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《生药学》

Her-2基因启动子及第一内含子的生物信息学分析

发表时间:2012-12-04  浏览次数:1210次

作者                     作者单位

潘峰          温州市肿瘤医院,浙江 温州 325000

王宇航        温州市肿瘤医院,浙江 温州 325000

大量研究表明,表皮生长因子受体2( Her2)的过表达与多种人类恶性肿瘤相关,虽然基因扩增是重要的原因,但是实验表明,在肿瘤细胞,无论基因是否扩增,过表达始终存在,即单位拷贝的mRNA数量仍是增加的,因此在Her2过表达中仍存在未知的调控因素。雌激素是否影响Her2的表达仍不清楚。由于启动子和第一内含子是调控基因的重要区域, 为初步了解影响基因表达的各种调控因素,我们对Her2基因的启动子和第一内含子进行了生物信息学研究。

1 材料与方法

1.1 材 料

从Genbank(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)下载人(NC_000017)、小家鼠(NC_000077)、褐家鼠(Mus NC_005109)、家犬(NC_006591)Her2(erbb2)基因序列,全长的mRNA序列(人NM_004448.2、小家鼠NM_010152、褐家鼠NM_017003、家犬NM_001003217),各基因上游1kb序列通过http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview获得。

1.2 方 法

参考文献[1]同时使用自编软件WYH1.0,比较Her2基因DNA和mRNA序列而获得转录起始位点、上游序列和第一内含子序列,使用Dnaman5.22进行同源性分析,在网站http://www.generegulation.com/cgibin/pub/programs/match注册后,在线使用Transfac6.0分析启动子序列调控位点,获得结果后再经人工仔细分析。使用WYH1.0.分析调控元件(motif)在基因中的分布状况。DNaseⅠ超敏感位点由文献获得[3]。

2 结 果

结合文献[1]和Transfac6.0分析表明,Her2基因具有经典的TATA盒启动子序列,紧靠TATA盒上游存在保守的CAAT盒、GGA镜像重复序列和多个 AP2调控位点(图1),紧靠正常转录起始位点A下游还存在SP1位点, TATA盒的上游序列(164to282)存在5个SP1位点、1个YY1位点、1个PEA3位点和2个 AP2位点。在近端启动子区域还存在保守的cmyb和WT1连续序列。同源性分析表明鼠Her2基因的近端启动子(0到224)和人高度同源,但是不存在TATA盒,而CAAT盒、GGA镜像重复序列和多个 AP2调控位点依然保守,224以后的序列同源性下降,有较多的缺失,主要特点是AT丰富(图1未显示)。

第一内含子同源性分析表明,人小家鼠褐家鼠和家犬的Her2 mRNA相似性达81%,在删除家鼠褐家鼠DNA中插入序列后,第一内含子相似性为38%,第一内含子中存在的6个DNaseⅠ超敏感位点中, 在1、3、5/6超敏感位置的序列相似性达78%(图2),其它同源区包括靠近两侧外显子的序列和第1、4敏感位点下游的小片断序列。 雌激素受体(ER)结合全位点如图2中表示。第5/6个超敏感位置位点含有10个ER半位点TGCC/TC和GG/AGCA,其出现频率为全基因序列中最高,小家鼠褐家鼠家犬的第一内含子同源区也存在类似调控序列, 但是这些位点序列都不保守。

3 讨 论

基因扩增是Her2过表达的重要原因,没有基因扩增的肿瘤细胞仍然存在Her2过表达,存在基因扩增的细胞, 单位拷贝的mRNA数量仍然是增加的[2],因此Her2过表达仍是关键的致恶变机制。而且实验表明肿瘤细胞过表达的Her2基因转录起始位点较正常提前(图1B点)[3],原因不明。

我们的分析提示启动子区存在多个调控因子结合位点,实验已证实的Her2正调控因子只包括AP2、PEA3、SP1、YY1等[4~6], 因此我们主要分析这类因子的分布。结果表明,Her2基因具有经典的TATA盒启动子序列,紧靠TATA盒上游存在多个重要的保守的AP2调控位点、CAAT盒和GGA镜像重复序列,紧靠正常转录起始位点A下游还存在多个SP1位点。但是分析表明,远离TATA盒的上游序列(164to282)仍然存在5个SP1位点、1个YY1位点、1个PEA3位点和2个AP2位点。值得注意的是,实验表明显著影响转录活性的多个TATA盒上游序列 (213、506 AP2)仅对于Her2过表达的肿瘤细胞调控有效,而不影响正常细胞的转录活性[4],这提示正常情况下远离TATA盒的上游序列调控可能不起主要作用,这与该区域不存在DNaseⅠ超敏感位点的实验结果一致(惟一的启动子区DNaseⅠ超敏感位点在TATA盒下游),类似的证据还表现在与鼠启动子序列的对比研究,研究表明224以上的序列同源性较差,表现为有较多的缺失,而且没有保守的AP2、PEA3调控位点。

