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急性早幼粒细胞白血病的发病机制

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维普资讯 http://www.cqvip.com 现代中西医结合杂志Modern Journd of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine 2007 Oct,16(28) 急性早幼粒细胞白血病的发病机制 许现辉 (中国医学科学院血液病医院,天津300020) [关键词] 急性早幼粗细胞白血病;染色体;易位 [中图分类号] R733.71 [文献标识码] A [文章编号]1008—8849{2007)28—4247—03 急性早幼粒细胞白血病(actue promyelocytic leukemia, 活性增强。PML还可以激活转录因子GATA一2l 。目前已 APL)是临床上第一个应用诱导分化治疗取得显著疗效的人 类恶性肿瘤,是人类从分子水平上认识白血病的一个成功例 子。在APL中,染色体易位使得17号染色体的RARa基因 上,即导致维甲酸受体与位于其他染色体上的配偶基因发生 融合,并表达相应的融合蛋白。APL融合蛋白的致APL作用 已经在转基因小鼠模型得到了验证_1 J。融合蛋白在致APL 的发生过程中会引起某些因子的上调/_F调_2 J,目前已确定 RARa有5种不同的配偶基因,即PML(promyelocytic leukemia)、PLZF(promyeloytie leukemia zinc finger)、NPM(nu— cleophosmin)、NuMA(nuclear matrix—mototic apparatus)、 STATSb(signal transduers and activators of transcription)基 因_3 J。为了更好的认识APL的发病机制,现对其做一综述。 1 PML基因、RARn的功能及PML—RARn融合基因的致 病机制 1.1早幼粒细胞白血病基因的功能PML由9个外显子组 成,N端脯氨酸区域由外显子1编码;富含半胱氨酸的“环指 (ring finger)”结构和2个B—BOX结构(B1、B2盒)被外显子 2、3编码,是PML结构DNA的重要结构域;亮氨酸拉链区被 外显子3编码,是形成蛋白二聚体所必需的;PML的C端富 含脯氨酸/丝氨酸残基,并含有大量潜在磷酸化位点,被7—9 外显子编码。在非APL细胞中,PML以不连续点状方式分 布在细胞核内,且与核基质相关的致密圆饼样结构结合称为 核体(Nuclear bodise,NBS)。PML的功能有三方面:①PML 的生长抑制活性。PML的生长抑制活性通过阻滞细胞周期 实现,表现为PML在DNA合成期(s期)细胞低表达,在 DNA合成前期(G 期)细胞高表达。②转录调控活性。PML 的结构特点和它与某些已知的转录调控因子的同源性提示 PML可能参与基因表达的调控。一方面,PML与转录激活 因子BPC相互作用及共同定位于PML NB中。在转录活动 中,PML活化激活蛋白(activator protein,AP一1)。AP一1是 一种核转录因子,典型的AP一1复合物由c—jun和c—los 2 个亚单位组成,通过亮氨酸拉链与DNA结合,识别的共有序 列为TGA(C/G)TCA。AP一1活性增加时,又能通过C一{un 启动子中的AP一1结合位点进一步诱导C— un的转录,形成 正反馈调控。PML激活p53[4 J。p53存在于胞浆时是无转 录活性的,PML通过它的同功型PML3的C端区域与p53的 核心区域连接,共同定位于PMLNB,p53进入核体它的转录 报道的GATA转录因子家族有6个成员,GATA一2是造血 系统的重要转录因子之一,在鼠胚胎细胞(ES细胞)中,以染 色体定点断裂方法去除GATA一2基因后,使整个造血系统 的发育障碍,提示GATA一2在胚胎早期已开始调节造血系 统的发育,并在造血干/祖细胞的增殖、分化和成熟中起重要 的作用。故GATA一2的正常表达在维持正常造血中十分重 要。另一方面,当PML与GAIA_8叫J的DNA连接域融合时 即形成GAL4/PML蛋白,当PML与GAL4的DNA连接域结 合时,PML作为转录抑制因子通过把HDALs募集到靶启动 子来抑制GAL4的调节转录。