文摘
尤文氏肉瘤家族肿瘤(ESFT)具有特定的染色体易位,这引起EWS-ETS嵌合蛋白。这些异常ESFT的转录因子是主要的致病因素。说明的影响因素EWS-ETS表达和/或活动将指导开发新型治疗药物对这种致命的疾病。
1。介绍
ESFT组成一组无差别,蓝色高度恶性小圆细胞儿科肿瘤。他们是基因的特征EWS-ETS基因重组的影响EWSR1ETS-family和基因的转录因子,主要是FLI1描述病例的85% (1]。无数的努力已经在过去三十年来探索功能EWS-FLI1在肿瘤发病机制中的作用。EWS-FLI1被认为是恶性肿瘤的主要遗传因素在ESFT [2,3)也是因果的发病机理ESFT从起源的细胞类型(4- - - - - -6]。这被广泛记载嵌合蛋白行为作为转录激活因子和抑制因子的同样大小的集目标基因(7,8]。虽然大多数机械的研究集中在下游EWS-FLI1调控基因的识别和描述,本文的重点是目前已知的影响因素EWS-FLI1活动,和下游的融合蛋白,因此调节目标基因的表达。
2。结构和转译后的修改影响EWS-FLI1的转录活动
以来,由于其肿瘤特异性表达,EWS-FLI1蛋白被认为是理想的治疗目标(71年),重要的已经努力理解这种融合蛋白的功能。了解详细的EWS-FLI1蛋白质结构将是非常有用的分析和预测其dna结合特性为基础的更好理解EWS-FLI1转录网络和抑制和治疗模式发展的承诺。
EWS-fusion蛋白质包含至少的氨基端7个外显子EWS包括EWS激活域(EAD)。含铅结构包含多个退化hexapeptide重复(共识SYGQQS)守恒的酪氨酸残基。然而,系统性的筒子,显示整个序列的突变成分,而不是特定的序列退化hexapeptide重复授予EAD活动(72年]。c端部分EWS-FLI1由COOH-terminal域以及ets-type翼helix-lop-helix dna结合域(DBD)。Arvand等人建议,除了含铅和DBD域,COOH-terminal FLI1域有助于促进细胞转化(73年]。突变分析EWS-DBD透露,EWS-FLI1,显然,不仅诱发DBD-dependent而且DBD-independent致癌途径,表明EWS-FLI1与其他基因调控因素或复合物74年]。
转录调控是由转录因子结合监管严格控制区域内的DNA以及招聘的代数余子式。尽管ETS转录因子结合主要单体GGAA / T核心主题目标基因的启动子或增强子区域,功能ETS蛋白质和其他因素之间的相互作用是至关重要的提高或调节DNA结合75年]。尽管EWS-FLI1拥有如SH2或PDZ蛋白质相互作用域,确定内在无序蛋白质区域可能会促进蛋白质复合物解释在下一章(76年]。
然而,上游转录控制还包括复杂的信号通路,收敛转录因子及其交互代数余子式的转译后的修改。磷酸化和糖基化是影响EWS-FLI1转译后的修改机制活动的两个例子。EWS的部分大约20%的EWS-FLI1融合蛋白(保留EWS氨基酸256年至285年)包含一个守恒calmodulin-binding智商域中的主题与磷酸化蛋白激酶C内部识别网站Ser 2669]。突变的残留物就足以显著降低EWS-FLI1 DNA结合在体外(9,10]。此外,EWS和EWS-FLI1磷酸化在刺79 n端结构域响应DNA损伤或有丝分裂原11]。糖基化酶过程高度聚糖蛋白质,脂类或其他有机分子(77年]。EWS-FLI1发现接受O-linked beta-N-acetylglucosaminylation (O-GlcNAcylation)。这一修改似乎相互地与磷酸化和影响转录激活倾向的融合蛋白12]。此外,N-linked糖基化被形容为基本维持ESFT细胞生长。有趣的是,N-linked抑制糖基化的表达减少EWS-FLI1关联增长逮捕[13]。高度表达水平降低EWS-FLI1观察治疗后与β-还原酶抑制剂(即。,洛伐他汀)或N-linked糖基化抑制剂(即。