受体ＲNA编辑的研究进展.docx

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1、受体NA编辑的研究进展摘要NA编辑是指转录后NA分子的编辑经过，包含核苷酸的插入、删除和替换。NA依靠腺嘌呤脱氨酶(NAdependentadenosinedeaminases，ADAs)是一类能够将5-羟色胺2C受体基因(HT2C)的前体mNA特定位点上的腺苷酸(adenosine，A)脱氨基转化为肌苷酸(inosine，I)的酶。A-to-INA编辑最终引起氨基酸的改变。本篇综述主要阐述ADA家族对HT2C的NA编辑作用的相关研究进展，为防治HT2C的NA编辑异常引起的相关疾病提供理论根据。关键词ADA家族;NA编辑;5-羟色胺2C受体一、5-羟色胺2C受体NA编辑NA编辑是生物体在转录后

2、水平对NA进行修饰的经过，包括核苷酸的删除、插入和替换1。1986年，荷兰Benne初次报道真核基因转录后NA编辑的经过，他们发现原生动物锥虫线粒体的细胞色素C氧化酶的第2个亚基在转录后插入了4个非编码的尿嘧啶(U)，并将这种现象定义为NA编辑。NA编辑在哺乳动物中主要发生于三种受体:谷氨酸受体B亚单位、载脂蛋白B受体和5-羟色胺2C受体(HT2C)。本文主要综述关于HT2C的NA编辑的相关研究。HT2C的NA编辑发生在细胞内环第二构造域的5个氨基酸残基(A、B、C、D和E位点)，在NA依靠腺嘌呤脱氨酶(adenosinedeaminasesactingonNA，ADAs)的作用下发生腺苷酸(

3、A)到肌苷酸(I)的替换，即A-to-INA编辑。由于I和鸟苷酸(guanosine，G)构造类似，所以在翻译中被解读作G，进而使mNA进行重编码，引起氨基酸的改变，进而改变翻译的蛋白质的一级构造和功能2。二、ADA家族哺乳动物的ADA家族成员包括ADA1(geneID:ADA)、ADA2(geneID:ADAB1)、ADA3(geneID:ADAB2)和ADATs(adenosinedeamina-sesactingontransferNA)。ADA1和ADA2广泛存在于各种组织，在脑和脾中具有较高的编辑活性;ADA3只在脑中表达3，体外研究发现ADA3单独作用时，不能对已知ADA家族作用的

4、底物(谷氨酸受体和HT2C)进行编辑4;ADATs是作用于转运NA(tNA)的腺苷脱氨酶，根据氨基酸序列和作用底物的不同分为ADAT1、ADAT2和ADAT3。ADA家族成员大多作用于非编码区，如Alu重复序列区，这些区域能够构成NA局部双链构造供ADA家族识别5。Alu重复序列同时能够作为编辑诱导物发挥功能，这些序列通常位于距离特定编辑位点几百个核苷酸的位置，加强ADAs的编辑效率。ADAs底物的编辑频率与双螺旋的长度和双链程度呈正相关，单个腺苷酸的选择性编辑通常发生在短链NA，并受内外环构造的影响。在哺乳动物中，大多数A-to-I编辑的转录本介入对神经递质的调控，ADAs作用的A-to-I

5、编辑能够引起配体和电压门控通道以及G蛋白偶联受体的功能发生改变5。ADA家族具有重要的生物学功能，ADA1基因敲除小鼠存在胚胎期致死高危因素;ADA2基因敲除小鼠极易出现癫痫或未成年死亡。由此可见ADAs功能的稳定对于维系生命与保持正常的生理功能非常重要6。三、ADAs对HT2C的NA编辑作用ADAs在C端包含一个脱氨基构造域(deami-nasemotif，DM)，在N端包含2-3个双链NA结合域(double-strandedNAbindingdomain，dsBD)。ADAs与双链NA结合后，在ADAsC端起催化作用的DM发生脱氨基作用，结合位点的特异性NA编辑位点的序列决定，进而易被d

6、sNA结合域和DM识别7。ADAs的选择性剪接、自我编辑、蛋白质修饰、异源二聚体化和泛素化等可影响编辑活性8(图1)。 (一)ADA1、ADA2和ADA3ADA1的两种单体，p150和p110，是在不同的启动子部位发生转录构成。这两种单体具有类似的构造，但p150在N端具有带有核转运信号(NES)的Z和-DNA结合域，p110在N端只要一个Z-DNA结合域，且不带有NES(图2)。反式作用调节因子决定ADA1和ADA2的亚细胞定位，其中p110主要位于细胞核，p150主要位于细胞质，ADA1特有的Z-DNA结合域能够识别左旋DNA分子，是调节转录本活性的典型构造。ADA2位于细胞核，其向核内的

