CDK12基因在恶性肿瘤中的研究进展
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【Abstract】CDK12belongstothetranscription-relatedcyclin-dependentkinases(CDKs)andplaysanimportant roleinvariouscellprocesses,includingtranscriptionalregulation,mRNA splicing,DNA damagerepair,cellgrowth anddifferentiation,regulationofepigeneticmodification,andmaintenanceofgenomestability.SomaticCDK12altera tionshavebeendetectedinavarietyofsolidtumors,suchasprostatecancer,ovariancancer,breastcancer,melano ma,esophagealcarcinoma,endometrialcarcinoma,bladdercancer,colorectalcancer,andheadandnecksquamouscell carcinoma.RecentstudieshaveshownthatCDK12mutationsordeletionscansensitizecancerpatientstoPARPinhib itors,platinum-basedchemotherapydrugs,andimmunotherapy.Therefore,CDK12isexpectedtobeanewmolecular targetfortumortherapy.Inthispaper,wereviewthestructure,functionandresearchprogressofCDK12inmalignant tumorstofacilitatetheclinicalresearchoftargeteddrugsinvarioustumors. 【Keywords】CDK12,malignanttumor,targetedtherapy
ologicaldiagnosisexpertconsensus(2017edition)[J].Chinese
JournalofPathology,2018,47(1):7-13.
[12] 张勇.甲磺酸阿帕替尼治疗恶性黑色素瘤的实验研究及临床
观察[D].河南:郑州大学,2018.
ZHANGY.Experimentalstudyandclinicalobservationofapatinib
mesylateinthetreatmentofmalignantmelanoma[D].Henan:
ZhengzhouUniversity,2018.
(编校:蔺癑)
?综 述?
CDK12基因在恶性肿瘤中的研究进展
程 琳1,2,庄光磊1,2,狄 文1,2
ResearchprogressofCDK12geneinmalignanttumors
素瘤规范化病理诊断专家共识 (2017年 版 )[J].中 华 病 理 学
杂志,2018,47(1):7-13.
"China'sMelanomaStandardizedPathologicalDiagnosisExpert
Consensus"WritingGroup.Chinesemelanomastandardizedpath
CHENGLin1,2,ZHUANGGuanglei1,2,DIWen1,2
1DepartmentofObstetricsandGynecology;2ShanghaiKeyLaboratoryofGynecologicOncology,RenjiHospital,SchoolofMedicine,Shang haiJiaoTongUniversity,Shanghai200127,China.
CDK12由 KO等分离发现[6],因其为 Cdc2相关激酶并 含有富集精氨酸 /丝氨酸的结构域[Cdc2-relatedkinasewith anarginine/serine-rich(RS)domain,CrkRS],最初被命名为 CrkRS。CrkRS/CDK12由 1490个氨基酸组成,包括一个激 酶结构域(KD),两个富含脯氨酸的基序(PRM)以及一个富 含丝氨酸 /精氨酸的 RS结 构 域 (图 1)。PRM 的 存 在 表 明 CDK12可能参与了许多蛋白质间的相互作用。CDK12定位 于细胞核,在核散斑体内离散分布。最初 cyclinsL1和 L2被 识别为 CDK12的同源细胞周期蛋白[7],但是后来发现 cyclin K才 是 真 正 的 CDK12相 关 的 细 胞 周 期 蛋 白[8],对 发 挥 CDK12的激酶作用至关重要。
