高危型HPV

高危型HPV 2009年第37卷第2期ProginMicrobiolImmunolMay.2009.Vo1.37No.2 高危型HPVE6蛋白与宿主PDZ蛋白相互作用的研究进展 胡斯奇综述;高友鹤审校 (北京协和医学院,中国医学科学院基础医学研究所,北京100005) 摘要:病毒通过自身蛋白与宿主蛋白间的相互作用,营造一种适合于其转化,增殖的体内环境,从而引起一系列疾 病的过程.人乳头瘤病毒(HPV)与某些肿瘤发病关系密切,分子机制研究表明,其表达的早期蛋白E6是HPV参与 细胞恶性转化的主要蛋白.含有PDZ结构域的蛋白质是细胞内广泛存在的一类蛋白质.本文综述了人乳头瘤病毒 的E6蛋白和宿主细胞的PDZ蛋白间的相互作用,讨论了这种作用引发的细胞内生化生理改变及其应用前景. 关键词:HPVE6;蛋白质相互作用;PDZ 中图分类号:R373.9文献标识码:A文章编号:1005.5673(2009)02.0079.03 病毒和肿瘤发生的关系,始终是病毒研究的一 个热点.据JournalofVirology发表的研究,病 毒与细胞(宿主)相互作用的相关论文占总数的 50%以上,其中,更多地涉及到病毒蛋白与宿主蛋白 间的相互作用.就现有的资料,爱泼斯坦一巴尔病毒 (EBV)与伯基特(Burkitt)淋巴瘤,鼻咽癌,人乳头瘤 病毒(HPV)与宫颈癌,人嗜T淋巴细胞病毒1型 (HTLV一1)与人类淋巴细胞性白血病及人乙型肝炎 病毒(HBV)与肝细胞癌之间存在着直接关联.其 中,病毒多是通过其蛋白和宿主蛋白的结合而出现 生物侵害作用. 1人乳头瘤病毒与PDZ蛋白简介 HPV(Humanpapillomavirus),是一种双链环状 DNA病毒,长度约为7.9kb.从分子学角度,可以分 为130个亚型,其中约有4O种与肛门一生殖道肿瘤 的发生有关.依据侵袭的部位,HPV又可以分为皮 肤型和黏膜型,黏膜型对宿主造成的危害尤为明显. 按其对机体的危害程度,黏膜型又可以进一步分为 "高危","中危"以及"低危"."低危"型的HPV,如 HPV-6,HPV一11可以导致尖锐湿疣?,而"高危"型 HPV,如HPV.16,HPV一18则与宫颈癌,甲周鳞癌和 阴茎癌等恶性肿瘤的发生密切相关.3]. HPV编码6—8个早期蛋白(El,E8)和2个晚 期蛋白(L1一L2)】,E5,E6和E7是其致癌的关键 分子,其中以E6的致癌作用尤甚,是本文中我们主 要关注的蛋白.不同亚型的E6蛋白的作用有所区 别,可以分为高危型和低危型.HPVE6是有150个 氨基酸的蛋白,其中包含有Cys—X.x.Cys保守序列 收稿日期:2009-03—26:修回日期:2009—04—30 通讯作者:高友鹤gaoyouhe@pumc.edu.cn.010—65296407 作者简介:胡斯奇(1980.),男,博士,从事蛋白相互作用研究. 79 (x表示任意氨基酸)的四个氨基酸.它们参与E6 蛋白结合锌和宿主细胞的转化功能.E6蛋白在宿 主细胞内表达水平较低,主要分布在细胞核中,也有 分布在细胞质的报道.E6蛋白能与12种以上不同 的蛋白结合J.高危型HPVE6蛋白分布于细胞核 和细胞质,它的单独表达就能导致NIH3T3细胞的 转化及人乳腺上皮细胞的永生化. PDZ蛋白是生物体内广泛分布的一类蛋白,其 共同特征是它们都包含了"PDZ结构域",也因此而 得名.从结构域角度研究蛋白时,PDZ结构域是最 重要的蛋白结构域之一,很多蛋白间的相互作用是 通过该结构域发生的,是当前该领域研究的热点. 其名称源自最早发现包含该结构域的PSD-95(Post— synapticdensityprotein-95),DLG—A(Discs—largepro- tein:drosophilatumorsuppressor)和ZO—I(ZonulaOC— cludens1)三个蛋白C63.PDZ结构域的一个突出特 点是可以特异性地识别和结合与它发生相互作用的 配体蛋白c末端的四个氨基酸残基?.根据结合 配体c.末端氨基酸序列特点,可以将PDZ结构域分 为四类】,第一类(ClassI)PDZ识别的多肽C一末端 序列可以用通式表示为x[S/T]x?一COOH;第二类 (ClasslI)表示为XOXO-COOH;第三类(Class?)为 x[D/E/K/R]x一COOH;第四类(ClassIV)为XXC- COOH或XO[D/E]-COOH(x表示任意氨基酸, 表示疏水氨基酸).PDZ蛋白多位于膜内或膜外, 与细胞骨架有广泛的联系.其生物学功能主要是介 导膜受体的空间构形,黏附分子与基质之间的反应 以及细胞极性等.PDZ蛋白参与细胞信号转导,细 胞分裂,蛋白运输,蛋白降解,细胞骨架组织和基因 表达等众多的生物学过程. 