,tunicamycin) were found to be due to the instability of de novo-synthesized fusion protein [13,52]。洛伐他汀引起的分化和诱导细胞凋亡的损失不会引起细胞周期阻滞通过RB-regulated G1检查点(52]。尽管EWS-FLI1包含四个潜在的这种类型的网站转译后的修改,没有证据的直接N-glycosylation能获得融合蛋白。因此,间接功能交互提出了涉及其他关键球员糖蛋白(13]。因为堵塞N-linked糖基化也会导致失活IGF-1R信号通过抑制移位到细胞表面[14],因为IGF-1R活动EWS-FLI1表达式(节中讨论是必要的4),这个途径的失活可能至少部分解释了为什么N-linked抑制糖基化导致了融合蛋白的表达。然而,进一步的调查需要测试这个假说(总结表1)。
3所示。直接EWS-FLI1蛋白质相互作用
生化净化和分析确定EWS-FLI1作为内在无序蛋白质(72年,78年]。内在无序蛋白质是由缺乏一个稳定的结构,当孤立。特有的氨基酸组成阻止这些蛋白质形成奇异,固定结构从而使他们快速复杂的形成和离解相对较高的特异性和低亲和力(76年]。没有直接归因于EWS-FLI1酶活性,有必要确定融合蛋白的交互合作伙伴为了了解更多的功能途径以及如何调节治疗。
EWS-FLI1通常被视为一个转录激活因子(79年- - - - - -81年]。符合其转录激活功能,几种蛋白质EWS-FLI1 associates的基底转录机器。其中包括RNA聚合酶II (15),其核心单元hsRBP7 [16- - - - - -18(CBP) / p300 [], CREB-binding蛋白质19),和RNA解旋酶(RHA) (22]。交互(CBP) / p300被证明参与一些善意的监管EWS-FLI1目标像p21 [82年]或基质金属蛋白酶(金属蛋白酶- 1)83年]。RHA是一个调制器的转录与CBP / p300和RNA聚合酶II。中断的交互诱导细胞凋亡在活的有机体内和在体外小说,一个潜在的治疗策略22,53]。与假定的肿瘤抑制BARD1交互,同事与乳腺癌易感性基因BRCA1,链接EWS-FLI1基因组与蛋白质参与监督、DNA修复和检查点控制(23]。目标站点很可能选择性的EWS-FLI1介导特定转录因子通过与其他序列。这样的交互被描述为FOS-JUN二聚体,它绑定到AP1序列与EWS-FLI1协同加强监管的EWS-FLI1目标基因的一个子集,包括尿苷磷酸化酶(24]。最近在网上E2F结合位点的分析揭示了一个重要的浓缩EWS-FLI1调节基因表明一个重要的角色的转录因子E2F家族EWS-FLI介导的转录调节(8]。EWS-FLI1是否身体与E2F完成upregulation受影响的基因或仅仅与E2F转录因子结合还有待阐明。
除了转录激活,一个至少相同数量的基因表达下调,EWS-FLI1调节(25]。这个事实的一个解释是,一些调节EWS-FLI1目标转录阻遏物以NKX2.2,直接EWS-FLI1-activated目标函数作为一个转录抑制因子(84年,85年]。EWS-FLI1的另一个目标,NR0B1,不仅作为一个转录监管机构的下游EWS-FLI1还有最近被证明与EWS-FLI1身体交互影响基因表达从而导致尤文氏肉瘤肿瘤形成(25]。由于与几个RNA加工蛋白质包括小型核核糖核蛋白(snRNP) U1C [86年),EWS-FLI1活动不仅与RNA转录还拼接(26,87年]。U1C中起关键作用的起始和监管pre-mRNA拼接的U1小核核糖核蛋白和提交pre-mRNAs拼接过程(88年]。有趣的是,迫使U1C表达了调节剂量依赖性的转录transactivation活动EWS-FLI1在体外和在活的有机体内通过与EWS氨基末端的交互领域(86年]。此外,实验证据之间的直接交互EWS-FLI1和EWS报道Spahn et al。20.]。EWS以来与众多的RNA加工因素(21),这heterodimerization RNA拼接的功能后果仍然是一个主题进行进一步调查(表进行了总结1)。