·2538·
程 琳,等 CDK12基因在恶性肿瘤中的研究进展
LISD.Reportofacaseofmalignanturethramelanoma[J].Chinese MedicineGuide,2013,11(7):302-303. [9] SCHWENZERNF,PFANNENBERGAC.PET/CT,MR,andPET/ MRinlymphomaandmelanoma[J].SeminarsinNuclearMedi cine,2015,45(4):322-331. [10] 张雁山,王慧娟,叶延程,等.碳离子束放射治疗肿瘤的临床进
化 RNAPolⅡ的 Ser2位点是转录起始向转录延伸过渡的关 键步骤[12]。值得注意的是 CDK12的缺失并不影响细胞整体 的转录水平,而仅改变了部分参与 DNA损伤修复(DDR)和 DNA复制的基因[13],进一步研究显示,这些基因较长,均具 有大量外显子,如 BRCA1、ATR、FANCD2等。EIFLER等对 果蝇细胞的研究得到了类似的结果,他们发现 CDK12会选 择性调节 nrf2依赖性基因表达[14]。KRAJEWSKA等[15]使用 CDK12/13抑制剂 THZ531对 CDK12调节 DDR基因的具体 机制进行探讨,通过对新生 RNA及 Poly(A)3'端测序发现过 早切割及腺苷酸化(PCPA)导致了 DDR基因及其他长链基 因(>45kb)延 伸 障 碍。 进 一 步 磷 酸 化 蛋 白 组 学 分 析 表 明 CDK12会磷酸化调节 PCPA的相关因子,U1snRNP与内含 子聚腺苷 酸 化 位 点 的 结 合 比 率 较 低 的 基 因 及 长 链 基 因 对 CDK12/13抑制剂更为敏感。DUBBURY等[16]在小鼠胚胎干 细胞(ES)上也证实了 CDK12通过抑制 DDR基因内含子聚 腺苷酸化(IPA),促进 DDR基因完整表达。通常同源重组 (HR)基因较其他基因具有更多的 IPA位点,因此 CDK12基 因缺陷常常导致 HR障碍。
细胞周期蛋白依赖性激酶 (cyclin-dependentkinases, CDKs)是一组丝氨酸 /苏氨酸磷酸化激酶家族蛋白,是调控 细胞周期 等 多 种 细 胞 进 程 的 重 要 因 子。CDKs主 要 分பைடு நூலகம்为 两 类[1]:①细胞周期相关的 CDKs(包括 CDK1、CDK2、CDK4和 CDK6等),直 接 调 节 细 胞 周 期 的 各 个 阶 段。其 中 CDK4/ CDK6的抑制剂(如 帕 博 西 尼、瑞 博 西 尼、玻 玛 西 尼 )已 被 广 泛用于治疗激素受体(HR)阳性,人表皮生长因子受体 -2 (HER-2)阴性的晚期或转移性乳腺癌[2-4]。②转录相关的 CDKs(包括 CDK7、CDK8、CDK9、CDK12和 CDK13等),通过 磷酸化 RNA聚合酶Ⅱ(RNApolymeraseⅡ)的羧基端结构域 (CTD)调节基因转录。最近研究表明这些转录相关的 CDKs 对驱动和维持癌细胞生长起到重要作用,有望成为肿瘤治疗 的新靶点。
ModernOncology2021,29(14):2538-2542
【指示性摘要】CDK12属于转录相关的细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependentkinases,CDKs),在转录调 控、mRNA剪接、DNA损伤修复、细胞生长和分化、调控表观遗传修饰、维持基因组稳定等多种细胞进程中发 挥重要作用。目前已在多种实体瘤中检测到 CDK12基因的体细胞变异,如前列腺癌、卵巢癌、乳腺癌、黑色素 瘤、食管癌、子宫内膜癌、膀胱癌、结直肠癌和头颈鳞状细胞癌等。近期研究表明 CDK12发生突变或缺失会引 起恶性肿瘤患者对 PARP抑制剂、铂 类 化 疗 药 物 以 及 免 疫 治 疗 敏 感 ,因 此 有 望 成 为 肿 瘤 治 疗 的新靶点。
与 CDK12关 系 最 密 切 的 CDK 是 CDK13(也 称 为 CDC2L5,CHED),由 1512个氨基酸组成(图 1)。CDK13和 CDK12的激酶结构域接近 92%相同,CDK13也可以和 cyclin K形成异二聚体,发挥激酶作用。但 CDK13比 CDK12多了 一个羧基 端 富 丝 氨 酸 结 构 域 (SR)和 两 个 富 丙 氨 酸 结 构 域 (AR)。尽管 CDK12和 CDK13在结构上有相似之处,但它们 调节的基因仅有少部分重叠[9-10]。 1.2 CDK12的功能 1.2.1 CDK12参与转录调控、mRNA剪接及 DNA损伤修 复 RNAPolⅡ CTD由多个七肽重复序列(YSPTSPS)组成, 酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸磷酸化的模式决定了转录起始、延 伸和终止阶段之间的转换[11]。CDK12/cyclinK复合物磷酸
