突变. Vogelstein et al[15]观察发现, 具有遗传性P53基因突变的小鼠在幼年时即自发发生肿瘤, P53的突变区域主要集中在P53的核心区域或DNA结合区, 与ASPP作用区域相一致. Iwabuchi et al[5]在早期的研究中发现, 当P53DNA结合区域的R175H或R273H发生突变后, 53BP2就不能与P53相互作用. 随后Gorina et al[4]又观察到, P53最易发生突变的2个区域(R248W和R273H), 也是P53的DNA结合区域及与ASPP2结合的区域, 尽管Samuels et al[1]通过体外实验发现, ASPP1及ASPP2既能与野生型P53结合, 也能与突变型P53结合, 但突变后的P53已不再能与ASPP蛋白相互作用, 这样, ASPP就不能发挥其增强P53的促凋亡作用而诱导细胞凋亡.研究者进一步研究发现, 在肿瘤中当介导P53与ASPP2相互作用的一个重要氨基酸残基R181突变成亮氨酸或异亮氨酸, 这些残基就不再能与ASPP1或ASPP2共同作用来增强肿瘤抑制基因Bax的促凋亡作用.

与此同时, 研究者又发现, 仍有大量肿瘤发生于含有未突变P53即野生型P53细胞中, 例如在白血病、乳腺肿瘤以及肝脏的恶性肿瘤中, P53的突变率小于25%, 此时肿瘤细胞主要通过下调ASPP1及ASPP2的表达量或使iASPP的表达量升高来抑制细胞凋亡. Liu et al[16]发现在含有野生型P53的肿瘤细胞中, ASPP1及ASPP2的mRNA的表达下降, 其下降可能与ASPP的5'非转录区CpG岛的异常高甲基化有关, 但因目前对ASPP的上游调节器的研究尚处于探索之中, 故导致其甲基化的具体机制尚待进一步研究. 此外, 在含有野生型P53的肿瘤细胞中, ASPP蛋白自身是否发生了突变也是值得思考的问题, 尽管Mori et al[17]通过对大量不论是表达野生型还是突变型P53的肿瘤细胞进行观察, 均未发现53BP2存在突变, 但这并不能说明ASPP蛋白自身是否发生了突变.

3 与其他蛋白质的关系

ASPP作为能决定细胞凋亡的重要蛋白, 他们自身是否受到严格的调节亦是科学家们一直探索的问题. 到目前为止, 通过酵母双杂交实验已发现至少6种能与ASPP2发生作用的蛋白质, 即: Bcl-2 (Espanel et al)[18], p65/Rel (Helps et al)[19], 蛋白质磷酸酶(Naumovski et al)[6], c-Yes相关蛋白/YAP(Yang et al)[9], 结肠腺瘤样息肉病同系物/APLI (Nakagawa et al)[20]及丙型肝炎病毒(Cao et al)[21] . ASPP2仍然通过其谷氨酸重复和SH3结构域与这些蛋白结合; 同时, 除P53之外的能与ASPP1结合的蛋白质也相继被发现.

3.1 Bcl-2

Bcl-2是一种早以被证实能抑制细胞凋亡, 延长细胞寿命的蛋白质. 他能够抑制P53诱导的细胞凋亡而不影响其对细胞周期的阻滞作用. ASPP2与Bcl-2 的结合区域和其与P53的结合区域相同, 即SH3结构域和谷氨酸重复序列, 故P53与Bcl-2不能同时与ASPP2结合, 他们通过竞争与ASPP2结合. 已知Bcl-2能够抑制P53介导的凋亡而不影响其对细胞周期的调节, 其中可能的机制是, ASPP2通过与Bcl-2竞争与P53结合, 使Bcl-2与P53隔离, 抑制Bcl-2, 从而加强了P53介导的促细胞凋亡作用. 但是, Bcl-2还可以通过抑制另一种与P53类似的能导致细胞凋亡的转录因子E2F-1来抑制凋亡, 而研究发现, ASPP并不能影响E2F-1介导的细胞凋亡. 这是否意味着Bcl-2是通过两套不同的机制分别作用于P53和E2F-1从而达到抑制细胞凋亡的作用的, 或者可以说ASPP1和ASPP2的促进细胞凋亡的作用并不是完全通过抑制Bcl-2来实现的, 而只能说是增强了P53的促凋亡作用[1]. 总之, ASPP2与Bcl-2的相互作用的结果及其重要性尚待进一步阐明.

