CHD1L在正常细胞功能和肿瘤发生中的多样性作用
熊熙凤
1暨南大学广州红十字医院广州创伤外科研究所,广州,510220
赖旭东
2暨南大学广州红十字医院传染病科,广州,510220
李爱国
1暨南大学广州红十字医院广州创伤外科研究所,中国广州,510220
刘志和
1暨南大学广州红十字医院广州创伤外科研究所,中国广州,510220
马宁芳
三广州医科大学附属肿瘤医院和研究所,中国广州,510095
4广州医科大学组织胚胎学系,广州市番禺区新造镇,511436
1暨南大学广州红十字医院广州创伤外科研究所,中国广州,510220
2暨南大学广州红十字医院传染病科,广州,510220
三广州医科大学附属肿瘤医院和研究所,中国广州,510095
4广州医科大学组织胚胎学系,广州市番禺区新造镇,511436
通讯作者。 #贡献均等。
2020年10月13日收到;2021年2月16日验收。
摘要
Chromodomain解旋酶/ATPase DNA结合蛋白1样基因(CHD1L)是一种多功能蛋白,参与多种细胞过程,包括染色体重塑、细胞分化和发育。CHD1L是染色体完整性维持、DNA修复和转录调控的调节器,通过其与DNA的结合进行调节。CHD1L通过调节各种复杂网络,被认为是一种有效的抗凋亡和促增殖因子。CHD1L也是一种癌蛋白,因为其过度表达会导致各种癌症相关下游靶点的失调。本文将介绍CHD1L在正常细胞中的功能分子基础的最新进展。同时,我们将从结构、特征、功能和CHD1L在肿瘤发生中的分子机制方面描述目前对CHD1L的理解。我们推断CHD1L在多细胞过程和肿瘤发生中的作用值得在基础生物学和临床相关性方面进一步研究。
关键词:CHD1L、ALC1、SNF2、染色质重塑、肿瘤发生
介绍
这个瑞士法郎基因(染色单体解旋酶/ATPase DNA结合蛋白1样基因),也称为自动高度控制1基因(肝癌中扩增1)位于人类肝癌细胞的染色体1q21区域,由Guan使用比较基因组杂交(CGH)技术克隆[1——三]. 因为CHD1L在解旋酶超家族2蛋白中具有一致的解旋酶序列基序[1],属于SNF2家族的蔗糖非发酵类2(SNF2-like)亚家族[4——6]. 大多数SNF2样蛋白可以利用其DNA依赖性ATP酶活性释放的能量来稳定或干扰蛋白质与DNA的相互作用[7]参与多种核活动,如转录抑制或激活、DNA重组和修复[8,9]. 与大多数SNF-Like蛋白质一样,CHD1L是染色体完整性、转录调控和DNA修复的调节器,通过与DNA的结合。CHD1L的功能多样性一直与解旋酶或染色质重塑酶的特征有关,解旋酶或染色质重塑酶与PAR相互作用并催化PAR聚合酶1(PARP1)刺激的核小体滑动[10,11].
CHD1L作为其靶基因的转录和翻译激活物发挥着重要作用[1,6,12——19]. CHD1L通过调节各种复杂网络促进细胞增殖、促进细胞迁移和抑制凋亡[6,12,13]. 例如,CHD1L是众所周知的ARHGEF9、TCTP、SPOCK1和NTKL激活剂[14——17]也可能导致对p53、TCTP和Nur77的放松管制[1,15,18]. 重要的是,CHD1L在恶性转化过程中显示出致癌性。CHD1L在癌细胞中的过度表达被认为是无瘤生存时间短和预后差的生物标志物[12,20——28].
在这篇综述中,我们将概述目前对CHD1L的结构、特征、功能以及CHD1L在癌症发展中的分子机制的认识。同时,我们将描述正常细胞中CHD1L功能的最新发展。最后,我们将得出结论,CHD1L是未来癌症分子治疗中极具吸引力的临床靶点。
CHD1L的分子和结构特征
SNF2超家族
CHD1L蛋白属于SNF2超家族蛋白,由Ma鉴定[1]. SNF2超家族蛋白包括ATP依赖的染色质重塑酶,在天然染色质状态下基因组DNA的组织中发挥关键作用[7,29]. SNF2超家族蛋白进一步分为ISWI(模拟开关)、INO80(肌醇)、CHD(染色体域解旋酶DNA结合)和SWI/SNF(交配开关/非蔗糖发酵)家族[29]. 在哺乳动物中,ISWI家族包括SNF2H和SNF2L。SWI/SNF家族蛋白包含brahma(BRM)和brahma相关基因1(BRG1)。基于额外域的存在或不存在,CHD家族包含三个亚家族:Chd1-Chd2、Chd3-Chd4和Chd5-Chd9[29]. CHD家族具有两个特征序列基序的特征。一个是N末端串联色域的保守SNF2_N结构域,另一个是位于中心的类似SNF2的ATP酶结构域,也称为解旋酶超家族c末端结构域(HELICc)[9]. CHD1L和CHD1的SNF2_N结构域(含280个氨基酸(aa))具有45%的同源性,而其HELICc结构域(含有107个氨基酸)具有59%的同源性[1].
