RNA解螺旋酶DDX5的生物学功能及其在肿瘤中的作用机制研究进展

程胜莲,薛婧涵,淡 苗,朱文龙,周宏超,许信刚

(西北农林科技大学动物医学院,陕西杨凌 712100)

DDX5作为一种重要的RNA解螺旋酶,在生物体的生命活动中发挥着重要作用,其在基因表达调控、RNA代谢和病毒感染等方面的作用已得到广泛研究。近年来的研究表明,DDX5在肿瘤中的作用机制备受关注,它与多种癌症的发生、发展和预后密切相关,如在乳腺癌、肝癌、结直肠癌、胃癌等多种肿瘤中,DDX5的表达水平显著升高,可以作为潜在的治疗靶点和治疗监测指标。然而,对于DDX5在肿瘤中的具体作用机制仍不完全清楚。本文将综合近年来的研究成果,介绍DDX5的结构特点和生物学功能,并着重讨论其在肿瘤中的作用机制,为深入理解DDX5在肿瘤中的作用机制以及探索其作为治疗靶点的潜力提供参考。

1 DDX5的结构特点

DDX5属于RNA解螺旋酶死盒蛋白家族中的一员, 之所以命名为死盒蛋白家族,是因为它的第2个基序具Asp-Glu-Ala-Asp的特征氨基酸残基序列。 RNA解螺旋酶死盒蛋白家族催化双链RNA的ATP依赖性解旋,其成员参与RNA调节的细胞过程,例如mRNA的前体加工,RNA的转运降解等[1-2]。DDX5的调控基因位于染色体17 q21,含有13个外显子[3]。DDX5解螺旋酶核心包含9个保守模序Q、Ⅰ、Ⅰa、Ⅰb、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ,其主要的功能是对RNA结合、ATP的结合与水解、分子间作用等进行调节。其中Q基序不仅参与ATP水解时蛋白分子构象变化过程,而且对单链RNA的结合不可或缺;基序Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ一起构成ATP酶及解螺旋酶活性的核心并调节酶的活性; 而基序Ⅰa、Ⅰb和Ⅳ控制RNA结合以及调节蛋白分子构型变化,其中,保证RNA结合的关键就是基序Ⅴ和Ⅵ。DDX5的核心分为D1结构域和D2结构域两个RecA样结构域。D1结构由基序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Q基序组成。Q基序位于催化活性中心的N端。它可以调节蛋白质与RNA基质之间的亲和力,从而影响RNA解旋酶的活性。同时,基序Ⅰ和基序Ⅱ可以与ATP结合,当ATP被水解时,大量能量被释放,并通过模体Ⅲ与RNA解旋酶结合。 D2结构由模体Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组成,主要是在底物的结合过程中起作用[4]。

2 DDX5的生物学功能

2.1 转录调节

DDX5在转录调节中发挥着重要作用。它参与了RNA聚合酶Ⅱ复合物的装配和转录前复合物的形成[5]。 DDX5还可通过调节多种致癌转录因子如 β-连环蛋白、雌激素受体-α、雄激素受体等的活性和定位,从而影响基因的转录,进而在癌症发生和发展中的重要作用,如在前列腺癌中,DDX5可以与雄激素受体相互作用,增强雄激素受体的转录活性,从而促进前列腺癌的进展[6]。 DDX5还能够识别RNA序列特异性元件,如TATA盒和CAAT盒,从而调节基因转录水平[7]。

2.2 RNA代谢

DDX5在RNA代谢中也发挥着重要作用,参与了RNA剪接、转运过程,同时促进RNA稳定性以及调节miRNA的生物合成和功能。在RNA剪接时,DDX5在剪接复合物中与剪接因子相互作用,并帮助RNA剪接体识别和选择剪接位点。DDX5还能够调节剪接体的活性和定位,从而影响RNA剪接的效率和精度[8]。而在RNA转运过程中,DDX5可以与核孔复合物和RNA转运因子相互作用,帮助RNA跨越核孔,进入细胞质,并参与到mRNA定位和局部翻译等过程中。此外,在RNA稳定性调控中,它能够与RNA结合并调节RNA的稳定性,例如,DDX5与RNA解旋酶RCK在RNA降解过程中发挥着协同作用,促进RNA的快速分解。此外,DDX5还可以影响RNA的3′端加工和修饰,从而影响RNA的稳定性和功能[9]。DDX5的另外一个重要功能是调控miRNA加工和功能。DDX5不仅在miRNA的核加工阶段即将pri-miRNA转化为miRNA而且在细胞质成熟阶段都至关重要[10]。

