|
Evi1和mds1基因的研究進展
中華血液學雜志
CHINESE JOURNAL OF HEMATOLOGY
1999年第20卷第6期VOL20No6 1999
徐開林綜述 王立 郝玉書審校
關鍵詞：Evi1基因 mds1基因 MDS相關基因 白血病
Evi1(ecotropic virus integration site-1) 基因定位于染色體3q26。在小鼠逆轉錄病毒誘發的急性髓系白血病(AML) 模型中，Evi1是病毒常見的插入位點。Evi1編碼一個能結合DNA的鋅指蛋白，其過度表達在髓系惡性腫瘤的發生和發展中起重要作用﹝1,2﹞。mds1基因，又稱MDS相關基因(MDS-associated gene)，最初在骨髓增生異常綜合征(MDS)中發現，位于Evi1上遊170～400kb處。Evi1和mds1既可各自編碼一個單獨的蛋白，也能共同編碼一個mds1-Evi1融合蛋白﹝3,4﹞ 。我們就Evi1和mds1基因的研究進展進行綜述。
1 Evi1和mds1基因結構與蛋白
1.1 Evi1基因結構與蛋白：1988年Mucenski等首先在AKXD鼠髓系惡性腫瘤DNA中鑑定出Evi1。人Evi1基因cDNA含3587bp，包括267bp的5′非編碼序列，3153bp的開放閱讀框和167bp的3′非編碼序列。閱讀框內兩個ATG密碼子位于268和290bp，第 2個ATG更接近于恆定的轉錄起始序列 (GCC)GCC(A/G) CCATGG，很可能是轉錄起始位點。除開頭的78bp外，人與鼠Evi1 cDNA序列的同源性為91%，氨基酸同源性為94%。
Evi1基因編碼一個相對分子質量14.5萬的蛋白，該蛋白含有10個鋅指結構，定位于兩個區域，7個鋅指定位于氨基端，另3個定位于羧基端，兩個區域之間相隔380個氨基酸。在羧基端有一個高度酸性區，與已經發現的轉錄因子的酸性區極為相似。上述結構特征提示 Evi1 基因產物是一個位點特異的DNA結合蛋白，與RNA的轉錄調節有關。Matsugi等用抗血清免疫熒光染色法確認 Evi1蛋白定位于核，並證明它能結合雙鏈DNA。用凝膠移位聚合酶鏈反應進一步證實有一個與 Evi1蛋白對應的高親和性結合位點，其恆定序列為TGACAAGATAA，全長 Evi1蛋白可特異性地結合到這個位點。
Evi1蛋白還有一種更短的同種型，這種選擇性剪接形成的相對分子質量8.8萬的同種型在人和鼠均可見，它缺乏鋅指6和7。這兩個鋅指為結合DNA所必需，因此，相對分子質量8.8萬與14.5萬的Evi1蛋白可能有不同的DNA結合特征﹝5﹞。
1.2 mds1和mds1-Evi1基因結構：1994年Nucifora等﹝3﹞首先在MDS患者骨髓細胞中鑑定出mds1基因。Fears等﹝4﹞證實mds1可以是一個獨立的基因，也能與Evi1形成融合基因mds1-Evi1。在後者，Evi1開放閱讀框的5′端附加了188個密碼子。這個附加區與成視網膜細胞瘤活性鋅指蛋白RIZ有大約40%的同源性。mds1轉錄本大約為1.5和2.0kb，編碼一個相對分子質量2.8萬的蛋白﹝1,6,7﹞。雖然從正常人基因文庫中已分離出編碼mds1-Evi1的cDNA克隆，但目前僅在轉染細胞中用免疫方法檢出mds1-Evi1蛋白，在正常組織尚未鑑定出內源性的mds1-Evi1基因產物。
2 Evi1和mds1的造血調控作用
2.1 Evi1和mds1對GATA-1調節及其在紅細胞系造血中的作用:鋅指蛋白GATA-1是有一定特異性的紅系轉錄調節因子，其結合基序存在于許多紅系表達基因的順式調節元件中，包括珠蛋白基因，紅細胞生成素(Epo)基因和GATA-1基因等。因此，GATA-1蛋白在紅系特異性基因表達和紅系細胞分化中起中心調節因子的作用﹝8﹞。例如，它調節β-珠蛋白基因簇控制區的形成及其增強子的作用；通過控制關鍵酶影響血紅素的合成；調節Epo的產生以及Epo受體的表達等﹝9,10﹞。
