1、小遍在蛋白質(zhì)樣修飾物化修飾及其在非綜合征性唇腭裂發(fā)病中的意義    作者：廖禮姝,蒙田綜述,鄭謙,石冰審校作者單位：四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院唇腭裂外科 四川 成都 610041                                &#

2、160;                    【摘要】蛋白組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄后蛋白質(zhì)的小遍在蛋白質(zhì)樣修飾物（SUMO）化修飾在生物體生命活動中發(fā)揮著廣泛的生理作用。SUMO家族中的SUMO-1廣泛參與了唇腭裂易感基因轉(zhuǎn)錄后蛋白質(zhì)的SUMO化修飾。本文就SUMO化修飾及其在非綜合征性唇腭裂發(fā)病中的意義作一綜述。 【關(guān)鍵詞】  小遍在蛋白質(zhì)樣修飾物； 修飾； 非綜合征性； 唇腭裂 Role of s

3、mall ubiquitin like modifier in etiology of nonsyndromic cleft lip and palate  LIAO Li-shu, MENG Tian, ZHENG Qian, SHI Bing. （Dept. of Cleft Lip and Palate Surgery, West China College of Stomatology, SichuanUniversity, Chengdu 610041, China）     Abstract  According to the pr

4、oteomics, post-translational modification of proteins by small ubiquitin like modifier（SUMO） have many and variable consequences and have a key role in regulating and expanding the diversity of function in the proteome. A family member of SUMO, SUMO-1 participated most of the post-translational modi

5、fication of proteins related to cleft lip and palate.     Key words  small ubiquitin like modifier； modification； nonsyndromic； cleft lip and palate     非綜合征性唇腭裂（nonsyndromic cleft lip and palate，NSCL/P）是一種多基因性遺傳疾病，也是人類中最常見的出生缺陷之一。研究發(fā)現(xiàn)，干擾素調(diào)節(jié)因子（interferon regulatory

6、 factor，irf）-6、msx-1、轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，tgf）-3、亞甲基四氫葉酸還原酶（methylene-te-trahydrofolate reductase，mthfr）、T-box基因家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子（T-box transcription factor，tbx）-22、成纖維細(xì)胞生長因子受體（fibroblast growth factor receptor，fgfr）-1和eya（eyes absent）-1等基因與NSCL/P的發(fā)生密切相關(guān)，但單一基因致NSCL/P僅為3%5%1-7。這主要是NSCL/P的發(fā)生同時受到多個

7、基因的共同影響，而且基因之間可能存在多種相互作用，疾病的發(fā)生與環(huán)境因素密切相關(guān)。因此，揭示和發(fā)現(xiàn)與多種易感基因有共同關(guān)系的相關(guān)分子是目前頗為關(guān)注的課題。     研究發(fā)現(xiàn)，小遍在蛋白質(zhì)樣修飾物（small ubiq-uitin like modifier，SUMO）-1過低表達(dá)時會引發(fā)NSCL/P7。SUMO-1與多種唇腭裂易感基因之間存在著相互作用，即多種唇腭裂易感基因在轉(zhuǎn)錄后可能共同受到SUMO-1的調(diào)控8-11。因此，SUMO-1有可能成為NSCL/P發(fā)病機(jī)制研究中的樞紐。     1  SUMO化修飾  &

8、#160;  1.1  SUMO分子和SUMO化修飾     SUMO是一類由98個氨基酸殘基組成的與遍在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似的分子，是廣泛存在于真核生物中且高度保守的蛋白家族，在哺乳動物中包括SUMO-1、SUMO-2、SUMO-3和SUMO-4等成員。SUMO化修飾是指SUMO分子共價結(jié)合于靶蛋白的賴氨酸殘基上，影響基因轉(zhuǎn)錄后的蛋白活性。KXE為受SUMO化修飾的共有序列。其中，代表一個大的疏水性氨基酸；K代表賴氨酸，是SUMO化的偶聯(lián)位點(diǎn)12。     1.2  SUMO化修飾的主要功能  &#

9、160;  SUMO化修飾與遍在蛋白化修飾過程相似，但是遍在蛋白化修飾的靶分子主要被蛋白酶降解，而SUMO化修飾則介導(dǎo)靶分子的定位和功能調(diào)節(jié)。SUMO化修飾參與了廣泛的細(xì)胞內(nèi)代謝途徑，在蛋白蛋白之間的相互作用、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、核質(zhì)運(yùn)輸、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、調(diào)控線粒體分裂、DNA損傷修復(fù)和調(diào)節(jié)基因組穩(wěn)定性、調(diào)控離子通道和生物節(jié)律等方面均發(fā)揮著重要的作用13。研究發(fā)現(xiàn)，SUMO化修飾是基因最終能否發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。SUMO化修飾異常可引起霍奇金病、脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)等神經(jīng)退行性疾病以及1型糖尿病等14-15。     1.3  SUMO化修飾及其修飾酶

