北大等最新Nature文章:著名抑癌基因

【字体: 时间:2010年03月12日 来源:生物通

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  来自哥伦比亚大学癌症遗传学研究所,北京大学医学部,贝勒医学院的研究人员揭示了著名抑癌基因p53与ARF作用途径的新机制,并且发现了一种新型酶,阐明了这种酶在p53与ARF作用途径中的作用。这一研究成果公布在《Nature》杂志上。

  

生物通报道:来自哥伦比亚大学癌症遗传学研究所,北京大学医学部,贝勒医学院的研究人员揭示了著名抑癌基因p53与ARF作用途径的新机制,并且发现了一种新型酶,阐明了这种酶在p53与ARF作用途径中的作用。这一研究成果公布在《Nature》杂志上。

领导这一研究的是哥伦比亚大学顾伟教授,其早年毕业于北京大学,92年赴美深造,后留任哥伦比亚大学大学,目前他主要从事p53在肿瘤抑制和老化两方面的课题研究。他在p53领域有着杰出的成就,在Nature、Cell、Science、Mol. Cell、Mol Cell Biol等高水平杂志发表论文数十篇。

抑癌基因是一类抑制细胞过度生长、增殖从而遏制肿瘤形成的基因。对于正常细胞,调控生长的基因(如原癌基因等)和调控抑制生长的基因(如抑癌基因等)的协调表达是调节控制细胞生长的重要分子机制之一。目前定论的抑癌基因有10余种,p53基因就是其中较为出名的一个,由于p53蛋白在维持细胞正常生长、抑制恶性增殖中起着重要作用,因而被冠以“基因卫士”称号。

在肿瘤胁迫(oncogenic stress)下p53的激活需要一种肿瘤抑制因子:ARF,近期的研究显示p53激活是通过ARF介导的,但是并不是由DNA损伤诱发的,而是针对体内某种生理条件下产生肿瘤生长的主要保护方式,这说明ARF-p53具有比之前预想的更多的基础功能。

ARF也是一种在大多数人类细胞系中非常稳定的细胞因子,科学家们认为ARF主要在转录水平上被诱导表达,并且ARF-p53途径的激活要比p53被DNA损伤激活这一过程慢得多,而且也是不可逆的。

在这篇文章中,研究人员发现ARF在正常人类细胞中非常不稳定,但是在癌细胞中降解被抑制。研究人员通过生物化学纯化,分离出了ARF的一种特殊的泛素酶,并将这种酶命名为ULF,他们发现这种酶在体内和体外都能与ARF作用,促进ARF的降解。ULF敲除实验也证明敲除ULF后,正常细胞中ARF更加稳定了。

进一步的研究还发现NPM和c-Myc这两种癌细胞中常见的过表达蛋白,能抑制ULF介导的ARF泛素化过程,从而促进ARF在癌细胞中的稳定性。这些研究数据揭示了ARF-p53途径的动力学特征,也阐明了在应答肿瘤胁迫过程中,非转录依赖性机制对于ARF调控作用的重要性。

顾伟研究组在p53研究方面获得了不少重要的成果,之前他曾在Cell杂志上发表综述,描绘了p53调控的模式。

传统观点认为p53激活路径分三步,1. p53蛋白稳定化(p53 stabilization);2. 与DNA结合(DNA binding);3. 转录激活(Transcriptional activation)。然而,旧的理论已经不再适应新的研究结论,研究发现p53激活路径中每一步都比我们所想象的要复杂得多。

以小鼠为模型的活体遗传性研究和体外实验研究结果表明,传统的观点不能解释很多现象,因此为了全面建立p53的调节网路理论,必须更新对p53的看法。顾伟提出抗阻抑作用(释放细胞因子,如Mdm2和MdmX,防止p53释放受阻)是激活p53的关键步骤。

(生物通:万纹)

原文摘要:

Transcription-independent ARF regulation in oncogenic stress-mediated p53 responses

The tumour suppressor ARF is specifically required for p53 activation under oncogenic stress1, 2, 3, 4, 5, 6. Recent studies showed that p53 activation mediated by ARF, but not that induced by DNA damage, acts as a major protection against tumorigenesis in vivo under certain biological settings7, 8, suggesting that the ARF–p53 axis has more fundamental functions in tumour suppression than originally thought. Because ARF is a very stable protein in most human cell lines, it has been widely assumed that ARF induction is mediated mainly at the transcriptional level and that activation of the ARF–p53 pathway by oncogenes is a much slower and largely irreversible process by comparison with p53 activation after DNA damage. Here we report that ARF is very unstable in normal human cells but that its degradation is inhibited in cancerous cells. Through biochemical purification, we identified a specific ubiquitin ligase for ARF and named it ULF. ULF interacts with ARF both in vitro and in vivo and promotes the lysine-independent ubiquitylation and degradation of ARF. ULF knockdown stabilizes ARF in normal human cells, triggering ARF-dependent, p53-mediated growth arrest. Moreover, nucleophosmin (NPM) and c-Myc, both of which are commonly overexpressed in cancer cells, are capable of abrogating ULF-mediated ARF ubiquitylation through distinct mechanisms, and thereby promote ARF stabilization in cancer cells. These findings reveal the dynamic feature of the ARF–p53 pathway and suggest that transcription-independent mechanisms are critically involved in ARF regulation during responses to oncogenic stress.

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