[word格式] N-乙酰氨基葡萄糖转移酶Ⅴ在肿瘤转移中的作用及其分子机理

[word格式] N-乙酰氨基葡萄糖转移酶Ⅴ在肿瘤转移中的作用及其分子机理 N-乙酰氨基葡萄糖转移酶?在肿瘤转移中 的作用及其分子机理 ISSN1oo7—7626 CN11-3870/Q 中国生物化学与分子生物 ChineseJournalofBiochemistryandMolecularBiol 2006年2月 22(2):97,1oo ? 综述? ?-乙酰氨基葡萄糖转移酶V在肿瘤转移中的作用及其分子机理 杨晓云,王丽梅,耿美玉 (中国海洋大学海洋药物与食品研究所,青岛266003) 摘要目前研宄表明N一乙酰氨基葡萄糖转移酶V在肿瘤转移中有重要作用.在恶性肿瘤中,?一乙 酰氨基葡萄糖转移酶V活性增高,其催化产物1,6分支也增加,B1,6分支与肿瘤的侵袭转移密切 相关.本文综述了?.乙酰氨基葡萄糖转移酶V催化形成?.糖链B1,6分支的特点以及在N.糖链生 物合成中的重要作用;还介绍了?一乙酰氨基葡萄糖转移酶V基因 组成和参与其基因调控的转录因 子Ets-1,及基因表达组织特异性;着重综述了近年来?一乙酰氨基葡 萄糖转移酶V与肿瘤侵袭转移 相关的分子机理的最新研究进展,包括了粘附分子钙粘蛋白 (eadherin)和整合素a581的作用,修饰 表皮生长因子受体调节信号转导,及通过对上皮衍生的细胞表面丝 氨酸蛋白酶matriptase的B1,6 分支修饰促进仲瘤的侵袭等方面.提示有效抑制?.乙酰氨基葡萄糖 转移酶V参与作用的位点,为 抗肿瘤新药提供潜在的治疗靶点. 关键词?一乙酰氨基葡萄糖转移酶V;肿瘤转移;信号转导 中图分类号Q74 RoleandMechanismofN-AcetylglucosaminyltransferasesV inTumorMetastasis YANGXiao-Yun,WANGLi—Mei,GENGMei.Yu (InstituteofMarineDrugandFood,OceanUniversityofChina,Qingdao2660 03China) AbstractN—Acetyluc0saminyltransferasesV(GnT—V)playsapivotalroleincancerDrogressi0na?d metastasis.Intumor,higheractivityofGnT-Vwasobserved,andtheproducto fG?T—V,B1,6G1cNAc branchingwasalsoincreased.And口 1,6GlcNAcbranchingisakeystructureassociatedwithcancer metastasis.Inthisreview,wedemonstratedtheresearchofGnT.V,includingGnT.Vcatalyzestheformati0n of1,6GlcNacbranchesofN—glycansandplaysapivotalroleintheprocessingofN.1inkedglycoproteins.also includingstructureandexpressiontissuespecificoftheGnT—Vgene,andreg ulationofG?T—Vismediatedbv atranscriptionfactorEts-1.Themostimportantpartofthereviewisrecentlyprogressofmolecu1armecbanism ofGnT-Vinmalignanttransformationsandcancermetastasis,includingGnT—Vacts0nadhesio?m0lecular cadherinandintegrina5p1andmodificationofEGFreceptorandmodifydownstreamsignaltransducti0n.and matriptasewith1,6GlcNAcbranchingcouldincreaseinvasion. Therefore,inhibitingtheacti0n0fGnTVin telqU8oftheabovefunctionsrepresentsareasonablestrategyofnewdrugdesignforinhibitingtumorpmgressi0n andmetastasis. KeywordsN—aeetylglueosaminyltransferasesV(GnT—V);tumormetast as1?s;signaltransducti0n ?