Musashi家族的表达与功能及其与肿瘤疾病的关系
Musashi 家族是一类 RRM RNA 结合蛋白。 该家族 成 员 的 结 构 和 表 达 模 式 在 线 虫 （ C. ele-gans）[1],果蝇（ Drosophila）[2],海鞘（ Ciona intesti-nalis）[3]和脊椎动物中是高度保守的。 它们主要表达在神经干/祖细胞，是神经细胞文持干性以及分化的标志基因。 另外，Musashi 在上皮干/祖细胞以及造血干细胞等细胞中也有表达。 在此过程中，Musashi 蛋白通过调节转录后的翻译过程来保持干细胞处于未分化的状态，通过调节 Notch,Wnt/β-catenin 信号通路直接或间接地影响干细胞细胞增殖和细胞命运的决定以及肿瘤形成发展。
1 Musashi 家族基因结构
基因表达的转录后调节是一个非常复杂和关键的步骤，在动物体发育过程的一系列事件中发挥重要作用，包括卵母细胞内母源效应基因产物的定位、细胞命运决定、控制选择性剪接导致的细胞极性形成、mRNA 稳定性、核糖核酸运输和现有mRNA 的翻译[4]. 在转录后水平，RNA 结合蛋白（ RNA binding proteins） 是调节基因表达的重要部分。 RBP 的特异性是通过 RNA 结合域（ RBD） 来体现的，最常见的是 RRM 结构域（ the RNA Rec-ognition Motif）[5]. RRM RNA 结合蛋白含一个或数个 RRM 结构域及附属结构域[6]. 在 RRM 基序中含有许多保守的氨基酸以保证对 RNA 的结合活性，但是这一家族的不同蛋白质却能特异地结合各种不同的 RNA 分子[7]. 在多种物种中研究发现 RRM RNA 结合蛋白特异地表达在心脏，体节中胚层和神经系统等组织，并在这些组织特化过程中起重要作用。 随着对 RRM RNA 结合蛋白更深入广泛地研究，发现它们与某些人类遗传性疾病及肿瘤相关。http://www.751com.cn
Musashi 家族作为一类进化保守的 RRM RNA结合蛋白，特异表达在多种组织干/祖细胞中。
Msi1 作为果蝇 Musashi （ d-Msi） 在哺乳动物中的同系物首次被分离出来[2]. 目前，Musashi 家族在许多物种中都已被鉴定出，包括秀丽隐杆线虫Msi1,果蝇 d-Msi,非洲爪蛙的神经系统特异的核糖核蛋白 1（ NRP -1）[8],人的 Msi1 和 Msi2[9]. 在进化过程中，Musashi 家族成员结构和序列特征高度保守。
首先在果蝇中得到鉴定的第 1 个 Musashi 家族成员即 Musashi -1（ Msi1） ,由 362 个氨基酸组成，基因定位于染色体 12q24. 1 ~31,蛋白分子量为 39 kDa[2]. 与 Musashi - 1 和爪蛙 xrp1 等同源的 Musashi - 2（ Msi2） 首次在老鼠中鉴定出[10].Musashi - 2 蛋白由 346 个氨基酸编码，具有两个剪接体形式，蛋白质分子量为 36. 9 和 35. 7 kDa,分别命名为 Msi2L 和 Msi2S. Msi1 和 Msi2 都含有两个 RNA 识别基序，每个 RNA 识别基序都含有RNP1 和 RNP2 基序，它们分别由 6 个和 8 个保守的氨基酸组成，能够直接识别并结合 RNA. Msi1和 Msi2 的总氨基酸序列和 RNA 结合结构域氨基酸序列的序列一致性分别为 75%和 90%[10].
2 Musashi 家族的表达与功能
对不同物种以及组织类型中 Musashi 的研究表明，Musashi 家族成员表达与功能具有多样性。 主要表达在多种组织干/祖细胞如神经系统和上皮组织以及造血系统，在干/祖细胞分化与增殖过程中扮演重要角色，是多种组织干细胞的标记基因[2,11-12]. 此外，Msi1 还可以控制那些影响细胞周期的关键基因的表达，从而影响细胞周期进程[8].