但在异常条件下,比如组蛋白乙酰化酶活性的增强,可能出现染色质结构的重建使上游的多个调控元件发挥作用[7],导致出现高效的次要转录位点B。虽然位点B附近序列缺乏TATA盒和起始子(Inr)及DPE元件,但是作为管家基因,这类元件似乎并不是必须的,啮齿动物Her2启动子也没有TATA盒,上游丰富的SP1和AP2位点和细胞内高浓度的SP1和AP2是高效转录的主要因素。同时还发现在近端启动子区还存在保守的cmyb和WT1连续序列,但是未能查到有关实验资料。

临床上研究表明乳腺癌Her2与ER的表达互为相反,实验也表明雌激素可以下调Her2的表达。已知Her2基因仅存在7个DNaseⅠ超敏感位点(图2),有研究表明Her2基因第一内含子区中的第3超敏感位点可能与此现象有关[8],但Transfac6.0分析表明该位点并不存在ER结合全位点,反而存在与启动子中的一致的AP2结合位点,因此难以解释这种现象。

我们的分析提示第一内含子区中存在2个ER结合全位点, 同源分析表明mRNA相似性达81%,第一内含子相似性为38%,第一内含子第1、3、5/6超敏感位置的序列相似性达78%(图2),提示这些位点是保守的序列区域,可能与调控和剪切有关,而2/4敏感位点同源性较差,可能是逐渐退化的序列。但是人Her2中存在的ER结合全位点,一个不存在于超敏感区域,一个位于非同源序列,而小家鼠褐家鼠家犬第一内含子中虽然同样存在ER全结合位点,同源性分析提示也不保守,因此通过ER全位点而抑制Her2表达的可能性不大。一般认为ER为同源或异源二聚体才起调控作用,但是也有研究表明单个ER半位点也有调控作用,而多个半位点的聚集有可能加强调控作用[9],因此我们进一步分析了第一内含子中ER半位点的出现频率,表明第5/6超敏感位点含有10个ER相关的调控序列,其出现频率为基因序列中最高,小家鼠褐家鼠家犬的第一内含子的同源区也存在类似的高频率ER半位点。考虑基因调控的丰余性特点,ER可能通过多个半位点的结合而抑制Her2表达。

【参考文献】

[1]Helen C Hurst. Update on HER2 as a target for cancer therapy: The ERBB2 promoter and its exploitation for cancer treatment[J]. Breast Cancer Res, 2001, 3(6): 395-398.

[2]Pasleau F, Grooteclaes M, GolWinkler R. Expression of the cerbB2 gene in the BT474 human mammary tumor cell line: measurement of cerbB2 mRNA halflife[J]. Oncogene, 1993,8(4):849-854.

[3]Scott GK, Chang CH, Erny KM, et al.Ets regulation of the erbB2 promoter[J]. Oncogene, 2000,19:6490-6502.

[4]Dominique YB,Delacroix L,Vernimmen D.Yin Yang 1 cooperates with activator protein 2 to stimulateERBB2 gene expression in mammary cancer cells[J]. The Journal of Biological Chemistry, 2005,280(26):24428-24434.

[5]NeveRM, Ylstra B, ChangCH, et al. ErbB2 activation of ESX gene expression[J]. Oncogene, 2002,21(24):3934-3938.

[6]Douglas V,Dominique B,Christophe S.Identification of HTF(HER2 transcription factor) as an AP2 (activator protein2) transcription factor and contribution of the HTF binding site to ERBB2 gene overexpression[J]. Biochem J, 2003,370:323-329.

[7]ScottKJ, Marden C, Xu F, et al. Transcriptional repression of erbB2 by histone deacetylase inhibitors detected by a genomically integrated ErbB2 promoterreporting cell screen[J]. Cancer Ther, 2002, 1(6):385-392.

[8]Perissi1 V, Menini N, Cottone E, et al. AP2 transcription factors in the regulation of ERBB2 gene transcription by oestrogen[J]. Oncogene, 2000, 19: 280-288.

[9]Carolyn M, Klinge. Estrogen receptor interaction with estrogen response elements[J]. Nucleic Acids Res, 2001, 29(14): 2905-2919.

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