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ISSN 0582-9879                                          ACTA BIOCHIMICA et BIOPHYSICA SINICA 2003, 35(9): 829-833                                    CN 31-1300/Q

 

XBP-1 Enhances the Transcriptional Activity of Estrogen Receptor α

DING Li-Hua1,2, YE Qi-Nong1*, ZHU Jian-Hua1, YAN Jing-Hua1, ZHONG Hong-Jun1, WANG Zong-Hua2, HUANG Cui-Fen1

( 1Beijing Institute of Biotechnology, Beijing 100850, China; 2College of Life Sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China )

 

Abstract        The estrogen receptor (ERα) is a member of a large superfamily of nuclear receptors that regulates the transcription of estrogen-responsive genes. Several recent studies have demonstrated that human X-box binding protein 1 (XBP-1) mRNA expression is associated with ERα status in breast tumors. More recently, two forms of XBP-1 were identified due to their unique splicing. The two splicing variants of XBP-1 were designated XBP-1S and XBP-1U, respectively. In this study, the coding sequences of XBP-1S and XBP-1U were cloned respectively into the expression vector pcDNA3 harboring FLAG epitope, generating the recombinant plasmids pcDNA3-FLAG-XBP-1S and pcDNA3-FLAG-XBP-1U. Western blot analysis showed that both XBP-1S and XBP-1U were expressed in mammalian cells. To determine the effects of XBP-1S and XBP-1U on the transcriptional activity of ERα, MDA-MB-231 breast cancer cells were cotransfected with the expression vectors for ERα and either pcDNA3-FLAG-XBP-1S or pcDNA3-FLAG-XBP-1U. The results indicated that XBP-1S and XBP-1U enhanced ERα-mediated transcriptional activities in a hormone-independent manner. GST pull-down assay showed that both XBP-1S and XBP-1U interacted with ERα. These data suggest that XBP-1S and XBP-1U may play an important role in breast cancer growth and progression through ERα signaling.

 

Key words     estrogen receptor; X-box binding protein 1; transcriptional activity

 

XBP-1能提高雌激素受体ERα的转录活性

丁丽华1,2      叶棋浓1* 朱建华1   严景华1   钟红君1   王宗华2   黄翠芬1

1军事医学科学院生物工程研究所, 北京 100850 2福建农林大学生命科学学院, 福州 350002

 

摘要      雌激素受体(ERα)是一种核受体, 调节与雌激素有关的基因转录, 在乳腺癌的发生发展过程中具有重要作用。 在乳腺癌中, X盒结合蛋白1(XBP-1)ERα共表达, 并在一些乳腺肿瘤中过表达。 最近发现XBP-1有两种剪切形式, XBP-1SXBP-1U 但它们在ERα信号途径中的作用还不清楚。 分别将XBP-1SXBP-1U编码序列克隆至带有FLAG标签的pcDNA3载体中, 构建成pcDNA3-FLAG-XBP-1SpcDNA3-FLAG-XBP-1U重组质粒。 Western 印迹分析表明, 该两种XBP-1形式在哺乳动物细胞中都得到了表达。 XBP-1的两种剪切形式的重组质粒分别和ERα表达载体共转染乳腺癌细胞MDA-MB-231 检测该两种剪切形式对ERα转录活性的影响。 结果表明, XBP-1SXBP-1U以激素不依赖的形式提高ERα的转录活性。 GST沉淀实验表明, XBP-1SXBP-1U均能与ERα结合。 这些结果提示, XBP-1SXBP-1U可能通过影响ERα信号途径在乳腺癌的发生发展中起重要作用。

 

关键词 雌激素受体; X盒结合蛋白1XBP-1; 转录活性

 

雌激素受体(ERα)基因含有8个外显子, 其编码的蛋白质分A/BCDEF五个功能区, 包括AF1AF2两个转录激活结构域。 ERα是一种配体(激素)依赖的转录因子, 配体结合到ERα的配体结合区后, 促使它和另一ERα分子形成二聚体, 该二聚体与靶基因启动子区中的雌激素反应元件(ERE)结合, 在一系列与ERα结合的共激活子和共抑制子作用下, 激活靶基因转录 1]。 ERα的激活引发许多生物学效应, 如细胞生长、有丝分裂、程序性死亡[2 3]等。