2. 1 Musashi 家族在神经干 / 祖细胞中的表达与功能
在各个组织尤其是神经系统发育的过程中，利用多种转录后调控方式来调节细胞的多样性以及神经细胞间突触可塑性。 神经干细胞是具有分化潜能和自我更新能力的母细胞，它可以通过不对称的分裂方式产生神经组织的各类细胞，包括神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞。 神经RNA 结合蛋白在此过程中发挥重要作用。 在无脊椎动物和脊椎动物中发现了两类含有核糖型RNA 识别基序（ RRMS） 结构域的神经 RNA 结合蛋白，即 ELAV 和 Musashi 亚家族[13]. Musashi 亚家族成员表达于神经前体细胞，而 ELAV 亚家族表达在有丝分裂后的神经元。 主要表达在神经系统的 ELAV 蛋白主要是通过稳定或者增强富含AU 元件的靶转录物的翻译来诱导神经分化，而Msi1 则作为翻译抑制因子文持干细胞增殖状态。
Msi1 的 3'- UTR 含有一个富含 AU 元件（ ARE） ,Antonia Ratti 研究发现具有 ARE 结合活性的ELAV RNA 结合蛋白成员 HuD 能够结合并稳定Msi1 mRNA,在干 / 祖细胞增殖到神经分化的过渡阶段中发挥重要作用。
在果蝇中，d-Msi 在胚胎中枢神经系统的许多前体细胞和外部感觉器官前体细胞（ SOPs） 中表达[2]. 野生型果蝇的感觉器官包含两个外部支持细胞，而 d-Msi 突变后会导致额外的外部支持细胞产生。 由此，d-Msi 在感觉器官前体细胞的非对称分裂中发挥重要作用[2,11].
Msi1 和 Msi2 是哺乳动物 Musashi 家族的两个主要成员。 Msi1 和 Msi2 高度同源，在细胞质中的RNA 代谢过程中发挥相似的功能[10]. Notch 信号通路能够保持 NSCs 的细胞特性并抑制神经发生，且这一过程不仅发生在胚胎发育的过程中，成年动物体内也存在同样的现象[14]. Msi1 以结合到 m-Numb 的 3'-UTR,抑制其翻译继而抑制 Notch 信号通路这种抑制下游靶基因翻译的方式来文持神经干细胞状态，阻滞 NSCs 的神经元样分化[14-15]. Hi-ronori Kawahara 研究发现 Msi1 作为下游靶 mRNA的抑制因子这一机制可能是其通过与 eIF4G 竞争poly（ A） 结合蛋白（ PABP） 而实现的[16].Msi2 和 Msi1 具有相同表达模式，也表达在包括中枢神经系统的干细胞的神经前体细胞中。
在胚胎和成体的中枢神经系统中，Msi2 和 Msi1同时表达在星形胶质细胞谱系的细胞，包括室管膜细胞，这种细胞群与海马齿状回是成体中枢神经系统干细胞的来源。 在胚胎的中枢神经系统发生期间，在大多数有丝分裂后的神经元中 Msi2 和Msi1 缺失或者表达水平下调，然而在神经元细胞系的一个子集细胞如在新皮层中的含有小白蛋白（ parvalbumin,PV） 的 GABA 神经元和在基底神经1中发挥作用，Msi2 还可能在特定的神经细胞亚群中发挥重要的调控作用[17].
2. 2 Musashi 家族在其他组织干细胞中的表达与功能
Musashi 作为多功能蛋白，除了表达于哺乳动物神经干细胞外，还表达在造血系统、肠、乳腺、睾丸、骨骼肌、皮肤、毛囊、心肌以及胃黏膜的干/祖细胞中[18-20]. 例如 Msi1 与 Hes1 共表达在位于Paneth 细胞之间的隐窝基底柱状细胞，表明了柱状细胞的干细胞特性。 此外作为肠道干细胞标记基因，Msi1 的表达由经典 Wnt 信号通路调控，该调控机制涉及 Msi1 启动子上有功能的 Tcf/Lef 结合位点，并且通过肠上皮原代培养表明： Msi1 过量表达促进上皮祖细胞增殖并激活 Wnt 和 Notch途径[21]. 在乳腺细胞的发育过程中，Msil 使乳腺细胞沿着不同的细胞系分化，换言之，它可以决定乳腺细胞发育形成的细胞类型-肌细胞，或是乳管细胞等等。 再如，在睾丸中，生殖细胞的增殖和分化发生在生精上皮。 在生精上皮中，睾丸支持细胞在物理和功能上支持生殖细胞，而支持细胞本身不随青春期增殖。 从最早能检测到胚胎睾丸形态发生的第14. 5 天到第一波精子发育形成以至成年，Msi1始终表达在大鼠的睾丸支持细胞中，并且 Msi1 在生精周期不同时期的支持细胞中表达水平的变化可能反映了生殖细胞不同的功能需求[22].