瑞士法郎映射到染色体1q21[30]. CHD1L全长信使RNA({“类型”:“entrez-notide”,“属性”:{“文本”:“NM_004284.6”,“term_id”:“1519314324”,“term_text”:“NM_0042846”}}NM_004284.6号)包含3036个碱基对,其假定开放阅读框编码897 aa蛋白[1]. 如图所示a、 CHD1L主要包含四个结构域:一个保守的SNF2_N结构域、一个解旋酶超家族结构域(HELICc)、硒蛋白S(SelS)和一个宏结构域[1]. 的上游瑞士法郎基因是含黄素的单加氧酶5(FMO5公司)基因,而其下游有一个长的基因间非编码RNA 624(LINC00624)和一个前列腺素受体假排出酶基因(LOC100130018)[30]. 此外,人类CHD1L有一个硒蛋白S(SelS)区域(579–695 aa),这是一种存在于多种细胞类型和组织中的质膜蛋白[31]. 人CHD1L蛋白的示意图如图所示。a。
CDH1L的结构表征、转录效应和调控途径。一CHD1L蛋白示意图。CHD1L包含四个结构域,SNF2家族N端结构域(49–328 aa,蓝色)包含N端ATP结合区域,解旋酶C端结构域,(346–459 aa,绿色)包含核苷酸结合区域,硒蛋白S(SelS)(579–695 aa,粉红色)由几个哺乳动物SelS序列和一个C末端含有ADP核糖结合区的宏结构域(716–866个氨基酸,黄色)组成&9:ω-N-甲基精氨酸,无其他详细记录。DEXDc(65–205 aa):类DEAD解旋酶超家族。参与ATP依赖性RNA或DNA解链的多种蛋白质家族。该结构域包含ATP结合区域(74-78 aa,ATP结合位点)和DEAH盒(174-177 aa,推测的Mg++结合位点)。*:核苷酸结合区(371–374,394–395,421–423 aa)。#:假定的ADP-核糖结合位点(723–724,741,748,750–751,844,846–848 aa)。:ATP结合位点(429、450、454、457 aa)。有六个推定的磷酸化位点:分别位于540、607、618、628、636和891个氨基酸的磷酸丝氨酸。b条CDH1L的转录效应和调控途径。(一) CHD1L加速细胞周期转换,直接与MDM2、P53、TCTP、ARHGEF9和NTKL的启动子区结合。(二) CHD1L通过激活caspase途径促进细胞凋亡死亡,从而增强CREB的磷酸化,增加SPOCK表达并抑制Nur77的核-线粒体易位。(三) CHD1L激活Akt、METP2、TCF4基因的转录,导致EMT(包括侵袭和转移)。(四) CHD1L调节NF-κB和糖酵解途径促进顺铂耐药
特征和经验模式
CHD1L是自然界物种中高度保守的基因(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ahomogene/?term=11590). 人类CHD1L与哺乳动物、进化较慢的脊椎动物鸡和斑马鱼的相似性分别超过87%、73%和66%(表). CHD1L作为真核生物中的保守基因(同源基因ID:11590),参与分子功能、细胞成分、生物过程(图a、 表) (http://www.informations.jax.org/ahomology/GOGraph/11590#注释). 由于CHD1L在包括无脊椎动物在内的许多物种中表达,因此CHD1L似乎存在于脊椎动物的共同祖先中。在人类中,CHD1L可以在各种组织中发现,并在空间和时间上表现出不同的表达模式[22](图。b) ●●●●。例如,在男性生殖系统(睾丸)中,CHD1L在成熟细胞中的表达低于祖细胞[32,33].
CHD1L的特征和经验模式。一真核生物中的保守基因CHD1L(同源基因ID:11590)涉及分子功能(I)、细胞成分(II)、生物过程(III)。,细胞成分,生物过程。b条来自HPA数据集的组织类别CHD1L mRNA表达概述。TPM:百万分之一成绩单
表2
| 类别 | 分类术语 | 基因本体ID一 | 参考 |
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同源基因中人-鼠CHD1L基因的全套实验注释:11590 | 分子功能 | ATP酶活性 | GO:0016887号 | [11] |
核苷酸结合 | 去:0000166 |
蛋白质结合 | 去:0005515 |
蜂窝组件 | 质膜 | 去:0005886 | b条 |
细胞溶质 | 去:0005829 |
核质 | 去:0005654 |
核 | 去:0005634 | [11] |
生物过程 | 细胞对DNA损伤刺激的反应 | 去:0006974 | [11] |
染色质重塑 | 转到:0006338 |
生物功能
研究描述了CHD1L蛋白的五种剪接变体,甚至发现了六种剪接转录变体瑞士法郎基因[30]. 有趣的是,CHD1L是一种具有四个保守蛋白结构域的保守蛋白,即SNF2_N结构域、HELICc、SelS和Macro结构域(图。a) ●●●●。
SNF2_N结构域是许多蛋白质的重要组成部分,参与DNA修复、染色质解旋、DNA重组和转录调控等多种细胞生物学过程,也由一些功能信息较少的蛋白质组成[9,34].
HELICc是多种解旋酶和解旋酶相关蛋白以及DEAD-、DEXDc-、DEAH-box相关蛋白的组成部分[35,36]、丙型肝炎病毒NS3、ski2p和酵母起始因子4A[37]. HELICc不是一个自主折叠单元,而是解旋酶的重要组成部分,解旋酶利用三磷酸核苷水解产生的能量,为其沿着DNA的移位提供燃料,并在此过程中解开双链DNA[36,38]. HELICc还包含DEAD-like解旋酶超家族(ATP-binding)区域,该区域参与ATP-dependent DNA或RNA解链。
SelS家族包含几种哺乳动物的SelS序列。SelS是一种无序蛋白质,具有硒硫化物键(Cys-174和Sec-188之间)和氧化还原电位(−234 mV)[31]. SelS是一种高效的还原酶,可以催化过氧化氢的还原[39]. SelS还具有抵抗过氧化氢失活的能力,与含有半胱氨酸的过氧化物酶相比,它可能具有进化优势[40].