GATA-1鋅指區結合位點的基序為WGATAR(W=A或T,R=A或G)，該位點在Evi1氨基端鋅指區的恆定結合基序內。Kreider 等﹝9﹞證實了Evi1在紅系造血中的作用。鼠 32DEpo1 細胞系不表達Evi1 基因，給這些細胞轉入含有或不含有Evi1 cDNA的逆轉錄病毒載體後，轉染Evi1表達載體的細胞失去了原有對Epo的反應，紅系祖細胞集落形成明顯減少。此外，在CAT分析中，Evi1 的表達能明顯抑制GATA-1依賴的轉錄激活作用。該作者認為，Evi1的不適當表達可能通過抑制GATA-1靶基因的某個亞群阻礙了紅系造血。
Soderholm等﹝11﹞利用報告基因比較了mds1-Evi1和Evi1的作用，進一步證實Evi1抑制了由GATA-1介導的激活作用，而mds1-Evi1則是一個含GATA基序啟動子的強激活物。當去除mds1-Evi1氨基端188個氨基酸使之變成Evi1後，就由激活物轉變成抑制物。此外，mds1-Evi1本身也受 Evi1 的抑制。
2.2 Evi1對粒系和巨核系細胞的影響:將Evi1轉入造血生長因子依賴的小鼠32Dc13細胞後，G-CSF誘導的細胞分化受阻，說明Evi1蛋白能阻礙粒細胞發育成熟。在M1D+細胞系，逆轉錄病毒在Evi1基因內插入，引起Evi1基因的高表達。但M1D+細胞能夠被G-CSF誘導分化為巨噬細胞；在這個試驗中，Evi1的高表達對巨噬細胞的分化似乎並無影響。Evi1對巨核細胞分化的作用仍不清楚，近來的研究表明，GATA-1的表達能促進髓系祖細胞系416B細胞向成熟的巨核細胞分化，間接地提示了Evi1對巨核細胞分化的影響﹝9﹞。Evi1與三系造血細胞發育異常的關系也受到一些學者的注意。在一些Evi1異常表達或Evi1定位染色體重排的人髓系惡性腫瘤中常有多系造血細胞發育異常﹝12﹞。而小巨核細胞更是有3號染色體異常髓系白血病的一個重要特征﹝12,13﹞。
2.3 正常造血細胞Evi1和mds1基因的表達:在幾乎所有的報道中，正常人骨髓和外週血細胞中均測不到Evi1轉錄本﹝14-16﹞。Nucifora等﹝3﹞用Northern印蹟雜交法分析了脾髒、胸腺、外週血白細胞、骨髓和T及B淋巴細胞，均未檢出mds1轉錄本。
3 Evi1和mds1與血液系統惡性腫瘤
3.1 t(3;21)白血病及MDS中Evi1和mds1與AML1形成融合基因:t(3;21)(q26;q22)平衡易位首先發現于慢性髓系白血病原始細胞危象(CML-BC)的患者，在CML慢性期(CML-CP)、少數治療相關AML(t-AML)以及MDS後AML(post-MDS AML)也可見到這種易位﹝2,3﹞。此外，在原發性AML或MDS(de novo AML 或 MDS)也均已發現t(3;21)﹝17,18﹞。Nucifora等﹝3﹞報道，t(3;21)中21號染色體上的AML1基因在runt區和轉錄激活區之間斷裂並分別與mds1和Evi1形成AML1/mds1和AML1/Evi1融合基因。在AML1/Evi1轉錄本中，AML1的第5個外顯子被連接到Evi1的第2個非翻譯外顯子。AML1/Evi1編碼一個相對分子質量18.0萬融合蛋白﹝19﹞，含3個DNA結合區。mds1與AML1的融合發生在閱讀框內，在斷裂的AML1上附加了127個氨基酸殘基，其中脯氨酸、絲氨酸和酸性氨基酸的百分率較高。此外，AML1還能和mds1-Evi1形成AML1/mds1-Evi1融合基因，在t(3;21)的患者已檢出這一種融合基因。AML1/Evi1蛋白致病的分子機制仍不很清楚，但許多研究證實在CML中，它是發生CML-BC的重要機制之一。目前認為，AML1/Evi1有雙重功能：阻礙分化和刺激增殖，這可能是它在血液系統惡性腫瘤發生和發展中所起作用的分子基礎﹝20﹞。許多研究表明，Evi1基因過度表達本身也有阻礙髓系細胞分化，促進其轉化的作用﹝1,9﹞。AML1/mds1有促進Rat1 A細胞形成腫瘤的作用。在裸鼠表達AML1/mds1的細胞呈瘤樣生長，生長速度加快﹝21﹞。
3.2 Evi1基因在血液病中的表達：