X盒结合蛋白1(X-box binding protein 1 XBP-1)与靶基因启动子序列中的X盒结合, 故称为X盒结合蛋白1 XBP-1是一个碱性亮氨酸拉链(bzip)蛋白 4], CREB/ATF转录因子家族中的一员。 XBP-1在成人组织中广泛存在。 在胚胎期, XBP-1主要在外分泌腺体、成骨细胞、成软骨细胞和肝脏中表达[4 5]。 在人多骨髓瘤细胞中, XBP-1在恶性浆细胞分化中具有重要作用[6]。 10年前, 科学家们已克隆得到XBP-14], 并一直认为只存在一种形式, XBP-1U 最近发现, 在内质网应激时[7 8], XBP-1U mRNAI型跨膜蛋白激酶/核糖核酸内切酶(type I transmembrane protein kinase/ endoribonuclease,IRE1)剪切产生另外一种形式, XBP-1S 这种新的形式具有很高的转录活性, 激活哺乳动物的未折叠蛋白质应答(UPR)。 这种不规范的剪切形式在XBP-1165位氨基酸残基处产生移码突变。 因此, XBP-1UXBP-1S分别由260376个氨基酸组成, N端具有相同的bzip结构域。

基因芯片和SAGE技术表明, 在乳腺癌中, ERαXBP-1共表达[914], 在一些乳腺肿瘤中, XBP-1 mRNA表达水平上升。 由于ERα在乳腺癌的发生、发展中具有重要作用, 因此研究XBP-1ERα转录活性的影响可能为乳腺癌的治疗提供新的治疗靶标。 本实验克隆得到了XBP-1的两种剪切形式, 检测了这两种剪切形式对ERα转录活性的影响, 为进一步研究XBP-1ERα在乳腺癌中的作用打下了基础。

 

1 材料和方法(Materials and Methods)

1.1 质粒和细胞株

pERE-LUC质粒, 为含雌激素反应元件(ERE)的荧光素酶报告基因, TSAI Ming-jer博士(Baylor College of Medicine)赠送。 ERα表达载体pcDNA3-ER根据文献[15]的方法构建。 乳腺癌细胞株MDA-MB-231LEDER Philip ZHOU Fen博士(Harvard Medical School)赠送。 SV40转化的293T肾细胞由本室保存。

1.2 细胞和细胞培养

293T MDA-MB-231细胞分别采用含10%胎牛血清的RPMI1640DMEM培养基于37 ℃5%CO2培养箱内常规培养。
1.3
抗体

FLAG的单克隆抗体购自Sigma公司。 辣根过氧化物酶偶联的羊抗鼠IgG购自Vector公司。
1.4
分子生物学试剂

各种分子生物学试剂分别购自NEBQiagenVectorInvitrogen等公司。
1.5
重组质粒的构建

分别构建pcDNA3-FLAG-XBP-1SpcDNA3-FLAG-XBP-1U重组质粒。 以卵巢双杂交cDNA文库(Clontech公司产品)为模板, P1(5′-CGGGATCCATGGTGGTGGTGGCAG-3′)P2(5′-CCGCTC-GAGTTAGACACTAATCAGCTGG-3′)为引物, PCR扩增XBP-1S BamHIXhoI双酶切PCR产物, PCR产物插入到同样双酶切的pcDNA3-FLAG载体中, 即得重组质粒pcDNA3-FLAG-XBP-1S 为克隆XBP-1U 首先利用重组PCR技术获得XBP-1U的全长编码区序列。 即以P3(5′-CGGGATCCATGGTGGTGGTGGCAGCCG-3′)P4(5′-CACCTGCTGCAGAGGTGCACGTAGTCTGAGTGCTGCGGACTCAG-CAG-3′)为引物, pcDNA3-FLAG-XBP-1S为模板, PCR扩增XBP-1U片段1 P5(5′-CTACGTGCACCTCTGCAGCAGGTGCAGGCCCAGTTGTCAC-3′)P6(5′-CCGCTCGAGTTAGTTCATTAATGGCTTCCAG-3′)为引物, pcDNA3-FLAG-XBP-1S为模板, PCR扩增XBP-1U片段2 再以P3P6为引物, 以片段12为模板, PCR扩增XBP-1U全长编码区序列。 PCR产物经BamHIXhoI双酶切后连接到经同样酶切的pcDNA3-FLAG载体中, 即得到重组质粒pcDNA3-FLAG-XBP-1U

