转录辅助因子PC4在肿瘤中的研究进展

谢加琼综述，任黔川审校

（西南医科大学附属医院妇产科，四川泸州646000）

转录辅助因子PC4在肿瘤中的研究进展

谢加琼综述，任黔川审校

（西南医科大学附属医院妇产科，四川泸州646000）

转录辅助因子PC4；肿瘤；研究进展

转录辅助因子PC4(Transcriptional positive coactivator 4),是一个功能强大的辅助激活因子，不仅参与转录，还参与DNA复制、损伤修复，染色质形成和细胞周期调控。近年来，通过PC4在肺癌、食管鳞癌、星型细胞瘤等肿瘤中的研究发现，PC4与肿瘤关系密切。它参与肿瘤发生发展及转移过程，并且与肿瘤治疗、预后密切相关。本文就PC4结构和功能、参与p53正反馈调控、参与肿瘤发生发展的研究作简要综述。

1 PC4 的结构和功能

PC4，又称p15／Subl(在酵母细胞中)，属转录共辅助因子家族成员，在物种进化过程中，是结构相对保守但具有重要生物学功能的一类核蛋白。Ge等[1]1994年从人上游因子刺激活性相关USA碎片中纯化、克隆、鉴定获取。人类PC4基因全长约18.6 kbp，定位于染色体5p13.3，转录成3.5 kb mRNA。其转录翻译编码的PC4蛋白[2]分子量约为14 kDa，由127个氨基酸组成，包含两个主要结构域。N-末端结构域位于氨基酸1～62位，包含两个富丝氨酸区域（SEAC），被富赖氨酸区域（LYS）分隔，SEAC为酪氨酸蛋白激酶Ⅱ(CKⅡ)作用位点，与高度磷酸化相关。C-末端高度结构化DNA结合域（PC4CTD）位于氨基酸62～127位，形成具有单链DNA结合通道的二聚体结构，与单链DNA结合，参与转录起始、延长、终止、再启动等各阶段。PC4蛋白还有一个双链DNA结合域，位于氨基酸22～87位。在体内95%由CKⅡ介导磷酸化的PC4是无活性的，只有5%的去磷酸化的PC4存在活性。

1.1 PC4与转录

真核RNApⅡ不能直接识别其靶启动子，需要系列GTFⅡs（TFⅡ-A、B、D、E、F、H)等协同才能启动转录，而激活性转录装置尚需更多激活因子/USA参与调节。PC4最早是作为RNApⅡ的转录激活因子被发现的，参与激活基础转录和激活性转录。采用GST pull-down检测技术[3]发现，人PC4与TFⅡB、TFⅡEβ、TFⅡFα、TFⅡFβ、TFⅡH XPG亚基较强结合，与THⅡHp62、TBP较弱结合，且人PC4蛋白还可与CDK7结合。Calvo等[4-5]通过一系列研究证实PC4存在于转录基因的任何区域，可能参与转录起始、延长、终止及再起始。当PC4与TFⅡEβ C-端结合后，可参与介导转录起始到延长过度[3]。PC4与TFⅡE、TFⅡH结合，将影响启动子融化[6]。实验发现，转录因子TFⅡD、TFⅡH的量减少而PC4浓度增高时抑制转录进行，加入高浓度TFⅡD、TFⅡH时，抑制解除，证实低浓度PC4可刺激基础转录重建，而高浓度PC4却抑制转录进行。线性模板PC4可加速转录进程，而当处于超螺旋状态时，使转录过程减缓。近年发现[7]，PC4可能还参与调控RNApⅢ转录途径，在转录调控中的作用可能更加广泛。这与Wang等早期研究发现[8]通过TFⅢc结构，DNA拓扑异构酶I与PC4相互作用促进RNApⅢ参与转录精密终止及再起始结果相符。综上，PC4在不同条件下可能具有激动或抑制的双重效应。

