VEGF基因表达的转录调控机制研究进展

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【摘要】vegf在促进血管生成方面起重要作用,废用其中一个等位基因就会导致胚胎致死。在很多生理和病理状态下,VEGF基因的表达会变化以适应诸如缺氧、炎症刺激或随肿瘤的生长而上调。这种调节主要集中在三个方面:转录调节、mRNA稳定性的调节(目前认为主要集中在3'UTR)、翻译起始的调节(目前认为主要集中在5'UTR)。本文主要从各个转录因子的角度探讨转录水平的调节,并着重讨论目前研究相对清晰的HIF-1、AP-1和SP-1/SP-3的作用,而并不谈及VEGFmRNA稳定性和翻译方面的内容。

【关键词】VEGF;基因表达调控;转录;转录因子

doi:10.3969/j.issn.1006-1959.2010.09.428文章编号:1006-1959(2010)-09-2648-01

VEGF基因是由8个外显子,7个内含子构成。编码区大约14kb。人VEGF基因定位于6p21.3。VEGF的核心启动子并不包含典型的翻译起始序列,如TATA盒,目前认为VEGF的转录起始点位于SP1结合位点下游50个bp。VEGF基因在很多种系中都存在,不同的种属的启动子包含大量同源序列:SP1/SP3、AP-2、AP-1、Egr-1、STAT-3、HIF-1。启动子包含许多保守的结合位点以结合各种各样的转录因子。

1.HIF-1

在VEGF启动子的5'UTR-985～-939位上有缺氧应答元件HRE,HIF-1与HRE结合后会显著地上调VEGF的转录水平。而HIF-1是一种异二聚体,由HIF-1α和HIF-1β结合而成。其中HIF-1α是一个具有碱性H-L-H结构的蛋白质,在常氧状态下,它的第462和第564位脯氨酸会被羟化。[1]VHL(一种抑癌基因的表达产物)属于E3-泛素链接酶的一部分,能靶向降解羟化的HIF-1α,而羟化对于泛素链接酶与VHL的连接是必不可少的,并且这种羟化在缺氧状态下是十分微弱的,这也是缺氧上调VEGF转录的重要原因之一。Clifford SC等也研究证实HIF-1在VHL缺乏的肾癌细胞株中组成性地激活,说明了VHL对HIF-1的抑制作用。[10]

在CCL39-Raf-1:ER细胞缺氧条件下培养,用Ras的过表达以激活Ras-Raf-MAPK/MKK(ERK1/ERK2)途径,发现在104kDa区域(磷酸化的HIF-1α)出现一独立带,而且是与p42/p44MAPK的活性成正相关。用MKK1抑制剂PD98039抑制这种途径后104kDa带就会消失。[2]相似的证据在不同种类的细胞系中也得到验证。[3]

Janusz Rak等使用了PI3K-AKT通路下游靶物质HDM2、P70S6K1的抑制剂LY294002后却没有任何效果,并且他们说明PI3K通路并不影响HIF-1的表达。[3]而Arsham等做出的结论却是Akt能上调成胶质细胞瘤中HIF-1α的水平但在肝细胞中却做不到。甚至Shafee等人研究发现在MCH603细胞中激活的Akt却下调HIF-1α的表达。[4]

B.H.Jiang等研究指出PI3K-AKT-HDM2/P70S6K1通路是通过mTOR以上调HIF-1α的水平(B.H.Jiang et al,2001)。在鼠3T3细胞中,HER2/neu信号的过表达和人MCF-7乳腺癌细胞中heregulin的刺激会导致HIF-1α的上调,并且这是依赖于PI3K、Akt和下游的FRAP(FKBP12-rapamycin相关蛋白,也称mTOR)。与其他诱导物相比,heregulin的刺激并不影响HIF-1的半衰期,却刺激mTOR的合成。[5]

2.AP-1

AP-1是leucine zipper家族的转录因子,是由jun/jun或jun/fos-2组成的二聚体。而且,jun N末端激酶(JNK)对于jun的磷酸化和/或FRK/MAPK对fos的磷酸化对于AP-1的转录活性是至关重要的。AP-1作用位点TRE位于VEGF启动子上-1168/-1015位。