4所示。因素间接影响EWS-FLI1活动
4.1。p53和INK4A通路
p53和INK4A (p16 / p14ARF)途径至关重要在促进细胞周期阻滞,以应对促有丝分裂的信号,和变异的关键组件促进肿瘤进展在大多数癌症类型(89年,90年]。主要在正常小鼠成纤维细胞(mef) EWS-FLI1表达式是不稳定引起p53-dependent增长逮捕和细胞凋亡程序。然而,p16和p53缺陷mef,这些影响是减毒和这个环境允许稳定表达的融合蛋白27,28]。因此,似乎每一种肿瘤抑制基因稳定的损失EWS-FLI1表达式。符合这一发现,p53的损失大大加速了肿瘤发生在EWS-FLI1转基因小鼠(29日]。然而,在ESFT突变p53或p16 / p14ARF被发现在大约10%和25%的情况下,分别。在大多数小儿恶性肿瘤,多数ESFT表达野生型p53和p16/14ARF基因(30.- - - - - -32]。功能、基底p53表达调制EWS-FLI1通过间接机制包括抑制的Notch信号通路33]。
4.2。缺氧
在实体肿瘤缺氧是一种常见的条件。它使癌细胞向一组协调的生存反应改变许多基因的转录调控91年),刺激细胞迁移、侵袭性和能动性92年),和驾驶代谢转向无氧糖酵解93年)或促进自噬94年]。由于其参与耐药(95年缺氧,已被确定为消极的许多癌症的预后因素(96年)包括肉瘤(97年]。HIF-1,基本通过转录因子,是一个主要玩家在缺氧适应性反应条件,提高细胞生存在这种不利的环境92年- - - - - -98年]。ESFT,缺氧已被证明有助于通过HIF-1凋亡抵抗α(99年],化疗耐药性[34),并建立一个替代循环系统(35]。有趣的是,在缺氧条件下,EWS-FLI1蛋白表达了HIF-1增加是暂时性的α端依赖的方式(36]。HIF-1α介导EWS-FLI1积累涉及蛋白质调节FLI1一半,因为观察到蛋白质积累仅限于EWS-FLI1和观察全身EWS和ERG的替代EWS融合。在转录水平,然而,upregulation EWS-FLI1蛋白并不是简单地导致钢筋EWS-FLI1转录的签名,但显示一个更复杂的效应与协同和拮抗后果EWS-FLI1调节基因(36]。另一项研究表明colocalisation HIF-1α在ESFT组织数组和坏死区域,表明缺氧的作用在活的有机体内诱导HIF-1α(37]。数据从而引起低氧诱导分子作为缺氧的主要响应因子刺激在ESFT标记对增殖和凋亡的影响。
4.3。igf - 1 / IGF-1R和bFGF通路
自分泌循环包括(igf - 1) / (IGF-1R)和(IGF-2) / (IGF-2R)扮演着重要的角色在ESFT细胞的增殖和生存通过一种蛋白激酶的激活和ERK1/2 [38- - - - - -40]。值得注意的是,在mef,需要表达IGF-1R EWS-FLI1-mediated细胞转换表明融合蛋白的致癌活性依赖于功能IGF-1R信号(41]。有一些证据支持EWS-FLI1之间的联系和igf - 1 / IGF1-R信号(42,43)也在一个假定的祖细胞的ESFT [44),抑制信号通路减少肿瘤的生长在体外(45),在活的有机体内(54块),血管生成(55),引起细胞死亡(61年],并增加化学敏感性[One hundred.]。
进一步积极生长因子与EWS-FLI1交互活动是基本成纤维细胞生长因子(bFGF)。bFGF了触发EWS-FLI1表达serum-depleted ESFT细胞。针对bFGF的中和抗体能够破坏这种upregulation和抑制表达的融合蛋白广泛小组ESFT细胞系(46]。没有检测到影响EWS-FLI1表达水平观察表皮生长因子和血小板衍生生长因子的刺激。然而,bFGF专门控制EWS-FLI1水平的机制仍然是难以捉摸的