CDK12属于转录相关的 CDKs,在多种组织内均有表达, 在睾丸、骨髓以及淋巴结等组织表达量明显增高[5]。近期研 究发现,CDK12在 DNA 损 伤 修 复、细 胞 生 长 和 分 化、前 体 mRNA剪接和处理 加 工、调 控 表 观 遗 传 修 饰、内 含 子 聚 腺 苷 酸化、维持基因组稳定等多种细胞进程中发挥重要作用[1]。 CDK12基因在多种恶性肿瘤中广泛存在突变和表达异常等 改变,因此本文对 CDK12基因的结构与功能及其在肿瘤发 生发展中所起到的作用进行综述,为肿瘤的靶向治疗、精准 治疗提供思路。 1 CDK12的结构与功能 1.1 CDK12的结构
展[J].医学综述,2017,23(20):4033-4038,4044. ZHANGYS,WANGHJ,YEYC,etal.Clinicalprogressofcarbon ionbeam radiotherapyfortumors[J].MedicalReview,2017,23 (20):4033-4038,4044. [11] 《中国黑色素瘤规范化病理诊断专家共识》编写组.中国黑色
【收稿日期】 2020-05-20 【修回日期】 2020-08-27 【基金项目】 国家自然科学基金面上项目(编号:81974454,81772770) 【作者单位】 1上海交通大学医学院附属仁济医院妇产科,上海 200127
2上海市妇科肿瘤重点实验室,上海 200127 【作者简介】 程琳(1992-),女,河北人,博士在读,主要从事妇科肿瘤研究。E-mail:chenglin081292@126.com 【通讯作者】 狄文(1960-),男,上海人,教授,博士生导师,主要从事妇科肿瘤及孕产妇红斑狼疮的研究。E-mail:diwen163@163.com
现代肿瘤医学 2021年 07月 第 29卷第 14期 MODERNONCOLOGY,Jul.2021,VOL29,No14
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本文对 CDK12的结构、功能及其在恶性肿瘤中的研究进展进行综述,以为临床各类肿瘤的靶向药物研究提供 帮助。 【关键词】CDK12;恶性肿瘤;靶向治疗 【中图分类号】R730.5 【文献标识码】A DOI:10.3969/j.issn.1672-4992.2021.14.031 【文章编号】1672-4992-(2021)14-2538-05
ologicaldiagnosisexpertconsensus(2017edition)[J].Chinese
JournalofPathology,2018,47(1):7-13.
[12] 张勇.甲磺酸阿帕替尼治疗恶性黑色素瘤的实验研究及临床
观察[D].河南:郑州大学,2018.
ZHANGY.Experimentalstudyandclinicalobservationofapatinib
mesylateinthetreatmentofmalignantmelanoma[D].Henan:
ZhengzhouUniversity,2018.
(编校:蔺癑)
?综 述?
CDK12基因在恶性肿瘤中的研究进展
程 琳1,2,庄光磊1,2,狄 文1,2
ResearchprogressofCDK12geneinmalignanttumors
素瘤规范化病理诊断专家共识 (2017年 版 )[J].中 华 病 理 学
杂志,2018,47(1):7-13.
"China'sMelanomaStandardizedPathologicalDiagnosisExpert
Consensus"WritingGroup.Chinesemelanomastandardizedpath
CHENGLin1,2,ZHUANGGuanglei1,2,DIWen1,2
1DepartmentofObstetricsandGynecology;2ShanghaiKeyLaboratoryofGynecologicOncology,RenjiHospital,SchoolofMedicine,Shang haiJiaoTongUniversity,Shanghai200127,China.