宏结构域是一种高亲和力的ADP-核糖结合模块,以独立结构域的形式存在于各种蛋白质中,或与其他结构域(如聚ADP-核糖聚合酶(PARP)和组蛋白macroH2A)复合。聚ADP-核糖可以被一些大结构域识别为配体。最初,宏结构域被鉴定为执行ADP-核糖-1〃-单磷酸(Appr-1〃-p)加工活性。此外,宏结构域在不同的ADP-核糖途径中也发挥着重要作用,包括DNA转录、染色质生物学、DNA修复和长期记忆形成[34].
CHD1L在染色质重塑中的作用
CHD1L蛋白包括存在于其他SNF2家族成员如CHD1、ISWI和SNF2中的高度保守的解旋酶基序[41]. 然而,与CHD1不同,CHD1L包含一个可以识别聚ADP-核糖(PAR)的大结构域,而不是识别甲基化组蛋白尾部的染色结构域[11,42]. PAR由PAR聚合酶(PARP)产生,单链DNA断裂(SSB)和缺口可以激活PARP[43,44]. SSB发生在基础大修(BER)期间[45]可以消除碱的破坏,包括烷基化和氧化[45,46]. SSB附近染色质蛋白上PAR的形成促进CHD1L和其他BER因子向受损碱基的补充[47]. CHD1L通过在DNA损伤部位扩散染色质促进BER[48]. PARP1刺激CHD1L的染色质重新定位活性[10,49]. CHD1L有助于PARP依赖性BER,而不影响XRCC1或Polβ对DNA损伤的募集[48]. 染色质松弛是细胞对DNA损伤最早的反应之一,PARP1触发构象变化,激活CHD1L驱动染色质松弛[50——52]. CHD1L和PARP之间的合作也与核苷酸切除修复紫外线诱导的DNA损伤有关[53]. CHD1L的另一个重要作用是参与DNA损伤反应的转录控制,这支持了CHD1L与包含33的三方基序相互作用的事实,33是一种参与转录调控的多功能蛋白[54]. 此外,CHD1L通过减缓喜树碱复制叉诱导的DNA损伤部位(作为染色质重塑器)来促进细胞耐受,喜树碱是一种拓扑异构酶I毒素,可产生单链断裂并导致复制叉分解[55]. CHD1L依赖性核小体重塑是PARP1/2、DNA糖基化酶和病变切除下游APEX1之间有效转换的必要条件。ALC1的缺失会导致甲基甲磺酸、PARP抑制剂和甲酰-dU敏感性,这是一种合成致死性同源重组缺陷(HRD)[56]. 因此,CHD1L不仅具有PAR依赖的染色质重塑活性,而且在染色质范围内促进DNA修复反应。
CHD1L在发育和分化中的关键作用
哺乳动物胚胎的发育过程根据其潜在的遗传成分进行常规分析。在许多基因中,它们在早期胚胎发育,特别是植入前的发育中起着重要作用[57],CHD1L是一种关键的发育调节剂,对发育的早期阶段是必要的[58——60]. 通过微量注射反义吗啉酮抑制CHD1L的产生可将小鼠胚胎干细胞的胚胎阻滞在囊胚前阶段[58]. CHD1L在发育早期通过与PARP1相互作用调节干细胞多能性[59]. 然而,CHD1L对培养的ES细胞的存活、多能性和分化不是必需的[58]. CHD1L对不同于ES细胞事件的胚胎事件至关重要[58].
CHD1L在人类胎儿中受发育调节和表达,在大脑中CHD1L的表达最高,其次是肾脏,然后是肌肉、肝脏、胸腺、肺、心脏和脾脏[61]. CHD1L是人类胚胎神经上皮发育所必需的。在自我更新和定向分化条件下,hESCs中CHD1L过度表达促进神经上皮分化。CHD1L敲除损害了人胚胎干细胞向神经上皮的分化。CHD1L过度表达显著上调PAX6的表达,PAX6是眼睛和大脑发育的关键调节基因。有趣的是,CHD1L在E14小鼠胚胎心室(生发)区的细胞中高度表达,并与PAX6阳性细胞共定位[60]. CHD1L在胎儿肾脏中的表达高于成人(4:1)。这一事实意味着CHD1L在肾脏发育中特别重要[61]. CHD1L在先天性肾脏和尿道异常(CAKUT)中也起着关键作用。通过对CHD1L的整个编码区进行测序,发现了三种不同的杂合错义变体(变体Gly700Arg、变体Ile765Met和变体Ile827Val)瑞士法郎61名CAKUT患者的基因和24名CAKOT患者的外显子18、19和21。与野生型CHD1L相比,所有三种CHD1L变体与PARP1之间的相互作用降低。因此,CAKUT中CHD1L的染色质重塑和ATP酶活性较低[61].
在成人中,CHD1L在睾丸中的表达最高,且主要定位于未分化精原细胞,表明CHD1L对精子发生的作用[32,61]. 生精干细胞(SSCS)是一种成年干细胞,是基于精子发生和男性生育能力的单性生殖细胞[33]. CHD1L是SSC自我更新和生存的一种新的内在调节因子,至少部分由GDNF信号通路介导[32].