PML也抑制表皮生长因子 (EGF)、受体启动子SP1调节转录本并通过TAX和DaXX来 抑制转录调节。③PML的凋亡诱导活性:PML对Fas和cas— pase依赖的凋亡途径是必要的,同时参与非caspase依赖的凋 亡途径 l 。 1.2 Rala基因的功能维甲酸受体a(retinoic acid receptor a,RARa)基因属于激素核受体家族,是一类可被配体诱导的 转录因子。RARa位于17号染色体(17q21)。从N一末端到 C一末端有A、B、C、D、E、F 6个结构域,分别有着不同的功 能。A/B区为反式转录激活区,含有不依赖配体的转录活性 区域(AF1)。C区是DNA结合区包含2个锌指结构,介导特 异的激素反应成分的识别。D区为铰链区,是和转录共抑制 复合物(CO—r ̄resmr,COR)作用的结构域,E区为二聚体化 区域,配体结合区(LBD),含配体依赖性诱导激活区(AF2)。 AF1和AF2都能与转录共激活复合物(co—activator,C0A)发 生作用,彼此问能发挥协同作用。维甲酸受体有两个家族维 甲酸受体(RARs)和类维甲酸受体(RXRs)。RARs和RXRs 只有在形成异二聚体后才能有效地结合到维甲酸反应元件 (RA response elemant:RAREs)从而发挥其转录调节作用。 RARa功能:在配体缺失时,RARa的D区与转录共抑制复合 物COR(其成分包括转录因子NCOR/SMRT—SIN3一 HDAC)结合,使核小体组蛋白去乙酰化,紧密包裹DNA,转录 受到抑制。相反,当配体存在时,通过配体与E区结合使空 问构象发生变化,与COR复合物解离,再与COA结合,使核 小体组蛋白乙酰化,DNA从染色质中解离出来,基因从而得 到转录。 1.3 PML/RARa融合基因的致病机制PML/RARa融合 基因是由于15号染色体的PML基因与位于17号染色体上 的RARa基因发生易位而形成。该融合蛋白具有不同于正常 维普资讯 http://www.cqvip.com ・4248・ 现代中西医结合杂志Modern Journal of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine 2007 Oct,16(28) RARa等位基因编码的野生型维甲酸受体的功能,可阻断粒 细胞的分化成熟,导致APL发生儿 ,是治疗APL的靶向基 构域结合,形成复合物,这个复合物再募集组蛋白去乙酰化酶 (histone deacetylase,HDAC)与启动子结合。复合物的BTB/ POZ依赖信息可以导致染色质重组同时使调节转录的染色 体结构易位。这个结果导致PLZF诱导抑制支配哺乳动物发育 的基因及抑制粒细胞分化。 因ll 。研究认为,17号染色体的断裂点主要是位于,/RAR(I 基因的第2内含子,而15号染色体的断裂点则可能在PML 基因的3个可能区域,即第6内含子,第3内含子和第6外显 子。因断裂点的不同所形成的PML/RARa融合基因相应的 可分为长型(L)、短型(S)和变异型(V)。因此,L型是PML 2.2 PLZF/RAR ̄融合基因的致病机制在t(11;17)(q23; 末端 q21)易位的早幼粒细胞白血病的患者中,PLZF的N基因的第6外显子与RARa基因第3外显子融合而成,S型 则为PML基因的第3外显子与RARa基因第3外显子融合 455氨基酸与维甲酸受体结合,形成PLZF/RAR ̄融合基因。 PLZF/RAR ̄的BTB/POZ结构域把辅助抑制因子和HDAC 而成,v型是PML基因的第6外显子的可变区与iAi(1基因 第3外显子融合的产物。PML,/RAR(I融合基因包含PML基 因外显子P1,P2和P3编码的3个主要功能域(脯氨酸富含 区、半胱氨酸富含区及亮氨酸拉链区),含有 a基因的B—F 区(即含DNA结合区和配体结合域),这样PML/RARu保留 了PML和RARq的部分功能。分析PML/RARu的致病机制 为:①PML ARa与野生型RARa具有相同的活性位点,与 RXR结合形成二聚体,然后与结合RAREs竞争抑制野生型 iAi(1功能。②高水平的PML/RARu融合基因可“扣押” PML,从而改变PML的正常核定位,使其丧失抑制细胞生长 和诱导凋亡的功能。