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Aritcle類型:迷你回顧

引用:Cuesta Sancho S, Ouchi T(2015)細胞分化和檢查點。國際癌症Res Mol Mech 1(2): doi http://dx.doi.org/10.16966/2381-3318.107

版權:©2015大內田等人。這是一篇開放獲取的文章，根據創作共用署名許可協議(Creative Commons Attribution License)發布，該協議允許在任何媒體上不受限製地使用、分發和複製，前提是注明原作者和來源。

出版的曆史:

收到日期:2015年6月19日

接受日期:2015年6月28日

發表日期:2015年7月02

摘要

在許多類型的細胞中，DNA損傷是由內外細胞應激引起的。當DNA受損時，DNA損傷反應(DDR)程序被激活以修複DNA損傷，以保持基因組完整性和抑製隨後的惡性轉化。在這些程序中，細胞周期檢查點，確保細胞周期停止和隨後的修複受損的DNA，凋亡和衰老在細胞周期的各個階段。此外，最近的研究還建立了細胞分化檢查點，這是另一種在分化過程中被特異性激活的檢查點。我們將討論支持DNA損傷蛋白和C2C12細胞分化之間聯係的證據。

關鍵字

分化;檢查點;DNA損傷反應;C2C12

簡介

基因組完整性對任何生物來說都是最原始的。已經很好地說明，來自內在(如活性氧(ROS))和外在(如電離輻射(IR)，紫外光，化學)環境的不同應激會導致DNA損傷[1]。當DNA損傷檢查點被激活時，增殖細胞會停止細胞周期，使受損的DNA得以修複。這一過程是通過將MRN複合物(MRE11-RAD50-NBS1)引入到DNA雙鏈斷裂(dsb)和單鏈斷裂(ssb)中開始的，隨後分別激活突變性血管擴張失調(ATM)和毛細血管擴張失調和RAD3相關(ATR)。ATM和ATR可使多種底物磷酸化，包括p53、MDM2、CHK2、9-1-1- complex (RAD9、RAD1、HUS1)、CHK1等[2-7]。

分化是指細胞通過分化由前體細胞分化為特定的細胞類型，如神經元、淋巴細胞、肌肉等的過程。分化過程[8]需要基因表達的全局重編程和從細胞周期中退出。雖然目前還不清楚在DNA損傷的情況下分化程序是如何進行的，但人們認為，如果沒有DNA損傷的修複，分化程序是不可能完成的。因此，我們認為，如果細胞在DNA恢複之前就開始分化程序，可能會導致功能受損的細胞[9]異常分化。

C2C12細胞已被廣泛用於研究肌分化過程的體外模型。這些細胞來源於小鼠骨骼肌C2細胞係，與分離的人骨骼肌細胞具有相似的特性[10,11]。肌源性分化是一個多步驟的過程，涉及兩個主要機製。第一種是通過肌源調節因子(MRFs)誘導肌肉特異性基因表達。MRFs誘導Myf-5、MyoD、MRF4和Myogenin的表達。MyoD和Myf-5主要在增殖的未分化的成肌細胞中表達，允許分化程序啟動，作為決定基因，而肌肉分化則誘導Myogenin表達(圖1)[12-14]。多組肌肉特異性轉錄因子調控的轉錄通路啟動各種肌肉特異性蛋白[15]的從頭合成。分化過程的第二步是使肌原細胞不可逆地退出導致永久G1期的細胞周期[16-18]。退出細胞周期導致形態變化，單核成肌細胞排列，並融合其膜形成多核肌管，導致成熟的肌肉纖維。這兩個階段的完成對多核肌管的形成至關重要。

研究表明，在分化過程中，DNA雙鏈斷裂(DSBs)發生。例如，B淋巴細胞的發育需要在抗原受體基因[19]的重排過程中誘導並修複dsb。有趣的是，一些生化實驗表明DDR蛋白的修飾與神經元幹細胞分化之間存在聯係。ir誘導的dsb誘導中樞神經係統(CNS)中p53 Lys320的乙酰化[20,21]，乙酰化的p53 Lys320促進體外神經突生長和體內軸突再生[22]。值得注意的是，雖然這些結果表明DSBs促進B淋巴細胞和神經元的分化，但C2C12成肌細胞也參與了ddr調節的分化檢查點，從而阻止了異常分化細胞[9]的出現。因此，在遺傳毒性應激條件下的肌肉分化過程中，它會阻止分化的進程，直到DNA被修複。當C2C12細胞暴露於基因毒性試劑(如依托苷和IR)後，血清退出後，肌管的形成被細胞周期阻滯，隨後是c- abl依賴性的MyoD激活抑製。基因毒性應激對MyoD的抑製與p53和c-Jun無關。c-Abl可磷酸化位於轉激活域內的MyoD n端酪氨酸(Tyr30)。Tyr30和Tyr212到Phe的突變不會幹擾MyoD的功能，但突變體通過DNA損傷對MyoD的抑製產生抗性。 Of note, removal of these agents from C2C12 cell culture leads to repair DNA and re-induction differentiation of C2C12 cells into myotubes, indicating that differentiation checkpoint is reversible.