CHD1Lin肿瘤发生的分子机制
多项研究表明,CHD1L通过多种机制在细胞增殖、细胞转移、细胞凋亡、细胞周期转换和耐药中发挥重要作用。CHD1L通过上调细胞周期蛋白、CDK2、4和下调P27、Rb和p53,促进转基因小鼠G1/S转换和DNA合成[62]. 在HCC的发展过程中,CHD1L以多种方式参与,例如CHD1L-ARHGEF9-CDC42-EMT轴[14],CHD1L-TCTP-CDC25C-CDK1途径[15],CHD1L-SPOCK1-Akt信号通路[16]. 在乳腺癌中,CHD1L通过PI3K/AKT/ARK5/mTOR/MMMP途径促进细胞转移和侵袭[4]. CHD1L可能通过MDM2/p53途径促进细胞运动和细胞周期进展[63]. CHD1L通过p53-cyclinE-CDK2通路的失调诱导胶质瘤G1/S转变[64]. CHD1L通过激活Wnt/β-catenin/TCF通路影响胰腺癌细胞增殖[65]. p53-cyclin D1-CDK2通路的失调可能与CHD1L诱导的G1/S转换有关,而CHD1L可能驱动EMT和MET,引起胆管癌细胞的转移[20]. 在耐药性方面,CHD1L的上调可通过c-Jun/ABCB1/NF-κB轴促进NSCLC细胞对顺铂的耐药性[66]. 然而,CHD1L的下调通过抑制PI3K/AKT途径的糖酵解增强了顺铂对食管鳞癌细胞的细胞毒性[67]. 总之,CHD1L靶基因的不当表达和CHD1L系统的放松调控可能通过几种机制将CHD1L与肿瘤发生联系起来(图。b) ●●●●。
CHD1L对靶基因的转录效应
ARHGEF9型
ARHGEF9,也称为Collybistin,是鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF)超家族之一,催化Rho家族小GTP酶中的GDP-GTP交换[68,69]. 肿瘤转移的一个重要分子机制是Rho家族小GTPase的激活,它导致肌动蛋白细胞骨架的重排,并调节钙粘蛋白依赖的细胞与细胞接触[70——72]. 大多数哺乳动物靶向Rho GTPases的GEF可以通过增强Rho蛋白上的GTP负载来加速癌细胞侵袭[73]. ARHGEF9可以为Rho小GTPase Cdc42编码一种特殊的鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF)[74]. ARHGEF9是转录调控因子CHD1L的靶基因[14]. CHD1L可以上调ARHGEF9的转录,从而增加Cdc42的活性,导致EMT,最终导致肝癌的侵袭和转移。CHD1L-ARHGEF9-Cdc42-EMT可能是参与肝癌进展和转移的新途径[14].
斯波克1
Sparc/osteoctin、cwcv和kazal-like结构域蛋白聚糖1(SPOCK1)是一种分泌蛋白,可编码Ca2+结合的基质细胞糖蛋白,属于一cidic和第页ich输入c(c)半胱氨酸(SPARC)家族[75]. SPARC家族在某些类型癌症的细胞迁移、细胞增殖和细胞凋亡中发挥作用[76]. 作为家族成员,SPOCK1在癌细胞的增殖、粘附和迁移中也起着关键作用[77——79]. CHD1L可通过结合SPOCK1的5'上游区域激活SPOCK1的转录,并通过激活AKT通路和抑制细胞色素c/caspase-9/caspase-3通路促进抗凋亡作用[16].
TCTP公司
翻译控制肿瘤蛋白(TCTP)作为看家基因在几乎所有哺乳动物组织中表达。TCTP作为一种微管蛋白结合蛋白,通过抑制凋亡和促进细胞周期,是一种促生存因子[80]. CHD1L蛋白可以直接与TCTP的5′上游区(nt−733/−1027)结合并激活其转录[15]. 然后,TCTP可以促进CDC25C的泛素蛋白酶体降解,通过抑制CDK1在Tyr15的去磷酸化降低CDK1的活性,导致有丝分裂期间更快的有丝分裂退出[15]. CHD1L-TCTP-CDC25C-CDK1通路可引起肝细胞恶性转化,其表型加速了有丝分裂过程并产生非整倍体[15].
百万平方米
MDM2的特征是肿瘤抑制因子p53的动态负调控[81],可以促进p53依赖性细胞的细胞周期转换[82]和p53-independent[83]方式。MDM2水平的增加可以促进E-钙粘蛋白的泛素化和降解,进而驱动癌细胞侵袭[84]. CHD1L可能通过MDM2/p53信号通路促进乳腺癌细胞的进展[63].
NTKL公司
N末端激酶样蛋白基因(NTKL)位于11q13上,编码808个氨基酸蛋白[85],表现在高尔基体、中心体、细胞质和亚细胞定位的细胞核中[86]. 据报道,高尔基体NTKL与Cop1小泡相互作用并调节高尔基体形态[87]而中心体NTKL在细胞分裂中起着重要作用[88]. 原发性肝癌患者中NTKL经常被CHD1L上调,并表现出较强的致癌能力[17].
澳大利亚广播公司1
ATP-Binding Cassette Sub-Family B Member 1(ABCB1),也称为质膜糖蛋白(P-glycoprotein),位于染色体7q21.12上,编码170KD的跨膜糖蛋白,属于ATP-Binding Cassette(ABC)转运蛋白家族[89]. ABC转运蛋白家族对化疗药物具有转运作用,导致多药耐药(MDR)的发生和发展。ABCB1是最重要的抗性诱导蛋白。ABCB1是非小细胞肺癌细胞CHD1L的潜在下游靶基因[66]. CHD1L上调ABCB1的表达依赖于c-Jun的转录。ABCB1基因敲除结合CHD1L异位表达增强了顺铂对NSCLC细胞凋亡的影响[66].