上述克隆所用PCR扩增条件均为: 94 ℃变性1 min后, 按以下参数进行25次循环:94 ℃变性1 min 55 ℃复性1 min 72 ℃延伸2 min 最后72 ℃延伸7 min PCR扩增所用酶为目前保真度最高的pfu DNA聚合酶。 所有重组质粒经T7SP6通用引物测序。
1.6
哺乳动物细胞的转染

在转染前24 h 用含100 g/L葡聚糖包裹的活性碳(DCC)处理的胎牛血清和无酚红的RPMI1640培养基将细胞接种在12孔板中(Costar公司产品) 接种细胞密度以转染时细胞密度达90%为准。 将总量为1.0 μg DNA80 μl RPMI1640培养基混合, 再将2.5 μl LipofectamineTM200080 μl RPMI1640培养基混合, 然后将上述两种溶液混合, 室温放置20 min 加入到含有800 μl RPMI164010%胎牛血清的12孔板中。 转染4 h后加10 nmol/L雌激素(溶于无水乙醇中), 对照加无水乙醇。
1.7 Western
印迹分析

293T细胞转染24 h后, 收集细胞, 加入SDS加样缓冲液, 煮沸10 min 离心后取上清液进行SDS-PAGE 电泳结束后转移至硝酸纤维素膜上, 50 g/L脱脂奶粉4 ℃封闭过夜, 然后用50 g/L脱脂奶粉稀释的抗FLAG单克隆抗体室温轻摇1 h TBST洗膜3次, 每次7 min 加入用50 g/L脱脂奶粉稀释的辣根过氧化物酶偶联的羊抗鼠IgG 室温轻摇1 h TBST洗膜3次, 每次7 min 用鲁米诺(luminol)和过氧化物(peroxide(Pierce公司)1 ml混匀,加到硝酸纤维素膜上反应5 min 压片显影。
1.8
荧光素酶和β-半乳糖苷酶活性测定

荧光素酶活性测定基本按Promega公司说明书进行。 雌激素或无水乙醇处理转染细胞24 h后, 吸掉培养基, PBS1次, 加入160 μl 裂解缓冲液, 室温轻摇15 min 刮下细胞, 收集到1.5 ml离心管中, 震荡5 min 4 ℃ 12 000 r/min离心3 min 收集上清液, 10 μl用荧光计测量荧光素酶活性。
ONPGβ-半乳糖苷酶活性。 上述50 μl上清液与450 μl Z缓冲液/β-巯基乙醇溶液混合, 加入100 μl ONPG 30 ℃温育, 直到出现浅黄色为止, 加入250 μl浓度为1 mol/L Na2CO3终止颜色反应, 在波长420 nm下测定样品A值。
1.9 ERα
转录活性的测定

MDA-MB-231细胞转染4 h后, 10 nmol/L雌激素(溶于无水乙醇中), 对照加无水乙醇。 24 h,利用荧光素酶测定ERα转录活性。 每一转染实验中, 同时转染荧光素酶报告基因ERE-LUC(0.2 μg)﹑表达β-半乳糖苷酶的质粒(0.1 μg)ERα表达载体和XBP-1两种不同剪切形式的重组质粒。 β-半乳糖苷酶报告基因用于校正细胞转染效率。 转录激活活性为细胞转染效率校正后的荧光素酶活性。
1.10 GST-ERα
融合蛋白在大肠杆菌中的表达

