趙 敏，肖 輝，潘 之（綜述），楊桂蘭（審校）

（蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院皮膚科，蘭州 730000）

組蛋白是染色質(zhì)基本結構核小體的重要組成部分，其翻譯后N端經(jīng)過包括甲基化、磷酸化、泛素化、生物素化和ADP核糖基化等多種修飾［1-4］，這些修飾作為表觀遺傳學中重要的調(diào)控機制，在轉錄調(diào)控和染色質(zhì)重構等多種生物學過程中發(fā)揮重要作用［5］。目前研究較多的是組蛋白賴氨酸甲基化，組蛋白賴氨酸甲基化修飾主要是由一類含有SET（suvar，enhancer of zeste，and trithorax）結構域的組蛋白甲基轉移酶來執(zhí)行，其中 nuclear receptor binding SET domain containing（NSD）家族含有與甲基轉移酶SET2高度同源、高度保守的SET結構域，因此NSD蛋白亦具有甲基轉移酶活性，參與染色質(zhì)的調(diào)節(jié)［6］。NSD家族與疾病密切相關，因而倍受人們的關注，家族的3個成員 NSD1（KMT3B）、NSD2（MMSET或WHSC1）和NSD3（WHSC1L1）的編碼分別位于基因座5q35、4p16、8p12上，在生長發(fā)育中各自執(zhí)行特有的功能，在多種疾病中發(fā)揮重要的作用［7］，其中以NSD2研究較多?，F(xiàn)就NSD家族的研究進展予以綜述。

1 NSD1

NSD1最初是從酵母里鑒定出來的［8］，其有2個 mRNA亞型，其生理功能由2個不同亞型相對表達水平?jīng)Q定［9］。在分子水平，NSD1能特異地介導H3K36和H4K20的甲基化，其中通過催化H3K36參與基因轉錄激活［10］。在分子水平，NSD1能特異地介導H3K36和H4K20的甲基化，其中通過催化 H3K36參與基因轉錄激活［10］。Rayasam 等［11］認為，在細胞水平NSD1缺陷型的胚胎在形成中胚層時，細胞的凋亡率增高，不能形成完整的原腸胚，所以NSD1是發(fā)育調(diào)節(jié)蛋白。NSD1對機體生長發(fā)育是不可或缺的，并和多種疾病密切相關。在急性髓性白血病和骨髓增生異常綜合征中，NSD1蛋白突變，與NUP98形成融合蛋白［12］;約4.8%的小兒急性髓性白血病有NUP98-NSD1融合蛋白表達，其相關基因的表達與疾病不良預后密切相關［13］。且NUP98-NSD1融合蛋白已被證實在小鼠體內(nèi)能促進急性髓性白血病中致癌基因的表達［14-15］。NSD1單倍劑量不足與一種以智力發(fā)育遲緩、面部發(fā)育異常為特征的索托斯（Sotos）綜合征相關，目前已被用作臨床診斷指標之一［16］。Makeyev 和 Bayarsaihan［17］通過全基因組啟動子結合研究發(fā)現(xiàn)，作為腫瘤壞死因子11-1靶點的NSD1與顱面部及牙齒疾病的診斷治療密切相關。可見，NSD1在機體發(fā)育分化中起重要作用。

2 NSD2

NSD家族研究最多的是NSD2，因此對其功能和意義也相對更加明確，已發(fā)現(xiàn)其在多種疾病尤其癌癥的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

2.1 NSD2的甲基轉移作用 據(jù)報道，NSD2及其亞型能催化多種組蛋白甲基化，包括組蛋白H3K36的二甲基化及三甲基化（H3K36me2、H3K36me3）［18］、組 蛋 白 H3K4 三 甲 基 化（H3K4me3）、組蛋白 H3K27 的三甲基化（H3K27me3）［19］和組蛋白 H4K20的二甲基化、三甲基化（H4K20me2，H4K20me3）［20］。但 Kuo 等［21］通過一系列實驗驗證了 NSD2在參與基因轉錄激活過程中只特異性地催化H3K36me1和H3K36me2，并沒有甲基化其他位點的氨基酸;其中，H3K36me2是NSD2執(zhí)行生理功能的主要產(chǎn)物。因此，對NSD2確切的催化活性與調(diào)節(jié)染色質(zhì)的功能有待進一步研究。