2高危型I-IPVE6蛋白与宿主PDZ蛋白的相互作用 8O微生物学免疫学进展2009年第37卷第2期 ProginMicrobiolImmtmolMay.2009,Vo1.37No.2 已有的研究发现,高危型HPV的E6蛋白可以 和许多宿主的PDZ蛋白发生相互作用,它们多与 PDZ结构域第一类识别特点一致.最早被发现可以 和高危型HPVE6蛋白相互作用的宿主PDZ蛋白是 hDLG【l引,它与果蝇肿瘤抑制基因Dlg的表达产物 有同源性.hDLG蛋白参与E一钙连蛋白(E-cadherin )对上皮细胞的连接.HPVE6蛋白通过其C末端 与hDLG蛋白的第二个PDZ结构域相结合,再通过 泛素蛋白酶体系统降解hDLG.从而引起细胞骨架 的紊乱,诱发细胞浸润转移.通过研究发现,对 HPVE6蛋白的C末端进行突变后,其与hDLG相互 作用能力大大减弱.与此类似,另一个果蝇肿瘤抑 制基因Scrib的表达蛋白和人类的同源蛋白hSCRIB 也被关注,研究证实了hSCRIB确是E6蛋白的相互 作用蛋白??,并且发现两者的结合导致了hSCRIB 蛋白的降解.其后果与hDLG类似. 在随后的研究中,又发现了与高危型HPVE6 蛋白结合的MAGI.1蛋白?引.MAGI一1是与hDLG 属于同一个蛋白家族,也具有PDZ结构域特征,它 也是通过自身的PDZ结构域和HPVE6蛋白的C 末端结合的.MAGI一1蛋白包含六个PDZ结构域, 与E6蛋白结合的是MAGI一1的PDZ1结构域?引. 两者结合后,E6蛋白可以降低MAGI.1的稳定性和 半衰期.在此基础上,又鉴定了与MAGI一1同一家 族的MAGI-2和MAGI一3蛋白.它们也可以与E6蛋 白产生相互作用u引,然后使这两个PDZ蛋白发生 降解.通过对这两个蛋白的一系列突变体的研究, 发现MAGI-3的PDZ1结构域对于这种结合作用是 必不可少的.同时,也证明了单独存在的PDZ1结 构域,即使与E6蛋白结合,也不能使MAGI.3降解. MUPP1蛋白是体内能够结合高危型E6蛋白的 另外一个蛋白?引.MUPP1蛋白是体内广泛表达的 细胞因子,包含多个PDZ结构域.结构上的信息表 明MUPP1可能是在信号转导中的一个接头蛋 白u引,参与信号转导过程中将一些分子膜定位的作 用.它也是通过PDZ结构域与E6蛋白的C末端结 合,两者的相互作用导致了MUPP1蛋白的降解并减 低MUPPI活性.TIP2/GIPC蛋白是另外一个可以 被E6蛋白识别的PDZ蛋白.它是TGF—B信号通路 中的一个蛋白,可以促进TGF.BIII受体在胞膜上表 达.其与E6蛋白的结样可以导致该蛋白的降 解?. 在最近的研究中,采用酵母双杂交技术,以E6. E6AP为诱饵蛋白时发现了与高危型HPVE6蛋白 相互作用的另一个PDZ蛋白PTPN3(fyI'PH1)?引. PTPN3(PTPH1)是膜偶联的酪氨酸磷酸酶,具有 FERM,PDZ和PTP结构域,其与E6蛋白的结合后, 可以通过泛素蛋白酶体途径导致该蛋白的降解.另 一 课题组通过酵母双杂交,GSTpull—down技术策 略,也同样发现了PTPN3是HPV16/18型E6蛋白 在体内的相互作用蛋白?引. 3与E6蛋白结合的宿主PDZ蛋白的降解机制和 生物学效应 宿主PDZ蛋白与E6蛋白发生相互作用后多导 致该蛋白的降解,进而产生了肿瘤细胞的浸润和转 移的表型.高危型HPVE6蛋白促进hDLG, MAGI.1和MUPP一1蛋白的降解,都是通过26S泛素 蛋白酶体进行的.该系统在发挥作用时,需要泛素 连接酶(Ubiquitinligase)参与,E6蛋白降解宿主的 PDZ蛋白过程中,所需要的泛素连接酶主要是 E6AP,E6AP属于泛素连接酶家族.蛋白酶体降解 某种蛋白需要特异的泛素连接酶?,正常体内 E6AP不与p53蛋白结合,但若机体感染了HPV, HPVE6蛋白可以同时和E6AP以及p53结合,以此 来发挥桥梁作用,E6蛋白可以促成p53蛋白和 E6AP结合,导致p53泛素化而降解】.这种类似 的作用也存在于E6蛋白降解PDZ蛋白之间.宿主 PDZ蛋白的降解用存在"E6AP蛋白依赖"和"E6AP 蛋白不依赖"两种情况.hSCRIB,MAGI一1,GIPC和 PTPN3的降解都是通过E6AP蛋白介导的,而对于 hDLG的降解并不依赖于E6AP蛋白的存在. MUPP1蛋白的降解可能与前面几种蛋白都不一样, 机制尚不清楚,有待于继续研究. 因为宿主的PDZ蛋白多与细胞膜相关,在结构 上和细胞骨架紧密关联.它们的降解必然导致细胞 内骨架的破坏和细胞间紧密连接的破坏,以及细胞 极性的丢失,这均能破坏正常细胞的增殖分化,直接 导致恶性肿瘤的发生,以及肿瘤细胞的转移….此 外,通过对PTPN3的研究,发现与E6蛋白结合后发 生的PTPN3降解也可以通过调节酪氨酸磷酸化来 调控细胞生长. 