将表达谷胱甘肽S转移酶-ERαGST-ERα)融合蛋白的重组质粒pGST-ERα (由本室保存)和表达GST的空载体pGEX-KGPharmacia公司)转化到大肠杆菌DH5α中。 转化子37 ℃振荡过夜,再按2 %的接种量转接, 30 ℃培养6 h后, 加入IPTG至终浓度为0.1 mmol/L 20 ℃继续诱导培养过夜。 收集上述诱导菌, 基本按Pharmacia公司说明书进行, 利用谷胱甘肽可结合GST的特点, 用谷胱甘肽-Sepharose 4B小颗粒纯化GST融合蛋白。 即按10∶1的比例加入细胞裂解液, 超声破碎, 离心收集上清液, 加入适量谷胱甘肽-Sepharose 4B小颗粒, 结合3 h 再收集谷胱甘肽-Sepharose 4B小颗粒, 充分洗脱未结合蛋白质后, 即得到结合有GST-ERα融合蛋白或GST蛋白的谷胱甘肽-Sepharose 4B小颗粒。
1.11 GST
沉淀(pull-down)实验

Promega公司说明书进行体外翻译。 40 μl TnT T7 Quick master Mix 2 μl 35S-甲硫氨酸, 2 μg pcDNA3-FLAG-XBP-1SpcDNA3-FLAG-XBP-1U重组质粒, 加水至总体积50 μl 混合后30 ℃水浴1 h 得到35S标记蛋白质XBP-1SXBP-1U 0.5 ml结合缓冲液(50 mmol/L Tris-HCl pH 7.5, 150 mmol/L NaCl, 1 mmol/L EDTA, 0.3 mmol/L DTT, 0.1% NP-40及蛋白酶抑制剂)中加入上述同位素标记蛋白质和10 μl 结合有GST-ERα融合蛋白或GST蛋白的Sepharose 4B小颗粒在4 ℃下反应过夜。 用上述结合缓冲液洗涤小颗粒4次, 每次30 min 15 μl SDS加样缓冲液煮沸洗涤后的小颗粒进行SDS-PAGE 放射自显影检测与ERα结合的蛋白质。
1.12
统计学分析

用双尾t检验计算P值。

 

2 结果(Results)

2.1XBP-1两种剪切形式重组质粒的构建

为了构建XBP-1表达载体, 分别将XBP-1SXBP-1U全长编码区序列克隆到带有FLAG标签的pcDNA3载体中。 按材料和方法中所述构建XBP-1两种剪切形式的重组质粒pcDNA3-FLAG-XBP-1SpcDNA3-FLAG-XBP-1U BamHIXhoI酶切鉴定, 分别得到约1100 bp780 bp的外源DNA插入片段(1) 而空载体pcDNA3-FLAG经同样酶切后无插入片段, 说明克隆成功。 重组质粒经序列测定证明, XBP-1SXBP-1U编码区序列完全正确(数据略)。

 

Fig.1 Restriction analysis of recombinant plasmids

All of the recombinant plasmids were digested with BamHI and XhoI. M, DNA marker; 1, pcDNA3-FLAG; 2, pcDNA3-FLAG-XBP-1S 3, pcDNA-FLAG-XBP-1U.

 

2.2 XBP-1两种剪切形式在哺乳动物细胞中的表达

如材料和方法中所述, 空载体、pcDNA3-FLAG-XBP-1SpcDNA3-FLAG-XBP-1U重组质粒分别转染293T细胞, 收集细胞总蛋白质进行SDS-PAGE FLAG抗体进行Western 印迹分析。 结果表明(图2), pcDNA3-FLAG-XBP-1S在真核细胞中表达了分子量约50 kD的蛋白质, pcDNA3-FLAG-XBP-1U表达了分子量约35 kD的蛋白质, 而空载体无蛋白质条带, 与预期结果相同。

 

Fig.2 Western blotting showing XBP-1S and XBP-1U protein levels in 293T cells

Whole-cell extracts were prepared, and equivalent amounts of each extract were probed with anti-FLAG antibody.1, 293T cells were transfected with 0.5 μg pcDNA3; 2, 293T cells were transfected with 0.5 μg expression vector XBP-1S; 3, 293T cells were transfected with 0.5 μg expression vector XBP-1U.

 

Fig.3 XBP-1S and XBP-1U enhance ERα -mediated transcription activation in MDA-MB-231 cells

Cells were cotransfected with 0.2 μg of ERE-LUC, 50 ng of the expression plasmid for ERα, 0.1 μg β-gal expression vector and 0.5 μg expression vectors for either XBP-1S or XBP-1U as indicated. Cells were then treated with control vehicle (0.1% ethanol) or 10 nmol/L 17β-estradiol (E2) for 24 h before luciferase assay. The LUC activity obtained on transfection of ERE-LUC and ERα without exogenous XBP-1S and XBP-1U in the absence of E2 was set as 1. Results are expressed as ± s for three independent experiments.

