Paip1在翻译过程中的作用及机制研究进展

吴水梅　刘茂生　郑　燕　李琳琳　李腾政　张吉翔

(南昌大学第二附属医院消化内科，江西　南昌　330006)



·综述·

Paip1在翻译过程中的作用及机制研究进展

吴水梅刘茂生郑燕李琳琳李腾政张吉翔

(南昌大学第二附属医院消化内科，江西南昌330006)

〔关键词〕多聚腺苷酸结合相互作用蛋白1；多聚腺苷酸结合蛋白；真核生物翻译起始因子

多聚腺苷酸结合相互作用蛋白1(Paip1)是哺乳动物特有的蛋白质，与多聚腺苷酸结合蛋白(PABP)及真核生物翻译起始因子4A(eIF4A)相互作用，参与了翻译起始及蛋白质的生物合成，然而Paip1调节翻译的具体机制还不是很清楚，我们将目前PAiP1相关的研究进展做如下归纳。

1Paip 1

Paip1基因位于5号染色体短臂1区2带(5p12)，这个基因编码的Paip1蛋白与PABP蛋白及eIF4A相互作用，参与了翻译起始及蛋白质的生物合成，Martineau等〔1〕研究表明Paip1基因转录的mRNA会发生选择性剪切并且最终编码出Paip1蛋白质的三种不同亚型(p65、p51和p45)。

Paip1与PABP的结合是由于Paip1结构中存在两个不同的PABP结合序列(PAMs)，PAM1大约由25个氨基酸构成，结合至PABP N端的RNA识别基序2(RRMs)；PAM2大概有15个氨基酸构成，结合至PABP的C-末端处(PABC)。另一方面，免疫共沉淀实验证明了Paip1与eIF4A 和eIF3之间有相互作用〔1〕,这与之前Craig等〔2〕的研究结果一致，说明Paip1和eIF4G存在相似结构，即已被证实的一种eIF4A 结合阈和eIF3结合位点〔3,4〕，而PABP、eIF4A、eIF3在蛋白质翻译起始过程中都起着非常重要的作用，Paip1与这三者又有着密切关系，可以推断出Paip1对翻译起始过程的调控也不可或缺。

2Paip1在蛋白质翻译起始中的作用

翻译起始是控制翻译极为重要的过程，需要将核糖体招募至mRNA，它们穿过5'非翻译区，识别翻译密码。eIFs调节核糖体的招募，所有的真核生物mRNA的5'端均有帽子结构(m7GpppN，其中N代表任意一种核苷酸，m代表甲基化群)，大多数有3'poly(A)尾端。5'端帽子结构和3'poly(A)尾端协同加强翻译〔5〕。5'端帽子上结合eIF4G复合体包括真核生物翻译起始因子eIF4E、eIF4A和eIF4G，eIF4E直接与帽子结构结合，eIF4A是RNA解旋酶，eIF4G是与eIF4E、eIF4A、eIF3、PABP结合的脚手架蛋白。哺乳动物体内最大的翻译起始因子eIF3是由13个不同的亚基组成，从eIF3a 到eIF3m，分子量在170 ～25 kD不等〔6〕，eIF3与eIF4G的结合促进43S前起始复合物(PIC)招募至mRNA〔7〕。可以看出，eIF3是mRNA-eIF4F复合体与核糖体结合之间的桥梁，而PABP的N端与3'poly(A)尾端和eIF4G结合，使mRNA形成一个闭合的环形结构，这个环形结构促进了翻译起始以及核糖体的招募〔8〕。

Paip1结合PABP保持刺激翻译是因为它与eIF4A亲和力增加了，从而促进5'UTR二级结构展开，然而，Martineau等〔1〕证实Paip1与eIF3之间的相互作用以及这种作用对Paip1促进翻译起始是非常重要的，免疫共沉淀实验表明PABP同时与eIF4G和Paip1相互作用，eIF3同时与Paip1和eIF4G相互作用，这些结果说明在体外Paip1-PABP-eIF4G和Paip1-eIF3-eIF4G都能形成三元复合体〔1〕，促进mRNA的环化以及eIF3对翻译的作用从而促进翻译起始过程。

Paip1蛋白有三个亚型p65、p51和p45，与正常对照组相比，p65亚型使翻译加强了3.5倍左右〔3〕，p51也是如此〔2〕；令人惊讶的是p45亚型使翻译加强了7倍左右〔2〕。说明Paip1蛋白中的p45亚型是一个更具有潜能的翻译增强子，可能是由于p45亚型N端富有eIF3结合位点。实验研究表明，用相应的干扰RNA(siRNA)分别敲减PABP、eIF3A、eIF3B、eIF3E和eIF3G这些基因时，虽然Paip1 mRNA水平以及p45蛋白的表达量并没有受影响，但Paip1的翻译促进作用是降低的〔1〕，说明Paip1只有与eIF3和PABP同时结合才能发挥全效。