2.2 NSD2在DNA損傷應激中的作用 DNA產(chǎn)生雙鏈斷裂時，NSD2通過γH2AX-MDC1通路錨定到DNA雙鏈斷裂位點，從而介導H4K20的甲基化，招募53BP1至DNA損傷位點參與DNA的修復，由此推測，NSD2下調(diào)會使細胞輻照敏感度增加;另外，NSD2在γH2AX-MDC1通路和H4K20的關聯(lián)中起橋梁作用［22］。這就預示著NSD2表達失調(diào)可能直接影響機體對DNA損傷的反應，結果導致各種疾病的產(chǎn)生。

2.3 NSD2和其他甲基轉移酶的相互作用 甲基轉移酶EZH2主要催化H3K27的三甲基化（H3K27me3），與轉錄抑制相關;NSD2催化H3K36me2與轉錄激活相關，兩者在轉錄抑制、轉錄激活和腫瘤形成等過程中的相互協(xié)調(diào)形成甲基轉移酶調(diào)節(jié)軸（EZH2-NSD2軸）;EZH2-NSD2軸在正常的表觀遺傳學和疾病的進展中發(fā)揮重要的作用;在這個調(diào)節(jié)軸里，EZH2通過微 RNA（microRNA，miRNA）網(wǎng)絡（miR-203、miR-26a和 miR-31）下調(diào) NSD2的表達，EZH2介導的H3K27me3通過NSD2調(diào)節(jié)H3K36me2;EZH2調(diào)節(jié)細胞遷徙和侵襲表型需要NSD2的表達，且在胃癌、結腸癌、胰腺癌等15種不同的腫瘤中，兩者表達具有高度一致性［23］。另外，有報道NSD2和家族成員NSD1相互作用刺激細胞的轉化［7］，提示NSD2在執(zhí)行生理功能時會與其他甲基轉移酶相互協(xié)調(diào)。

2.4 NSD2和腫瘤等疾病的發(fā)生 NSD2在快速生長的正常胚胎組織中表達，其基因的表達失調(diào)會引起相應的疾病。體外實驗結果表明，NSD2的高表達直接影響腫瘤細胞的形成和轉移［23］。已發(fā)現(xiàn)，NSD2在諸多癌中高表達，約66.7%基底細胞癌和默克爾細胞癌等皮膚癌中NSD2表達上調(diào)［24］。約15%的多發(fā)性骨髓瘤患者攜帶第4號染色體和第14號染色體易位［t（4;14）（p16.3;q32）］，t（4;14）正調(diào)節(jié)成纖維細胞生長因子受體FGFR3和NSD2 2個基因，其中NSD2過表達和細胞的黏附、克隆及腫瘤形成有關［25］。NSD2是染色質(zhì)結構和轉錄的主要調(diào)節(jié)者，NSD2過表達導致整個基因組H3K36me2水平異常增高，同時伴隨著H3K37甲基化水平的顯著下降，結果致染色質(zhì)結構更加開放，且在多發(fā)性骨髓瘤細胞中;NSD2表達下調(diào)改變了細胞的黏附特性、抑制了細胞生長且誘導了細胞凋亡，因此推測NSD2高表達影響的基因與p53通路及細胞調(diào)節(jié)周期有關;在晚期膠質(zhì)母細胞瘤中也發(fā)現(xiàn)NSD2的活性增高［26］。一種以顱額面畸形、生長和智力缺陷、先天性心臟缺陷及抗體缺陷為特征的狼赫塞豪恩綜合征中顯示，NSD2單倍劑量不足，模擬的NSD2缺陷小鼠表現(xiàn)出一系列類似狼赫塞豪恩綜合征的癥狀［7］?？梢?，NSD2在機體正常發(fā)育中發(fā)揮的作用比預想的重要。

2.5 NSD2的表達調(diào)控 抑癌蛋白p53是一重要的轉錄因子，其作用方式主要是作為一個增強子起作用。研究表明，在SUV39H1基因的轉錄起始位點有p53的結合位點，p53靶向抑制SUV39H1（主要催化H3K9三甲基化）進而影響異染色質(zhì)的重組，直接決定細胞的命運［27］。NSD2表達改變影響細胞的生長、凋亡及黏附特性，NSD2調(diào)控的基因與p53通路及細胞調(diào)節(jié)周期有關［26］。研究并揭示p53對NSD2的調(diào)控作用，有助于深入了解腫瘤發(fā)生、發(fā)展的調(diào)控機制，對腫瘤的預防和治療具有重要意義。