圖1:肌原性的分化。衛星細胞(肌肉前體細胞)受到刺激後開始增殖並分化為成肌細胞(單個核細胞)。在幾天的過程中，成肌細胞增殖並融合在一起形成肌管。更多的成肌細胞在融合後期與現有的肌管融合，產生更大的肌管。分化過程受多種因素的調控，分化過程中分化標誌物發生變化，在分化過程早期表達MyoD和Myf5，在融合已經開始時表達Myogenin、MRF4和pRb。

不僅是c-Abl，還有一些DDR蛋白被認為參與了分化檢查點，包括ATM[23- 25]和NBS1[26,27]等。在DNA脅迫下，ATM自磷酸化自己的Ser1981，導致二聚體解離，隨後，H2AX和DNA損傷激活途徑的許多轉導器和效應子被磷酸化[28,29]。例如，ATM通過磷酸化CHK2激酶的Thr68來激活它[30-32]。激活的CHK2通過磷酸化下遊效應子，如CDC25A、CDC25C、BRCA1、PML1和bRYEFp53，協調一係列細胞過程，導致細胞周期阻滯或凋亡[32-34]。另一方麵，ATM直接磷酸化p53的Ser15位點，抑製p53- mdm2相互作用，促進p53依賴的基因表達[35-37]。

Larsen等人證實，該DDR通路在C2C12細胞[38]分化的早期階段被激活。磷酸H2AX (g(γ)H2AX)協同定位於dsb的實際位置，招募和/或穩定參與DNA損傷信號傳遞的多個蛋白複合物[28-30,39,40]。他們證明，誘導分化時，H2AX病灶在12h出現，但大部分信號在48h消失。這些結果表明，在成肌細胞分化過程中，分化信號破壞了DNA。C2C12成肌細胞表達野生型p53 (wtp53)蛋白，有研究表明p53在這些細胞分化過程中被激活，提示該蛋白在肌肉分化中可能發揮作用[41-44]。該模型得到了不朽成肌細胞和原代成肌細胞實驗結果的支持。因此，這些細胞中顯性陰性p53 (DNp53)蛋白的表達抑製了終端分化。盡管有大量文獻表明自發凋亡發生於肌源性分化過程中，但其機製尚不清楚[39,45-48]。有趣的是，DNp53的表達並不影響與分化過程相關的細胞周期退出和凋亡死亡[41,42]。其他研究也闡明了p53與肌肉分化的可能聯係。 Porrelo et al. have shown that p53 activated in response to DNA damage is rapidly stabilized, binding DNA to the Rb promoter, increasing its expression and inducing muscle differentiation but it is really dependent on the cell differentiation status [42]. In early differentiation (when cells are myoblasts) pRb inhibits DNA synthesis by binding to E2F resulting in repression of cyclin E/cdk2, cyclin D/cdk4 and 6, and cyclin A/cdk2 complexes [49-53]. On the other hand, when cells are in the late differentiation state (myotubes), pRb can promote differentiation binding to MyoD inducing the expression of differentiation makers like Myogenin and MRF4 [54-58] (Figure 2). These results indicate that p53 playing roles in not only inducing genes involved in growth arrest, apoptosis and DNA repair, but also regulating genes whose expression are critical for differentiation [59-62].

總之，肌源性分化包括多個步驟，包括dsb的出現和修複。當dsb產生時，DDR蛋白被激活，以適當地確保DNA修複，然後進行分化，確保分化細胞的正確形成而不損害基因組。值得注意的是，我們最近的研究表明ATM失活。導致骨樹突細胞生成不足[63]。綜上所述，這些結果提供了一個概念，即DDR蛋白的失活導致分化的廢除。

圖2:解釋DDR在肌源性分化中的作用的圖式。分化產生dsb, DDR被激活。ATM使p53磷酸化，可以停止這個循環，直到DNA損傷被修複，激活p21, CDks，產生G0/G1阻滯。如果DNA損傷得不到修複，細胞就會發生凋亡。最後，p53通過Rb磷酸化在分化中發揮作用，Rb磷酸化可根據細胞分化狀態激活或停止分化。

披露潛在的利益衝突

沒有披露潛在的利益衝突。

確認

感謝大內實驗室全體成員的有益討論。這項工作得到了美國國立衛生研究院R01CA79892, R01CA90631和5P30CA16056的支持，以及Susan G. Komen基金會乳腺癌研究基金的支持。

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