7、转入由输入蛋白4和5介导。ADA2的DM中含有锌离子，能够与水分子反响，发生脱氨基作用;ADA3含有独特的精氨酸/赖氨酸富集区域(构造域)能够与单链NA底物结合6;ADA1-3均含有引导蛋白质进入细胞核的核定位信号(nuclearlocaliza-tionsignal，NLS)。在诸多的7次跨膜受体家族中，只要HT2C可在ADAs的作用下进行NA编辑9。HT2C的前体mNA有A、B、C、D和E5个编辑位点，具有极强的编辑可塑性。体外研究发现，ADA1主要编辑A和B位点;ADA2几乎只编辑D位点;ADA1和ADA2可共同介入C和E位点的编辑。ADA1的可变剪接作用发生在NA的成熟经过，能够产生3

8、种异构体(ADA1a、b和c)，脑组织中主要表达a和b异构体。ADA1a是由26个氨基酸组成，在外显子7位点发生缺失;ADA1b是由ADA1a的59位点剪接变异生成，在HT2C的NA编辑中的A和C位点编辑效率较高。ADA2能够在酶的催化区域发生剪接变异，进而降低编辑效率。ADA1和ADA2剪接变异产生的异构体表达相对量的改变能够影响HT2C的编辑效率2。ADA1和A-DA2能够组成一个稳定的同型二聚体复合物，两个单体的互相作用在位点选择性的编辑经过中起到非常重要的作用。ADA3不具有编辑作用，但可作为抑制剂干扰ADA1和ADA2的活性6。ADAs在C端包含一个保守的起催化作用的脱氨基构造域(d

9、eaminasemotif，DM)，在N端有23个双链NA结合域(double-strandedNABindingDomain，dsBD)，还含有核定位信号(nuclearlocali-zationsignal，NLS)。ADA1的p150单体在N端包含带有NES的Z-和Z-DNA结合域，p110单体在N端只包含Z-DNA结合域。ADA3含有一个构造域。 (二)ADATsADATs只含有DM，能够与tNA中位于34和37位点的腺苷酸(A34，A37)发生反响。ADAT1在酵母丙氨酸转移核糖核酸(yeastala-ninetransferNA，tNAala)的A37位点脱氨基，并在S-腺苷甲硫氨

10、酸和另一种酶的作用下发生甲基化;ADAT2和ADAT3可组成异二聚体，在其他类型tNA的A34位点介入脱氨基反响10。 (三)辅助因子已有报道ADAs与某些辅助因子协同发挥作用。二重编辑挑选技术分离并确认DSS1/SHFM1，NA结合蛋白核内不均一核糖核蛋白(heterogeneousnuclearribonucleoprotein，hnNP)A2/B1和3端非翻译区(untranslatedregions，UT)可作为编辑加强子发挥作用7。四、ADAsNA编辑作用的调节ADAs大多与NA双链构造结合，这种茎环构造(stem-loopstructure)主要位于编辑位点附近，所以NA远端的序列

11、和构造可以以影响ADAs编辑的位点选择性。在顺式调节中，侧翼序列能够影响编辑位点的选择性，且5端和3端的侧翼序列作用更为突出11。通过分析ADA1与ADA2编辑位点相邻碱基的特性发现，ADA1在HT2C的NA的5端主要编辑U和A聚集的位点(编辑发生率:UAGC)，在3端无此特性。ADA2在5端的编辑特性与ADA1一样，在3端主要编辑U和G聚集的位点(编辑发生率:U=GC=A)，上述编辑特点构成了第二个碱基为A的特异性三联序列(UAG;UAU;AAG;AAU)1，即被编辑的A周围富集U和G。在反式调节中，正常ADAs在NA和蛋白质水平的作用并不是导致NA编辑发生变化的全部因素，这提示存在其他蛋白

12、质介入ADAs活性的调节导致NA编辑发生改变11，这些调节因子在下文中将会提及。 (一)基因水平干扰素(interferons，IFNs)在临床上被广泛用于治疗病毒性肝炎、肿瘤和多发性硬化等疾病，尽管IFNs主要作用于免疫系统发挥治疗作用，但是亚型IFNs可以引起抑郁，甚至导致患者自杀。这可能与IFNs通过血脑屏障薄弱部位进入中枢神经系统，进而直接作用于神经元，引起编码ADAs的基因发生改变有关2。在人类胶质母细胞瘤细胞系中可挑选出表达HT2CmNA的HTB14和HTB17两种细胞系，进一步研究发现IFN-可引起HT2C的NA编辑作用发生改变。干扰素干涉后，ADA1编辑的A、B和C三个位点的编