 

2.3 转录活性的测定

利用ERα能与ERE一致序列结合的特点, 选用含雌激素反应元件的荧光素酶(ERE-LUC)作为报告基因, 通过检测荧光素酶活性测定ERα的转录激活功能。 如图3所示, 在乳腺癌细胞MDA-MB-231中, 与空载体比较, 在不存在雌激素情况下, 转染pcDNA3-FLAG-XBP-1S pcDNA3-FLAG-XBP-1U细胞的ERE-LUC活性分别约为转染空载体时的3.0倍(P<0.05)和1.5倍(P<0.05)。 在雌激素E2诱导下, pcDNA3-FLAG-XBP-1S pcDNA3-FLAG-XBP-1U使ERE-LUC活性分别增加到约11倍和6倍, 而空载体pcDNA3-FLAG在同样条件下的ERE-LUC活性只为5.2倍(P<0.05)。 因此, 不管有无激素存在, XBP-1SXBP-1U均能使ERα的活性提高。
2.4 ERα
分别与XBP-1SXBP-1U的相互作用

利用体外转录和翻译偶联的方法, XBP-1SXBP-1U得到了成功翻译和35S标记(图4 input)。 GST-ERα纯化蛋白或GST分别与XBP-1SXBP-1U混合后进行GST沉淀(pull-down)实验。 结果表明(图4), XBP-1SXBP-1U均能与GST-ERα结合, 而阴性对照GST不能结合XBP-1SXBP-1U 说明XBP-1SXBP-1U能特异结合ERα

Fig.4 Interaction of XBP-1S and XBP-1U with ERα in vitro

GST pull-down assay was performed as described under “Materials and Methods”. Full-length GST-ERα fusion proteins, immobilized on beads, were mixed with in vitro translation reaction mixtures of XBP-1S or XBP-1U as indicated. The bound proteins were subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis followed by autoradiography. 1, 10% input; 2, GST; 3, GST-ERα; 4, 10% input; 5, GST; 6, GST-ERα.

 

3 讨论(Discussion)

基因芯片和SAGE技术表明, 在乳腺癌中, XBP-1ERα共表达[914], 在一些乳腺肿瘤中过度表达[16], XBP-1ERα信号途径中的作用还不清楚。 我们发现, XBP-1能提高ERα的转录活性。

ERα调节靶基因的表达需要配体的结合、磷酸化、共辅助因子的相互作用[1720]。 已经发现ERα与许多共辅助因子相互作用, 包括共激活子和共抑制子[21]。 共激活子包括SRC家族[22]、CBP/P30023 24]、P6825]、ARA7026]等。 它们以配体依赖的形式提高ERα的转录活性。 除了存在配体依赖的调节方式外, ERα还可被多巴胺、生长因子等[27]磷酸化, 从而提高其转录活性。

细胞周期蛋白D1是第一个发现与ERα相互作用并提高ERα转录活性的激素不依赖的共激活子[2830]。 我们的结果表明, XBP-1SXBP-1U能以激素不依赖的方式增强ERα转录活性, XBP-1SXBP-1U均能在体外结合ERα,提示XBP-1SXBP-1U可能是第二个激素不依赖的ERα共激活子。 XBP-1SXBP-1U在体内是否与ERα相互作用有待于进一步研究。 妇女绝经后, 雌激素水平降低, 另外, 有些妇女在绝经前雌激素水平也可能较低。 在这些情况下, 激素不依赖的共激活子可能发挥重要的生理和病理作用。 由于XBP-1在一部分乳腺癌病人中过表达, 因此, XBP-1可能通过ERα信号途径影响乳腺癌的发生发展。

 

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Received: April 14, 2003        Accepted June 6, 2003

This work was supported by a grant from the National Natural Science Fundation of China (No.30170039)

*Corresponding author Tel, 86-20-84112504; Fax, 86-20-84113964; e-mail, [email protected]