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核因子Y在细胞衰老中的作用

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«生命的化学»2001年21卷1期

迟万好
(浙江大学生命科学学院，杭州  310012)

关键词：核因子 Y；G1/S基因；细胞衰老中图
中图分类号：R363.1

    核因子Y(nuclear factor Y,NF-Y)也称作CBF(CCAAT box binding factor)、CP1，是结合CCAAT盒的转录因子。它能识别真核基因启动子区域的5'-CTGATTGGYYRR-3'或5'-YYRRCCAATCAG-3'共有序列。有功能的NF-Y是一个异源三聚体蛋白，它包含三个不同的亚单位A、B、C。细胞衰老是由细胞分裂的次数决定的。控制细胞分裂的机制之一是调控G1/X期的基因表达。当细胞衰老时，由于G1/S基因调控的转变，细胞不能进入S期而只停留在G1期。NF-Y正是通过与G1/S基因启动子区域的多聚CCAAT盒或E2F位点结合而对G1/S基因进行调控，从而在细胞的衰老中发挥作用。肿瘤形成可能与细胞逃脱衰老机制、表现无限增殖特性相关。研究NF-Y在细胞衰老中的调控作用对于了解肿瘤的发生也有指导意义。

1.  NF-Y及靶序列CCAAT盒

    CCAAT盒是最先被鉴定的元件之一，存在于脊椎动物、酵母和植物的启动子中。已发现C/EBP、H1TF2A、NF-Y都是CCAAT盒的结合蛋白^[1]。其中NF-Y是识别CCAAT盒的主要蛋白质。

    NF-Y最初是作为Eα启动子中Y盒的II类MHC识别蛋白而被发现的^[2]，现忆证明它与CP1(腺病毒主要晚期启动子中CCAAT盒结合蛋白)和CBF(胶原启动子中CCAAT盒结合蛋白)是完全相同的，在细胞周期中持续表达。NF-Y包含三个亚单位NF-YA、NF-YB和NF-YC。人体中NF-YA以长链或短链的形式存在^[3]。而且NF-YA的蛋白质水平会随细胞的类型及生理状态的不同而不同，但NF-YB和NF-YC却并非如此^[4，5]。NF-Y的三个亚单位不具有DNA结合活性，有活性的是NF-Y异源三聚体。NF-YB、NF-YC首先通过组氨酸折叠模体形成一个二聚体，然后NF-YA通过自身亚单位相互作用结构域与NF-YB-NF-YC结合形成有功能的NF-Y异源三聚体^[6]。

    与其它CCAAT盒结合蛋白不同，NF-Y与CCAAT盒结合不仅需要CCAAT五个核苷酸还需要其两侧的序列。NF-Y作用时还需要其它启动子专一性转录因子参与。而且通过对瓜蟾Hsp70启动子研究发现NF-Y是借助调控染色体修饰来启动各种各样启动子的转录^[7]。

2.  NF-Y参与G1/S基因的调控

    很多G1/S基因的启动子中含有多聚CCAAT盒或E2F位点。在含有CCAAT盒的G1/S基因中，已知NF-Y参与tk和rnr R2的调控，有可能也参与cdc2、周期蛋白A、H2B、H3、E2F1基因的调控。

    表1中列出了7个基因，其启动子中包含一个或更多个E2F位点(共有序列5'-TTTCGCGC-3')。E2F位点是调控dhfr、ts、DNApolα、E2F1基因的主要顺式元件，也可能是周期蛋白A和cdc2转录的主要顺式元件。^[9]DHFR和TS启动子仅包含E2F结合位点而DNApolα、H1、周期蛋白A、cdc2和E2F1则包含E2F位点和至少一个CCAAT盒。E2F1是识别E2F顺式元件的关键转录因子。包含CCAAT盒的E2F1基因的启动子区域与tk启动子有着相似的构型。已发现NF-Y在介导E2F1基因的启动子活性中与E2F因子相互作用。