染色体易位形成机制并不清楚,分析为 造血细胞正常分裂过程中DNA修复重新组合染色体所致, 亦不排除外在因素(如理化因素)干扰引发的可能。总之, PML/RARu的活性机制是极其复杂的。郝红缨等¨3J研究 PML/RARu及tat(1融合蛋白在三硫化二砷(AS2S3)诱导的 人早幼粒细胞白血病细胞系N 细胞凋亡中的作用,结果表 明,三硫化二砷在0.5~2 ̄mol/L之间能诱导NB4细胞凋亡, 在此过程中PML/RARu融合基因无明显变化,但PML/ RARq融合蛋白和野生型R q蛋白明显减少。PML ARq 与APL的发生密切相关,在小鼠粒系祖细胞中若存在较完整 的PML/RARu基因则可导致APL的发生。利用PML ARq 基因转导小鼠形成小鼠APL,同时还伴有其他相关基因的改 变,各种因素与PML/RARu共同作用导致APL的发生_l 。 有研究认为:PML/RARa融合蛋白可导致“白血病前期”阶 段[ ]。Alcalay等[ J的研究结果也表明PML/RARu融合蛋 白可诱发某些维持造血干细胞表型和抑制DNA修复的基因 开放,使DNA损伤累积,并活化某些增强干细胞自我更新的 信号途径,从而大大增加了白血病发生的危险性。 2 PLZF的功能及PLZF/RARa的致病机制 2.1 PLZF基因的功能PLZF(早幼粒细胞白血病锌指基 因)是蛋白的一个大家族,N端为BTB域(Broad complex, tramtrack,Bric a Brac)或POZ(pox virus and Zinc finger)结构, 而c末端有9个锌指结构的转录抑制因子l171。POZ结构已 经推测可能是一个a螺旋和口片层结构,在功能上介导蛋白 质问的二聚体化,并通过和组蛋白去乙酰化酶复合物作用发 挥转录抑制活性,对DNA结合有抑制作用。在PLZF蛋白 中,PLZF可通过POZ结构域形成同二聚体。PLZF的功能: 正常情况下PLZF被辅助抑制分子募集与它们BTB/POZ结 (S)募集到R a靶基因,抑制粒细胞生长分化所需要的关链 因子的表达干扰了RARa/RXR信号传导。陈丽娟等儿副从生 物整体水平上研究PLZF RARq ARq PLZF双融合基因的 表达在急性早幼粒细胞白血病(APL)发病中的作用及发病机 制,通过交配建立PLZF R q ARq PLZF双阳性转基因小 鼠(TM)模型,结果表明PLZF RARq/RARq PLZFTM小鼠发 病存在异质性。 3 NPM基因的功能和NPM—RARa融合基因的致病机制 3.1 NPM基因的功能NPM基因位于5号染色体上,含12 个外显子。结构特征为:①2个天冬氨酸和谷氨酸富集区,为 DNA连接区。②一个2分裂的核定位序列(nuclear location signal,NLS)。③1个金属连接点。④1个ATP连接点。⑤细 胞周期调控(cdc2)激酶、酪氨酸激酶Ⅱ的磷酸化位点及含 NLS蛋白的连接位点。NPM的N端为二聚体形成区。NPM 的功能:①NPM与核糖核蛋白的合成有关。②NPM在细胞 的生长调控中也起到一定作用。③NPM连接与细胞生长有 关的转录因子YY1,使YY1从一个转录抑制因子转变成激活 因子。NPM的表达高峰在S或G2期,在G0期最低。中心粒 的复制是由cdk2/cyclinE磷酸化激活的,而NPM是cdk2/cy— clinE主要的底物。当与中心粒相连时,中心粒被分离;磷酸 化后与的中心粒解离,中心粒被复制。NPM的在中心粒中的 这种功能与它的伴侣活性相关,用来保持蛋白的正确构造,并 可以调节中心粒的复制。中心粒的复制是由cdk2/cyclinE磷 酸化激活的,而NPM是cdk2/cyclinE主要的底物。当与中心 粒相连时,中心粒被分离;磷酸化后与的中心粒解离,中心粒 被复制。NPM的在中心粒中的这种功能与它的伴侣活性相 关,用来保持蛋白的正确构造,并可以调节中心粒的复制。 3.2 NPM iAi(1融合基因的致病机制 由于t(5;17) (q35;q21)易位产生了NPM iAi(1融合基因,这个融合基因 保留了NPM的N端结构即:保留了DNA连接区及二聚体形 成区。同样RARq保留了E—F区,即:DNA连接区、配体结 合区及二聚体形成区。故NPM—RARa可形成同二聚体或 与RXR结合形成异二聚体,然后与结合RAREs竞争抑制野 生型RAR(I功能。 