2.3 其他生物学功能

DDX5还具有其他多种功能,例如,在翻译过程中,它可以与核糖体结合并促进蛋白质合成。此外,DDX5还可以调节翻译的启动和终止,从而影响翻译的效率和准确性[11]。而近年的研究表明[12],DDX5还能够参与DNA修复过程。DDX5可以与DNA修复蛋白如核苷酸切割修复酶和同源重组修复蛋白相互作用,通过参与DNA修复蛋白的定位和活性调节,影响DNA双链断裂的修复过程。此外,DDX5还能参与病毒复制,抑制病毒增殖。有研究表明[13],用猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)感染Marc-145细胞,同时使用siRNA沉默Marc-145细胞的DDX5基因表达后,病毒复制水平升高,且病毒基因组RNA和长链亚基因组RNA的转录水平显著提高。结果表明,DDX5参与病毒复制的转录过程,抑制病毒增殖。

除了以上所述,DDX5在促进核糖体的生物合成[14]、核糖体的组装[15]和早期器官的发育和成熟[16]等方面也发挥了重要作用。

3 DDX5在肿瘤中的作用机制

3.1 DDX5的表达与肿瘤进展

多项研究表明,DDX5的表达与多种肿瘤的进展和预后密切相关。例如,DDX5在结直肠癌、乳腺癌和前列腺癌等多种肿瘤中高表达,并与肿瘤的恶性程度和预后相关。此外,DDX5的表达也与化疗敏感性和耐药性相关,如喜树碱可诱导DDX5降解从而增加骨肉瘤对喜树碱的耐药性[17]。

3.2 DDX5在肿瘤中的作用机制

3.2.1 DDX5参与Wnt/β-catenin信号通路 Wnt/β-catenin信号通路是一种重要的细胞信号传导途径,参与多种生物学过程,包括胚胎发育、组织再生以及成人细胞的生长和分化等[18]。这个信号通路在多种肿瘤中发挥着重要作用,包括结直肠癌[19]、非小细胞肺癌[20]、乳腺癌[21]和甲状腺癌[22]等。

研究表明,DDX5在Wnt/β-catenin信号通路中扮演着重要的角色。DDX5可以直接调节Wnt/β-catenin信号通路的活性,促进肿瘤的生长和转移。DDX5与β-catenin相互作用,促进其稳定性,并参与到Wnt/β-catenin信号通路下游基因的转录调控[19-22]。

此外,DDX5还可以与β-catenin相互作用,促进前列腺癌中的基因转录。DDX5是前列腺癌中重要的雄激素受体转录共激活因子,在晚期疾病中过度表达。β-catenin是一种具有重要结构和信号功能的多功能蛋白,在前列腺癌中上调并类似于DDX5,与雄激素受体相互作用以共同激活雄激素受体靶基因的表达。值得注意的是,DDX5与核β-catenin形成复合物并促进结肠癌中的基因转录,表明这两种蛋白质在癌症进展中存在功能性相互作用[23]。

3.2.2 DDX5参与NF-κB信号通路 NF-κB信号通路是一种重要的炎症和免疫应答信号通路,在许多生物学过程中扮演着关键的角色[24]。研究表明在胶质母细胞瘤和结肠腺癌中,DDX5可以参与NF-κB信号通路的调节,并对肿瘤的发生和发展产生影响[25]。研究表明,DDX5能够直接与NF-κB亚基相互作用,并促进其核转运和转录因子活性。DDX5在这一过程中的具体作用包括增强NF-κB的稳定性和DNA结合能力,从而增强NF-κB的转录调控活性[26]。此外,研究还发现,DDX5的表达水平与NF-κB信号通路的活性密切相关。DDX5的过度表达可以增强NF-κB信号通路的活性,从而促进炎症和肿瘤的发生和发展。相反,DDX5的缺失或下调则会减弱NF-κB信号通路的活性,从而抑制炎症和肿瘤的发生和发展[27]。

3.2.3 DDX5参与p53信号通路 p53信号通路是细胞凋亡和细胞周期调控的重要信号通路,p53在细胞DNA损伤或其他应激反应时会被激活,促进凋亡或阻止细胞周期的进程,此外,p53信号通路在肿瘤抑制中起着至关重要的作用[28]。DDX5可以直接与p53相互作用,并影响其稳定性和转录活性。在p53激活时,DDX5与p53形成复合物,促进其稳定性,并增强其转录活性。同时,DDX5还能影响p53的核定位和翻译后修饰,进一步影响其活性和功能[29]。DDX5对p53信号通路的影响对于肿瘤的生长和转移有重要意义。DDX5的过表达可以抑制p53的功能,促进肿瘤的生长和转移。此外,DDX5还能够与其他调节p53信号通路的蛋白相互作用,进一步影响p53的功能[30]。因此,DDX5在p53信号通路中的作用机制对于肿瘤的治疗具有重要的指导意义。