1.2 PC4与DNA复制和损伤修复

早期研究显示，PC4可能参与辅助病毒如肉瘤病毒、腺病毒的复制过程，但具体机制不明。Mortusewicz等[9]推测，PC4可能在复制叉处与解螺旋单链DNA结合，从而维持复制叉的稳定，阻止基因结构失稳，他们通过羟基脲（HU）诱导DNA损伤发现，DNA复制叉处检测到PC4大量募集。在大肠杆菌及氧化酵母中的研究已证实，PC4抑制DNA氧化突变。Wang等[10]认为PC4可以阻止氧化DNA损伤所导致的基因突变和细胞死亡，其可能是一种肿瘤抑制因子。Yu等[11]通过金属离子催化氧化实验发现，氧化应激状态下Sub1转录加速，而Sub1突变将导致DNA破坏增加。Mortusewicz等[12]分析发现PC4通过其单链DNA结合能力，快速识别及准确聚集于放化疗所导致的DNA损伤部位，并参与DNA损伤的早期应答，与修复蛋白A和增值细胞核抗原相比，高效逆转DNA损伤。Yu等[13]研究发现PC4在体内通过刺激双链断裂端连接，激活断端修复，参与双链DNA损伤修复。同时，PC4也可抑制自发性DNA损伤促进细胞生存[9]。

1.3 PC4与染色质形成和细胞周期

Das等[14]研究发现PC4蛋白以刻点式方式广泛分布于除着丝粒外的有丝分裂细胞染色体臂上，通过选择性的与H3和H2B核组蛋白互相作用，介导染色质凝聚调节染色体形成。进一步通过SiRNA技术抑制宫颈癌Hela细胞中PC4的表达，发现PC4基因沉默后，同时能上调128个基因和下调49个基因表达，而大部分基因功能并不确定，他们认为，PC4作为转录激活因子沉默后确实可以下调其他基因表达，而推测沉默后上调其他基因表达可能是诱导染色质全面开放的结果，其在参与染色质形成中有重要作用。Dhanasekaran等[15]发现PC4在细胞有丝分裂中高度磷酸化，进一步通过核膜分解技术发现PC4在细胞核外通过与AuroraA/B结合并发生磷酸化，通过形成磷酸化浓度梯度而维持AuroraA/B的最佳激酶活性，调节中心体功能而促进有丝分裂进行。

2 PC4 与抑癌基因p53

2004年，Banerjee等[16]研究发现PC4能增强p53与其同源位点的DNA结合能力，刺激p53介导的转录活化和细胞凋亡。目前为止，p53是与人类肿瘤关系最为密切的一种抑癌基因，且p53蛋白在维护细胞基因组稳定、细胞周期调控、诱导细胞凋亡等过程中行驶重要功能。2007年，Batta等[17]进一步研究证实，PC4通过自身结构的调整并与DNA相互作用，诱导DNA双螺旋结构发生变化，从而增强p53与DNA的结合能力，进而影响p53的功能。同年，Kishore等[18]研究发现p53反过来又可调控PC4，认为PC4是一个p53应答基因。生物信息学分析[19]发现PC4启动子区域包含多个p53结合位点，进一步探索发现，p53赖氨酸残基结合位点乙酰化后，PC4通过其丝氨酸残基辅助识别并与之结合，且具有不同的亲和力，从而激活PC4基因转录。上述研究表明，转录辅助因子PC4与p53之间形成正性反馈调节回路。

3 PC4 与肿瘤发生发展

肿瘤分子生物学研究表明，表观遗传学的紊乱同样参与了肿瘤发生发展。而表观遗传修饰主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰等。PC4为非组蛋白染色质蛋白，其本身不具有染色质重建和组蛋白修饰活性。但是PC4可能间接参与调节组蛋白修饰。Das等[20]人采用染色质免疫沉淀分析发现行PC4基因敲除后，异染色质大量形成，并伴随着组蛋白H3K9/14乙酰化修饰、H3K4三甲基化修饰发生，而H3K9二甲基化修饰减少，从而导致异染色质区域正常沉默基因（如神经基因）的过度表达。SMYD3（SET and MYND domain containing 3）[21]是近年来发现的一种具有组蛋白甲基化功能的蛋白。它能够使染色体组蛋白（H3K4等）发生二甲基化或三甲基化。研究发现[22]下调SMYD3基因的表达后，宫颈癌细胞HeLa的增殖、迁移能力明显受限、集落形成减少、同时细胞凋亡有所增加。Jin-Manin等[23]采用基因表达谱、转录分析、ChIP-qPCR、CRISPR/dCas9系统进行研究，发现在膀胱癌和直肠癌细胞中，SMYD3与PC4基因在调节细胞增值和侵袭中有共同的定位，在转录过程中有竞争和协同作用。进一步采用shRNA技术致SMYD3或PC4下调，观察发现靶基因的转录均被抑制，同时细胞增值及侵袭受抑。而通过基因消除技术发现，PC4可通过促进SMYD3在目标基因的占位进而促进SMYD3功能表达。

