BRCA1分子生物学特性与乳腺癌的生展

1、BRCA1分子生物学特性与乳腺癌的发生发展【关键词】 乳腺癌 乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤之一，近年来其发病率有上升趋势，它的发展主要经历一系列复杂的细胞和分子遗传学改变。BRCA1是一个抑癌基因，其结构和功能的异常与乳腺癌的发病密切相关。它在调节细胞周期进程、DNA损伤修复、细胞生长与凋亡及转录活化与抑制等多种生物学途径都起重要作用。但目前有研究表明它的异变并不直接导致肿瘤的发生，而是通过造成基因不稳定性，使细胞处于高风险的恶化边缘。 1 BRCA1基本构成及其相关功能 BRCA1基因定位于人体第17号染色体上，具有24个外显子，编码一个具有18个氨基酸的蛋白质1。氨基末端的环指结构以及羧基末

2、端的两个BRCT功能区是存在于多种蛋白中的保守功能区。除此之外，未见这与其他蛋白同源。多数与肿瘤相关的点均发生在这两个保守的功能区内。 其中的环状结构是保守的半胱氨酸和组氨酸残基组成的锌指结构，它介导蛋白与蛋白和蛋白与DNA之间的相互作用2。这个结构还负责BRCA1的同源二聚体及BRCA1与bard1（BRCA1 associated ring finger domain）异源二聚体的形成。在细胞中>75的BRCA1以bard异源二聚体的形式存在。有实验证明，在DNA损伤的情况下，该二聚体有泛蛋白E3连接酶的功能，介导RNA聚合酶的大亚单位的降解3。 BRCT功能区由8595个氨

3、基酸组成, 中心部分是保守的疏水氨基酸。此功能区普遍存在于DNA修复和细胞周期调控相关的蛋白之中。BRCA1中多数与肿瘤相关的突变均可导致BRCT功能缺失，可见此功能区的重要性。BRCT中多个带负电的残基jo 显示其有转录调节功能。因为在真核细胞转录因子中，这种高度酸性区域通常与转录激活相关4。 2 BRCA1异变与遗传不稳定性 目前已发现的BRCA1的突变超过500种。通过对BRCA1相关性乳腺癌的研究发现，与不携带BRCA1突变的乳腺癌相比，前者常含有更多的非整倍体。HCC1937, 一个从含有BRCA1纯合子缺失的乳腺肿瘤衍生出来的细胞链中多数细胞都呈现染色体数止异常、PTEN纯合子的丢

4、失，以及参与肿瘤发病机制的多个位点的杂合子丢失的情况5。BRCA1的缺失不但可以直接导致基因组的异常，还可以造成损伤DNA修复障碍以及中心粒的扩增和所有重要的细胞检测点的异常，而这些正是BRCA1突变细胞遗传不稳定性的原因所在。 2.1 细胞周期中的检测点与DNA的修复作用 大多数肿瘤都表现出染色体的不稳定性，如染色体结构异常和非整倍体，以及染色体的增加或缺失。DNA损伤修复可以使细胞转化为正常细胞或进入细胞凋亡过程。DNA损伤修复功能和凋亡受抑制是基因突变和肿瘤形成的原因之一，DNA损伤修复功能缺失在凋亡信号转导缺失的细胞中，导致大量的损伤细胞存活从而引起肿瘤的发生。DNA损伤修复对维持基因

5、组的完整至关重要6。实验证明，BRCA1与细胞中多种负责DNA损伤修复的蛋白有相互作用，如Rad50、Rad51、PCNA、BRCA2、Mre11、ATM、ATR等。Rad51是与酵母RecA同源的参与真核细胞双链断裂及同源重组的重要成分。Rad50、Mre11、Nibrin都是在同源重组及非同源重组的末端重接等DNA修复过程中起重要作用的蛋白因子。正常情况下，BRCA1、Rad51、BRCA2等共存于一些散在的核小点中，当DNA受到损伤时，核小点分散，这些蛋白重新汇集到损伤处的DNA复制位点。BRCA1还能与Rad50/Mre11/Nibrin复合物相互作用，共同参与DNA损伤的应急反应7。

6、HCC1937细胞中，这种复合物的形成急剧下降，而外源性表达野生型BRCA1蛋白可使复合物的形成恢复正常。BRCA1非特异性结合DNA的发现为BRCA1参与DNA损伤修复提供了有力的证据。当DNA受损伤后，组蛋白,H2A家族成员快速磷酸化，将BRCA1汇集到损伤位点，结合到DNA断裂处，或与Rad51、BRCA2形成复合物，或与Rad50/Mre11/Nibrin复合物相互作用，对损伤DAN进行修复8。而细胞周期准确无误的运转对于维持基因组的稳定性非常重要，DNA损伤因子如：紫外线照射、阿霉素、顺铂等都会让细胞停留在G1/S期，S期以及G2/M期,以给细胞一个修复自身的时间。而那些调定细胞步伐

7、的检测点可以确保细胞工作在它准备进下一个期之前的完备性9。BRCA1在这个过程中起着重要的作用。正常情况下，BRCA1可以与细胞周期素依赖性激本科及细胞周期A、D结合，随细胞周期的时相性变化，呈现磷酸化和去磷酸化两种状态的交换，在G1晚期和S期出现高磷酸化的状态，在M期后转为去磷酸化状态。当DNA损失时，BRCA1作为一种负性调控因子参与细胞周期检测点的调节。BRCA1有多个磷酸化位点，其作用各不相同。G1/S期，BRCA1以锌指结构域作为主要作用域，通过转录因子E2F的作用和细胞周期蛋白CDKS作用物的磷酸化，抑制细胞进入增殖周期，阻止细胞分裂，诱发细胞凋亡。ATM的靶位点为第1387、14