-乙酰氨基葡萄糖转移酶V(N—acety1. glucosaminyltransferaseV,GnT—V,EC2. 4.1.155)催 化?一乙酰氨基葡萄糖转移至』v一糖链三甘露糖核心 a一甘露糖上,形成口1,6分支结构.口l,6-N.乙酰氨基 葡萄糖分支在肿瘤组织含量丰富,与肿瘤转移密切 相关.本文综述了GnT-V的生理作用,基因结构,表 达及与肿瘤侵袭转移相关的分子机理. 收稿日期:2oo55.19,接收日期:2005.O8.05 国家重点基础研究发展规划(973)资助项目(N0. 2003CB716400) 联系人Tel:0532—82032066,E-mail:gengray@ouc.edu.cn Received:May19,2005;Accepted:Aust5, 2005 SupportedbyMajorStateBasicResearchDevelopmentProgram(973)Grant (No.2003CB716400) „CorrespondingauthorTel:0532—82032066,E-mail:gengmy@OUC.edu. c” 98中国生物化学与分子生物22卷 l?.乙酰氨基葡萄糖转移酶的种类及功能 1988年研究发现,?.乙酰氨基葡萄糖转移酶至 少有6种,分别是GnT.工,GnT一1i,GnT—Ill,GnT一?, GnT—V和GnT.?,分布于高尔基体,其主要功能是 在核心五糖基础上形成多分支结构,催化UDP—N一乙 酰氨基葡萄糖转至受体?糖链核心D一甘露糖(D— man)上,形成糖蛋白?.糖链不同的分支…,每一分 支糖链称为一条天线(antenna).如Fig.1所示.只有 极少数的糖链是单分支,一般最简单的是二分支结 构,三分支糖链可有两种不同形式,一是在al一3甘 GnT-V GnT_? GnT_Il GnT-III GleNA~I3 OIcNAe~ GleNAel3 GriT-IVGleNAel3 GriT-IGIoNAe~ 露糖2,4位羟基连有两条分支,al一6甘露糖2位羟 基连有一条糖链,二是在al一3甘露糖2位羟基接有 一 条分支,al一6甘露糖2,6位羟基接两条糖链.在 a13甘露糖和al一6甘露糖接有两条糖链,则形成四 分支糖链.五分支结构仅发现于鸟类蛋清中.其中 GnT—V能形成三天线和四天线结构.在?.乙酰氨基 葡萄糖上可以接半乳糖,岩澡糖,唾液酸等使得各类 天线延伸.糖蛋白中?一糖链与肽链中具有Asn—X. Ser/Thr结构花色中的Asn侧链酰胺基上的氮原子相 连,其特征结构是都有共同的核心五糖结构(2个 ?.乙酰氨基葡萄糖和3个甘露糖). Man1]l--4G1…A ~ olcNAcB?一cNAcB?一G?Ac—A;n / 4Manal/? Fig.1N-AcetylglucosaminyltransferasesinvolvedincornpIextypeN-glyca m G:N—acetylglucosaminyhransferase;Man:mannose;GIcNAc:N—acetyl gluc0samine;Fuc:fue08e;Asn:asparagine 糖基转移酶在糖链的生物合成中占主导地位. 不同种属的生物,同一生物的不同组织或同一组织 的不同发育阶段和细胞周期,糖基转移酶的表达也 有很大差异.由于复合糖结构的复杂性,其治疗潜力 没有得到很好开发Hj.因此对复合糖和糖基转移酶 的研究具有挑战性同时也有良好的应用前景. 2人?.乙酰氨基葡萄糖转移酶V基因结构 及表达调控 人GnT.V基因含有17个外显子,开放阅读框 从外显子2到17,共155kb.5端上游区含有TATA box,Ap一1Ets.1位点(一266,一565,一728).GnT—V基 因的表达具有组织特异性和细胞型特异性.Ets一1 调节GnT-V基因的表达.Ets家族是新发现的转录 因子,与生长分化有关,具有保守的Ets区.DNA识 别区具有保守的三核酸核心序列GGA.