CDK12由 KO等分离发现[6],因其为 Cdc2相关激酶并 含有富集精氨酸 /丝氨酸的结构域[Cdc2-relatedkinasewith anarginine/serine-rich(RS)domain,CrkRS],最初被命名为 CrkRS。CrkRS/CDK12由 1490个氨基酸组成,包括一个激 酶结构域(KD),两个富含脯氨酸的基序(PRM)以及一个富 含丝氨酸 /精氨酸的 RS结 构 域 (图 1)。PRM 的 存 在 表 明 CDK12可能参与了许多蛋白质间的相互作用。CDK12定位 于细胞核,在核散斑体内离散分布。最初 cyclinsL1和 L2被 识别为 CDK12的同源细胞周期蛋白[7],但是后来发现 cyclin K才 是 真 正 的 CDK12相 关 的 细 胞 周 期 蛋 白[8],对 发 挥 CDK12的激酶作用至关重要。
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程 琳,等 CDK12基因在恶性肿瘤中的研究进展
LISD.Reportofacaseofmalignanturethramelanoma[J].Chinese MedicineGuide,2013,11(7):302-303. [9] SCHWENZERNF,PFANNENBERGAC.PET/CT,MR,andPET/ MRinlymphomaandmelanoma[J].SeminarsinNuclearMedi cine,2015,45(4):322-331. [10] 张雁山,王慧娟,叶延程,等.碳离子束放射治疗肿瘤的临床进
化 RNAPolⅡ的 Ser2位点是转录起始向转录延伸过渡的关 键步骤[12]。值得注意的是 CDK12的缺失并不影响细胞整体 的转录水平,而仅改变了部分参与 DNA损伤修复(DDR)和 DNA复制的基因[13],进一步研究显示,这些基因较长,均具 有大量外显子,如 BRCA1、ATR、FANCD2等。EIFLER等对 果蝇细胞的研究得到了类似的结果,他们发现 CDK12会选 择性调节 nrf2依赖性基因表达[14]。KRAJEWSKA等[15]使用 CDK12/13抑制剂 THZ531对 CDK12调节 DDR基因的具体 机制进行探讨,通过对新生 RNA及 Poly(A)3'端测序发现过 早切割及腺苷酸化(PCPA)导致了 DDR基因及其他长链基 因(>45kb)延 伸 障 碍。 进 一 步 磷 酸 化 蛋 白 组 学 分 析 表 明 CDK12会磷酸化调节 PCPA的相关因子,U1snRNP与内含 子聚腺苷 酸 化 位 点 的 结 合 比 率 较 低 的 基 因 及 长 链 基 因 对 CDK12/13抑制剂更为敏感。DUBBURY等[16]在小鼠胚胎干 细胞(ES)上也证实了 CDK12通过抑制 DDR基因内含子聚 腺苷酸化(IPA),促进 DDR基因完整表达。通常同源重组 (HR)基因较其他基因具有更多的 IPA位点,因此 CDK12基 因缺陷常常导致 HR障碍。
细胞周期蛋白依赖性激酶 (cyclin-dependentkinases, CDKs)是一组丝氨酸 /苏氨酸磷酸化激酶家族蛋白,是调控 细胞周期 等 多 种 细 胞 进 程 的 重 要 因 子。CDKs主 要 分பைடு நூலகம்为 两 类[1]:①细胞周期相关的 CDKs(包括 CDK1、CDK2、CDK4和 CDK6等),直 接 调 节 细 胞 周 期 的 各 个 阶 段。其 中 CDK4/ CDK6的抑制剂(如 帕 博 西 尼、瑞 博 西 尼、玻 玛 西 尼 )已 被 广 泛用于治疗激素受体(HR)阳性,人表皮生长因子受体 -2 (HER-2)阴性的晚期或转移性乳腺癌[2-4]。②转录相关的 CDKs(包括 CDK7、CDK8、CDK9、CDK12和 CDK13等),通过 磷酸化 RNA聚合酶Ⅱ(RNApolymeraseⅡ)的羧基端结构域 (CTD)调节基因转录。最近研究表明这些转录相关的 CDKs 对驱动和维持癌细胞生长起到重要作用,有望成为肿瘤治疗 的新靶点。
ModernOncology2021,29(14):2538-2542