3.2 P65

Yang et al[9]通过实验发现, ASPP2能与NF-κB的亚单位P65(RelA)发生相互作用. NF-κB是核因子中重要的一组蛋白质, 包括NF-κB1(P50), NF-κB2(P52)和Rel癌蛋白如RelA(P65), RelB(P68)及c-Rel等, 是普遍存在于细胞质中的一种快反应转录因子, 一般以二聚体形式存在.在静息时他与抑制性κB(inhibitory κB, IκB)结合而形成一种无活性的三聚体形式, 当细胞受到应激原等外界刺激时, IκB的丝氨酸残基磷酸化, 并进一步泛素化, IκB与NF-κB分离, NF-κB得以释放出来, 迅速发生核易位, 与相应的序列结合, 从而启动或增强某些基因的转录. 53BP2(即ASPP2的第123-1128个氨基酸)能与P65的中心区域, 包括: 二聚体化功能区, 核定位信号及富含脯氨酸的基序结合, 过表达的P65能导致53BP2过表达从而抑制细胞凋亡, 但53BP2只是ASPP2的一个片段, P65对完整的ASPP1及ASPP2的作用和影响尚待进一步研究.

总之, 癌症是对人类生命威胁最严重的疾病, 全世界科学家多年来一直致力于寻找根除他的有效方法, ASPP的发现又一次证明了抑癌基因的力量, 也大大激发了科学家前进的信心, 但目前对ASPP的研究才刚起步, 对ASPP的调控机制的进一步探讨, 通过抑制iASPP或激活ASPP来提高P53的诱导细胞凋亡的功能, 开发能对ASPP基因产生修复和激活作用的药物, 并将之应用于临床, 将是科学家下一步努力的方向.

评论

背景资料

P53凋亡刺激蛋白(ASPP)家族是新近发现的与P53有关的肿瘤抑制基因家族,能诱导细胞周期阻滞或直接诱导细胞凋亡, 但其作用机制一直不清, 直到ASPP家族的发现, 才使这一问题逐渐明了. ASPP与P53的作用主要是能特异性增强P53的细胞凋亡功能, 而对P53的细胞生长停滞功能则没有影响.

研发前沿

ASPP蛋白与其他蛋白质的关系, 及他们相互作用的具体机制亦是亟待研究的问题.

应用要点

肿瘤的基因治疗已成为继手术、放疗、化疗后发展起来的肿瘤治疗第四大疗法,在提高恶性肿瘤治疗效果、延长生存时间、降低放疗和化疗副作用方面发挥了重要作用. 而ASPP家族的发现又一次证明了抑癌基因的作用, 但目前对ASPP的研究才刚起步, 对ASPP的调控机制的进一步探讨, 通过抑制iASPP或激活ASPP的手段来提高P53的诱导细胞凋亡的功能, 开发能对ASPP基因产生修复和激活作用的药物, 并将之应用于临床, 将是科学家下一步努力的方向.

同行评价

本文较全面、细致地介绍了ASPP 家族的结构, 功能及与肿瘤抑制基因P53的关系的研究进展, 使人们对P53诱导细胞凋亡或细胞周期阻滞的分子机制有了更进一步认识, 为通过抑制iASPP或激活ASPP来提高P53的诱导细胞凋亡的功能来达到治疗肿瘤的目的提出了新的研究思路. 该文对肿瘤治疗研究具有一定指导意义.

备注

电编:李琪 编辑:潘伯荣

参考文献

1.	Samuels-Lev Y, O'Connor DJ, Bergamaschi D, Trigiante G, Hsieh JK, Zhong S, Campargue I, Naumovski L, Crook T, Lu X. ASPP proteins specifically stimulate the apoptotic function of p53. Mol Cell. 2001;8:781-794.  [PubMed]  [DOI]

2.	Bergamaschi D, Samuels Y, O'Neil NJ, Trigiante G, Crook T, Hsieh JK, O'Connor DJ, Zhong S, Campargue I, Tomlinson ML. iASPP oncoprotein is a key inhibitor of p53 conserved from worm to human. Nat Genet. 2003;33:162-167.  [PubMed]  [DOI]

3.	Slee EA, Lu X. The ASPP family: deciding between life and death after DNA damage. Toxicol Lett. 2003;139:81-87.  [PubMed]  [DOI]

4.	Gorina S, Pavletich NP. Structure of the p53 tumor suppressor bound to the ankyrin and SH3 domains of 53BP2. Science. 1996;274:1001-1005.  [PubMed]  [DOI]

