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溴结构域蛋白4Dogecoin - An open-source peer-to-er digital currency的结构和功能及其抑制剂在肿瘤研究中的应用

作者:小编2025-02-15 20:41:26

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溴结构域蛋白4Dogecoin - An open-source peer-to-peer digital currency的结构和功能及其抑制剂在肿瘤研究中的应用

  血液系统恶性肿瘤是一种高度异质性的侵袭性恶性肿瘤,其特征为异常自我更新和骨髓造血干/祖细胞分化受阻,主要包括白血病、MM等。Brd4可以利用几个相互作用的伴侣蛋白来促进AML细胞中的染色质重塑和转录激活[9],其主要作用机制是,当转录因子招募赖氨酸乙酰转移酶p300到染色质后,乙酰化的转录因子可以直接与Brd4结合,促进Brd4与AML基因组的结合。同时,Brd4可以募集P-tefb,后者磷酸化RNA聚合酶II以及暂停因子DSIF和NELF,从而促进转录伸长。Zhang等[10]在MM细胞中发现了超级增强子(super-enhancers, SEs),Brd4与SEs结合并将后者激活,促进细胞的恶性转化和肿瘤的进展。此外,SEs调控 prdm1 、 c-myc 、 xbp1 、 irf4 表达,均促进了MM的发生发展。

  BCa是女性中最常见的恶性肿瘤,也是全球最常见的癌症之一[11]。Wu等[12]通过染色质免疫沉淀技术(chromatin immunoprecipitation assay, ChIP)等实验发现,Brd4-S和Brd4-L在BCa进展过程中常发挥相反的作用。Brd4-S通过与同源转录因子En1相互作用,激活相关的细胞外基质网络,为肿瘤提供适当的微环境,从而促进肿瘤细胞的生长和转移。然而,Brd4-L则可抑制生长因子诱导的细胞迁移和癌症干细胞的增殖,从而抑制肿瘤的转移和进展。另外,在三阴性乳腺癌(triple negative breast cancer, TNBC)细胞中,蛋白磷酸酶2A活性的降低,将导致Brd4酸性区域磷酸化水平增加,促进肿瘤的进展[13]。Noblejas-López等[14]和Jing等[15]的研究也显示,Bet抑制剂(Bet inhibitor, Beti)可下调Brd4的表达,对TNBC的治疗有重要价值。

  GBM是星形细胞肿瘤中恶性程度最高的胶质瘤。与女性相比,男性GBM发病率更高,生存期更短[16]。Kfoury等[17]研究表明,Brd4通过多种途径介导GBM的性别差异,并使男性和女性GBM细胞对Beti具有差异敏感性,其原因可能在于以下几点:一是Brd4结合位点常出现在富含H3K27ac的基因区域附近,而男性GBM细胞中的高活性Brd4增强子区域富集了大量H3K27ac;二是在男性和女性GBM细胞中,Brd4存在两种不同的转录状态。具有男性结合偏向的Brd4,其增强子处的转录因子包括癌基因蛋白和干细胞标志物,如Myc、Klf5和Oct4;而具有女性结合偏向的Brd4,其增强子处的转录因子有肿瘤抑制功能,如p53和Smad4。因此,抑制GBM患者Brd4的功能可以消除转录状态的性别差异以及伴随性别差异的致瘤表型差异。

  RCC约占全部原发性肾脏恶性肿瘤的85%[18],目前只能通过手术控制,但容易复发且整体预后较差。Tan等[19]发现,RCC组织和细胞中Brd4的表达水平显著上调,caspase-1和IL-1β等焦磷酸化相关蛋白降低,研究结果表明,降低Brd4的表达可有效抑制RCC细胞增殖和上皮间质转化进展,其机制可能是,当Brd4被抑制时,可通过上游的NF-κB途径增加核苷酸寡聚化结构域(nucleotide oligomerization domain, NOD)样受体热蛋白结构域相关蛋白3 (NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)的转录启动子活性,诱导NLRP3炎症小体表达增加,而高表达的NLRP3通过切割和激活caspase-1来触发焦磷酸化,使细胞膜上形成孔洞,并释放促炎细胞因子,最后导致细胞程序性死亡。此外,焦磷酸化在Brd4抑制介导的细胞增殖和上皮间质转化中具有至关重要的作用。

  p53是体内重要的抑癌基因,p53蛋白作为转录因子,通过稳定和激活各种胞内应激信号途径,如DNA损伤、缺氧和肿瘤相关基因通路的激活,从而导致细胞周期停滞、细胞衰老、凋亡和代谢适应[20]。Brd4结合靶蛋白的乙酰化赖氨酸残基,是重要的转录驱动因子。Stewart等[21]发现,在AML细胞中,Brd4通过募集组蛋白甲基转移酶G9a (histonelysine methyltransferase, Hmt),抑制 p53 基因的转录,促进白血病的发生,其作用机制是CK2可以磷酸化Brd4,进而将Brd4结合到DNA上,并与募集来的乙酰化p53蛋白结合,从而调控相关基因转录[22]。特别的是,Brd4与乙酰化p53的结合并不是由溴结构域介导,而是由两个保守区域所调节,即磷酸化依赖性相互作用域和碱性残基富集相互作用域[21]。

