p16ink4a基因的分子生物学研究进展.doc

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p16ink4a基因的分子生物学研究进展

p16ink4a基因的分子生物学研究进展 张毅彬 关键词:p16ink4a基因;CDK4 / 6;细胞周期;肿瘤发生 【摘要】 抑癌基因p16ink4a在特异地抑制 CDK4及CDK6在控制细胞生长、抑制肿瘤发生、 促进细胞衰老等方面发挥重要的生物学作用,该基因失活后导致了细胞周期的调控失常,使得细胞异常增殖,导致了肿瘤的发生、发展[1],在正常细胞中具有调控细胞周期的作用,负调节细胞增殖及分裂,在人类50%肿瘤细胞中发现有缺失、突变或者表观遗传上的沉默[2]。 1.p16ink4a基因的结构和定位 人类p16ink4a基因位于第9号染色体断臂的2区1带,即9P21的CDKN2A位点,CDKN2A基因位点包含INK4A和ARF两个重叠基因,因阅读框不同分别编码蛋白p16ink4a和p14ARF,,p16ink4a基因全长约8.5kb,由 3个外显子exon1α(126bp),exon2(307bp),exon3(11bp)加上2个内含子构成,其编码的p16ink4a蛋白由148个氨基酸组成,定位于细胞核内。 2.p16ink4a与细胞周期调控 在正常增殖的组织细胞中,p16ink4a蛋白的表达处于一个较低的水平,并通过p16ink4a-CDK4/6-Rb途径调控细胞周期。Rb基因即成视网膜瘤基因,是一种重要的抗癌基因,细胞中的Rb基因在激活状态下可编码Rb蛋白,并通过Rb蛋白调控转录因子E2F的活性,从而最终调节细胞周期。处于G0/G1期细胞中的Rb蛋白处于去磷酸化状态,并与转录因子E2F组成复合体,从而阻断E2F与顺式作用元件的结合,进而阻遏基因的表达。如Rb蛋白与E2F结合后,可阻断编码DNA聚合酶、胸苷激酶、二氢叶酸还原酶等的相关基因的表达,使这些酶类不能合成,DNA的生物合成亦受阻,因此抑制了细胞的生长。当在有丝分裂信号的激活作用下,G1期细胞中的CDK4/6与cyclin D组成复合物,介导Rb蛋白磷酸化,磷酸化的Rb蛋白失去活性,释放出转录因子E2F,转录因子E2F与DNA启动子近端元件结合后,促进转录预始复合物(PIC)的组装,使结构基因稳定表达,细胞通过G1/S期检查点,从而促进细胞生长。p16ink4a的调控作用主要表现在p16ink4a蛋白直接与CDK4/6分子结合,从而竞争性抑制CDK4/6与cyclin D的结合,保持Rb蛋白的去磷酸化状态,进而使细胞停滞于G0/G1期无法进入S期启动染色体的复制以完成增殖活动[3, 4],除此之外,p16ink4a还能扰乱CDK4/6与其他CDKI的结合,导致这些非p16的CDKI的释放,进一步抑制细胞周期[5]。当细胞出于一些较明显的异常状态时,如DNA损伤、原癌基因过度表达及细胞生理性老化时,就能启动p16ink4a的表达[6]。 3.p16ink4a基因与肿瘤 在人类肿瘤中,在接近50%的肿瘤类型中发现p16ink4a基因有不同程度的失活[7],p16在不同肿瘤中失活的评估几率如下:乳腺癌:20%;非小细胞肺癌:65%;结直肠癌:30%;膀胱癌:60%;头颈部鳞状细胞癌:50-70%;黑色素瘤:60%;白血病:60%;食道癌:70%;多发性骨髓瘤:60%;胰腺癌:85%[8]。在这些肿瘤中,许多p16失活的机制已经被阐明,包括基因纯合性缺失、杂合性缺失、点突变以及表观遗传上的启动子甲基化[9, 10],p16的失活导致细胞过度增殖,并可使G1期未充分发育的细胞提前进入S期,引起增殖性疾病的发生,并且每一种肿瘤具有自己特有的失活类型,比如48%的胰腺癌样本中发现p16纯合性缺失,而在胃癌中,p16启动子甲基化是主要原因,比例高达34%,p16基因缺失和突变只占2%[11],Chang等人发现膀胱癌中60%的p16基因启动子存在高度甲基化现象[12],Hernandez等分析了4 2例慢性粒细胞白血病(CML)病人p16ink4a 基因外显子2的缺失和启动子甲基化情况,发现29%的淋巴细胞白血病急性变中存在p16ink4a基因的纯合性缺失,而慢性期和髓样细胞白血病中均未发现缺失,也未发现p16ink4a基因启动子的异常高甲基化,p16ink4a基因的缺失与临床特征无明显相关,提示p16ink4a基因的缺失与否并不能影响病人的预后[13]。Kwong等人分析了亚洲人种喉鳞状上皮细胞癌细胞系的p16ink4a的失活机制和功能,发现了启动子甲基化、外显子2和3的纯合性缺失、外显子1的框移突变导致了其转录失活和蛋白突变体的产生[14]。Grafstrom等运用实时定量PCR方法研究了86个病人p16ink4a基因的缺失情况及其与预后的关系,发现纯合性缺失是皮肤恶性黑色素瘤最重要的遗传学改变,且与不良预后密切相关[15]。另外,在小鼠肿

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