MAGOH及MAGOHB在恶性肿瘤中的研究进展

Advances in the Study of MAGOH and MAGOHB in Malignant Tumors

摘要: MAGOH和MAGOHB是外显子连接复合物(EJC)的关键组成成分，它参与mRNA的剪接、翻译和定位。MAGOHB是MAGOH同一家族的密切相关成员，其是进化保守的重复MAGOH基因。这两种MAGOH基因位于人类不同的染色体上(MAGOH：第1条；MAGOHB：第12条)，两者均包含具有保守长度和结构的五个外显子。由于染色体1p经常丢失使得MAGOH缺失成为了一种普遍的遗传事件，在MAGOH缺失时，MAGOHB会替代MAGOH在EJC中起作用。研究表明，MAGOHB基因与多种癌症的发生发展有关。因此，该文就MAGOHB在恶性肿瘤中的最新进展进行了综述。

Abstract: MAGOH and MAGOHB are key components of the exon junction complex (EJC), which is involved in the splicing, translation and localization of mRNA. magohB is a closely related member of the same family of MAGOH, which are evolutionarily conserved repetitive MAGOH genes. The two MAGOH genes are located on different human chromosomes (MAGOH: chromosome 1; MAGOHB: chromo-some 12) and both contain five exons with conserved length and structure. The frequent loss of chromosome 1p makes MAGOH deletion a common genetic event, and in the absence of MAGOH, MAGOHB acts in place of MAGOH in EJC. Studies have shown that the MAGOHB gene is associated with the development of several cancers. Therefore, this article provides a review of the recent pro-gress of MAGOHB in malignancies.

1. 引言

人EJC的核心由RNA结合基序蛋白8A (RBM8A)、真核翻译起始因子4A3 (EIF4A3)、人Mago-Nashi同源物(MAGOH)组成 [1] 。EJC结合在mRNA的外显子边界上游的典型结合位点，MAGOH与RBM8A一起参与mRNA加工事件，例如剪接、mRNA输出、翻译和无义介导的mRNA衰变(nonsense-mediated mRNA decay, NMD) [2] - [7] 。MAGOH和RBM8A形成稳定的异二聚体，与eIF 4A3紧密结合，从而稳定eIF 4A3在mRNA上的结合 [8] [9] [10] [11] 。

在哺乳动物中，MAGOH以平行同源对的形式存在，即MAGOH及其旁系同源物MAGOHB。由旁系同源物MAGOHB编码的蛋白质与MAGOH的不同之处在于其氨基末端的两个氨基酸 [1] 。这些旁系同源物不仅参与EJC的形成、mRNA输出、翻译和NMD，而且由于染色体1p丢失使它们还在癌症进展中发挥积极作用 [12] 。此外，MAGOH抑制RBM8A与转录因子STAT3的相互作用，从而负调节STAT3信号传导 [13] 。目前MAGOH及MAGOHB在多种恶性肿瘤中呈现出强相关性。本文就MAGOH和MAGOHB的分子功能以及它们在各种恶性肿瘤中的作用作一综述。

2. MAGOHB概述

2.1. MAGOHB的功能

MAGOH基因的两个基因型存在于所有哺乳动物中 [1] [14] [15] 。在人类中，MAGOH的基因位于1号染色体的短臂上，并且编码的蛋白质具有约18 kDa的分子量 [16] 。通常称为第二种MAGOH基因的MAGOHB位于第12染色体的短臂中。MAGOH和MAGOHB的氨基酸序列相差两个氨基酸。MAGOHB具有148个氨基酸，与含有146个氨基酸的MAGOH相比，在N-末端有两个额外的氨基酸 [1] 。来自人、小鼠、牛、狼和中国仓鼠的MAGOH和MAGOHB的多重序列比对表明，尽管观察到密码子的变异性，但这些物种的基因的氨基酸序列没有变化 [1] 。我们虽然不能区分MAGOH/MAGOHB两个基因中的任何一个对MAGOH/MAGOHB蛋白总体水平是否具有影响 [1] 。但目前研究支持MAGOH作为管家基因发挥功能的假设，且MAGOHB是受调节的，并且可在特定时间点或某些细胞条件下使用，另外也可用于补偿降低的MAGOH水平 [1] ，在MAGOH缺失时，MAGOHB会替代MAGOH在EJC中起作用。免疫共沉淀实验将其鉴定为EJC的一部分，因为MAGOH和MAGOHB均以相同的效率与RBM8A和EIF4A3发生免疫沉淀 [1] 。当MAGOH或MAGOHB被单独敲除时，内源NMD敏感性转录物(SC35 1.6 kb, 1.7 kb)的降解是不显著的。然而，两种MAGOH蛋白的同时敲低损害NMD，导致SC35转录物的增加。这些结果表明，存在单个旁系同源物(MAGOH或MAGOHB)就足以实现NMD功能。在耗尽两种旁系同源物后，NMD途径中存在破坏。因此，MAGOH的减少可以由MAGOHB补偿，反之亦然 [1] 。当MAGOH缺失或失活时，MAGOHB在维持细胞功能中的作用是突出的 [12] 。