Peng等[24]研究发现PC4在早期胚胎组织中表达最高，在间充质干细胞表达较高，在成纤维细胞中不表达，认为PC4的表达与细胞的发育潜能有关。在恶性转化的间充质干细胞中检测发现PC4高表达；PC4表达下调后观察发现间充质干细胞的增殖抑制，凋亡增加。他们认为PC4是间充质干细胞发生恶性转化相关基因，参与上皮来源的肿瘤的发生发展及转移。进一步通过PC4的表达促使表皮成纤维细胞的致瘤性转化实验证实PC4在肿瘤发生中的重要作用，但具体的分子机制有待进一步研究[25]。

4 PC4 在常见肿瘤中的研究

当前研究表明，PC4能够影响肿瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭等生物学过程。PC4与许多肿瘤相关如：肺癌、胰腺癌、结肠癌、膀胱癌、乳腺癌、食管鳞癌等。通过mRNA水平及蛋白水平的检测发现，PC4在上述肿瘤组织中异常高表达，而在正常组织中不表达或低表达，而且其表达水平与肿瘤恶性程度相关。PC4表达沉默后,癌细胞凋亡增加，细胞的增殖不同程度受抑。

4.1 PC4与肺癌

2002年，Yokoi等[26]采用比较基因组杂交技术研究22种小细胞肺癌细胞株DNA拷贝数畸变，发现染色体5p13区域有包含PC4在内的三个基因扩增和过表达。Peng等[27]通过RT-PCR检测PC4基因发现，在NSCLC癌组织中mRNA水平的表达高于相应的NSCLC癌旁组织,Western blot技术定量检测PC4蛋白表达发现，在NSCLC癌组织中表达水平高于相应的NSCLC癌旁组织。细胞培养发现，下调PC4基因能够抑制细胞增殖，并诱导细胞G1期阻滞、细胞凋亡及代谢水平降低。而PC4特异性siRNA对A549肺癌细胞裸鼠移植瘤具有抑制瘤体生长作用。孙天宇等[28]研究发现PC4高表达与肺腺癌淋巴转移密切相关，陶绍霖等[29]经研究发现PC4可能通过调节淋巴管生成VEGF—C／D、VEGFR-3信号通路，促进肿瘤及其周围新生淋巴管生成，促进肿瘤细胞的淋巴结转移。

4.2 PC4与食管癌

Qian等[30]采用免疫组织化学证实PC4在食管鳞状细胞癌(ESCC)细胞及病理组织中高表达。同时发现，PC4的表达水平与ESCC的放疗敏感性密切相关，高水平的PC4与ESCC适形调强放射治疗IMRT抵抗呈正相关关系。慢病毒转染技术促使PC4基因沉默后发现，ESCC细胞的放疗敏感性增强，接受放射治疗的细胞凋亡明显增加，同时，细胞发生有丝分裂障碍（MC，被认为是由放射治疗所引起的另一种形式的细胞死亡）。但是，PC4基因沉默并不影响正常生长状态下ESCC细胞的生长曲线。其原因可能是PC4主要参与DNA损伤修复，实验观察发现，PC4基因沉默将下调XLF蛋白表达而刺激DNA双链断裂（DSBs)非同源性末端链接(NHEJ)修复过程。PC4的高表达或可提示放疗抵抗，预测不良预后。