最近,进一步假定的信号分子是在细胞表面表达,BLCAP蛋白相关的膀胱癌,拿着一个假定的Ser-Pro-X-X主题和脯氨酸,据报道,调节EWS-FLI1表达式(47]。这一活动的机制,获得人工异位超表达,还有待阐明(总结表1)。
5。microrna影响EWS-FLI1活动
小分子核糖核酸(microrna)小(核苷酸)21 - 24日,单链,非编码rna调节基因的表达在多种细胞过程101年]。microrna的绑定部分同源区域(种子区域)内(UTR), 3′端非翻译区编码序列或5′UTR信使核糖核酸(mRNA),它可以阻止其目标mRNA翻译或导致退化(102年,103年]。由于不完美的碱基配对的microrna的种子区域,一个microrna的可以调节几个目标mrna作为一个复杂的基因调控网络的一部分(101年,104年]。据估计,30%至60%的人类基因组是由microrna包括基因参与肿瘤发生的机制,如扩散、炎症、应激反应、细胞凋亡、分化、和入侵(101年,102年]。microrna可以作为致癌基因或肿瘤抑制,他们中的一些人甚至在两方面101年,105年,106年]。
虽然microrna表达异常的作用是建立在成人癌症,只有少数研究小儿恶性肿瘤的存在、特别是肉瘤(107年- - - - - -109年]。最好的描述肿瘤抑制的microrna mir - 145,这是发现有一些实体肿瘤中表达下调,包括肺癌、结肠癌、乳腺癌和前列腺癌(110年,111年]。同样,在ESFT, mir - 145是最近描述为一贯EWS-FLI1压抑的microrna的顶部。这一发现是基于调查的五个ESFT细胞系在RNA interference-mediated EWS-FLI1击倒和微分之间的基因表达模式主要ESFT和间充质干细胞,最相关的正常组织。事实上,mir - 145和EWS-FLI1证明建立一个监管反馈回路,EWS-FLI1抑制mir - 145和mir - 145调节EWS-FLI1表达式(48,49]。这种类型的正反馈调节有潜力作为补偿缓冲EWS-FLI1表达的变化。mir - 145表达的重组导致减少EWS-FLI1表达式,从而减少细胞生长和软琼脂集落形成(48]。值得注意的是,mir - 145最近报告目标的3′UTR ETS家族基因,ERG,取代FLI替代EWS融合与约10%的ESFT [112年]。ERG股票98%的DNA结合域与FLI1同源性(113年),我们自己的未发表的结果表明,有明显的重叠EWS-FLI1目标基因在前列腺癌细胞ESFT和ERG。虽然活动mir - 145在ESFT EWS-ERG还有待证明,ERG调制的发现这microrna在前列腺癌细胞可能扩展的概念之间的反馈调节EWS-ETS融合基因和mir - 145 EWS-FLI1之外。
然而,最近的一次全球microrna测定研究A673 ESFT细胞系没有证实mir - 145在EWS-FLI1抑制microrna但描述一群EWS-FLI1压抑的microrna (mir - 100, mir - 125 b, miR-22, miR-221/222, mir - 271,和miR29a)与igf - 1 / IGF-1R预测目标信号通路(50),一个关键的增长调控信号通路相互作用EWS-FLI1表达式/活动[41- - - - - -43]。缺乏证据mir - 145抑制在这项研究[50)比之前的研究(48)可能是由于不同的细胞系的使用,不同的筛选平台(Agilent-type微阵列与应用生物系统公司定量阀杆循环PCR),和/或不同时间的microrna的筛查EWS-FLI1击倒(10天后在50)和4天(48])。mir - 145是第一个microrna的显示目标FLI1和FLI1融合基因(48,49,110年]。给定的长度FLI1 3′UTR (> 2 kb),很有可能其他microrna可能类似FLI1 EWS-FLI1调节活动(总结表1)。
