PRMT5,也称为蛋白质精氨酸甲基转移酶5,是一种关键的表观遗传调控酶,主要负责蛋白质中精氨酸残基的单甲基化和对称二甲基化。PRMT5通过这种翻译后修饰,在多种生物学过程中发挥着重要作用,包括基因表达调控、染色质结构改变、细胞周期调控、细胞分化以及RNA剪接等。
PRMT5能够催化组蛋白上的对称二甲基化,例如H2AR3me2s、H3R8me2s和H4R3me2s,从而产生抑制性组蛋白标记,导致基因沉默。此外,PRMT5还能甲基化非组蛋白蛋白,如转录因子p53、E2F1和p65等。这些蛋白质的甲基化修饰涉及多种细胞过程,包括转录、翻译、DNA修复、RNA加工和代谢等[1]。
近年来,越来越多的研究表明PRMT5在血液系统恶性肿瘤中表达上调,包括白血病和淋巴瘤等。在白血病和淋巴瘤中,PRMT5通过调控基因表达来促进癌细胞的增殖。因此,针对PRMT5的特异性抑制剂作为一种潜在的抗癌治疗策略正逐渐受到关注[1]。
有研究发现,MTAP(甲基硫腺苷磷酸化酶)基因的缺失会导致癌症细胞对PRMT5的依赖性增强。MTAP是甲硫氨酸回收途径中的关键酶,其基因常因与肿瘤抑制基因CDKN2A的染色体邻近而一同被删除。MTAP缺失的细胞内甲基硫腺苷(MTA)浓度升高,而MTA能够特异性地抑制PRMT5的酶活性。因此,MTAP缺失的癌症细胞对PRMT5的抑制更加敏感[2,3]。
PRMT5还与MEP50(也称为Wdr77)形成复合物,参与调控基因组组织、转录、干细胞、原始生殖细胞、分化、细胞周期和剪接体组装等过程[4]。PRMT5及其复合物在癌症发生发展中发挥着重要作用,其表达水平和甲基转移酶活性可能成为癌症治疗的潜在靶点[4]。
此外,PRMT5在黑色素瘤中对抗肿瘤免疫反应的调控作用也得到了研究。研究发现,PRMT5的表达与抗肿瘤免疫基因特征呈负相关。抑制PRMT5活性能够增强黑色素瘤细胞对免疫疗法的敏感性,并通过调控cGAS/STING和NLRC5通路来促进抗肿瘤免疫反应[5]。
在结直肠癌中,PRMT5通过转录抑制c-Myc的靶基因来促进肿瘤的进展。研究发现,PRMT5与c-Myc相互作用,共同抑制PTEN、CDKN2C、CDKN1A、CDKN1C和p63等基因的表达,从而促进结直肠癌细胞的生长。PRMT5的甲基转移酶活性对于其抑制基因表达的功能至关重要。此外,PRMT5和c-Myc的表达水平在原发性人结直肠癌组织中上调,并且与临床预后呈负相关[6]。
在套细胞淋巴瘤(MCL)中,PRMT5过度表达,并参与了多种致癌途径。PRMT5通过表观遗传和翻译后修饰细胞周期调节因子、DNA修复基因、存活途径成分和RNA剪接调节因子等,在MCL的发病机制中发挥重要作用。研究发现,使用PRMT5的小分子抑制剂PRT-382能够抑制MCL细胞的生长并诱导细胞死亡。PRMT5抑制剂的抗肿瘤活性与MTAP/CDKN2A缺失和TP53野生型相关,这些可能是预测MCL患者对PRMT5抑制治疗的反应的潜在生物标志物[7]。
此外,PRMT5还与EZH2功能性地相关联,通过表观遗传抑制CDKN2B的表达来促进结直肠癌的进展。研究发现,PRMT5缺失的结直肠癌细胞表现出增殖缺陷。PRMT5介导的组蛋白标记H4R3me2s和H3R8me2s主要沉积在CDKN2B基因的启动子区域。敲低PRMT5能够降低CDKN2B启动子的H4R3me2s和H3R8me2s标记以及CpG岛的甲基化水平,从而重新激活CDKN2B的表达。此外,PRMT5与EZH2相互作用,导致EZH2结合增强和H3K27me3沉积,同时降低CDKN2B基因的转录输出。PRMT5和EZH2的表达水平在结直肠癌组织中显著升高,并与患者的预后不良相关[8]。
综上所述,PRMT5是一种重要的表观遗传调控酶,参与多种细胞过程的调控,并在癌症的发生和发展中发挥着关键作用。PRMT5的抑制可能成为多种癌症治疗的潜在策略。此外,PRMT5与MTAP缺失、EZH2、c-Myc等基因的相互作用以及其在免疫疗法中的潜在应用,为癌症治疗提供了新的思路和策略。
参考文献:
1. Zhu, Fen, Rui, Lixin. 2019. PRMT5 in gene regulation and hematologic malignancies. In Genes & diseases, 6, 247-257. doi:10.1016/j.gendis.2019.06.002. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32042864/
2. Kryukov, Gregory V, Wilson, Frederick H, Ruth, Jason R, Hahn, William C, Garraway, Levi A. 2016. MTAP deletion confers enhanced dependency on the PRMT5 arginine methyltransferase in cancer cells. In Science (New York, N.Y.), 351, 1214-8. doi:10.1126/science.aad5214. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26912360/
3. Mavrakis, Konstantinos J, McDonald, E Robert, Schlabach, Michael R, Stegmeier, Frank, Sellers, William R. 2016. Disordered methionine metabolism in MTAP/CDKN2A-deleted cancers leads to dependence on PRMT5. In Science (New York, N.Y.), 351, 1208-13. doi:10.1126/science.aad5944. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26912361/
4. Stopa, Nicole, Krebs, Jocelyn E, Shechter, David. 2015. The PRMT5 arginine methyltransferase: many roles in development, cancer and beyond. In Cellular and molecular life sciences : CMLS, 72, 2041-59. doi:10.1007/s00018-015-1847-9. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25662273/
5. Kim, Hyungsoo, Kim, Heejung, Feng, Yongmei, Tocci, Stefania, Ronai, Ze'ev A. . PRMT5 control of cGAS/STING and NLRC5 pathways defines melanoma response to antitumor immunity. In Science translational medicine, 12, . doi:10.1126/scitranslmed.aaz5683. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32641491/
6. Liu, Ming, Yao, Bing, Gui, Tao, Ju, Junyi, Zhao, Quan. 2020. PRMT5-dependent transcriptional repression of c-Myc target genes promotes gastric cancer progression. In Theranostics, 10, 4437-4452. doi:10.7150/thno.42047. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32292506/
7. Sloan, Shelby L, Brown, Fiona, Long, Mackenzie, Baiocchi, Robert A, Alinari, Lapo. . PRMT5 supports multiple oncogenic pathways in mantle cell lymphoma. In Blood, 142, 887-902. doi:10.1182/blood.2022019419. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37267517/
8. Yang, Liu, Ma, Da-Wei, Cao, Yue-Peng, Feng, Ji-Feng, Bao, Jun. 2021. PRMT5 functionally associates with EZH2 to promote colorectal cancer progression through epigenetically repressing CDKN2B expression. In Theranostics, 11, 3742-3759. doi:10.7150/thno.53023. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33664859/