3.2.1 Evi1在白血病細胞系中的表達：Evi1表達陽性的細胞系有UCSD/AML(造血因子依賴的AML細胞系)，HEL和K562，對HEL和K562作核型分析，有復雜的核型異常，但無3號染色體異常﹝14﹞。Evi1表達陰性的細胞系有HL-60細胞，AML-193和AML-OC11。YS 9;22和TS 9;22是從兩名Ph+CML-BC的不同個體建系而來，YS 9;22有3號染色體異常，Evi1表達陽性；TS 9;22沒有3號染色體異常，沒有Evi1基因的表達。Evi1表達陽性的細胞系還有HEC-1-B等，Evi1表達陰性的細胞系還有HAL-01(B前體ALL細胞系)等﹝15﹞。最近Hamaguchi等﹝22﹞還建立了Evi1表達陽性的細胞系HNT-34。
3.2.2 Evi1在AML和MDS中的表達：各作者報道的Evi1在AML中的表達率不很一致。Russell等﹝14﹞報道的18例de novo AML中，3例(17%)有Evi1表達，1例post-MDS AML Evi1表達陽性，Evi1表達陽性的AML均未顯示3號染色體異常。另一項報道顯示﹝15﹞，50例de novo AML中5例有Evi1表達，但均無3q26異常。這5例分別為M1、M2(2例)、M4和M6，其中2例骨髓有三系血細胞發育異常。在23例post-MDS AML中，8例(34.8%)可測到Evi1轉錄本，其中1例有t(3;4)(q26;q21)。15例ALL中無一例Evi1表達陽性，提示該基因表達有髓系特異性。Morishita等分析116例AML僅8例(7%)測到Evi1轉錄本。其中7例有3號染色體重排。最近，Xi等﹝23﹞還評價了急性早幼粒細胞白血病(APL)患者Evi1基因的表達及其與ATRA治療的關系。治療前9例中5例Evi1陽性。2例最初Evi1陰性，用ATRA治療2～5週後轉為陽性。另1例用ATRA治療4和5週後也檢測到了Evi1 mRNA。此外，在體外培養時NB4細胞系不表達Evi1，但經ATRA誘導分化後轉為Evi1陽性。上述結果與以前的試驗不一致，在以前的研究中，許多作者都發現Evi1的表達阻礙了粒系細胞的分化﹝1,9﹞。由此可見Evi1對細胞分化的影響頗為復雜，有待進一步研究加以闡明。
Dreyfus等﹝16﹞觀察了21例MDS患者，Evi1表達見于難治性貧血(RA，9例中有1例)，RA伴原始細胞增多(RAEB，12例中有7例)和轉化中RAEB(RAEB-t)，總表達率為40%。Evi1表達與年齡、性別、血紅蛋白水平、骨髓原始粒細胞或原始紅細胞百分率之間沒有明顯的相關性。在一項34例MDS患者研究中，10例Evi1陽性的患者中有8例為RAEB或RAEB-t，後者佔RAEB-t的57%。而20例RA中僅2例有Evi1基因表達﹝15﹞。我們報道的33例MDS中有16例 (48.5%)Evi1表達陽性，RA、RAEB和RAEB-t患者陽性率分別為12.5%、64.3%和60%﹝24﹞；隨著MDS患者向白血病轉化Evi1表達水平增高，Evi1表達與骨髓小巨核細胞呈正相關。
3.2.3 Evi1在CML中的表達：Ogawa等﹝25﹞報道13例CML-CP患者中，僅1例(7.7%)有Evi1過度表達。而14例CML-BC中10例(71%)Evi1過度表達。在檢測到Evi1轉錄本的患者中，除1例無核型資料外，均未發現累及3q26的細胞遺傳學異常。Carapeti等﹝26﹞分析了28例CML-BC，僅5例測到Evi1轉錄本，明顯低于Ogawa等的陽性率。在Ohyashiki的10例CML-BC中，6例原始粒-巨核細胞危象(CML-myelomeg-BC)患者中3例Evi1陽性，4例原始淋巴細胞危象(CML-lymphoid-BC)患者均為陰性，提示Evi1表達與CML的髓系原始細胞危象有較明顯的關系﹝15﹞。此外，另有報道結果顯示1例有染色體inv(3)的CML-BC患者Evi1表達陽性，體外培養其骨髓細胞，隨著向巨噬細胞分化,Evi1表達消失﹝14﹞；另1例Evi1陽性的CML-CP很快進展為CML-BC﹝25﹞。這些資料進一步支持Evi1可能是發生CML-BC的1個轉化基因。
作者單位：300020 天津，中國醫學科學院、中國協和醫科大學血液學研究所﹝徐開林(現在徐州醫學院附屬醫院)、王立、郝玉書﹞
參考文獻