3Paip1互作蛋白的研究

3.1Paip1与eIF3的结合受雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、Akt和MEK信号通路的调节前期研究证实Paip1、PABP及eIF3的结合进一步促进了翻译过程〔1〕，而这种结合受到了哺乳动物mTOR复合体1 mTORC1信号通路的调控〔9〕。mTORC1通过影响2个靶目标的磷酸化控制翻译的起始，分别是4E结合蛋白(4E-BPs)和核糖体蛋白S6激酶(S6Ks)〔10〕。4E-BPs的磷酸化导致它与帽子结合蛋白——eIF4E解离，有利于eIF4A、eIF4G与eIF4E结合，形成 eIF4F复合体(eIF4G/A/E)〔10〕。mTORC1另一个重要的靶目标是S6Ks：包括S6K1、S6K2。S6Ks 磷酸化核糖体蛋白S6(RPS6)的苏氨酸235/236和240/244，但是S6磷酸化的基因敲除基本上影响了这个翻译过程〔11,12〕，说明S6Ks通过调节许多靶目标的磷酸化调节翻译的过程，如S6Ks磷酸化程序性细胞死亡的蛋白质4(PDCD4)进而调节eIF4A的活性〔12〕，从而影响真核生物翻译起始过程。

Martineau等〔9〕研究表明，mTORC1信号通路抑制剂rapamycin(雷帕霉素，一种mTOR抑制剂)和PP242(也是一种mTOR抑制剂)影响了Paip1-eIF3 的结合，而核糖体蛋白S6激酶1和2(S6K1/2)促进了eIF3与Paip1的结合，而体外实验研究也表明S6K1与eIF3f结合促使eIF3磷酸化。推测S6K1/2 磷酸化eIF3从而促进了eIF3与Paip1的结合进而促进翻译的起始。先前也有报导Paip1-eIF3之间的相互作用，Paip1直接与eIF3g/p44亚单位结合〔11〕，但是eIF3g在苏氨酸41和丝氨酸42位点的磷酸化不受氨基酸的控制。eIF3亚基的磷酸化会影响eIF3复合物的全局构象或表面改变。eIF3体外重组实验数据表明，八聚体的eIF3子复合体由亚基A，C，E，F，H，K，L，和高稳定的M组成〔13〕，而其中的eIF3F可能作为停泊位点，便于S6K磷酸化其他的eIF3亚基，因此，S6K可能通过磷酸化调节eIF3亚基复合体的组装从而影响Paip1与eIF3的结合〔9〕。

Paip1与eIF3的结合除了受哺乳动物mTOR信号通路影响外，还受磷脂酰肌醇3-激酶/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶(PI3K/Akt)和丝裂原细胞外激酶MEK信号通路的调节。Derry等〔14〕研究发现，含血清、胰岛素或者EGF的培养基会使eIF3-Paip1结合增加，反过来rapamycin(一种mTOR抑制剂)、wortmannin(一种PI3K/Akt的抑制剂)或者U0126 (一种MEK1/2抑制剂)使eIF3-Paip1结合降低。此外，体外依赖Paip1的翻译加强作用会因为转染eIF3a siRNA而消除〔14〕。这些数据表明，eIF3-Paip1之间的相互作用调控Paip1的活性，加强细胞内的翻译过程，并且eIF3-Paip1之间的相互作用受mTOR、PI3K/Akt和MEK信号通路的调节，但具体的调节机制还不是很清楚，有待研究。

3.2Paip1的泛素化及降解受E6AP的羧基末端(HECT)型泛素连接酶WW结构域蛋白2(WWP2)调节WWP2也被称为Atrophin 1-相互作用蛋白2(AIP2)，WWP2是HECT域型泛素蛋白连接酶的同源物，有研究已经证明了WWP2针对不同的底物参与了转录调控、胚胎干细胞的形成、细胞运输、T细胞的活化过程和肿瘤的发生〔15〕。Lv等〔16〕研究发现MG132(蛋白酶体抑制剂)处理HEK293T和HeLa细胞后，内源性Paip1蛋白水平显著提高，这表明Paip1蛋白降解依赖于泛素蛋白酶体系统。序列分析表明Paip1由三个假定的PXXY型的PY模体组成，三个模体都能被泛素连接酶的Nedd4蛋白家族识别。Nedd4连接酶由九个成员构成，其中只有WWP2明确下调Paip1蛋白水平，推测WWP2作为泛素连接酶降解Paip1蛋白。此外，WWP2蛋白包括三个结构阈，分别为C2，WW，和HECT，GST下拉实验结果表明WW结构域影响了WWP2和Paip1之间的直接作用，而C2、HECT结构域并没有这种调节作用〔16〕。