    总之，NF-Y或者直接通过结合CCAAT盒或者间接通过E2F结合位点在调控G1/S基因中发挥重要作用。

表1  以启动子中的CCAAT盒或E2F位点作为主要顺式元件的G1/S基因^[8]

    ^a所有的G1/S基因在人类细胞的衰老过程中都是下调的；^b每个“+”代表一个CCAAT或一个ATTGG序列；^c每个“+”代表一个E2F位点。

3.  NF-Y在细胞衰老中的作用

    培养中IMR-90人类双倍体成纤维细胞的衰老伴随着TK mRNA和TK活性5~7倍的下降。通过凝胶移位分析发现在血清刺激后的年轻细胞(young cell)中存在DNA-蛋白质复合体。竞争分析证明这种结合具有高度的专一性，其中的蛋白质被命名为CBP/tk(CCAAT binding protein for tk gene)。竞争分析、凝胶超移位分析及DNA亲和分析的结果表明：CBP/tk或是以NF-Y作为主要成分或是与NF-Y是同一物质。当细胞衰老时，NF-YA的蛋白质水平发生明显的下降。衰老细胞中NF-YA的蛋白质水平下降可能解释了为什么衰老细胞在tk基因表达中有很少或几乎没有CBP/tk结合性。已有报导NF-YA亚单位在细胞周期中差异表达^[4]。E2F家族中，转录因子E2F1存在着mRNA和蛋白质水平上的衰老依赖性表达，并且它还是衰老细胞中dhfr基因下游调控的关键转录因子。由于NF-Y和E2F都可调控E2F1基因表达，所以衰老细胞中E2F1基因表达的衰减可能也与NF-YA亚单位蛋白质水平的下降有关。尽管衰老细胞中NF-YA蛋白质水平的下降可能解释了其CBP/tk结合活性的下降，但两者之间不是必然的联系。血清诱导的CBP/tk结合活性有10倍多的增加，而NF-YA的蛋白质水平却只有2~3倍的增加。另外，最近发现从Hela细胞分离出的NF-Y结合复合体中还包含其它的核蛋白^[10]。这些都说明了CBP/tk复合体中除了NF-Y还可能包含其它的因子。

    正常人二倍体成纤维细胞在体外传代培养时，大约复制50~60次后便停止分裂且停滞于细胞周期的G1期，此时G1/S基因的表达出现衰减。由于这些基因编码的蛋白质或是DNA生物合成所需的酶(象TK、DHFR、RNR、TS及PCNA)或是细胞分裂过程中维持染色体完整性的组蛋白，因而这些基因中的任何一个受到了抑制都会导致DNA合成机器的缺陷而使细胞不能进入S期。NF-Y正是通过调控G1/S基因从而在细胞的衰老中挥作用。

4.  结语

    生化和分子生物学研究表明tk和dhfr基因表达的抑制与CBP/tk-及E2F-结合活性的抑制有关。因为CBP/tk或是以NF-Y作为主要成分或是与NF-Y是同一物质，所以NF-Y与DNA的结合能力的衰减至少可以部分说明为什么tk基因被抑制。E2F1是E2F基因家族中重要的转录因子，其表达可能也受NF-Y的调控，因此NF-YA亚单位的衰减可能是那些包含E2F位点的G1/S基因的衰老性抑制的重要原因。人类细胞衰老过程中NF-YA差异表达的原因还不清楚。

参考文献

[1]   Mantovani R. Gene,1999,239:15-27
[2]   Dorn A et al. Cell,1987,50:863-872
[3]   Li XY et al. J Biol Chem,1992,267:8984-8990
[4]   Bolognese F et al. Oncogene,1999,18:1845-1853
[5]   Marziali G et al. Blood,1999,93:519-526
[6]   Hu Q et al. J Biol Chem,2000,275(6):4435-444
[7]   Adachi N et al. Gene,2000,245(1):49-57
[8]   Koozi M et al. Exp Cell Res,1999,253:365-371
[9]   Chen KY et al. Frontiers Biosci,1997,2:417-426
[10]  Currie RA et al. J Biol Chem,1998,273:1430-1434

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