13、辑水平增高，ADA2编辑的D位点编辑水平轻度降低，E位点始终维持在低编辑水平。这些研究提示HT2C的NA编辑水平在IFNs的作用下，可发生动态变化2。脆性X蛋白(FMP)可与果蝇A-DAs在基因水平发生互相作用，进而调节NA编辑水平11。 (二)转录及转录后水平转录后水平ADA1的表达受微小NA(microNA，miNA)调节，mi-NA与其他因素一起在NA干扰(NAinterference，NAi)途径中通过阻碍翻译和促进降解，负性调节基因表达，其中起主要作用的是mi-17和mi-432。ADA2能够通过对其转录本的自我编辑进而调节酶的活性，某些特定的组织通过对ADA2的前体mNA进行组织特

14、异性选择性剪接进而下调ADA2蛋白水平6。环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMPresponsiveelement-bindingprotein，CEB)作为转录加强子可诱导大鼠脑内海马CA1区神经元的ADAD2的表达12。 (三)翻译后水平ADA1能够通过SUMO化修饰进行翻译后编辑，这一调节是通过与小泛素修饰因子(SUMO)在靶蛋白上共价结合进而进行可逆的翻译后修饰经过，包括细胞凋亡、细胞周期调节、蛋白质稳定等一系列经过。人类ADA1在多肽链418位赖氨酸残基(Lys418)处发生SUMO化修饰，进而使其活性降低6。蛋白质肽基脯氨酸顺反异构酶(phosphorylation-dependent

15、prolylisomerase，Pin1)和E3泛素连接酶WWP2能够协同调节A-DA2的翻译后水平，其中Pin1磷酸化与ADA2结合，正性调节其活性，WWP2通过蛋白质的互相作用使ADA2泛素化随后发生降解11，13。 (四)其他调节5羟色胺(5-HT)神经递质的持续改变能够影响HT2C的A-to-INA编辑6。腺病毒能够编码2种非编码的病毒相关性(virus-as-sociated，VA)NA，VA和VA，其中VANA能够拮抗ADAs的脱氨基活性。持续激活磷脂酶C(phospholipaseC，PLC)可加强ADAs的NA编辑效率。HT2C被激活后，在PLC作用下，磷脂酰肌醇(phosph

16、atidylinositol4，5-bisphosphate，PIP2)合成三磷酸肌醇(inositol1，4，5-triphosphate，IP3)，IP3进一步磷酸化构成六磷酸肌醇(inositolhexaphosphate，IP6)，IP6包埋于ADA2的核心部位，导致蛋白质折叠，使其具有编辑活性14。对A-DAs进行测序研究发现，在人类ADA2晶体构造中与IP6起协同作用的氨基酸残基也存在于ADAT1中，但不存在于ADAT2和ADAT3中10。在酵母中进行异源性编辑分析挑选出编辑调节因子PS14、SFS9和DDX15，但其对ADA2的具体调节机制仍需进一步研究，可能与核糖核蛋白(NPs

17、)影响NA编辑有关6。五、ADAs对A-to-INA编辑调节异常的相关疾病 (一)精神障碍疾病HT2C的NA编辑与抑郁、自杀、精神分裂和双相情感障碍等疾病的发生密切相关15。Iwamoto等在尸检结果中发现自杀患者大脑皮层HT2C的A位点NA编辑作用明显加强，抑郁患者D位点的NA编辑作用也明显加强16，17。提示HT2C的A-to-INA编辑作用异常介入精神障碍疾病的发病机制。 (二)神经系统疾病NA编辑的异常调节能够导致很多神经系统疾病，包括肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)、前脑缺血和Prader-Willi综合症(PWS)等6。 (三)肿瘤ADAs在哺乳动物正常发育经过中具有不可取代的地位

18、，已经发现NA编辑失调与肿瘤有着密切的关系。已有研究报道成人和儿童胶质母细胞瘤患者在ADA2特异性靶位Glu-B的Q/位点均处于编辑状态。ADA1和ADA3的mNA在脑肿瘤中表达增加，并且ADA1的过表达能够抑制ADA2特异位点的编辑频率。在其他肿瘤中，ADAs的差异性表达与其各自位点编辑失衡也具有关联性。肝癌细胞的ADA1mNA与蛋白质表达加强而ADA2表达减弱18。目前还未见有关肿瘤与HT2C的A-to-INA编辑相关的报道，HT2C的A-to-INA编辑能否与某种特定类型的肿瘤相关，尚不清楚。六、瞻望A-to-INA编辑水平对于维持人类正常的生理功能具有重要的意义，A-to-INA编辑失衡与精神障碍疾病密切相关。调节A-to-INA编辑的A-DAs可能是精神障碍疾病在表观遗传水平上的发病机制中的重要环节。从分子水平的相关深化研究将会有助于防治由于A-to-INA编辑失衡引起的相关疾病。