4Paip1与疾病的关系及研究进展

4.1Paip1与肌萎缩侧索硬化的关系肌萎缩性侧索硬化(ALS)的致病原因尚未阐明，先前研究表明家族性肌萎缩侧索硬化(FALS)是在铜/锌超氧化物歧化酶基因(SOD1)中leu126deltt基因突变导致的〔17〕，Fukada等〔18〕已经培育出携带相同突变(SOD1L126delTT TgM)的转基因小鼠(TGM)，它们表现出明显的ALS运动症状和病理表现。在这项研究中，通过基因芯片分析了SOD1L126delTT TgM的脊髓中基因表达，在出现相应症状后的TGM中有54个基因上调和4个基因下调，对54个上调基因中的10个进行PCR分析，PCR的结果与基因芯片取得的结果一致，μ晶状体蛋白(CRYM)、热休克蛋白1(HSPB1/HSP27)、丝氨酸蛋白酶抑制剂的分支成员3N(SERPINA3n)、补体成分1q子β多肽(C1QB)、组织蛋白酶H(CTSH)和多聚腺苷酸结合相互作用蛋白1蛋白(Paip1)均上调。免疫组化分析，在出现相应症状后的TGM的脊髓腹角星形胶质细胞中的HSBP1/HSP27、CTSH、CRYM表达水平均增加，在小胶质细胞中Paip1和CTSH表达水平也增加，而对照组小鼠却没有发现这些基因的表达增加〔18〕。HSBP1/HSP27、CTSH、CRYM和Paip1这四个基因可能与FALS的发病机制有关，尤其是与星形胶质细胞的进展和小胶质细胞的炎症反应有关，但是这些基因的对FALS具体的调节机制还不清楚，有待进一步的研究以便寻找出治疗FALS新的突破口。

4.2Paip1与宫颈癌的关系单核苷酸序列分析(SNP)和荧光原位杂交(FISH)分析显示在63%侵袭性宫颈癌中5号染色体短臂(5p)拷贝数增加，这种改变产生在宫颈癌癌前病变阶段。Scotto等〔19〕整合5号染色体基因组拷贝数和基因表达数据识别5p增加后过表达的基因，其中就包括Paip1，此外识别出的5p基因在DNA修复、细胞周期调节(BASP1、TARS、Paip1、BRD9、RAD1、SKP2和POLS)、信号转导和线粒体氧化磷酸化(NNT、SDHA和 NDUFS6)等方面发挥作用，提示这些基因参与的通路的中断可能有助于宫颈癌的发展。说明Paip1过表达促进宫颈癌的发展。

5展望

Paip1是哺乳动物特有的蛋白质，在酵母和植物中没有这种蛋白,近年来受到的关注也越来越多。它在高等动物蛋白质的翻译过程起着至关重要的作用，通过与PABP结合稳定mRNA的环形结构〔8〕，与eIF3、eIF4G形成三元复合体〔1〕等方式促进翻译起始过程，当然，Paip1与eIF3的结合受到多条信号通路的调节，包括mTOR、Akt和MEK信号通路〔14〕，具体的调节机制还不是很清楚，有待进一步的研究。而最新的一项令人兴奋的研究发现Paip1的降解主要受WWP2的调节〔16〕，这就意味着我们可以通过调节WWP2的量而影响Paip1细胞的水平，从而调控翻译过程，最终对一些与Paip1相关的疾病起到一定的治疗作用。比如在宫颈癌的发展过程中Paip1的表达增加〔19〕，但它主要是通过哪些信号通路影响宫颈癌的发生发展，是否与mTOR、Akt和MEK信号通路的调节有关，能否成为治疗宫颈癌的新靶点；Paip1对其他肿瘤的发生发展有没有影响；在肌萎缩侧索硬化中Paip1又扮演着什么重要角色，是否能成为治疗肌萎缩侧索硬化的新靶点，等等。以上问题可能成为今后Paip1相关的临床研究热点，但仍需要开展更多相关的研究。

6参考文献

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〔2015-09-23修回〕

(编辑袁左鸣)

〔中图分类号〕R2

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2016)08-2009-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.08.107

通讯作者：张吉翔(1950-)，男，教授，主要从事消化系统方面的研究。

基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.81360074)

第一作者：吴水梅(1989-)，女，硕士，主要从事消化系统方面的研究。