4.3 PC4与其他肿瘤

2004年，Sato等[31]采用基因芯片技术研究发现PC4在胰腺癌癌组织中的表达比在正常的胰腺导管上皮细胞中升高27.73倍。2008年，史春梦等[25]研究发现PC4在人前列腺癌组织标本中的高表达，同样，在乳腺癌的组织标本中亦得到相似的结果。2014年，chen等[32]报道PC4在神经星型细胞瘤中异常高表达，且与肿瘤进展及不良预后密切相关；进一步体外实验证实，下调PC4表达将抑制神经胶质瘤细胞增值及侵袭。

5 问题与展望

PC4是一种功能广泛的辅助激活因子，参与基因表达的各阶段，在转录过程中起着双重(激动或者抑制)调控作用，同时参与DNA复制、损伤修复和染色质形成过程，是细胞生长和分化的相关基因，且与p53相互作用，参与肿瘤的恶性转化。目前为止，有关PC4与其上下游基因的相互作用有待进一步探索，在肿瘤发生发展、治疗中的作用及机制、对细胞功能的调控作用有待更加深入探索。PC4将是肿瘤诊治研究中一个新的热点，可为肿瘤分子生物学诊断、治疗提供一个新方向，PC4有望成为肿瘤治疗新靶点。

1.Ge H,Roeder RG.Purification,cloning,and characterization of a human coactivator,PC4,that mediates transcriptional activation of class II genes[J].Cell,1994,78(3): 513-523.

2.Kumari S,Das C,Sikder S,et al.Identification and characterization of nonhistone chromatin proteins:human positive coactivator 4 as a candidate[J].Methods Mol Biol, 2015,1288:245-272.

3.Akimoto Y,Yamamoto S,Iida S,et al.Transcription cofactor PC4 plays essential roles in collaboration with the smallsubunit of general transcription factor TFIIE[J].Genes cells,2014,19(12):879-890.

4.Calvo O,Manley JL.The transcriptional coactivator PC4/ Sub1 has multiple functions in RNA polymeraseⅡtranscription[J].The EMBO Journal,2005,24(5):1009-1020.

5.García A,Collin A,Calvo O.Sub1 associates with Spt5 and influences RNA polymerase II transcription elongation rate[J].Mol Biol Cell,2012,23(9),4297-4312.

6.Sikorski TW,Ficarro SB,Holik J,et al.Sub1 and RPA associate with RNA polymerase II at different stages of transcription[J].Mol Cell,2011,44(3):397-409.

7.Tavenet A,Suleau A,Dubreuil G,et al.Genome-wide location analysis reveals a role for Sub1 in RNA polymerase III transcription[J].Proc Natl Acad Sci USA,2009, 106(34):14265-14270.

8.Wang Z，Roeder RG.DNA topoisomerase I and PC4 can interact with human TFIIIC to promote both accurate termination and transcription reinitiation by RNApolymeraseⅢ[J].Mol Cell,1998,1(5):749-757.

9.Mortusewicz O,Evers B,Helleday T.PC4 promotes genome stability and DNA repair through binding of ssDNA at DNA damage sites[J].Oncogene,2016,35(6):761-770.

10.Wang JY,Sarker AH,Cooper PK,et al.The singlestrand DNA binding activity of human PC4 prevents mutagenesis and killing by oxidative DNA damage[J].Mol cell biol,2004,24:6084–6093.

11.Yu L,Ma H,Ji X,et al.The Sub1 nuclear protein protects DNA from oxidative damage[J].Mol Cell Biochem, 2016,412(1-2):165-71.

12.Mortusewicz O,Roth W,Li N,et al.Recruitment of RNA polymerase II cofactor PC4 to DNA damage sites[J]. The Journal of Cell Biology,2008,183(5):769-776.

13.Yu L,Volkert MR.Differential requirement for SUB1 in chromosomal and plasmid double-strand DNA break repair[J].PLoS One，2013,8(3):58015.

14.Das C,Hizume K,Batta K,et al.Transcriptional coactivator PC4,a chromatin-associated protein,induces chromatin condensation[J].Mol Cell Biol,2006，26:8303-8315.