4高危型,低危型Eft蛋白结合宿主PDZ蛋白后 的生物学差异 如前所述,HPV不同亚型对人体的危害程度存 在差异,对于高危性的HPV,如16型和18型,它们 的E6蛋白C末端具有PDZ结合域,HPV16型E6 蛋白PDZ结合域的氨基酸特征为RRETQL;HPV18 型的E6蛋白的PDZ结合域的氨基酸特征为 微生物学免疫学进展2009年第37卷第2期 ProginMicrobiolImmunolMay.2009,Vo1.37No.2 RRETQV.高危型HPV的E6蛋白通过自身的PDZ 结合域与宿主体内PDZ蛋白相互作用后,通过泛 素?蛋白酶体系统将宿主体内PDZ蛋白加以降解, 直接或间接地导致恶性肿瘤的发生和发展【1】.而 低危型HPV的E6蛋白C末端序列均不具备PDZ 结合域特征,也不能在宿主体内与PDZ蛋白结合. 这些来自蛋白结构序列上的信息,提示由泛素介导 的PDZ蛋白降解是高危性HPV致瘤特性之一,它 主要与瘤细胞的侵润和转移表型有关】.也可以 说HPV对宿主造成病理损害的不同,与其C末端是 否能与宿主PDZ蛋白相结合有关. 5研究E6蛋白与宿主PDZ蛋白相互作用的意义 开展研究HPVE6蛋白与宿主PDZ蛋白相互作 用,具有明显的理论价值,并可指导HPV预防和治 疗的实践.在理论层面,由于非致癌性HPVE6蛋 白的C末端不具备PDZ结构域特征,通过对各种病 毒间致病类型差异的分析,使我们对于由病毒引起 的恶性肿瘤乃至其他恶性肿瘤的发生发展取得更深 层次的了解.此外,对E6蛋白相关PDZ蛋白功能 的进一步研究,可以深入了解癌症发生发展的病理 变化,明确癌症的致病机理.就实际应用而言,通过 对这些PDZ蛋白序列分析,有可能发现针对E6蛋 白的药物靶点,进而研发针对HPV的治疗药物.另 外,与E6蛋白结合的宿主PDZ蛋白在体内的变化 可以成为癌症发生过程的信号,从而为l临床疾病的 早期诊断,病情检测和预后评估等提供依据. 参考文献: [1]SanclementeG,GillDK.Humanpapillomavirusmolecularbiolo- gYandpathogenesis[J].JEurAcadDermatolVenereol2002,16 (3):231—240. [2]ZurHauscnH.Papillomavimsinfections—amajorcauseofhuman cancers[J].BiochimBiophysActa1996,一 1288(2):F55—78. [3]zIlrHausenH.Papillomavirusescausingcancer:evssionfrom host?cellcontrolinearlyeventsincarcinogenesis(J].JNatlCanc— el"Inst2000,92(9):690—698. [43FinnenRL,EricksonKD.Interactionsbetweenpapillomavirus .1andL2capsidproteins[J].JVirol2003,77(8):4818- 4826. [5]zul"HausenH,Papillomavimsesandcancer:frombasicstudiesto clinicalapplication[J].NatRevCancer2002,2(5):342?350. [6]JelenF,OleksyA.PDZdomains?commonplayersinthecellsig— naling[J3.AetaBiochimPol2003,50(4):985—1017. [7]KimE,ShengM.PDZdomainproteinsofsynapses[J3.NatRev Neurosci2004,5(10):771—781. (8]SongyangZ,FanningAS,eta1.Recognitionofuniquecarboxyl— terminalmotifsbydistinctPDZdomains[J].Science1997,275 (5296):73.77. 8l [9]SchliekcrC.MogkA,BukanB,eta1.APDZswitchforacellu— larstressresponse[J].Cell2004,117(4):417.419. 