3.3 DDX5在肿瘤中的作用

3.3.1 DDX5积累抑制细胞自噬而加重肝细胞癌 热休克蛋白90(heat shock protein 90,HSP90)可促进RNA解旋酶DDX5积累,通过抑制自噬而加重肝细胞癌[31]。HSP90是一种重要的分子伴侣,参与许多与细胞生长或存活有关的蛋白质的构象成熟和稳定。RNA解旋酶DDX5作为转录协同调节因子,在大多数恶性肿瘤中过度表达,并促进癌细胞生长。HSP90直接与DDX5相互作用,并在AMPK/ULK1调节的自噬途径中抑制DDX5蛋白降解。随后DDX5蛋白的积累通过激活β-连环蛋白信号通路诱导肝细胞癌的恶性表型。在小鼠肝癌异种移植模型中,DDX5的沉默或HSP90抑制剂的治疗均阻止了体内肿瘤生长。高水平的HSP90和DDX5蛋白与不良预后相关。HSP90与DDX5蛋白相互作用,随后保护DDX5蛋白免受AMPK/ULK1调节的自噬降解。因此,DDX5和HSP90是肝癌的潜在治疗靶点。

3.3.2 DDX5在转录和转录后修饰中的作用 如前所述,DDX5具有多种功能,其作为一种核RNA结合蛋白,在细胞中参与到多种核酸代谢过程中。在转录过程中,DDX5能够与RNA结合,并促进转录因子的活性,增强基因的表达。此外,DDX5参与到RNA稳定性的调节中,可以通过与RNA结合,促进其稳定性,从而增强基因的表达。同时,DDX5还可以通过与RNA结合并调节RNA剪接,影响RNA的翻译和功能。除上所述,DDX5还能够与组蛋白修饰酶相互作用,影响染色质结构和染色质的可访问性。组蛋白修饰是调节基因表达的一种重要方式,包括乙酰化、甲基化等修饰方式。DDX5可以与组蛋白甲基转移酶相互作用,并调节组蛋白的甲基化水平,从而影响基因的表达。此外,DDX5还可以与组蛋白去乙酰化酶相互作用,影响组蛋白去乙酰化水平,从而影响染色质的结构和可访问性,进而影响基因的表达[32]。总的来说,DDX5在转录和转录后修饰中的作用十分复杂,可以通过多种机制影响基因的表达和调控,其参与到基因的调控中,对于肿瘤的发生和发展具有重要的作用。

3.4 DDX5在肿瘤免疫治疗中的作用

免疫治疗是一种新型的肿瘤治疗方法,DDX5也在其中发挥了作用。DDX5可以调节肿瘤细胞的免疫识别和免疫逃逸机制,从而影响肿瘤免疫治疗的疗效[33]。DDX5可以通过多种机制影响肿瘤细胞的免疫逃逸,包括:①影响肿瘤细胞的抗原递呈和MHC分子的表达;②调节肿瘤细胞的免疫检查点分子的表达;③参与肿瘤微环境的调节等。

3.5 DDX5在肿瘤治疗中的应用

3.5.1 DDX5作为治疗靶点 鉴于DDX5在肿瘤发生发展中的重要作用,DDX5已成为一种潜在的治疗靶点[34]。一些药物和化合物已被开发出来,可以通过抑制DDX5的活性来抑制肿瘤细胞的生长和转移。例如,一种名为RK-33的小分子化合物可以抑制DDX5的ATP酶活性,从而抑制肿瘤细胞的生长和转移[35]。

3.5.2 DDX5作为治疗监测指标 DDX5的表达水平可以作为肿瘤治疗的监测指标。例如,在胃癌治疗中,DDX5的表达水平与患者的预后密切相关,高表达的DDX5预示着不良预后[36]。因此,监测DDX5的表达水平可以帮助预测肿瘤治疗的效果和预后。

4 展望

近年来的研究表明,RNA解螺旋酶DDX5在肿瘤中扮演着至关重要的角色,它不仅影响肿瘤细胞的增殖、转移和治疗敏感性等生物学行为,还可能参与调控一系列与肿瘤发展相关的关键过程。然而,对于DDX5的作用机制还存在许多未解之谜,需要更深入地研究来揭示其与肿瘤发展相关的调控网络。有几个方面值得未来的研究集中关注:首先,需要深入了解DDX5在调节细胞周期、凋亡和DNA修复等方面的具体作用机制,这将有助于更全面地理解DDX5在肿瘤细胞内部的功能和调控机制。其次,应该研究DDX5与其他分子的相互作用关系。DDX5可能与许多其他蛋白质和RNA分子相互作用,从而调控肿瘤细胞的生物学行为,深入了解这些相互作用关系将有助于建立起更完整的肿瘤发展的调控网络模型。最后,需要探索DDX5在肿瘤治疗中的应用前景,特别是针对DDX5的靶向治疗策略。深入了解DDX5与肿瘤发展的关联,有望为提供更精准、个体化的抗肿瘤治疗方案提供理论基础和实践指导。总之,通过深入研究DDX5的作用机制,既可以揭示肿瘤发展的机制,又可以为开发针对DDX5的靶向治疗策略提供理论基础和实践指导,这将有助于促进肿瘤医学的发展,提高抗癌治疗的效果,为患者带来更多的希望。