﹝1﹞ Nucifora G.The Evi1 gene in myeloid leukemia.Leukemia,1997,11:2022-2031.
﹝2﹞ Nucifora G,Rowley JD.AML1 and the 8;21 and 3;21 translocations in acute and chronic myeloid leukemia.Blood,1995,86:1-14.
﹝3﹞Nucifora G,Begy CR,Kobayashi H,et al.Consistent intergenic splicing and production of multiple transcripts between AML at 21q22 and unrelated genes at 3q26 in (3;21) (q26;q22) translocations.Proc Natl Acad Sci U S A,1994,91:4004-4008.
﹝4﹞ Fears S,Mathieu C,Zeleznik-Le N,et al.Intergenic splicing of MDS1 and Evi1 occurs in normal tissues as well as in myeloid leukemia and produces a new member of the PR domain family.Proc Natl Acad Sci U S A,1996,93:1642-1647.
﹝5﹞ Lopingco MC,Perkins AS.Molecular Analysis of Evi1,a zinc finger oncogene involved in myeloid leukemia.Curr Top Microbiol Immunol,1996,211:211-222.
﹝6﹞ Peters P,Wlodarska I,Baens M,et al.Fusion of ETV 6 to MDS1/Evi1 as a result of t(3;12)(q26;p13) in myeloproliferative disorders.Cancer Res,1997,57:564-569.
﹝7﹞ Zent C,Kim N,Hiebert S,et al.Rearrangement of the AML1/CBFA2 gene in myeloid leukemia with the 3;21 translocation:expression of co-existing multiple chimeric genes with similar functions as transcriptional repressor,but with opposite tumorigenic properties.Curr Top Microbiol Immunol,1996,211:243-252.
﹝8﹞ Shivdasani RA,Orkin SH.The transcriptional control of hematopoiesis.Blood,1996, 87: 4025-4039.
﹝9﹞ Kreider BL, Orkin SH,Ihle JN,et al.Loss of erythropoietin responsiveness in erythroid progenitors due to expression of the Evi1 myeloid-transforming gene.Proc Natl Acad Sci U S A,1993,90:6454-6458.
﹝10﹞ Imagawa S,Yamamoto M,Miura Y,et al.Negative regulation of the erythropoietin gene expression by the GATA transcription factors.Blood,1997,89:1430-1439.