3 NSD3

NSD3約有700個氨基酸片段與NSD1、NSD2高度相似，這段相似的片段包含幾個保守的區(qū)域（如SET結構域和鋅指蛋白）;與 NSD1一樣，急性髓性白血病患者的 NSD3與NUP98形成融合蛋白，但其作用機制尚不清楚;但在H3識別區(qū)，NSD3的染色質(zhì)綁定基序PHD5-C5HCH不同于其他NSD家族成員［28］。人類的NSD3基因與惡性血液病、乳腺癌和肺癌等疾病相關，揭示了NSD3在調(diào)控細胞增殖和分化過程中扮演重要角色，同時Zhou等［29］的研究也證實，NSD3的亞型NSD3L在乳腺癌細胞中發(fā)揮了抑癌蛋白的作用，暗示NSD3可能是一個候選致癌基因。溴結構域蛋白4通過招募NSD3和JMJD6等蛋白調(diào)節(jié)轉錄活性［30］。關于NSD3的功能分析報道尚少，由于NSD3與NSD1、NSD2高度相似，推測其也具有催化H3K36甲基化的功能，可能是一個轉錄抑制因子［8］。

4 小結

在人類腫瘤中已發(fā)現(xiàn)多種組蛋白修飾的異常調(diào)節(jié);針對組蛋白修飾酶的復合物正在研發(fā)中，這種復合物作為表觀遺傳治療在血液惡性腫瘤和實體瘤中已證實有效［31］。但鑒于NSD家族修飾的復雜性，對于揭示其在轉錄調(diào)控和染色質(zhì)重構等多種生物學過程中如何發(fā)揮重要作用將會是一個巨大的挑戰(zhàn)。目前，針對NSD家族各成員的功能還未十分明確，需要進一步探索。其中，NSD2在多種癌癥中表達水平上調(diào)，NSD2表達下調(diào)改變了細胞的黏附性能、抑制了細胞生長且誘導了凋亡［26］，因此靶向調(diào)節(jié)NSD2的表達有可能用于腫瘤的防治。研究NSD2的調(diào)控機制，闡明其上、下游事件，對于其在癌癥靶向治療中的應用十分重要。

［1］Groth A，Rocha W，Verreault A，et al.Chromatin challenges during DNA replication and repair［J］.Cell，2007，128（4）:721-733.

［2］Schneider R，Grosschedl R.Dynamics and interplay of nuclear architecture，genome organization，and gene expression［J］.Genes Dev，2007，21（23）:3027-3043.

［3］Jaskelioff M，Peterson CL.Chromatin and transcription:histones continue to make their marks［J］.Nat Cell Biol，2003，5（5）:395-399.

［4］Khorasanizadeh S.The nucleosome:from genomic organization to genomic regulation［J］.Cell，2004，116（2）:259-272.

［5］馮田田.組蛋白修飾在糖尿病發(fā)病中的作用［J］.醫(yī)學綜述，2013，19（3）:505-507.

［6］Schneider R，Bannister AJ，Kouzarides T.Unsafe SETs:histone lysine methyltransferases and cancer［J］.Trends Biochem Sci，2002，27（8）:396-402.

［7］Morishita M，di Luccio E.Cancers and the NSD family of histone lysine methyltransferases［J］.Biochim Biophys Acta，2011，1816（2）:158-163.

［8］Albert M，Helin K.Histone methyltransferases in cancer［J］.Semin Cell Dev Biol，2010，21（2）:209-220.

［9］Lucio-Eterovic AK，Singh MM，Gardner JE，et al.Role for the nuclear receptor-binding SET domain protein 1（NSD1）methyltransferase in coordinating lysine 36 methylation at histone 3 with RNA polymerase II function［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2010，107（39）:16952-16957.

［10］Tatton-Brown K，Rahman N.The NSD1 and EZH2 overgrowth genes，similarities and differences［J］.Am J Med Genet C Semin Med Genet，2013，163C（2）:86-91.

［11］Rayasam GV，Wendling O，Angrand PO，et al.NSD1 is essential for early post-implantation development and has a catalytically active SET domain［J］.EMBO J，2003，22（12）:3153-3163.

［12］Thol F，K?lking B，Hollink IH，et al.Analysis of NUP98/NSD1 translocations in adult AML and MDS patients［J］.Leukemia，2013，27（3）:750-754.