2.2. MAGOHB的表达

MAGOH和MAGOHB的表达彼此依赖，尽管目前仍不清楚当MAGOH或MAGOHB缺失时，将如何调节每种旁系同源物表达的机制，但可以确定的是，MAGOH和MAGOHB的表达彼此依赖。研究发现，在小鼠中Mll2 (一种H3K4甲基转移酶)可以调节MAGOHB表达 [14] 。小鼠胚胎干细胞中Mll2的条件性敲除导致MAGOHB表达的显著降低，并且详细的转录物分析显示MAGOHB表达主要依赖于Mll2的水平。MAGOHB表达的减少归因于MAGOHB启动子中的表观遗传变化，在Mll2敲低期间H3K4三甲基化减少20倍并且H3K27三甲基化同时增加6倍。尽管MAGOHB启动子发生了变化，但MAGOH启动子未受影响 [14] ，这表明Mll2对小鼠胚胎干细胞中的MAGOHB表达是必需的，但对MAGOH表达不是必需的。

在小鼠巨噬细胞中，在受到脂多糖(Lipopolysaccharide, LPS)的刺激后，MAGOHB也可以差异性上调 [17] 。LPS可以选择性地增加MAGOHB在mRNA水平上的表达(高达12.5倍)，尽管这种增加是短暂的。相比之下，MAGOH的表达即使在长时间暴露于LPS后也保持不变。然而，这种差异表达在蛋白质水平上没有反映，其中MAGOH和MAGOHB蛋白质的总量没有改变 [1] 。尽管蛋白质水平不变，但暴露于LPS是另一种机制，其证明了MAGOH和MAGOHB在生理条件下的差异调节 [1] 。

3. MAGOHB在恶性肿瘤中作用

目前已经在一些恶性肿瘤中发现了MAGOH对肿瘤发生的作用 [12] [18] [19] 。例如，在胃癌中，MAGOH和MAGOHB已被认为可以调节关键的病理过程，如细胞增殖和细胞周期进展 [20] 。此外，MAGOH被证明是皮肤中黑素细胞发育的重要调节剂 [21] 。在Silver [21] 等人的研究中，发现MAGOH表达不足的小鼠在胚胎期间表现出表皮黑色素细胞数量减少，并且在成年时表现出黑色素减退。进一步研究显示，黑素瘤细胞系中的MAGOH消耗会引起生长停滞。下文将具体展开MAGOH在恶性肿瘤中的作用。

3.1. 染色体1p丢失和对MAGOHB的依赖性

染色体1p的丢失是许多癌症中的标志性事件，并且通常与不良预后相关 [22] [23] 。在1p缺失但没有12p参与的癌症中，MAGOH基因可能因为突变而丢失。在这种情况下，MAGOHB会促使EJC的形成及替代NMD途径中的MAGOH基因的损失 [1] [12] 。目前一发现多种细胞系具有染色体1p的丢失，例如肺癌细胞中ChaGoK1对于MAGOH是半合子的，即它具有MAGOH的单个等位基因。当MAGOHB在ChaGoK1中沉默时，观察到NMD敏感性转录物的显著增加，这表明由于MAGOH和MAGOHB的组合减少而导致的异常NMD。转录组学分析还揭示了不正确的剪接模式，在两个旁系同源物的表达减少后，会导致外显子包含减少和内含子保留增加。MAGOH在这些沉默细胞中的异位表达挽救了异常剪接和NMD缺陷。此外，在ChaGoKl细胞中的MAGOHB敲低会导致几种基因的编码同种型的下调，同时增加它们各自的NMD敏感性同种型 [12] 。剪接因子如SRSF2、SRSF7、HNRNPDL和HNRNPHl在MAGOH耗尽的细胞中在MAGOHB敲减后差异表达 [12] 。