10、    SUMO化修飾主要包括活化、結(jié)合、連接、修飾和解離等過程16。SUMO通常以非活性的前體形式存在，需經(jīng)過加工酶Ulp1切去C端，暴露C 端的雙甘氨酸殘基后才成為成熟的SUMO。成熟的SUMO分子需要經(jīng)過活化才能修飾底物，這個過程是由SUMO活化酶完成的。SUMO活化酶（E1）是由Aos-1（SAE-1、Sua-1）和Uba-2（SAE-2）形成的異源二聚體。活化消耗腺苷三磷酸并通過非共價鍵形成腺苷酸化的SUMO中間體，然后SUMO分子與一個Uba-2活性半胱氨酸位點(diǎn)形成硫酯鍵而被活化17。通過轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，活化的SUMO分子從SUMO活化酶Uba-2亞單位轉(zhuǎn)移

11、到SUMO結(jié)合酶（E2），也就是Ubc-9上，形成SUMO-Ubc-9硫酯中間體18。雖然體外試驗(yàn)顯示，E1、E2足以使各種底物SUMO化，但是體內(nèi)試驗(yàn)表明，絕大多數(shù)SUMO定位到靶分子的過程還需要連接酶（E3）的參與。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子與激活子活性蛋白抑制劑（protein inhibitor ofactivated signal transducer and activator of tran-scription，PIAS）、RanBP-2 和PC-2等SUMO連接酶均可與Ubc-9作用，促進(jìn)體內(nèi)外的SUMO化過程17。     SUMO分子是以前體形式合

12、成的，其伸展的C端需要進(jìn)一步加工以暴露雙糖基序，此功能是由前體加工酶完成的。前體加工酶是一種雙功能酶，除加工SUMO前體外，還可將SUMO分子從底物上解離出來即去SUMO化，重新進(jìn)入SUMO化循環(huán)。在側(cè)q釀酒酵母中，有兩個遍在蛋白質(zhì)樣修飾蛋白酶，分別為Ulp1和Ulp2/Smt4。Ulp1的一個基本功能就是加工處理SUMO前體的C端，Ulp2主要介導(dǎo)去SUMO化。哺乳動物有7種解離酶，是SUMO化的特異性蛋白酶，分別為SENP1719。     2  SUMO化修飾在NSCL/P發(fā)病中的意義     現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，多種唇腭裂易感

13、基因轉(zhuǎn)錄后的蛋白分子都是SUMO-1的修飾底物，例如Msx-1、Tgf-3、Tbx-22、特異性核基質(zhì)結(jié)合蛋白（special AT-rich binding protein，Satb）-2、Trps-1、Eya-1、Irf-6等（表1）。     2.1  SUMO-1與NSCL/P     研究發(fā)現(xiàn)，SUMO家族中的SUMO-1廣泛參與了唇腭裂易感基因轉(zhuǎn)錄后的SUMO化修飾。Alkuraya等7發(fā)現(xiàn)1例NSCL/P患者，由于其2q33.1和8q24.3之間存在著平衡交互易位，因此破壞了sumo-1基因，進(jìn)而導(dǎo)致SUMO-

14、1單倍劑量不足誘發(fā)了NSCL/P。在小鼠胚胎發(fā)育過程中，上唇及原發(fā)腭和繼發(fā)腭的中嵴上皮中有較強(qiáng)的SUMO-1表達(dá)；同時，sumo-1基因雜合子小鼠有8.9%的發(fā)生了唇腭裂。人類基因組研究發(fā)現(xiàn)，sumo-1為編碼小遍在蛋白質(zhì)相關(guān)修飾物蛋白家族成員的基因，位于2q33，在進(jìn)化中高度保守，有6個外顯子，其中以第6外顯子最大20。文獻(xiàn)檢索表明，迄今為止共報道了健康人群中所存在的sumo-1基因的121個單核苷酸多態(tài)性（single nucleotidepolymorphisms，SNP）21，尚沒有關(guān)于唇腭裂患者sumo-1基因多態(tài)性和健康人群中存在的SNP是否與NSCL/P發(fā)病相關(guān)的報道。 

15、0;   2.2  Msx-1的SUMO化修飾與NSCL/P     msx-1為NSCL/P易感基因之一，在NSCL/P發(fā)病中的作用為2%。msx-1基因敲除小鼠發(fā)生了腭裂2。最新的研究發(fā)現(xiàn)，msx-1基因轉(zhuǎn)錄后受到了SUMO化調(diào)控。在體內(nèi)，Msx-1蛋白與SUMO-1的結(jié)合會隨著PIAS-1（SUMO-E3酶）的增加而增強(qiáng)；反之，增加SENP-1（SUMO的解離酶）的量，Msx-1蛋白的SUMO化隨之降低9。     2.3  FGF家族的SUMO化修飾與NSCL/P   

