《Nature》突变p53蛋白与染色质调控的关系

突变p53蛋白与染色质调控的关系

研究发现，组蛋白修饰酶编码基因是某些p53突变蛋白的作用靶点，这一发现又揭示出新的p53突变蛋白致癌机制。

TP53抑癌基因发生突变在癌症患者中是非常常见的一种现象。虽然这种突变肯定会使其表达产物——转录因子p53蛋白丧失正常的活性，但是也可能会赋予p53突变蛋白一些新的功能，进而促使肿瘤发生。虽然我们现在还不太清楚各种不同的p53突变蛋白是否都能够获得这种致癌功能，也不清楚其中的原理和机制，但是弄清楚这些问题，一定会让我们对肿瘤的发病机制有一个更加清晰的认识，从而帮助我们找到更好的抗癌手段和方法。近日，Zhu等人就突变p53蛋白问题提出了一种新的见解。他们发现，这些突变的p53蛋白能够诱导机体表达组蛋白修饰蛋白，进而通过表观遗传学机制影响基因的表达。

Zhu等人通过实验发现，突变p53蛋白表达水平的改变会影响大量基因的表达水平，在体外实验中就能够明显提高肿瘤细胞的侵袭能力（invasiveness）和增殖能力（proliferation）。小鼠动物实验也发现，体内携带这种突变p53蛋白的小鼠患上的肿瘤也与体内不存在这些突变p53的小鼠完全不同。体外实验发现，降低突变p53蛋白的表达量就具有抗增殖作用。体内实验也发现，降低突变p53蛋白的表达量能够抑制肿瘤转移，或者促使肿瘤组织萎缩。这些研究成果都让科研人员对突变p53蛋白的作用更加感兴趣。Zhu等人就发现，在体外培养的多种人体肿瘤细胞系中，p53突变蛋白能够与DNA上的不同区域结合（而这些区域本来应该与其它正常p53蛋白结合的），尤其是能够与MLL1及MLL2基因结合。这些突变的p53蛋白可能是通过与ETS2转录因子结合的方式被招募至DNA链上的。

MLL1及MLL2蛋白都属于SET组蛋白甲基转移酶（histone methyltransferase enzymes）家族。这些甲基转移酶参与组成的复合体能够促使甲基（methyl groups）连接到H3组蛋白的赖氨酸残基（lysine amino-acid residue, K4）上，即组蛋白发生了甲基化修饰，从而影响基因的表达。这种H3K4甲基化修饰会上调该组蛋白附近基因的转录水平。Zhu等人发现，突变的p53蛋白还能够激活MOZ基因的表达，MOZ蛋白能够使H3组蛋白发生K9乙酰化（acetyl group）修饰，也能够促使相应的基因表达。

实验还发现，下调突变p53蛋白的表达水平能够降低H3K9的乙酰化修饰水平，这也从另一个方面证实了突变p53蛋白的确具备调节组蛋白修饰水平的作用。不过，该实验发现，降低突变p53蛋白的表达水平对H3K4甲基化修饰的影响作用不大。Zhu等人认为，这可能是因为其它SET家族蛋白也在其中发挥了作用，这些SET蛋白不会受到p53的影响。如图1所示，Zhu等人发现，突变p53蛋白能够激活MLL1、MLL2以及MOZ基因的表达，而且这种激活作用也与突变p53蛋白的促细胞增殖作用密切相关。

曲线下区域显示靠近TSS峰区域富集的p53

图1 突变p53蛋白的新功能。TP53抑癌基因突变之后也可以产生具备新功能的突变p53蛋白。这些突变p53蛋白与非常规（p53作用）靶点结合，也能够促使肿瘤形成。Zhu等人研究发现，突变p53蛋白与转录因子ETS2结合，能够促使MLL1、MLL2以及MOZ基因表达。MLL1、MLL2基因编码的MLL蛋白能够促使组蛋白发生甲基化修饰，MOZ蛋白则能够促使组蛋白发生乙酰化修饰。这两种修饰都能够使相应基因的表达水平上调，通过一些目前还未知的机制促使肿瘤细胞增殖。