β-连环蛋白
β-catenin是Wnt信号通路的典型影响因子,是细胞间黏附复合体的组成成分,参与细胞增殖、转移、分化和肿瘤发生[90,91]. 当Wnt信号通路被激活时,β-catenin积聚在细胞质中,然后进入细胞核与核转录因子Tcf/Lef形成复合物。然后,β-catenin可以激活一系列下游靶基因,这些靶基因以不同的方式参与转录过程[92]. CHD1L过度表达显著增加胰腺癌中β-catenin的表达[65]. 然而,CHD1L-KD组胶质瘤中β-catenin表达升高[64]. 因此,β-catenin可能作为CHD1L的靶基因在不同的肿瘤中发挥不同的作用。
第53页
p53蛋白对有效抑制人类肿瘤至关重要[93]. CHD1L过度表达抑制肝癌中p53的表达[1],乳腺癌[63]和胶质瘤[64],使p53失去抗癌作用。p53蛋白可以上调p21的表达,后者作为Cdk2抑制剂,使cyclinE-Cdk2复合物失活以控制S期的进入[62,94,95]. CHD1L过度表达可通过下调肝癌p53-p21-cyclinE-Cdk2通路促进细胞增殖[1]. 然而,CHD1L的缺失导致胶质瘤中p53和p21的表达增加,而cyclinE和Cdk2的表达降低[64].
努尔77
Nur77又称NR4A1,是一种独特的转录因子,属于孤儿核受体超家族[96,97]. Nur77是p53诱导的依赖性凋亡途径的关键成员,直接靶向Bcl-2并诱导后者采用促凋亡构象,从而触发细胞色素c的释放以及caspase-9和caspase-3的激活[98——100]. CHD1L可以抑制Nur77向线粒体的核转位。CHD1L的宏结构域与Nur77相互作用,而缺乏残基600–897的CHD1L突变体不能与Nur77相互作用,并阻止Nur77介导的肝细胞癌细胞凋亡[18].
hMLH1型
人类mutL同源物1基因(hMLH1基因)位于染色体3p21.3–23上,编码756个氨基酸的蛋白质。hMLH1是DNA错配修复(MMR)蛋白家族的重要成员。MMR是一种常见的DNA修复过程,有助于保持遗传物质的稳定性和完整性[101]. 已经观察到hMLH1蛋白与不匹配的基因和DNA修复酶相互作用,并增强DNA修复[102]. hMLH1下调可导致DNA MMR修复功能丧失,促进肿瘤进展[102]. CHD1L能抑制胆管癌细胞hMLH1的表达,与胆管癌的恶性进展和预后有关[103].
CHD1L相关疾病
CHD1L和CHD1的同源性和差异性
CHD1位于5q15,编码由1710个氨基酸组成的蛋白质(hCHD1:{“类型”:“entrez-protein”,“属性”:{“文本”:“NP_001261”,“term_id”:“68299795”,“term_text”:“NP_00126l”}}NP_001261号)属于Chd家族蛋白,在转录调控和发育过程中发挥重要作用[29]. CHD1的特征是两个N端串联色域(黄色矩形)、一个中心SNF2样ATP酶域(绿色椭圆形)和一个C端DNA结合域(蓝色椭圆形)(图a)[104]. 染色质是与赖氨酸甲基化组蛋白尾部和核酸识别相关的模块。组蛋白H3尾部特定位置的赖氨酸甲基化与转录调控相关。H3 K4、H3 K36和H3 K79的甲基化与转录活性有关,而H3 K9、H3 K27和H4 K20的甲基化是表观遗传沉默的标志[105]. SNF2样ATP酶结构域定义了依赖ATP的染色质重塑蛋白。Chd1 DNA a结合域由SANT和SLIDE域组成,该域是核小体有效滑动所必需的,并且被认为是检测核小体核心两侧DNA长度的关键[106].
CHD1L和CHD1的同源性和差异性。一CHD1L和CHD1的结构图。CHD1包含两个N端串联色域(黄色矩形)、一个中心SNF2样ATP酶域(绿色椭圆形)和一个C端DNA结合域(蓝色椭圆形)。CHD1L包含SNF2_N域(绿色椭圆形)、HELICc域(蓝色椭圆形)、Sels域(黑色矩形)和Macro域(红色矩形)。b条CHD1L和CHD1蛋白序列的多重比对结果。CHD1L的SNF2_N结构域(280 aa)与CHD1的SNF2-like ATP酶结构域之间的序列同源性为45%(126/280,黄色指示剂)。CHD1L的HELICc结构域(107 aa)与CHD1的DNA结合域之间的序列同源性为59%(63/107,绿色指示)
序列同源性分析表明CHD1L(最初称为ALC1,hCHD1L:{“类型”:“entrez-notide”,“属性”:{“文本”:“NM_004284.6”,“term_id”:“1519314324”,“term_text”:“NM_0042846”}}NM_004284.6号)Ma等人(图。a)[1]. SNF2_N结构域由280个氨基酸组成,CHD1L的SNF2-N结构域与CHD1的SNF2-like ATP酶结构域之间的序列同源性为45%(126/280,黄色指示剂)。HELICc结构域由107个氨基酸组成,CHD1L的HELIC结构域与CHD1的DNA结合结构域之间的序列同源性为59%(63/107,绿色指示)(图。b) ●●●●。因此,命名为CHD1L。
CHD1L和CHD1之间的不同结构是,CHD1具有两个串联色组蛋白,它们影响DNA功能,包括转录、复制、重组和修复,而CHD1L利用Marco结构域通过结合PAR来执行生物功能。宏结构域蛋白还识别聚ADP核糖作为配体,蛋白质的ADP-核糖基化是一种重要的翻译后修饰,发生在多种生物过程中,包括DNA修复、转录、染色质生物学和长期记忆形成[42].