【指示性摘要】CDK12属于转录相关的细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependentkinases,CDKs),在转录调 控、mRNA剪接、DNA损伤修复、细胞生长和分化、调控表观遗传修饰、维持基因组稳定等多种细胞进程中发 挥重要作用。目前已在多种实体瘤中检测到 CDK12基因的体细胞变异,如前列腺癌、卵巢癌、乳腺癌、黑色素 瘤、食管癌、子宫内膜癌、膀胱癌、结直肠癌和头颈鳞状细胞癌等。近期研究表明 CDK12发生突变或缺失会引 起恶性肿瘤患者对 PARP抑制剂、铂 类 化 疗 药 物 以 及 免 疫 治 疗 敏 感 ,因 此 有 望 成 为 肿 瘤 治 疗 的新靶点。
与 CDK12关 系 最 密 切 的 CDK 是 CDK13(也 称 为 CDC2L5,CHED),由 1512个氨基酸组成(图 1)。CDK13和 CDK12的激酶结构域接近 92%相同,CDK13也可以和 cyclin K形成异二聚体,发挥激酶作用。但 CDK13比 CDK12多了 一个羧基 端 富 丝 氨 酸 结 构 域 (SR)和 两 个 富 丙 氨 酸 结 构 域 (AR)。尽管 CDK12和 CDK13在结构上有相似之处,但它们 调节的基因仅有少部分重叠[9-10]。 1.2 CDK12的功能 1.2.1 CDK12参与转录调控、mRNA剪接及 DNA损伤修 复 RNAPolⅡ CTD由多个七肽重复序列(YSPTSPS)组成, 酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸磷酸化的模式决定了转录起始、延 伸和终止阶段之间的转换[11]。CDK12/cyclinK复合物磷酸
CDK12属于转录相关的 CDKs,在多种组织内均有表达, 在睾丸、骨髓以及淋巴结等组织表达量明显增高[5]。近期研 究发现,CDK12在 DNA 损 伤 修 复、细 胞 生 长 和 分 化、前 体 mRNA剪接和处理 加 工、调 控 表 观 遗 传 修 饰、内 含 子 聚 腺 苷 酸化、维持基因组稳定等多种细胞进程中发挥重要作用[1]。 CDK12基因在多种恶性肿瘤中广泛存在突变和表达异常等 改变,因此本文对 CDK12基因的结构与功能及其在肿瘤发 生发展中所起到的作用进行综述,为肿瘤的靶向治疗、精准 治疗提供思路。 1 CDK12的结构与功能 1.1 CDK12的结构
展[J].医学综述,2017,23(20):4033-4038,4044. ZHANGYS,WANGHJ,YEYC,etal.Clinicalprogressofcarbon ionbeam radiotherapyfortumors[J].MedicalReview,2017,23 (20):4033-4038,4044. [11] 《中国黑色素瘤规范化病理诊断专家共识》编写组.中国黑色
【收稿日期】 2020-05-20 【修回日期】 2020-08-27 【基金项目】 国家自然科学基金面上项目(编号:81974454,81772770) 【作者单位】 1上海交通大学医学院附属仁济医院妇产科,上海 200127
2上海市妇科肿瘤重点实验室,上海 200127 【作者简介】 程琳(1992-),女,河北人,博士在读,主要从事妇科肿瘤研究。E-mail:chenglin081292@126.com 【通讯作者】 狄文(1960-),男,上海人,教授,博士生导师,主要从事妇科肿瘤及孕产妇红斑狼疮的研究。E-mail:diwen163@163.com
现代肿瘤医学 2021年 07月 第 29卷第 14期 MODERNONCOLOGY,Jul.2021,VOL29,No14
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本文对 CDK12的结构、功能及其在恶性肿瘤中的研究进展进行综述,以为临床各类肿瘤的靶向药物研究提供 帮助。 【关键词】CDK12;恶性肿瘤;靶向治疗 【中图分类号】R730.5 【文献标识码】A DOI:10.3969/j.issn.1672-4992.2021.14.031 【文章编号】1672-4992-(2021)14-2538-05