［13］Shiba N，Ichikawa H，Taki T，et al.NUP98-NSD1 gene fusion and its related gene expression signature are strongly associated with a poor prognosis in pediatric acute myeloid leukemia［J］.Genes Chromosomes Cancer，2013，52（7）:683-693.

［14］Cerveira N，Correia C，Doria S，et al.Frequency of NUP98-NSD1 fusion transcript in childhood acute myeloid leukaemia［J］.Leukemia，2003，17（11）:2244-2247.

［15］Wang GG，Cai L，Pasillas MP，et al.NUP98-NSD1 links H3K36 methylation to Hox-A gene activation and leukaemogenesis［J］.Nat Cell Biol，2007，9（7）:804-812.

［16］Tatton-Brown K，Rahman N.Clinical features of NSD1-positive Sotos syndrome［J］.Clin Dysmorphol，2004，13（4）:199-204.

［17］Makeyev AV，Bayarsaihan D.ChIP-Chip Identifies SEC23A，CFDP1，and NSD1 as TFII-I Target Genes in Human Neural Crest Progenitor Cells［J］.Cleft Palate Craniofac J，2013，50（3）:347-350.

［18］Nimura K，Ura K，Shiratori H，et al.A histone H3 lysine 36 trimethyltransferase links Nkx2-5 to Wolf-Hirschhorn syndrome［J］.Nature，2009，460（7252）:287-291.

［19］Kim JY，Kee HJ，Choe NW，et al.Multiple-myeloma-related WHSC1/MMSET isoform RE-IIBP is a histone methyltransferase with transcriptional repression activity［J］.Mol Cell Biol，2008，28（6）:2023-2034.

［20］Marango J，Shimoyama M，Nishio H，et al.The MMSET protein is a histone methyltransferase with characteristics of a transcriptional corepressor［J］.Blood，2008，111（6）:3145-3154.

［21］Kuo AJ，Cheung P，Chen K，et al.NSD2 links dimethylation of histone H3 at lysine 36 to oncogenic programming［J］.Mol Cell，2011，44（4）:609-620.

［22］Pei H，Zhang L，Luo K，et al.MMSET regulates histone H4K20 methylation and 53BP1 accumulation at DNA damage sites［J］.Nature，2011，470（7332）:124-128.

［23］Asangani IA，Ateeq B，Cao Q，et al.Characterization of the EZH2-MMSET histone methyltransferase regulatory axis in cancer［J］.Mol Cell，2013，49（1）:80-93.

［24］Hudlebusch HR，Santoni-Rugiu E，Simon R，et al.The histone methyltransferase and putative oncoprotein MMSET is overexpressed in a large variety of human tumors［J］.Clin Cancer Res，2011，17（9）:2919-2933.

［25］Brito JL，Walker B，Jenner M，et al.MMSET deregulation affects cell cycle progression and adhesion regulons int（4;14）myeloma plasma cells［J］.Haematologica，2009，94（1）:78-86.

［26］Martinez-Garcia E，Popovic R，Min DJ，et al.The MMSET histone methyl transferase switches global histone methylation and alters gene expression in t（4;14）multiple myeloma cells［J］.Blood，2011，117（1）:211-220.

［27］Mungamuri SK，Benson EK，Wang S，et al.Fp53-mediated heterochromatin reorganization regulates its cell fate decisions［J］.Nat Struct Mol Biol，2012，19（5）:478-484.

［28］He C，Li F，Zhang J，et al.The methyltransferase NSD3 has chro matin-binding motifs，PHD5-C5HCH，that are distinct from other NSD（nuclear receptor SET domain）family members in their histone H3 recognition［J］.J Biol Chem，2013，288（7）:4692-4703.

［29］Zhou Z，Thomsen R，Kahns S，et al.The NSD3L histone methyltransferase regulates cell cycle and cell invasion in breast cancer cells［J］.Biochem Biophys Res Commun，2010，398（3）:565-570.

［30］Rahman S，Sowa ME，Ottinger M，et al.The Brd4 extraterminal domain confers transcription activation independent of pTEFb by recruiting multiple proteins，including NSD3［J］.Mol Cell Biol，2011，31（13）:2641-2652.

［31］Ellis L，Atadja PW，Johnstone RW.Epigenetics in cancer:targeting chromatin modifications［J］.Mol Cancer Ther，2009，8（6）:1409-1420.