15.Dhanasekaran K,Kumari S,Boopathi R,et al.Multifunctional human transcriptional coactivato-r protein PC4 is a substrate of Aurora kinases and activates the Aurora enzymes[J].FEBS J,2016,283(6):968-985.

16.Banerjee S，Kumar BR，Kundu TK.General transcriptional coactivator PC4 activates p53 function[J].Mol Cell Biol,2004,24(5):2052-2062.

17.Batta K,Kundu TK.Activation of p53 function by human transcriptional coactivator PC4:role of protein-protein interaction，DNA bending，and posttranslational modifications [J].Mol Cell Biol,2007,27(21):7603-7614.

18.Kishore AH，Batta K，Das C，et al.p53 regulates its own activator：transcriptional CO-activator pC4，a new p53-responsive gene[J].Biochem J，2007，406(3):437-444.

19.Debnath S,Chatterjee S,Arif M,et al.Peptide-Protein Interactions Suggest That Acetylation of Lysines 381 and 382 of p53 Is Important for Positive Coactivator 4-p53 Interaction[J].The Journal of Biological Chemistry,2011, 286(28):25076-25087.

20.Das C,Gadad SS,Kundu TK.Human positive coactivator4 controls heterochromatinization and silencing of neural gene expression by interacting with REST/NRSF and CoREST[J].J Mol Biol,2010,397:1-12.

21.Mazur PK,Reynoird N,Khatri P,et al.SMYD3 links lysine methylation of MAP3K2 to Ras-driven cancer[J]. Nature,2014,510:283-287.

22.Wang SZ,Luo XG,Shen J,et al.Knockdown of SMYD3 by RNA interference inhibits cervical carcinoma cell growth and invasion in vitro[J].BMB Rep,2008,41(4): 294-299.

23.Jin-Man K,Kyungwan K,Thomas S,et al.Cooperation between SMYD3 and PC4 drives a distinct transcriptional program in cancer cells[J].Nucleic Acids Res,2015,43 (18):8868-8883.

24.Peng Y,Su Y,Wang T,et al.Human transcriptional positive coactivator 4 participates in the proliferation and senescence of bone marrow—derived multipotent mesenchymal stromal cells[J].Exp Hemat01,2010，38(1)：55.

25.Chunmeng S，Ying Z，Haiyen E.PC4，a novel marker for stem cell transformation and cancer progression[J].Journal of Biotechnology,2008，136S：187-197.

26.Yokoi S，Yasui K，Saito-Ohara F，et al.A novel target gene，SKP2，within the 5p13 amplicon that is frequently detected in small cell lung cancers[J].Am J Pathol,2002, 161(1):207-216.

27.Peng Y,Yang J,Zhang E,et al.Human positive coactivator 4 is a potential novel therapeutic target in non-small cell lung cancer[J].Cancer Gene Ther,2012,19:690-696.

28.孙天宇,谭群友,史春梦，等.肺腺癌人转录辅助因子4过表达与淋巴转移的相关性[J].重庆医学,2015,(11): 1449-1451,1456.

29.陶绍霖.PC4与肺腺癌淋巴管生成VEGF--C/D--VEGFR--3通路分子相关性的体外实验研究[D].重庆：第三军医大学,2013:1-60.

30.Qian D，Zhang B,Zeng XL,et al.Inhibition of human positivecofactor4radiosensitizeshumanesophageal squmaous cell carcinoma cells by suppressing XLF-mediated nonhomologous end joining[J].Cell Death Dis,2014, 5:1461.

31.Sato N,Fukushima N,Maitra A,et al.Gene expression profiling identifies genes associated with invasive intraductal papillary mucinous neoplasms of the pancreas[J].Am J Pathol,2004,164(3):903-914.

32.Chen L,Du C,Wang L,et al.Human positive coactivator 4(PC4)is involved in the progression and prognosis of astrocytoma[J].J Neurol Sci,2014,346(1-2):293-298.

（2016-04-14收稿）

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A

10.3969/j.issn.1000-2669.2016.05.026

谢加琼（1989-），女，硕士生。E-mail：475105126@qq.com