通过对人类肿瘤数据库（human-cancer databases）的数据挖掘工作也证实了Zhu等人的理论，既往数据也显示，与不表达p53蛋白（或突变p53蛋白）的肿瘤细胞相比，在存在有功能的突变p53蛋白表达的肿瘤细胞中，MLL1、MLL2以及MOZ基因的表达水平会明显上调。不过在乳腺癌细胞中，这种相关性并不十分明显。但是在Zhu等人的研究工作中也对很多乳腺癌细胞系进行过实验，而且他们的实验结果明确显示，突变p53蛋白与MLL1、MLL2以及MOZ基因的表达水平存在正相关关系。这可能是因为在某些肿瘤中，还存在其它能够影响MLL蛋白表达的因素。我们接下来还应该继续研究，这些突变p53蛋白在什么时候影响MLL基因及MOZ基因的表达，以及通过什么样的机制影响它们的表达。

最近的研究还发现，这些突变p53蛋白还能够与SWI/SNF染色之重构复合体（SWI/SNF chromatin-remodelling complex）发生相互作用，促使很多基因的表达水平上调，这些被上调基因就能够调控突变p53蛋白的致癌活性。所有这些研究成果都表明，这种突变p53蛋白对于染色质，或者从更大范围来看，对于整个转录组（transcriptome）的作用，是能够解释为什么TP53基因发生突变之后，细胞内会有那么多的基因受到影响的。不过为什么TP53基因发生多种不同的突变之后，突变的p53蛋白都具有类似的功能，我们现在还不得而知。

有一种可能是因为，突变的p53蛋白具备与正常的，能够与ETS2蛋白发生相互作用的p53蛋白完全不同的结构。不过对于这种相互作用进化机制，目前还没有非常清晰的解释，而且这种猜测与观察到的实验现象也不一致。我们在实验中发现，很多突变p53蛋白与正常p53蛋白的结构其实是非常相似的。正常的p53蛋白能够与人类基因组中的数千个位点相结合，这可能也会使这些正常的p53蛋白不会与那些能够与异常p53蛋白发生相互作用的因子相结合。还有一种可能就是，一个或多个p53靶标基因的表达能够阻止正常蛋白质与突变p53蛋白发生相互作用。

Zhu等人的发现非常有意思，因为在人类肿瘤中，也经常会发现各种突变的MLL蛋白。比如，MLL1基因发生转位（translocations）就会诱发白血病（leukaemia），而MLL2基因突变则是在多种严重的肿瘤中非常常见的现象。不过MLL1基因发生转位之后会缺失组蛋白甲基转移酶结构域，而MLL2基因发生突变之后往往都会失活。这些都与Zhu等人的研究结果不太一致，究其原因，我们现在也不太清楚。不过这可能也反映出，各种酶的功能与当时所处的环境密切相关。

那么对于那些表达了有功能p53蛋白的肿瘤，针对MLL1、MLL2以及MOZ蛋白进行干预，是否能够起到治疗肿瘤的作用呢？Zhu等人的研发发现，有两种能够干扰MLL复合体形成的抑制剂具备抑制有功能p53蛋白阳性的肿瘤细胞增殖的作用。这两种抑制剂对于p53突变蛋白阴性的肿瘤细胞起不到抑制作用。体外实验及小鼠动物实验也发现，下调这些突变p53蛋白的表达水平，或者干扰它们的作用，也都能够起到抗癌功效。此外，科研人员们对于用干扰染色质修饰的方法来治疗肿瘤也都非常感兴趣。有一些针对染色质修饰活性的药物都已经被应用于临床，或者正在开展临床实验。不过我们还需要开展更多相关的研究工作，因为目前MLL蛋白抑制剂的特异性还不够高。而且在胚胎的发育过程中，MLL基因也是活化的，抑制其功能会导致胚胎死亡。这些现象在肿瘤细胞中都非常常见，所以使用MLL蛋白抑制剂的毒副作用可能会非常强，甚至还有可能具备促癌作用。

不过无论如何，由于在肿瘤细胞中，TP53基因突变非常常见，所以我们还需要继续加强这方面的研究工作，进一步了解突变p53蛋白的作用。既然我们已经发现了MLL蛋白与MOZ蛋白对于肿瘤的作用，那么就很有可能开发出相应的抗癌治疗手段。Zhu等人，以及其他科研人员的研究发现极有可能让我们找到治疗TP53基因突变阳性肿瘤的新方法。

原文检索：

Carol Prives. (2015) Mutant p53 and chromatin regulation. Nature, 525:199-200.