其中Ets一1是 一 类多功能的转录因子,与肿瘤迁移相关,在16种 癌细胞中调节GnT—V启动子. 人GnT.VAcDNA基因编码与GnT—VB有53% 的同源性.CHOlee4细胞本身不表达GnT—VA和 GnT—VB,缺乏合成Bl,6分支的酶,不结合L-PHA. 当GnT.VA和GnT.VB分别转染至CHOlec4细胞 后,均与LPHA结合,此结果显示两种酶均合成?一 糖链的I31,6分支.不同的是GnT—VB全酶活性要求 二价阳离子.实时定量PCR(realtimePCR)结果显示 GnT—VBmRNA在脑和睾丸高表达,其他组织很少. 而人GriT.VA普遍表达,但在脑组织表达水平低, 在骨骼肌不表达. 3?.乙酰氨基葡萄糖转移酶V在肿瘤转移 中的作用 在正常体内,GnTV是参与?一糖链生物合成的 酶类,是糖蛋白,v一糖链加工酶之一,具有决定?.糖 链类型及复杂型糖链结构的重要作用.在高尔基 体内催化形成?糖链的I31,6分支,将核糖体合成 的蛋白进行糖基化修饰. 在多数肿瘤细胞中,细胞表面出现分子量更大 的糖链,其中?一糖链的增加主要是GnT—V高表达引 起?.糖链I31,6分支增加….研究证实在恶性肿瘤 中,GnT—V活性增高,其产物』31,6分支也增加,肿瘤 细胞表面B1,6分支存在能促进其入侵基膜,p1,6分 支已成为乳腺癌和结肠癌肿瘤恶化的标志.研究表 明GnTV在肿瘤生物学中起重要作用,1,6分支与 肿瘤的侵袭转移密切相关,而由此所致的生物化学 和结构变化及生物学效应的准确机理尚待进一步 阐明. 第2期杨晓云等:?一乙酰氨基葡萄糖转移酶V在肿瘤转移中的作 用及其分子机理99 3.1肿瘤粘附转移作用 糖链在细胞识别中有介导作用,细胞间相互识 别,粘着,信息交换的分子生物学基础与细胞表面的 糖复合物有关,糖链参与了重要作用. GnT.V与肿瘤细胞的转移相关,包括结肠癌和 乳腺癌J.GnT-V在结肠癌(coloncancer)细胞表达 并与血源性肿瘤转移和预后不良有关n...通过转染 GnT-V人人结肠癌细胞系DLD.1和WiDr,研究癌细 胞转移至远距离器官的机理,发现两种细胞系都显 示减少与纤连蛋白的粘附,GnT—V高表达引起E.选 择素配体唾液酸LewisX的表达,增强人结肠癌细胞 粘附到血管内皮的活性;抑制GnT.V活性可以抑制 结肠癌病人癌转移. GnTV表达水平调节钙粘蛋白(cadherin)相关 同类型细胞粘附L1”.GnT.V表达增加,使得ca.依 赖的细胞粘附明显下降.在人纤维肉瘤HT1080和鼠 NIH3T3细胞中,GnT-V过表达,不引起细胞表面钙 粘蛋白的表达,而是明显增加81,6分支,使得钙粘 蛋白聚集下降,减少细胞粘附,增加迁移性和侵袭 性.过表达GnT.V还明显刺激一类细胞骨架蛋白连 环蛋白(catenin)酪氨酸磷酸化,使细胞粘附下降.在 体外过表达GnT-V,通过增加连环蛋白磷酸化,迁 移性明显增强,如果GnT.V缺失,胚胎成纤维细胞 (GnT-V裸鼠)表达钙粘蛋白显示可明显增加细胞粘 附,而瞬时表达GnT.V则明显抑制细胞粘附. GriT.V缺失小鼠胚胎成纤维细胞经蛋白激酶C (PKC)信号途径调节,引起a591整合素表达??”J.为 了研究GnT-V缺失抑制肿瘤表达增殖的机理,用来 自GnT-V裸鼠的小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonicfibroblasts,MEF)与野生型MEF比较,GnT- V裸鼠MEF细胞粘附明显增强,迁移明显下降.在 纤连蛋白刺激下,GnT.V的裸鼠MEF能增加粘着斑 激酶(focaladhesionkinase,FAK)磷酸化,这与细胞迁 移性下降一致.GriT.V在GriT—V的裸鼠MEF表达可 以逆转粘附增强,迁移下降,提示?糖基化直接参 与这些表型的改变.裸鼠MEF的GnT.V表达变化增 加a591表达.缺失GnT_V导致抑制整合素成簇,同 时经蛋白激酶C信号途径激活a591转录,上调细胞 和细胞表面纤连蛋白受体5591水平,纤连蛋白调节 细胞基质粘附增加,迁移下降. 研究发现GnT.V转染的人肝癌细胞H7721. FAK磷酸化程度升高,迁移能力增强].研究细胞表 面?一糖链类型和分支与细胞粘附迁移和整合素表 达的关系,发现在人肝癌细胞H7721,复合型?