﹝11﹞ Soderholm J,Kobayashi H,Mathieu C,et al.The leukemia-associated gene MDS1/Evi1 is a new type of GATA-binding tran-sactivator.Leukemia,1997,11:352-358.
﹝12﹞ Fonatsch C,Gudat H,Lengfelder E,et al.Correlation of cytogenetic findings with clinical features in 18 patients with inv(3)(q21;q26) or t(3;3)(q21;q26).Leukemia, 1994,8: 1318-1326.
﹝13﹞ Raynaud SD,Baens M,Grosgeorge J,et al.Fluorescence in situ hybridization analysis of t(3;21)(q26;p13):a recurring chromosomal abnormality involving the TEL gene (ETV6) in myelodysplastic syndromes.Blood,1996,88:682-689.
﹝14﹞ Russell M,List A,Greenberg P,et al.Expression of Evi1 in myelodysplastic syndromes and other hematologic malignancies without 3q26 translocation. Blood,1994,84:1243-1248.
﹝15﹞ Ohyashiki JH,Ohyashiki K,Shimamoto T,et al.Ecotropic virus integration site-1 gene preferentially expressed in post myelodysplasia acute myeloid leukemia:possible association with GATA-1,GATA-2,and stem cell leukemia gene expression. Blood, 1995,85:3713-3718.
﹝16﹞ Dreyfus F,Bouscary D,Melle J,et al. Expression of the Evi-1 gene in myelodysplastic syndromes.Leukemia,1995,9:203-205.
﹝17﹞ Tanaka K,Tanaka T,Kurokawa M,et al.The AML1/ETO (MTG8) and AML1/Evi1 leukemia associated chimeric oncoproteins accumulate PEBP2 β(CBF β)in the nucleus more efficiently than wild-type AML1.Blood,1998,91:1688-1699.
﹝18﹞ Okuda T, Cai Z, Yang S, et al. Expression of a knocked-in AML1-ETO leukemia gene inhibits the establishment of normal definitive hematopoiesis and directly gene-rates dysplastic hematopoietic progenitors,Blood,1998,91:3134-3143.
﹝19﹞ Mitani K, Ogawa S, Tanaka T, et al. Generation of the AML1-Evi-1 fusion gene in the t(3;21)(q26;q22) causes blastic crisis in chronic myelocytic leukemia.EMBO J, 1994, 13:504-510.
﹝20﹞ Mitani K. Molecular mechanism of blastic crisis in chronic myelocytic leukemia. Leukemia, 1997,11(Suppl 3):503-505.
﹝21﹞ Zent C, Rowley JD, Nucifora G. Rearrangements of the AML1-CBFA2 gene in myeloid leukemia with the t(3;21). Leukemia, 1997, 11(Suppl 3):273-278.
﹝22﹞ Hamaguchi H,Suzukawa K,Nagata K,et al.Establishment of a novel human myeloid leukaemia cell line (HNT-34) with t(3;3)(q21;q26),t(9;22)(q34;q11) and the expression of EVI-1 gene,P210 and P190 BCR/ABL chimaeric transcripts from a patient with AML after MDS with 3q21q26 syndrome.Br J Haematol,1997,98:399-407.
﹝23﹞ Xi ZF,Russell M,Woodward S,et al.Expression of the Zn finger gene,EVI-1,in acute promyelocytic leukemia.Leukemia,1997,11:212-220.
﹝24﹞ 徐開林，王立，郝玉書，等.骨髓增生異常綜合征Evi1和MDS1-Evi1基因表達的研究.中華血液學雜志,1998,19:315-319.
﹝25﹞ Ogawa S,Kurokawa M,Tanaka T,et al.Increased Evi-1 expression is frequently observed in blastic crisis of chronic myelocytic leukemia.Leukemia,1996,10:788-794.
﹝26﹞ Carapeti M,Goldman JM,Cross NCP. Overexpression of Evi-1 in blast crisis of chronic myeloid leukemia.Leukemia,1996,10:1561.
收稿：1998-07-06 修回：1999-01-25
|