Msi2 相比于 Msi1 的表达更为广泛，在胚胎干细胞早期分化过程中 Msi2 的两个亚型皆有表达，是胚胎干细胞进行自我更新以及多能性所必需的。 除 此 之 外，Msi2 表 达 在 造 血 干 细 胞（ HSCs） ,调节正常的造血功能[23]. 在转基因小鼠模型中的造血干细胞中，Msi2 过度表达会增加造血干细胞的祖细胞群，并减少其下游衍生的细胞类群。 然而通过短发夹结构 RNA（ shRNA） 方法抑制淋巴髓系祖细胞中的 Msi2 表达会导致成熟分化的骨髓细胞比例增加，体内造血干细胞植入减少甚至枯竭[23,24]. Msi2 无义突变导致小鼠的造血干细胞表现出显着缺陷，也体现了 Msi2 在造血过程中的重要性。
2. 3 Musashi 家族其他功能
在减数分裂进程中，激素诱导的卵母细胞成熟需要母源 mRNA 瞬时调控翻译。 Mos 是胞质静止因子的成分之一，与减数分裂 MⅡ停顿有关。 编码 Mos 原癌基因的 mRNA 的诱导翻译对减数分裂进程至关重要，在孕激素刺激下（ 2h） 会加快其翻译。 在非洲爪蛙卵母细胞成熟过程中，Musashi特异结合在 Mos 3'-UTR 与其相互作用介导孕酮刺激的“触发”信号通路，对母源性 mRNA 翻译活性的激活和细胞周期的起始十分必要[8].
3 Musashi 与肿瘤疾病
近年来多项研究表明，Musashi 除了在以上所描述神经以及组织干/祖细胞中发挥作用外，Mu-sashi 的表达异常对肿瘤发生有重要的调控作用。
主要包括： （ 1） 神经系统肿瘤如神经胶质瘤和儿童脑肿瘤[25-26]; （ 2） 消化系统肿瘤如食管癌、胃癌、肝癌、胆囊癌和结肠癌等[27-30]; （ 3） 生殖系统肿瘤如乳腺癌、子宫内膜癌、宫颈癌以及膀胱癌[20,31-33]; （ 4） 呼吸系统肿瘤如肺癌[34].
Msi1 的高表达水平与神经胶质瘤的恶性程度相关，并且 Msi1 在原发性中枢神经系统肿瘤中的表达模式可能与它在原始未分化的神经细胞中的表达模式相同。 此外，在乳腺腺体内，Msi1 可以促进上皮祖细胞沿着管腔及肌上皮细胞系扩张并且可以调节间充质干细胞的增殖和凋亡[35]. 在宫颈癌中，Msi1 可能作为细胞周期调控因子直接与P21,P27 和 P53 靶向结合从而加速细胞周期促进细胞增殖[35]. 除此之外，在肺癌肿瘤细胞中也发现了过量表达 Msi1[34].
Msi2 作为近年开始研究的干细胞标志物，除了在胃癌、肺癌等恶性肿瘤细胞中表达外，还在造血干细胞中表达并对造血干细胞的自我更新和长期造血移植至关重要[23,36]. 此外，Msi2 在慢性骨髓性白血病（ CML） 和急性骨髓性白血病（ AML）中过量表达[23]. Msi2 的 RRM 结构域与 HOXA9同源异型框融合形成 MSI2/HOXA9 融合蛋白加速慢性骨髓性白血病急变[37]. 深入研究发现，高表达的 Msi2 mRNA 与患急性髓性白血病病人的存活率降低具有一定关系[23]. 因此，Msi1 和 Msi2可以作为预后的标记基因。
4 总结与展望
在物种由低等向高等进化过程中，Musashi 家族是一类高度保守的 RRM RNA 结合蛋白。 Mu-sashi 家族选择性地表达在神经、上皮以及造血干/祖细胞中，能够在多个层面上决定细胞命运，包括文持干细胞的干性和干细胞的分化。 近二十年来，随着对该家族的深入研究，Msi1 和 Msi2 分别在多种常见恶性肿瘤细胞中表达，并且其异常表达与肿瘤发生相关，可能是肿瘤疾病的标记基因。 在癌症中，Wnt 和 Notch 通路被激活，当 Msi1 过表达时，一种熟知的生长因子 - proliferin 的分泌量增加，并且 Wnt 通路的抑制因子 - Dickkopf -3 的分泌量减少。 因此，我们认为对 Musashi 家族及其调节 Wnt 和 Notch 信号通路的研究可能为众多靶向药物的研究提供重要依据，从而为肿瘤患者生存期的延长和生活质量的改善带来新的希望。
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