16、;  FGF家族與NSCL/P的發(fā)病密切相關(guān)。Smad4的同源區(qū)域（mad homology region，MH）-1的2個賴氨酸殘基Lys113和Lys159是該蛋白的SUMO化修飾位點(diǎn)，而Smad4的激活是FGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路所必須的11。     2.4  TGF-家族的SUMO化修飾與NSCL/P     人類的遺傳流行病學(xué)研究和動物試驗(yàn)均表明，TGF-家族成員廣泛參與了NSCL/P的發(fā)病，而且SUMO過表達(dá)會增強(qiáng)TGF-誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄抑制效應(yīng)11。     2.5  SA

17、TB-2的SUMO化修飾與NSCL/P     FitzPatrick等 22 發(fā)現(xiàn)了1例NSCL/P患者的2q3233之間存在著平衡交互易位，由此破壞了同源盒轉(zhuǎn)錄因子Satb-2蛋白而誘發(fā)了NSCL/P。研究發(fā)現(xiàn)，Satb-2蛋白在部分NSCL/P患者中發(fā)生了突變，satb-2基因敲除小鼠會發(fā)生腭裂并伴有骨骼發(fā)育缺陷，Satb-2蛋白的核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)、穩(wěn)定、轉(zhuǎn)錄活性的維持等都需要SUMO化修飾23。     2.6  p63的SUMO化修飾與NSCL/P     P63是一個轉(zhuǎn)錄激活物，具有很多亞型

18、，它們與手足裂畸形、外胚層發(fā)育不良和唇腭裂綜合征、融合瞼-外胚層缺陷-唇腭裂綜合征、肢乳綜合征等發(fā)生有關(guān)。p63與SUMO-1結(jié)合后調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄活性及其蛋白質(zhì)穩(wěn)定性24。有研究表明，自然發(fā)生的突變潛在地改變了p63的SUMO化，從而上調(diào)p63正常的轉(zhuǎn)錄活性10。     2.7  tbx-22基因     有研究發(fā)現(xiàn)，在連鎖性遺傳唇腭裂和非綜合征性腭裂患者及其家族中存在tbx-22基因突變體，且tbx-22基因突變體在非綜合征性腭裂患者中為4%并具有X連鎖現(xiàn)象。另有研究發(fā)現(xiàn)，17%的攜帶tbx-22基因突變體雜合子女性發(fā)生了腭

19、裂，但男性受累更為嚴(yán)重5。Tbx-22作為轉(zhuǎn)錄抑制物，也是SUMO-1修飾的底物，而且這種修飾對Tbx-22的轉(zhuǎn)錄活性起重要的調(diào)節(jié)作用8。     2.8  SUMO化修飾和環(huán)境因素與NSCL/P     流行病學(xué)研究表明，50%75%的NSCL/P患者并無家族患病史，同卵雙生子也只有約40%的同時發(fā)生唇腭裂。環(huán)境因素在唇腭裂發(fā)生中所起的作用早已得到公認(rèn)，但有關(guān)唇腭裂發(fā)生起關(guān)鍵作用的環(huán)境因素和易感基因之間的相互關(guān)系仍不清楚。可能導(dǎo)致NSCL/P的危險環(huán)境因素包括母體攝入乙醇、吸煙，暴露在環(huán)境毒素中（如二惡英），懷孕期間葉酸攝

20、入不足和維生素A攝入過量25。SUMO化修飾過程對一些環(huán)境因素的影響非常敏感，而其中某些環(huán)境因素被認(rèn)為是唇腭裂發(fā)病的危險因子，如應(yīng)激源中的熱沖擊、氧化狀態(tài)和病毒感染都能夠觸發(fā)、改變細(xì)胞內(nèi)SUMO-1結(jié)合或解離的途徑。許多氧化應(yīng)激反應(yīng)會上調(diào)SUMO-1化修飾效應(yīng)，但在低氧化狀態(tài)下，很多自由基會導(dǎo)致SUMO-1化修飾功能障礙26。因此，某些環(huán)境因素影響SUMO化修飾與唇腭裂的發(fā)病有關(guān)。     3  結(jié)束語     通常，先天性唇腭裂的發(fā)生是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，但其確切的病因和發(fā)病機(jī)制迄今仍不清楚。綜上所述，SUM

21、O化修飾功能紊亂與NSCL/P的發(fā)病相關(guān)，SUMO-1與多個唇腭裂易感基因之間存在相互作用，即多個唇腭裂易感基因在轉(zhuǎn)錄后共同受到sumo-1基因的調(diào)控。因此，SUMO-1有可能成為NSCL/P發(fā)病機(jī)制研究中的樞紐。開展對唇腭裂易感基因轉(zhuǎn)錄后SUMO化調(diào)控的研究，對揭示NSCL/P的發(fā)病機(jī)制具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 【參考文獻(xiàn)】   1 Scapoli L, Palmieri A, Martinelli M, et al. Am J Hum Genet, 2005, 76（1）：180-183. 2 Modesto A, Moreno LM, Krahn K, et al. J De

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