由于染色体1p丢失导致的MAGOH表达不足也诱导IPO13依赖性减少 [12] 。重要的是，MAGOH和IPO13都位于染色体1p上，染色体1p的缺失导致这两个基因的共缺失，随后导致它们的共依赖性。IPO13是一种输入型蛋白-β受体，其通过促进MAGOH-RBM8A异二聚体的核输入来实现EJC组分的再循环 [24] 。当MAGOH重新表达时，这种依赖性可以在肺癌细胞NCIH460和NCIH1437 (具有半合子MAGOH缺失)中部分逆转 [12] 。当IPO13在MAGOH缺陷细胞中沉默时，其导致MAGOH/MAGOHB的细胞质积累和不适当的剪接，这可以在MAGOH的再表达时逆转。IPO13沉默后的不适当剪接归因于MAGOH和MAGOHB的有缺陷的穿梭 [12] 。

3.2. MAGOHB在乳腺癌中的作用

在乳腺癌患者中，MAGOHB高表达提示患者预后不良 [25] 。乳腺癌样品的RNA测序分析表明MAGOHB是肿瘤抑制性miRNA的靶标之一。当miR-101-5p在乳腺癌细胞系MCF7中过表达时，MAGOHB是下调的重要基因之一，表明其在肿瘤进展中的作用 [25] 。此外，Stricker等人报道MAGOH和MAGOHB是在根据激素受体表达分层的乳腺癌患者中具有强亚型特异性表达的关键RNA加工因子之一。MAGOH表达在雌激素受体阳性和三阴性乳腺癌之间显著不同，而MAGOHB在乳腺癌细胞系MCF7中受雌激素调节 [26] 。除了其他RNA加工因子之外，MAGOH和MAGOHB显著促进了在ER+和三阴性乳腺癌中观察到的亚型特异性剪接。乳腺癌细胞中MAGOH和MAGOHB的沉默表明，这两种基因都有助于乳腺癌亚型特异性剪接，并因此导致几种癌症特异性基因的同型转换 [26] 。

3.3. MAGOHB在胃癌中的作用

胃癌(gastric cancer, GC)是全球癌症相关死亡的主要原因之一，具有高死亡率 [27] [28] 。目前，GC的主要治疗包括手术和化疗 [29] 。尽管已经做出了努力，但GC患者的总生存率并没有得到很大改善 [30] 。应用多组学数据分析工具Omicsbean分析胃癌与癌旁正常组织的差异表达蛋白、CCK-8法检测细胞活力、流式细胞仪检测细胞凋亡和细胞周期、Transwell法检测细胞迁移和侵袭能力、RT-qPCR、免疫组化和Western blot分别检测基因和蛋白表达。研究表明，MAGOH和MAGOHB在胃癌组织中的表达明显高于正常组织 [20] 。MAGOH基因的敲除可通过诱导细胞凋亡而抑制胃癌细胞的增殖 [20] 。MAGOH的敲除或MAGOH和MAGOHB的双敲除通过细胞周期蛋白B1、CDK1和p27 Kip1的介导影响胃癌中的细胞周期分布 [20] 。MAGOH和MAGOHB的双重敲低与单独治疗相比对胃癌表现出更好的抗肿瘤效果 [20] 。另外，MAGOH和MAGOHB双基因敲除可通过抑制b-RAF/MEK/ERK信号通路而抑制胃癌的发生 [20] 。

3.4. MAGOHB在黑色素瘤中的作用

皮肤恶性黑色素瘤是一种高度增殖性和侵袭性的恶性肿瘤，其发病率稳步增加，转移进展后的长期生存率低 [31] 。癌症进展和肿瘤发生是由加速的细胞分裂速率引起的，通过细胞凋亡诱导途径的失活。研究发现，与正常人表皮黑素细胞相比，几种皮肤黑色素瘤细胞系具有上调的MAGOH和MAGOHB蛋白水平。对于体内来源的皮肤黑色素瘤肿瘤，也证明了MAGOH和MAGOHB的高蛋白表达 [31] 。先前研究表明，在胃癌中，MAGOH或MAGOH和MAGOHB的耗尽除了诱导凋亡之外，还显著抑制细胞周期进程 [32] 。而对于黑色素瘤细胞系，在MAGOH或MAGOH/MAGOHB敲减后没有观察到对细胞周期阶段的显著影响 [31] 。这可能意味着，皮肤黑色素瘤在细胞凋亡方面表现出对MAGOH (和MAGOHB)消耗的敏感性增加，表明皮肤恶性黑色素瘤细胞在细胞周期受到影响之前就已经经历细胞凋亡。MAGOH和MAGOHB在维持皮肤黑色素瘤的NMD活性中起着至关重要的作用 [31] 。两种MAGOH同源物的KD导致皮肤黑素瘤细胞中NMD功能的丧失并诱导细胞凋亡，这表明NMD在黑色素瘤中起促进功能。根据其他肿瘤类型中的机制，其可以介导NMD诱导的肿瘤抑制基因的下调。目前研究设计了靶向MAGOH和MAGOHB两者的siRNA库。通过这种方法，确保了KD的功能效应不会因为其他同源物持续表达的可能补偿而丢失。使用siMAGOH/B池，获得了两种同源物的有效KD，导致黑色素瘤细胞的增殖受损和细胞凋亡的诱导 [31] 。这种策略可能是未来治疗方法的基础，通过损害皮肤黑色素瘤细胞的生长。