糖 链对细胞粘附起主要作用,无91,6分支的?.糖链, 细胞与基质纤连蛋白粘附增强,有81,6分支?.糖 链则促进与人脐带静脉内皮细胞HUVEC的粘附,促 进细胞迁移.在决定细胞与纤连蛋白粘附时,细胞表 面?糖链结构的改变和整合素的表达水平是2个 重要因素,因此肿瘤细胞的粘附,迁移是一个复杂的 生物过程. 3.2修饰糖蛋白糖链及功能改变 GnT.V高表达能改变糖链结构和表皮生长因子 (EGF)受体功能,调节下游信号转导?.转染正义 GnTV.S的cDNA至人肝癌细胞H7721,引起GnT. V表达增高,使EGFR形成91,6分支,促进EGF与 其受体结合,酪氨酸自动磷酸化,并不影响EGF受 体蛋白的表达,改变了表皮生长因子的信号转导途 径.转染反义GnTV—S至人肝癌细胞H7721,所有结 果相反.加入?.糖链合成抑制剂或抗细胞外EGF受 体糖链区抗体,自动磷酸化明显下降,抑制GnT-V 的作用,说明糖链结构的改变影响信号转导.GriT. V可修饰细胞膜上受体糖蛋白,提示这是其产生生 物学效应的一种作用方式.GnT-V对受体糖链修饰 和性质变化与肿瘤侵袭迁移的增加的关系还有待进 一 步研究阐明. 上皮衍生的细胞表面丝氨酸蛋白酶matriptase 是GnT.V的靶蛋白.GnT.V高表达,在丝氨酸蛋白 酶matriptase的Asn772上增加1,6分支,稳定该酶 的活性,抗胰蛋白酶降解,说明GriT.V直接修饰寡 糖链,在蛋白水平上显示91,6分支与生物功能的直 接相关性”“,提示GnT.V能稳定和提高matriptase 的酶活性.而matriptase能直接激活两个重要的肿瘤 侵袭因子,肝细胞生长因子(hepatocytegrowthfactor, HGF)和尿型纤溶酶原激活物(urine.typeplasminogen activator,uPA).因此GnT—V通过增加matriptase的 91,6分支,促进肿瘤的侵袭过程. 4展望 肿瘤侵袭转移与肿瘤细胞膜糖链结构变化的关 系近年来备受关注,尤其是与GnT-V相关的81,6 分支结构的研究不断深入.肿瘤细胞糖基化改变,糖 基转移酶激活,以及GnT.V催化的?.糖链1,6分 支增加与肿瘤的迁移粘附的准确分子机理,均有待 完全阐释.目前利用定点突变,基因敲除或过表达等 分子生物学的技术,进一步阐明GnT.V在肿瘤转移 中的重要作用.因此有效抑制GnT.V参与作用的位 点,能抑制肿瘤转移,设计针对GnT.V作用的特异 1OO中国生物化学与分子生物22卷 的抑制剂有可能为抗肿瘤新药的设计提供潜在的治 疗靶点. 参考文献(References) 2 3 4 5 6 7 9 TanignchiN.MiyoshiE.KoJH,IkedaY,IharaY.ImplicationofN- acetylglucosaminyltranaferases11andVincancer2generegulationand signalingmechanism.BiochimBiophysAeta,1999,1455:287300 DennisJW,LaferteS.WagllomeC,BreitmanML,KerbelRS.口l-6 BranchingofAsn-linkedoligosacchar/desisdirectlyassociatedwith metastasis.&/erwe,1987.236:582—585 瓦尔基(美)等编着.张树政,朱正美,王克夷等译校.糖生物学 基础.jb京:科学出版社.2003,61—292(VarkiA,CummingsR,Esko J,FreezeH.HartG,MarthJ.EssentialsofGlycobiology.NewYork:Cold SpringHarborLaboratoryPress,1999) ShriverZ,RaguramS.SasisekharanR.Glycomics:apathwaytoaclassof newandimprovedtherapeutics.NatRevDrugDiscov,2004.3(10):863 — 873 KangR,SaitoH,lharaY,MiyoshiE,KoyamaN,ShengY.TaniguchiN. 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