6。治疗的潜力
在几个癌症肿瘤特异性改变的存在提供了一个独特的药理干预治疗中获益的机会。尽管EWS-FLI1只有被确认在肿瘤细胞,因此提供了一种潜在的理想的治疗目标,ESFT迄今为止仍然没有针对性的通道疾病药物(71年,114年]。抑制EWS-FLI1已经通过反义技术(115年- - - - - -121年)、小核RNA) [122年- - - - - -125年),短发卡RNA(成分)42,126年- - - - - -128年),和小药理化合物(53,62年)所有阻塞ESFT细胞株的增殖和异种移植肿瘤。尽管一些核耦合纳米粒子已被证明是有用的在临床前模型单独(129年- - - - - -132年)或结合其它治疗药物雷帕霉素(133年],普遍缺乏临床翻译这些macromolecule-based策略在于药理交付的挑战[134年]。只在肿瘤细胞存在,直接针对EWS-FLI1的活动通过专注于其蛋白质-蛋白质之间的关系,将是一个逻辑一步识别潜在目标为开发有效anti-ESFT疗法。沿着这条线,针对绑定合作伙伴对于EWS-FLI1致癌功能持有承诺打击ESFT已被证明为使用小分子RNA解旋酶yk - 4 - 279 (53]。yk - 4 - 279阻塞RNA解旋酶EWS-FLI1绑定,ESFT细胞系诱导细胞凋亡,也减少了增长ESFT异种移植。yk - 4 - 279也可以目标族群chemoresistant ESFT干细胞(135年),它最近被描述为一个有效的在ETV1 antiinvasive代理和ERG融合积极前列腺肿瘤虽然yk - 4 - 279的作用机制在前列腺癌细胞似乎是不同的(136年]。这个新角色的进一步评估yk - 4 - 279 ESFT需要。O-linked beta-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc)修改核和胞质蛋白丝氨酸和苏氨酸残基,是划定的丝氨酸/苏氨酸残基伴EWS EWS-FLI1融合蛋白的转录激活域由我们实验室。抑制EWS-FLI1 O-GlcNAcylation transactivation干扰的目标基因Id2下(12]。更好的理解EWS-FLI1 O-GlcNAcylation相关基因转录和这个过程背后的生理机制是治疗ESFT可能导致新的治疗方法。最近,我们发现了一个正反馈调节EWS-FLI1和mir - 145之间的一个重要组成部分EWS-FLI1介导肿瘤发生[48]。因此,针对mir - 145或其他microrna发现影响EWS-FLI1活动可以作为一个有前途的治疗策略以提高ESFT患者的临床结果。同时,肿瘤缺氧的适应生存和发展是至关重要的。缺氧鉴于核心作用在肿瘤进展和抵抗治疗,缺氧很可能被认为是最好的验证目标尚未被利用在肿瘤137年]。建立了药物靶向缺氧或HIF-1途径(如2-methoxyestradiol, bortezomib)已经测试ESFT [63年- - - - - -65年]虽然bortezomib本身没有临床效益(138年和电阻出现时,139年)最近发现缺氧是暂时性的提高EWS-FLI1蛋白表达(36]可能提高希望联合治疗窗口ESFT患者新代理。同时,治疗策略针对igf - 1 / IGF-1R循环可能会干扰致癌EWS-FLI1的函数。敌对的IGF-1R抗体或小分子激酶抑制已经开发,因此目前在I / II期临床试验测试ESFT病人单独(56- - - - - -58temsirolimus[]或结合mTOR抑制剂59显示出可喜的成果。一个重要的事实是胰岛素受体(IR)的状态ESFT患者低IGF-1R:红外比不受益于anti-IGF-1R疗法(60]。小规模的回顾性研究的荟萃分析表明,虽然罕见,ESFT包庇p53或p16 / p14ARF突变形式特别不良预后的一个子集,极具攻击性的行为,和穷人chemoresponse [140年,141年]。