5.	Iwabuchi K, Bartel PL, Li B, Marraccino R, Fields S. Two cellular proteins that bind to wild-type but not mutant p53. Proc Natl Acad Sci USA. 1994;91:6098-6102.  [PubMed]  [DOI]

6.	Naumovski L, Cleary ML. The p53-binding protein 53BP2 also interacts with Bc12 and impedes cell cycle progression at G2/M. Mol Cell Biol. 1996;16:3884-3892.  [PubMed]  [DOI]

7.	Slee EA, O'Connor DJ, Lu X. To die or not to die: how does p53 decide? Oncogene. 2004;23:2809-2818.  [PubMed]  [DOI]

8.	Slee EA, Gillotin S, Bergamaschi D, Royer C, Llanos S, Ali S, Jin B, Trigiante G, Lu X. The N-terminus of a novel isoform of human iASPP is required for its cytoplasmic localization. Oncogene. 2004;23:9007-9016.  [PubMed]  [DOI]

9.	Yang JP, Hori M, Takahashi N, Kawabe T, Kato H, Okamoto T. NF-kappaB subunit p65 binds to 53BP2 and inhibits cell death induced by 53BP2. Oncogene. 1999;18:5177-5186.  [PubMed]  [DOI]

10.	Ao Y, Rohde LH, Naumovski L. p53-interacting protein 53BP2 inhibits clonogenic survival and sensitizes cells to doxorubicin but not paclitaxel-induced apoptosis. Oncogene. 2001;20:2720-2725.  [PubMed]  [DOI]

11.	Iwabuchi K, Li B, Massa HF, Trask BJ, Date T, Fields S. Stimulation of p53-mediated transcriptional activation by the p53-binding proteins, 53BP1 and 53BP2. J Biol Chem. 1998;273:26061-26068.  [PubMed]  [DOI]

12.	张 云, 刘 泽军, 李 维, 杨 丽华, 顾 寿智, 卢 欣. 肿瘤细胞中ASPP2 mRNA的表达及意义. 第三军医大学学报. 2003;25:2103-2105.  [PubMed]  [DOI]

13.	Lossos IS, Natkunam Y, Levy R, Lopez CD. Apoptosis stimulating protein of p53 (ASPP2) expression differs in diffuse large B-cell and follicular center lymphoma: correlation with clinical outcome. Leuk Lymphoma. 2002;43:2309-2317.  [PubMed]  [DOI]

14.	Zhang X, Wang M, Zhou C, Chen S, Wang J. The expression of iASPP in acute leukemias. Leuk Res. 2005;29:179-183.  [PubMed]  [DOI]

15.	Vogelstein B, Lane D, Levine AJ. Surfing the p53 network. Nature. 2000;408:307-310.  [PubMed]  [DOI]

16.	Liu ZJ, Lu X, Zhang Y, Zhong S, Gu SZ, Zhang XB, Yang X, Xin HM. Downregulated mRNA expression of ASPP and the hypermethylation of the 5'-untranslated region in cancer cell lines retaining wild-type p53. FEBS Lett. 2005;579:1587-1590.  [PubMed]  [DOI]

17.	Mori T, Okamoto H, Takahashi N, Ueda R, Okamoto T. Aberrant overexpression of 53BP2 mRNA in lung cancer cell lines. FEBS Lett. 2000;465:124-128.  [PubMed]  [DOI]

18.	Espanel X, Sudol M. Yes-associated protein and p53-binding protein-2 interact through their WW and SH3 domains. J Biol Chem. 2001;276:14514-14523.  [PubMed]  [DOI]

19.	Helps NR, Barker HM, Elledge SJ, Cohen PT. Protein phosphatase 1 interacts with p53BP2, a protein which binds to the tumour suppressor p53. FEBS Lett. 1995;377:295-300.  [PubMed]  [DOI]

20.	Nakagawa H, Koyama K, Murata Y, Morito M, Akiyama T, Nakamura Y. APCL, a central nervous system-specific homologue of adenomatous polyposis coli tumor suppressor, binds to p53-binding protein 2 and translocates it to the perinucleus. Cancer Res. 2000;60:101-105.  [PubMed]  [DOI]

21.	Cao Y, Hamada T, Matsui T, Date T, Iwabuchi K. Hepatitis C virus core protein interacts with p53-binding protein, 53BP2/Bbp/ASPP2, and inhibits p53-mediated apoptosis. Biochem Biophys Res Commun. 2004;315:788-795.  [PubMed]  [DOI]