在BAEC、HepG2、Hela细胞中,缺氧会显著上调c-jun和AP-1的转录活性,AP-1可以被JNK通路所激活,而且AP-1的激活也参与c-jun启动子的调控,以增强c-jun的表达,并对AP-1的激活正反馈。

E.Minet在HepG2细胞中使用EMSA技术,证实缺氧下MEKK1-JNK会被激活,从而上调c-jun以诱导VEGF转录。[6]3.SP-1

SP-1蛋白是一个参与极其广泛的转录因子,属于一个多基因家族,其中包括SP2、SP3、SP4、XKLTS、TIEGS。SP-1精细地调控包括VEGF在内的大量基因的转录。

SP-1直接与E3裂解酶-pVHL相互作用。在von Hippel-Lindau综合征患者中,pVHL是抑癌基因突变的表达产物,这些病人pVHL第96～122位氨基酸突变以能与SP-1的锌指结构结合,而这种相互作用会阻止SP-1与SP-1在VEGF启动子上的位点结合,从而下调VEGF的转录。[7]

除HIF-1α外,Jennifer M等证实M-CSF能上调MAPK/ERK通路活性并磷酸化SP-1,用EMSA方法证实,SP-1的结合位点人工突变足以使M-CSF诱导的VEGF启动子活性降至基础水平。[8]Edurne等人显示VEGF启动子上的-88至-66位对于基础水平和p42/p44MAPK诱导下的启动子的激活是必不可少的,他们也确定了p42/p44MAPK-ERK会直接磷酸化HIF-1α,更重要的,他们发现只有AP-2和SP-1的结合位点双突变才会阻止MKK1SS/DD依赖的转录活化,而单独其一并不引起明显变化,他们确定AP-2和SP-1是p42/p44MAPK激活的复杂复合体之一。他们指出p42/p44MAPK上调VEGF的转录水平至少存在两个机制:①快速募集SP-1/AP-2复合体至-88～-66位。②直接磷酸化HIF-1α。[9]

VEGF是在正常或病理状态下血管生成调控的重要因子,本文仅就转录水平讨论了其调节机制,并且是以转录因子的视角来进行的,而这些转录因子都受到细胞因子、癌蛋白、抑癌基因产物以及缺氧的调节。VEGF的促血管生成作用已得到广泛公认,对其调节的研究将为一系列与血管生成相关的疾病如肿瘤、动脉粥样硬化等的诊治提供重要依据。

参考文献

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[3]Rak J,Mitsuhashi Y,Sheehan C,et al.Oncogenes and tumor angiogenesis:differential modes of vascular endothelial growth factor up-regulation in ras-transformed epithelial cells and fibroblasts,2000,60:490-498.

[4]Shafee N,Kaluz S,Ru N,et al.PI3K/Akt activity has variable cell-specific effects on expression of HIF target genes,CA9 and VEGF,in human cancer cell lines.Cancer Letters,2009,282:109-115.

[5]Laughner E,Taghavi P,Chiles K,et al.HER2(neu) signaling increases the rate of hypoxia-inducible factor 1 alpha (HIF-1 alpha) synthesis:novel mechanism for HIF-1 mediated vascular endothelial growth factor expression. Mol Cell Biol,2001,21:3995-4004.

[6]Minet E,Michel G,Mottet D,et al.c-JUN gene induction and AP-1 activity is regulated by a JNK-dependent pathway in hypoxic HepG2 cells.Exp Cell Res,2001,265(1):114-124.

[7]Mukhopadhyay D,Knebelmann B,Cohen HT,et al.The von Heppel-Lindau tumor suppressor gene product interacts with Sp1 to repress vascular endothelial growth factor promoter activity.Mol Cell Biol,1997,17:5629-39.

[8]Curry JM,Eubank TD,Roberts RD,et al.M-CSF Signals through the MAPK/ERK Patheway via Sp1 to Induce VEGF Production and Induces Angiogenesis In Vivo.Plos one,2008,3(10):e3405.

[9]Berra E,Milanini J,Richard DE,et al.Signaling Angiogenesis via p42/p44 MAP Kinase and Hypoxia,Biochem Pharmacol,2000,60(8):1171-8.

[10]Clifford SC,Maher ER.Von Hippel-Lindau disease:clinical and molecular perspectives.Adv Cancer Res,2001,82:85-105.