3.5. MAGOHB在肺癌中的作用

近年来，肺鳞状细胞癌的发病率呈下降趋势，约占肺癌总数的30%~40%，肺腺癌占肺癌的40%~55%，在许多国家已经超过鳞状细胞癌成为最常见的肺癌类型 [33] 。肺癌细胞系NCIH1437具有固有的半合子MAGOH缺失。消耗MAGOHB降低了体外增殖和自我更新，并严重损害了细胞的体内肿瘤形成能力。MAGOHB沉默后的这种缺陷性增殖和肿瘤发生仅在具有半合子MAGOH缺失的细胞中观察到，而在携带两个MAGOH等位基因的功能性拷贝的细胞中未观察到。因此，MAGOH的半合子的缺失会诱导其功能性旁系同源物MAGOHB的依赖性 [12] 。而MAGOHB补偿MAGOH损失，IPO13在1p损失时与MAGOH共缺失。MAGOH和IPO13的共缺失损害MAGOH和MAGOHB的穿梭，从而减少它们的核储备并损害如RNA剪接、mRNA输出、翻译和NMD的过程 [12] 。细胞内这两种蛋白质的总量可能对正常的细胞功能至关重要。MAGOH和MAGOHB的剂量不平衡可能导致几种细胞事件的发生，并最终导致癌症。因此，MAGOH耗尽的细胞中，MAGOHB的下调可能是具有1p缺失癌细胞的治疗机会 [12] 。

4. 小结

MAGOH的表达对于细胞的正常功能是至关重要的，并且MAGOH失活突变导致小鼠中的神经发育不正常 [15] 、斑马鱼中的无活力胚胎 [33] 和人细胞中的细胞周期失调 [20] 。MAGOH与RBM8A结合形成EJC的核心，并调节mRNA的剪接、定位和无义介导的衰变，这使得它对适当的细胞功能至关重要。MAGOHB是MAGOH的功能性旁系同源物，与MAGOH以相同的效率并入EJC中，并且在MAGOH缺失的细胞存活特别重要 [1] 。研究表明，MAGOH位于染色体1p的短臂，这是一个与几种肿瘤抑制基因相关的区域，并且在许多癌症中经常缺失 [12] 。与肿瘤抑制基因相关的染色体区域的缺失诱导称为附带致死性的现象。考虑到MAGOH的染色体位置及其在剪接、mRNA转运、NMD和细胞周期调控中的作用，MAGOH的附带缺失很可能有助于染色体1p缺失的细胞中的肿瘤进展。然而，MAGOH损失的促癌作用应结合其旁系同源蛋白MAGOHB获得的功能变化来研究。因此，MAGOH对MAGOHB的共依赖性，以及随后MAGOH缺失通过其旁系同源物蛋白的补偿作用。当MAGOHB在MAGOH缺失的细胞中被敲除时，两种基因同时减少会导致细胞死亡，从而在这可能会在1p缺失的癌症中提供靶向MAGOHB的治疗机会。

相反，治疗方法也可以探索在1p缺失的细胞中诱导MAGOH表达的可能性，这可能促进肿瘤抑制基因的翻译以控制癌细胞增殖。然而，增加MAGOH表达作为一种治疗选择应谨慎进行，因为MAGOH和MAGOHB的差异表达也可能通过几种癌症特异性基因中的亚型特异性剪接和同种型转换促进癌症进展，如在乳腺癌的情况下所观察到的 [26] 。尽管仍不清楚在MAGOH损失后观察到的作用是否提示MAGOH作为肿瘤抑制剂的作用或MAGOHB作为肿瘤促进剂的作用，但是，细胞内这些蛋白质剂量之间的不平衡可能具有重大影响。基于目前可用的证据，可以得出，在MAGOH基因耗尽的细胞中，沉默MAGOHB基因可能是1p缺失癌症的新的治疗选择，这值得进一步探索。

NOTES

^*通讯作者。