  c-myc蛋白是一种核内DNA结合蛋白,可调节碱性螺旋-环-螺旋转录因子(basic helix-loop-helix, bHLH)的转录,从而调控细胞生长、分化与凋亡,与肿瘤的发生与转归密切相关。因此, c-myc 基因一个重要的肿瘤相关基因。细胞内c-myc蛋白水平受Brd4分子直接调控,后者可通过3种途径提高体内c-myc的含量:(1) Brd4通过募集P-tefb至染色质,磷酸化RNA polⅡ,驱动 c-myc 转录[23];(2) Brd4通过募集到SEs中,促进肿瘤细胞中SEs标记的 c-myc 转录[24];(3) 除了调节 c-myc 的转录过程,Brd4还可以通过c-myc蛋白去泛素化以及Thr58位点去磷酸化,直接维持c-myc蛋白的稳定性[25]。

  Brd4不仅是多个DNA修复相关基因的主要调节因子,参与DNA损伤检查点的激活,还参与DNA双链断裂(double-strand break, DSB)的修复。在肿瘤细胞中,发生DSB后,乙酰化的H4和磷酸化的H2ax可在DSB处累积,引发Brd4的募集[35],后者使DNA修复过程更加稳定。发生DNA损伤时,如果DDR不能正常进行,则可能诱导基因组缺陷的累积、恶性转化的发生、癌症的进展和DNA修复功能的进一步衰减[36]。Lam等[37]发现,当Brd4的功能扰时,细胞可不受 myc 基因转录变化的影响,加速DNA损伤信号传导、DSB形成与细胞凋亡。此外,Brd4抑制剂可与乙酰化残基竞争性结合Brd4的溴结构域,抑制DSB处Brd4的募集,使DNA修复机制不稳定并诱导DNA损伤的积累直至细胞死亡[35]。

  Brd4抑制剂可通过阻断多种转录因子的激活,下调其表达,从而抑制多种肿瘤的发生发展。在血液系统恶性肿瘤中,Brd4抑制剂可抑制Brd4介导的p53募集,促使细胞周期停滞和凋亡。Brd4抑制剂JQ1、I-BETs可抑制c-myc的表达和激活,促进c-myc降解,显著抑制肿瘤的生长和转移[48-49]。JQ1还通过抑制Brd4-Myc-CD274通路,抑制免疫检查点CD274的表达,从而抑制该通路介导的肿瘤免疫逃逸[50]。CD274编码细胞程序性死亡-配体1 (programmed death-ligand 1, PD-L1),在三阴性乳腺癌中使用JQ1既可降低PD-L1的表达水平,又有助于缓解免疫抑制[15]。JQ1还可以干扰乙酰化RelA和Brd4之间的相互作用,抑制Nf-κb活化和Nf-κb依赖性靶基因的表达,从而对Nf-κb依赖性肿瘤起到靶向治疗的作用,比如血液系统恶性肿瘤[51]。

  近年来,除了单独应用外,Brd4抑制剂与其他药物联用的抗肿瘤策略逐渐成为研究热点。Guo等[54]发现,联合罗米地辛时,JQ1可解除Nf-κb对生长阻滞和DNA损伤诱导蛋白45g (growth arrest and DNA damage inducible protein 45g, GADD45g)的抑制,两者联用可双重激活GADD45g,在MLL-AF9+和FLT3-ITD+型AML中发挥协同抗肿瘤作用。除了协同抗肿瘤的作用外,Brd4抑制剂与某些药物联合还可以弥补药物的弊端。虽然,端粒酶抑制剂在抑制肿瘤生长和转移中有不错的效果,但其缺乏作用特异性,且常由于毒性高导致临床试验失败[55]。如端粒酶抑制剂卡非佐米单独使用时,肿瘤细胞内核因子E2相关因子2蛋白(NF-E2- related factor 2, Nrf2)表达被激活,从而抑制内质网应激,从而引起肿瘤细胞耐药;而将卡非佐米联合Brd2/3/4抑制剂比拉瑞赛(MK-8628/OTX015)应用则可以有效克服肿瘤耐药。Beti对Brd4的抑制可能提示了端粒酶抑制剂的另一种选择,即选择性抑制,这为临床试验提供了一个新的思路。此外,在肿瘤细胞中,DDR的功能失活会增加基因组的不稳定性和突变负荷,同时也使细胞对标准的基因毒性治疗(DNA损伤治疗)敏感。由于Brd4在介导细胞复制的信号传导中起关键作用,由此推测,可以尝试将Brd4抑制剂与其他DDR靶向药物联合,以治疗DDR依赖性的肿瘤[56]。