研究表明,CHD1在胚胎干细胞分化、造血干细胞出现和肿瘤发生中起重要作用。胚胎干细胞分化需要全长的CHD1,而富含丝氨酸的区域(SRR)的缺失使CHD1无法支持ESCs正常分化为三个胚层[107]. CHD1的内皮特异性缺失导致最终造血祖细胞丢失、贫血和胚胎期死亡(E)15.5[108]. CHD1是5q21抑癌基因,CHD1失活可消除雄激素受体(AR)的募集,从而导致前列腺癌AR反应基因(如FOXO1、NKX3-1和PPARγ)的下调[109]. CHD1的重复缺失是前列腺癌细胞侵袭性的驱动因素[110]. CHD1驱动PTEN缺乏前列腺癌的免疫抑制[111]. 一种新的CHD1-RUNX1融合与FLT3-ITD突变在急性髓细胞白血病发病中的协同作用[112]. 然而,CHD1L是一种癌蛋白,在各种癌症中过度表达。
CHD1L的异常表达及泛癌分析
多项研究发现,CHD1L具有较强的致癌能力,包括促进肿瘤细胞增殖、侵袭、迁移、转移和抑制肿瘤细胞凋亡[1,6,12,13]. 在mESCs中,CHD1L的过度表达增加了肿瘤敏感性[58]. 有文献证明,CHD1L在各种肿瘤疾病中是放松管制的。CHD1L是一种重要的癌蛋白,在包括肝癌在内的各种恶性肿瘤中过度表达[1,14——18,21],卵巢癌[23],胃癌[22],结直肠癌[24],膀胱癌[25],乳腺癌[4,26,63],鼻咽癌[27]、胶质瘤[64],非小细胞肺癌[12,66],骨髓瘤[6],胰腺癌[65],食管癌[28,67]和胆管癌[20,103](图和表). 此外,CHD1L表达的泛癌分析在癌症基因组图谱(TCGA)数据集中确定(https://tcga-data.nci.nih.gov/tcga网站/)和基因型问题表达(GTEx)项目(https://gtexport.org网站/). 在TCGA数据集中,CHD1L在BLCA、BACA、CHOL、COAD、ESCA、GBM、HNSC、KIRC、LIHC、LUAD、LUSC、PRAD、READ、SARC、STAD和THCA中的表达高于正常组织,而在KICH中的表达低于正常组织,差异具有统计学意义(图a) ●●●●。在TCGA联合GTEx数据库中,CHD1L在BLCA、BACA、CHOL、COAD、DLBC、ESCA、GBM、HNSC、KIRC、KIRP、LGG、LIHC、LUAD、LUSC、PAAD、PRAD、READ、SARC、SKCM、STAD、TGCT、THCA和UCEC中均高于正常组织,而在ACC中,KICH低于正常组织,差异具有统计学意义(图。b) ●●●●。
TCGA肿瘤类型和细胞株CHD1L mRNA表达综述(一)和HPA(b条)数据集。FPKM:每百万外显子每千碱基片段数。TPM:百万分之一成绩单
表3
癌症 | 违规 | 下游目标 | 表型效应 | 临床影响 | 工具书类 |
---|
肝癌 | CHD1L↑ | P53↓,p21↓,cyclinE↑,CDK2↑ | G1/S期转变↑,细胞凋亡↓,增殖↑ | | [1] |
CHD1L↑ | Nur77↓ | 细胞凋亡↓ | | [18] |
CHD1L↑ | ARHGEF9↑,Cdc42↑ | 迁移↑,侵袭↑,转移↑ | | [14] |
CHD1L↑ | TCTP↑,Cdc25c↓,Cdk1↓ | 有丝分裂进展↑,非整倍体↑ | | [15] |
CHD1L↑ | SPOCK1↑、Akt↑ | 细胞凋亡↓,侵袭↑,转移↑ | | [16] |
| CHD1L↑ | NTKL↑ | 细胞生长↑,集落形成↑,G1/S转变↑ | | [17] |
| CHD1L↑ | 不适用 | | 预后不良 | [21] |
卵巢癌 | CHD1L↑ | 不适用 | 转移↑ | 预后生物标志物 | [23] |
| CHD1L↑ | METAP2↑ | 侵袭↑,转移↑ | | [19] |
胃癌 | CHD1L↑ | 不适用 | | 预后生物标志物 | [22] |
大肠癌 | CHD1L↑ | 不适用 | G1/S相变↑,凋亡↓ | 预后生物标志物 | [24] |
膀胱癌 | CHD1L↑ | 不适用 | | 预后生物标志物 | [25] |
乳腺癌 | CHD1L↑ | 不适用 | | 预后生物标志物 | [27] |
CHD1L↑ | MDM2↑,p53↓ | 细胞周期↑,细胞运动↑ | | [63] |
CHD1L↑ | PI3K↑、Akt↑、ARK5↑、mTOR↑、MMP2↑、MMP9↑ | 趋化↑,侵袭↑,肺部定植↑ | | [4] |
鼻咽癌 | CHD1L↑ | 不适用 | | 预后生物标志物 | [27] |
胶质瘤 | CHD1L↑ | PCNA↑,β-catenin↓,cyclinD1↑,p53↓,p21↓,cyclinE↑,Cdk2↑,c-capase3↓,Bcl2↑ | G1/S相变↑,增殖↑,凋亡↓,迁移↑,侵袭↑ | | [64] |