4 NuMA基因的功能和NuMA—RARll融合基因的致病机制 4.1 NuMA基因的功能 NuMA基因被定位在1lq13染色 体上,其大量存在于有丝分裂结束及有丝分裂后的子代细胞 中核重新组装时期。用coiled—coil区域把NuMA分裂成球 维普资讯 http://www.cqvip.com 现代中西医结合杂志Modern Journal of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine 2007 Oct,16(28) 状区域,C一端含有一些基本序列:cdc和其他激酶的磷酸化 位点、提供NSL和有丝分裂纺锤丝定位的序列。NuMA的功 能:在细胞中NuMA起到了锚定纺锤丝的极的作用。NuMA ・4249・ [4]Fogal V,Gostissa M,Sandy P,et a1.Regulation of p53 activity in nuclear bodies by a specific PML isoform[J].EMBO J,2000,19: 6185—6195 在有丝分裂初期被cdc/cyclinB调节激酶磷酸化后,与纺垂丝 微管相连。在有丝分裂后期使染色体断裂并去磷酸化。 [5]Guo A,Salomoni P,Luo J,et al The function of PML in p53 de— pendent apoptosis[J].Nat Cell Biol,2000,2:730 736 [6]Pearson M,Carbone R,Sebastiani C,et a1.PML regulates p53 acetylation and premature senescence induced by oncogenic Ras[J]. Nature,2000,406:207—210 4.2 NuMA—RARa融合基因的致病机制 由于t(11;17) (q13;q21)易位产生了NuMA—RARa融合基因,这个融合基 因保留了NuMA N端的球形区域及coiled—coil区结构而 RARa保留了E—F区。由于NPMC端的丢失,完全破坏了 [7]Tsuzuki S,Towatari M,Saito H,et a1.Potentiation of GATA一2 细胞进入有丝分裂。像APL的其它融合蛋白PML—RARi1、 PLZF—RARa和NPM—RARa一样,NuMA—RARa可形成 同二聚体或与RXR结合形成异二聚体,竞争抑制野生型 RARa功能。 5 STATSb基因的功能及STATSb—RARer融合基因的致病 机制 5.1 STAT5b基因的功能STAT5b是信号转导和转录激活 因子(signal transduers and activators of transcription,STATS) 胞浆蛋白家族中的一员。它的重要结构域为:①N端为 coiled-coil区,该区是二聚体化和结合DNA所必需。②SH3 区,表现出此家族的高度保守性,可特异的识别和结合一些脯 氨酸富集区。③SH2区,功能是特异的结合磷酸化酪氨酸。 SH2与磷酸化的酪氨酸结合后产生的生化效应主要有:使酶 定位到核膜上,以靠近它的底物;促使底物靠近它的催化酶并 定位;直接调节酶的生物活性。④羧基末端转录活化区,约 4O个氨基酸残基。STATS的功能:当细胞受某些细胞外多 肽刺激时,STATS被激活,形成同二聚体或异二聚体,由胞浆 移位于胞核,与DNA结合,调节基因表达。 5.2 STAT5b—RARa融合基因的致病机制 STAT5b— RARa是最新的融合基因,和RARa一样STAT5b定位在 17q21,1—21,2距离RARa为3Mb,由于17号染色体的缺 失,导致STAT5b—RARc ̄的融合。和AP的其他型一样 RARc ̄保留了E—F区,故可竞争性结合RXR,干扰RARa信 号的转导。同时STAT5b—RARa保留了STAT5b N端的 coiled—coil区,及SH2区。故STAT5b—RAR0t可与STAT5b 形成二聚体,且因保留SH2区,能竞争野生型的STAT5b与 酪氨酸激酶受体的结合,干扰STAT信号的转导。 [ 参考 文 献 】 [1]Rego EM,Pandolfi PP,Analysis of the molecular genetics of acute promyelocytic leukemia in inouse models[J].Semin Hematol, 2001.38:54~70 [2]Park DJ,Vuong PT,deVos S,et a1.Comparative analysis of genes regulated by PML/RARa and PLZF/RARa in response to retinoic acid using oligonucleotide arrays[J].Blood,2003,102:3727— 3736 [3]Lin RJ,Stemsdorf T,Tini M,et a1.Transcriptional rqgulad0n in a— cute pmmydocytic leukaernia[J].Oncogene,2001,20:7204—7215 activity through interactions with the promyelocytic leukemia pro— tein(PML)and the t(15;17)一generated PML—retinoic acid re— ceptor alpha oncoprotein[J].Mol Cell Biol,2000,20:6276—6286 [8]Li H,Leo C,Zhu J,et a1.Sequestration and inhibition of Daxx—me— diated transcriptional repression by PML[J].Mol Cell Biol,2000, 20:1784—1796 [9]Torii S,Egan DA,Evans RA,et a1.Human Daxx regulatse Fas induced apoptosis from nuclear PML oncogenic domains(PODs) [J].EMBO J,1999,18:6037—6049 [10]So CW,Dong S,So CK,et a1.The impact of differential binding of wild type RARalpha,PML,PLZF and NPM RARalpha fusion proteins towards transcriptional co-activator,RIP一140,on retinoic acid responses in acute promyelocytic leukemia[J].Leukemia, 2000,14:77—83 [11]Kasmer P,Lawrence I-IJ,Waltzinger C,et a1.Positive and negative regulation of granulopoiseis by endogenous RARa[J].Blood,2001, 97:1314—1320 [12]Duprez E.A new role for C/EBPbeta in acute pmmyelocytic leukemia[J].CellCycle,2004,3:389—390 [13]郝红缨,滕智平,陆道培.PML RARa及RARa融合蛋白在三硫 化二砷诱导的NB4细胞凋亡中的作用研究[J].中国实验血液 学杂志,2002,10(2):108—111 [14]Le Beau MM,Bitts S,Davis EM,et a1.Recurring chromosomal ab— normalities in leukemia in PML—RARA transgenic mice parallel human acute promyelocytic leukemia[J].Blood,2002,99:2985 [15]Minucci S,Monestiroli S,Giavara S,et a1.PML—RAR induces promyelocytic leukemia with high efficiency following retroviral gene transfer into purified mnrine hematopoietic progenitors[J]. 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