8、23、1524位丝氨酸辐射突变诱导G2/M检测点丧失，却不影响S期检测点。而第1387位丝氨酸突变后作用则相反。而且，后者不会影响辐射后细胞的存活。BRCA1还可以通过CDK抑制因子p21waf1使细胞周期停滞于S期，通过调控有丝分裂中纺锤体组装，参与G2/M期检测点的调节，通过激活Chk1使细胞周期停滞于G2/M期。 2.2 中心粒的扩增 中心粒的正确复制是保证有丝分裂正常进行的重要因素。它的扩增是在精确的调控下进行的，正常细胞周期只进行一次复制。这一过程的失调可引起中心粒的扩增，染色体不对称性分离，非整倍体增加，最终导致肿瘤的形成。BRCA1在中心粒的复制中起负性调节作用，其突变的细胞可导

9、致中心粒的扩增。BRCA1与中心体的重要部分-微球蛋白之间存在着相互作用。而后者正是负责的有丝分裂纺锤体的形成。Xu等人发现BRCA1的鼠胚胎成纤维细胞9（FEMs）中25的细胞具有两个或两个以上的中心粒。在有丝分裂期，这些中心粒形成多级纺锤体，拉动染色体向不同方向运动，引起染色体不对称分离及微核形成，证明了BRCA1在调节中心粒复制过程中的重要作用10。 2.3 BRCA1与转录调控 BRCA1与转录调控随着对BRCA1功能研究的不断深入，BRCA1在转录调节中的作用越来越受到关注。将BRCA1C-末端(1528-1683aa)与GAL4DNA结合区融合后，可激活GAL4依赖的启动子的转录，

10、证明BRCA1确实具有转录激活功能。并且，BRCA1能够直接或间接与多种转录相关因子相互作用，如DNA聚合酶、RNAhelicaseA等。BRCA1虽不能特异性结合DNA，但BRCA1能够与一些转录因子或转录调节因子相互作用，调节下游基因的转录活性，如p53、c-myc、CtIP·CtBP、STAT1和P300等。基因芯片研究发现，外源性表达BRCA1能增强或抑制某些基因的转录，如p21、p27、Gadd45、14-3-3、R等。BRCA1C-末端与肿瘤相关的突变既可使C-末端的转录调节活性失活，又可废除C-末端与RNA聚合本科的相互作用，这说明BRCA1的转录调节功能在肿瘤发生过程

11、中起重要作用。由于多种与BRCA1相互作用的转录因子在DNA损伤应激反应中，是负责细胞周期监控点调节的重要因子，因此BRCA1的转录调节功能还介导了其在DNA损伤修复以及细胞周期调控中的作用11。 3 BRCA1相关性乳腺癌的病理学预后 通过对BRCA1相关乳腺癌的研究发现，与不携带BRCA1突变的乳腺癌相比，前者常表现为组织分化差、雌激素受体和孕激素受体阴性率高等特点。还有研究表明，BRCA1相关性乳腺癌中髓样癌的比高于非BRCA1相关性乳腺癌，且常伴有边缘清晰和淋巴细胞浸润等特点。很多研究发现，BRCA1相关性乳腺癌中P53基因的突变率高于对照组。这一现象与BRCA1和P53同时失活而导致

12、乳腺癌发生的实验室研究发现是一致的。众所周知，erbB-2阳性的乳腺癌常表现为组织分化差和雌激素受体阴性，这与BRCA1相关性乳腺癌所具备的饿特点吻合。但是，还有研究发现BRCA1相关性乳腺癌中erbB-2阳性率低于非BRCA1相关性乳腺癌。这个结合提示，在BRCA1相关性乳腺中，erbB-2是一个相对独立的预后指标12。至于BRCA1是否能作为一个独立的预后指标。这仍是个有争议的问题。根据BRCA1相关性乳腺癌的病理学特点，组织分化性差和ER阴性提示预后差，但髓样癌和erbB-2阴性又是预后好的指标。这些矛盾使这个问题更加扑朔迷离。 对BRCA1的突变与乳腺癌的转移的结果还存在一定的分歧，K

13、AR研究发现BRCA1基因突变者的腋窝淋巴结转移率高，而Armes，Robinsin和Eisinger小组却没有发现上述差异性13。我国有报道对乳腺癌的研究发现腋窝淋巴结转移的乳腺癌BRCA1突变率显著高于没有转移者，淋巴结转移率越高，BRCA1突变率越高。 从发现BRCA1至今,人们对它的认识已从单纯的抑癌基因扩展为参与多种功能调节、维持基因组稳定的重要因子。在DNA损伤情况下,BRCA1好似一个大的平台,协调多种损伤修复及细胞周期监控通路,共同维持基因组的稳定性。一旦BRCA1功能失活，无法阻止损伤DNA进入子代细胞,造成遗传物质不稳定，这种不稳定增加了其他癌基因、抑癌基因突变的可能性，从

14、而导致肿瘤的发生。然而这样一种在人体多种器官中普遍表达的介导基因组稳定的多功能基因突变，怎么会特定地预示遗传性乳腺癌的发生呢？有可能遗传不稳定性增加了其他与乳腺有关的关键基因突变的几率，这些下游基因可能是促使乳腺细胞恶性转化的直接因素，所以对BRCA1 调节的下游基因的广泛性研究将对揭开这个谜提供有利帮助。【参考文献】 1 Francine Durocher. Spectrum of Mutations in BRC41.BRCA2, CHEK2 and TP53 in Families at High Risk of Breast Caner. JAMA, 2006,295:22-29.2

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