非小细胞肺癌 | CHD1L↑ | 不适用 | | 预后生物标志物 | [12] |
CHD1L↑ | ABCB1↑、c-Jun↑、NF-kB↑ | 顺铂耐药性 | | [66] |
骨髓瘤 | CHD1L↑ | c-电容9↓,电容3↓ | 抗凋亡、细胞粘附介导的耐药性↑ | | [6] |
胰腺癌 | CHD1L↑ | β-连环蛋白↑ | 细胞增殖↑ | 预后不良 | [65] |
食管癌 | CHD1L↑ | 不适用 | 增殖↑,凋亡↓,转移↑,侵袭↑ | 预后不良 | [28] |
| CHD1L↑ | PI3K/Akt途径↑ | 生存力↑,凋亡↓,顺铂细胞毒性↓,糖酵解↑ | | [67] |
胆管癌 | CHD1L↑ | hMLH1↓ | | 预后生物标志物 | [103] |
| CHD1L↑ | P53↓、cyclinD1↑、CDK2↑、E-cadherin↓、N-cadherin↑、Vimentin↑ | EMT↑,G1/S转换↑,细胞增殖↑ | 预后不良 | [20] |
TCGA数据集中CHD1L表达的泛癌分析(一)和TCGA组合GTEx数据集(b条)
CHD1L的预后生物标志物及预后分析
CHD1L被认为是一种癌症或预后生物标志物,因为其过度表达通常与预后不良有关,例如在HCC中[21],胃癌[22],膀胱癌[25],乳腺癌[26],非小细胞肺癌[12],胆管癌[20]和鼻咽癌[27]. 膀胱癌中CHD1L的表达与肿瘤大小和分期相关[25],鼻咽癌[27]和胰腺癌[65]与HCC相比[17]和卵巢癌[23]. 此外,从TCGA数据库中获得CHD1L的预后分析。CHD1L的异常表达可能是ACC、HNSC、KICH、KIRC、KIRP、LIHC、LUAD、MESO、SARC和THCA的预后因素(图)。
CHD1L与耐药性
CHD1作为肿瘤抑制基因,是目前罕见的肿瘤耐药机制。CHD1L作为一种有效的抗凋亡和促增殖因子,CHD1L的过度表达与骨髓瘤化疗耐药性的增加相关[6],非小细胞肺癌[66]和ESCC[67]. 硼替佐米降低CHD1L蛋白水平,但细胞黏附增加CHD1L表达水平,CHD1L过度表达有助于多发性骨髓瘤细胞的细胞黏附介导耐药性(CAM-DR)[6]. CHD1L的过度表达增加了直接靶向ABCB1启动子的c-Jun的转录(最初在中国仓鼠卵巢癌耐药细胞中分离),上调的ABCB1使NF-κB下游Iκ-Bα和p65磷酸化,因此,CHD1L可通过c-Jun-ABCB1-NF-κB轴诱导非小细胞肺癌顺铂耐药[66]. CHD1L基因敲除通过抑制PI3K/Akt通路抑制糖酵解增强ESCC细胞顺铂的细胞毒性[67]. CHD1L通过多种实体肿瘤的复杂机制导致细胞恶性变化和化疗抵抗(图。b) ●●●●。因此,对于CHD1L表达增加的患者,有效抑制CHD1L可能是一个有希望的治疗方向。
CHD1L的药理抑制
自2008年发现CHD1L以来,它在多种肿瘤中作为癌基因发挥作用,但很少有报道将CHD1L作为药物靶点,并为癌症的治疗确立了新的治疗策略。CHD1L通过一个C末端大结构域拥有固有的多(ADP)-核糖(PAR)链,通过PARP1/2合成的PAR链快速招募到DNA损伤位点[11]. 因此,PARP抑制剂可以应用于CHD1L的靶点。Blessing等人揭示CHD1L操纵影响单链DNA断裂修复反应,并通过PARP2捕获增强PARPi诱导的癌症杀伤[113]. PARP抑制剂Olaparib通过CHD1L介导的HCC染色质结构缩合抑制DNA损伤修复信号,并抑制全球多功能转录网络[114]. CHD1L铅抑制剂(化合物5–7)通过逆转TCF驱动的EMT和诱导裂解的Ecadherin介导的大肠癌外源性凋亡显示出强大的抗肿瘤活性[115]. 对CHD1L表达降低的患者来说,药物抑制CHD1L可能是一种有前途的治疗策略。CHD1L抑制剂概述见表。
表4
化合物 | 化学结构 | 分子量 | 机制 | 对CHD1L靶基因的影响 | 集成电路50 | 工具书类 |
---|
2-(4-甲氧基苯基)-5-(甲磺酰基)-4-(苯磺酰基)-1,3-恶唑 | | 393.43 | 抑制CHD1L结合TCF复合体,反向TCF驱动EMT | TCF复合物WNT反应元件(WRE)(例如c-Myc、vimentin、slug、LEF1和N-cadherin) | 3μmol/L | [115] |
N-(4-{[6-甲基-2-(1-吡咯烷基)-4-嘧啶基]氨基}苯基)-2-(2-噻吩基)乙酰胺 | | 393.51 | 5.5μmol/L | [115] |
2-(4-{4-[(3-氯-4-甲基苯基)氨基]-2-蝶啶基}-1-哌嗪基)乙醇 | | 399.88 | 4μmol/L | [115] |