Nutlin-3a,小分子对抗与p53 MDM2的交互,从而稳定肿瘤抑制蛋白,能够促进一个强大的凋亡逮捕当应用ESFT和显示协同效应与其他化疗药物如依托泊苷、阿霉素、长春新碱、放线菌素D剂量依赖性的方式(66年,67年]。已报告的下游目标EWS-FLI1致癌EWS-FLI1[活动作出贡献19,25,85年,126年,142年- - - - - -145年),生成化合物有效地针对这些下游效应器潜在疗效已被证明与et - 743 (68年),光神霉素(62年],ARA-C [69年]虽然谨慎是必要的,例如,ARA-C显示最小活动和血液毒性在二期临床试验70年]。方法评价特异性、毒性、代谢和排泄以及吸附和分布在肿瘤细胞内的推进这些潜在的药物进入临床试验(总结表2)。
7所示。结论
当试图理解ESFT的病理学主要关注识别EWS-FLI1目标基因和下游通路,仍有许多关于因素调节EWS-FLI1活动重要的未解决的问题。操纵这些因素可能提供治疗的承诺,因为它很难直接目标转录因子。这可能是通过应用高通量化合物筛选技术已经完成阻止EWS-FLI1与RNA解旋酶(22,53),在EWS-FLI1基于签名的方法如光神霉素(62年]。这样的化合物可能是更具体的和高度有效地中和EWS-FLI1活动ESFT细胞以最小的毒性。
代理列表中影响EWS-FLI1融合蛋白活动不断丰富和/或表达式。其中一些表演相声,一群之间已经证明EWS-FLI1压抑的microrna和igf - 1的目标/ IGF-1R通路(50]。因为很少有人了解microrna EWS-FLI1活动的影响,采用大规模筛选化验确定microrna与特定影响EWS-FLI1活动将提供额外的治疗发展的目标。最近,microrna的数组的使用比较的microrna的表达谱人类间充质干细胞(msc)和ESFT细胞系所感应的致癌microrna的17 - 92肿瘤抑制let-7家族的集群和镇压。重要的是,交付合成microrna的可行性在活的有机体内实现肿瘤生长抑制了在本研究51]。为更好地理解之间的相互影响因素,讨论也应该是至关重要的考虑个人ESFT病人的临床资料。
缩写
| ESFT: | 尤文氏肉瘤家族肿瘤 |
| 铅: | EWS激活域 |
| DBD: | dna结合域 |
| SH2: | Src同源性2 |
| O-GlcNAcylation: | O-linked beta-N-acetylglucosaminylation |
| β-: | 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme一 |
| RB: | 视网膜母细胞瘤 |
| igf - 1: | 胰岛素样生长因子1 |
| IGF-1R: | 胰岛素样生长因子受体1 |
| 海关与边境保护局: | Creb-binding蛋白质 |
| RHA: | RNA解旋酶 |
| 金属蛋白酶- 1: | 基质金属蛋白酶 |
| BARD1: | BRCA1-associated环域蛋白1 |
| snRNP: | 小型核核糖核蛋白 |
| mef: | 小鼠胚胎成纤维细胞 |
| HIF-1: | 低氧诱导因子- 1 |
| bFGF: | 碱性纤维母细胞生长因子 |
| IGF-2: | 胰岛素样生长因子2 |
| IGF-2R: | 胰岛素样生长因子受体2 |
| microrna的: | 微 |
| UTR: | 3′翻译区 |
| 信使rna: | 信使核糖核酸 |
| 成分: | 短发卡RNA |
| O-GlcNAc: | O-linked beta-N-acetylglucosamine |
| ARA-C: | 阿糖胞苷 |
| 红外光谱: | 胰岛素受体 |
| msc: | 人类间充质干细胞 |
| BLCAP: | 膀胱癌症相关的蛋白质。 |
确认
作者要感谢海因里希·柯伐博士有建设性的讨论和批评。所有作者同样做出了贡献。