【103KiyonoT,HiraiwaA,FujitaM,eta1.Bindingofhigh-riskhu- manpapillomavirusE6oncoproteinstothehumanhomologueof theDrosophiladiscshrgetumorsuppressorprotein[J].ProeNatl AcadSciUSA1997,94(21):11612—11616. [11]NakagawaS,HuibregtseJM.Humanscribble(Vamf1)ist~-ge— tedforubiquitin—mediateddegradationbythehish—riskpapilloma? virusE6proteinsandtheE6APubiquitin?proteinligase(J].Mol CellBiol2000,20(21):8244—8253. [121GlaunsingerBA,LeeSS,ThomasM,eta1.Interactionsofthe PDZ—proteinMAGI?1withadcnovirusE4一ORF1andhligh—risk papillomavirusE6oncoproteins[J].Oncogene2000,19(46): 5270—5280. [13]ThomasM,GlaunsingerB,PimD,eta1.HPVE6andMAGUK proteininteractions:determinationofthemolecularbasisforspe- cificproteinrecognitionanddegradation[J].Oncogene2001,20 (39):5431-5439. [14]ThomasM.LauraR,HepnerK,eta1.Oncogenichumanpapil- lomavirusE6proteinstargettheMAGI-2andMAGI-3proteinsfor degradation[J3.Oncogenc2002,21(33):5088—5096. 【15]LeeSS,GlaunsingerB,MantovaniF,eta1.Multi—PDZdomain proteinMUPP1isacellulartargetforbothadcnovirusE4一ORFI andhish—riskpapillomavirostype18E6oncoproteins[J].JVirol 2000.74(20):9680—9693. [16]UllmerC,SchmuckK,FiggeA,eta1.Cloningandcharactefiza— tionofMUPP1,anovelPDZdomainprotein[J].FEBSLett 1998,424(1-2):63—68. [171Favre—BonvinA,ReynaudC,Kretz—RemyC,eta1.Humanpap? illomavirustype18E6proteinbindsthecellularPDZproteinTIP一 2/GIPC,whichisinvolvedintransforminggrowthfactorbetasig? nalingandtriggersitsdegradationbytheproteasome[J].JVirol 2005,79(7):4229?4237. [18]JingM,BohlJ,BrimerM.eta1.Degradationoftyrosinephos- phatascP11PN3(P1H1)byassociationwithoncogenichuman papillomavirusE6proteins[J].JVirol2007,81(5):2231— 2239. [19]TopfferS,Muller-SchiffmannA,MatentzogluK,eta1.Protein tyrosinephosphataseH1isatargetoftheE6oncoproteinofhish? riskgenitalhumanpapillomaviruses[J].JGe^Virol2007,88 (Pt11):2956.2965. [20]MantovaniF,BanksL.ThehumanpapillomavirusE6protein anditscontributiontomalignantprogression[J].Oncogene 2001.20(54):7874—7887. [21]HershkoA,HellerH,EytanE,eta1.Theproteinsubstrate bindingsiteoftheubiquitin-proteinligasesystem[J].JBiol Chem1986,261(26):11992?1l999. [221KehmeierE,RuhlH,VolandB,cta1.Cellularsteady?statelev- elsof''highrisk.butnot"lowrisk"humanpapillomavirus fHPV)E6proteinsareincreasedbyinhibitionofprotcasome-de- pendentdegradationindependentoftheirp53??andE6AP-?binding capabilities[J3.Virology2002,299(I):72—87.