奥拉帕尼 | | 434.46 | 抑制DNA损伤修复信号传导,抑制关键的多能干转录因子 | DNA损伤修复基因(例如SSRP1、ERCC3、CHD1L、TP53BP1、TRIP13)、关键多能转录因子(例如SOX2、OCT4、c-MYC) | 5–50μM,取决于检测结果(HCC细胞), 10–50 mg/kg(异种小鼠模型) | [113] [114] |
尼拉帕里布 | | 492.59 | 抑制DNA损伤修复信号 | DNA损伤修复基因(例如SSRP1、ERCC3、CHD1L、TP53BP1、TRIP13) | 不可用(10μM处理的HCC细胞) | [114] |
结论
CHD1L是一种多功能蛋白,在正常或病理条件下发挥重要作用。然而,CHD1L如何管理所有这些不同的功能?这可能与它的三个主要结构域有关:SNF2家族的N末端结构域、HELICc和Macro结构域。在正常细胞中,CHD1L主要通过宏结构域发挥作用。首先,CHD1L通过宏域识别PAR。PARP激活CHD1L的染色质重新定位酶,进而激活PAR依赖的染色质重塑并促进DNA修复。此外,在病理条件下,CHD1L通常在多种肿瘤中异常表达。CHD1L参与肿瘤发生的机制可能是某些基因(如ARHGEF9、SPOCK1、TCTP)的激活和/或其他基因(如p53、Nur77、hMLH1)的抑制。CHD1L的过度表达也与患者的临床特征和预后有关,因此CHD1L表达水平可被视为癌症的潜在预后因素。
总之,CHD1L认识到在许多生物过程中发挥关键作用的几种活动。CHD1L在细胞和病理效应中的意义尚未完全理解,有待探索。因此,这篇综述表明CHD1L可能是一种新的癌症生物标记物,并代表了未来分子癌症治疗的一个迷人靶点。
缩写
瑞士法郎 | 染色单体解旋酶/ATPase DNA结合蛋白1样基因 |
自动高度控制1 | 肝癌中扩增1 |
SNF2系列 | 蔗糖非发酵2 |
CGH公司 | 比较基因组杂交 |
ARHGEF9型 | Rho鸟嘌呤核苷酸交换因子9 |
斯波克1 | Sparc/骨连接蛋白、cwcv和kazal-like结构域蛋白聚糖1 |
三氯乙酸三丁酯 | 翻译控制肿瘤蛋白 |
澳大利亚广播公司1 | ATP-装订盒B族成员1 |
hMLH1型 | 人类mutL同源物1基因 |
NTKL公司 | N-末端激酶样蛋白 |
第三方物流管理 | 百万分之一成绩单 |
FPKM公司 | 每百万外显子每千碱基片段数 |
行政协调会 | 肾上腺皮质癌 |
BLCA公司 | 膀胱尿路上皮癌 |
BRCA公司 | 乳腺浸润癌 |
CESC公司 | 宫颈鳞癌和宫颈腺癌 |
CHOL公司 | 胆管癌 |
COAD(涂层) | 结肠腺癌 |
DLBC公司 | 淋巴瘤弥漫性大B细胞淋巴瘤 |
ESCA公司 | 食管癌 |
GBM公司 | 多形性胶质母细胞瘤 |
HNSC公司 | 头颈部鳞状细胞癌 |
基奇 | 肾嫌色症 |
KIRC公司 | 肾透明细胞癌 |
KIRP公司 | 肾乳头状细胞癌 |
LAML灯 | 急性髓系白血病 |
LGG公司 | 脑低级别胶质瘤 |
LIHC公司 | 肝细胞癌 |
夏威夷群岛 | 肺腺癌 |
LUSC公司 | 肺鳞状细胞癌 |
MESO公司 | 间皮瘤 |
OV公司 | 卵巢浆液性囊腺癌 |
PAAD公司 | 胰腺癌 |
PCPG公司 | 嗜铬细胞瘤和副神经节瘤 |
审慎监管局 | 前列腺腺癌 |
阅读 | 直肠腺癌 |
SARC公司 | 萨尔科马夫 |
SKCM公司 | 皮肤皮肤黑素瘤 |
STAD公司 | 胃腺癌 |
TGCT公司 | 睾丸生殖细胞肿瘤 |
THCA公司 | 甲状腺癌 |
泰姆 | 胸腺瘤 |
UCEC公司 | 子宫体子宫内膜癌 |
UCS公司 | 子宫癌肉瘤 |
紫外线监测 | 葡萄膜黑色素瘤 |
作者的贡献
X.X.、X.L.、Z.L.和N.M.构思并设计了审查。X.X.、X.L.、A.L.进行了文献检索,并参与了数据的分析和解释。X.X.、Z.L.和N.M.起草了手稿。所有作者阅读并批准了最终手稿。
基金
本研究部分由国家自然科学基金(No.81902802)、广东省医学科学技术基金(No.A2018063)、广东中医药局(No.20191260、20181206)和广州市卫生委员会技术项目(No.20181A010017、20201A011020)资助广州市科技规划项目(No.2018040100160)。
脚注
出版商笔记
Springer Nature在公布的地图和机构关联中的管辖权主张方面保持中立。
熊熙凤和赖旭东为这项工作做出了同样的贡献。
工具书类
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