EGF 參與表觀基因調控

表觀基因調控為近年來廣泛研究的基因調控方式，是在不改變 DNA 序 列的前提下，經由可逆的機制來改變 DNA 或是 histone tail 的修飾狀態，

或是改變 nucleosome 或 chromatin 的結構，進而影響 genome 的功能或基 因表現。相關機制包含 DNA methylation、histone modification、nucleosomal remodeling (or positioning) 及 chromosomal looping。近年研究發現，許多癌 症 的 發 生 是 因 為 抑 制 了 tumor suppressor 基 因 的 表 現 或 是 促 使 proto-oncogene 的活化，而導致這些現象的原因之一就是因為在癌症組織中，

這些基因的啟動子或 enhancer 區域，與正常組織有著不同的表觀基因調控 方式 (Chen et al., 2010)。

Histone modification

隨 著 表 觀 基 因 學 (epigenetics) 的 進 展 ， histones 已 不 單 純 只 是 DNA-packaging proteins，他們存在大量的轉譯後修飾 (post-translational modification) 現 象 ， 例 如 ： acetylation, methylation, phosphorylation, ubiquitylation, sumoylation, ADP ribosylation, deimination 及 proline isomerization 等 (Kouzarides, 2007)，其中 histone tail 上特定 arginine 或 lysine 的 acetylation 及 methylation 在基因表現上扮演較重要的角 色 (Kouzarides, 2007; Martin and Zhang, 2005) 。 一 般 認 為 histone acetylation 和活化基因表現有關，而 histone deacetylation 則為抑制基因 表現 (Struhl, 1998)。調控 histone acetylation 機制的酵素有二種，分別 為 histone acetyl transferase (HAT) 及 histone de-acetylase (HDAC)，在未 修飾前 (如 deacetylation)，histone tail 含有較多帶正電的 lysine 及 arginine 等胺基酸，因此會和帶負電的 DNA 有較大的吸引力，於是二 者之間結合力較強，使 chromatin 結構較緊密，相關轉錄因子較無法結 合至 DNA 序列上，抑制基因表現；若 histone tail 發生 acetylation 時，

acetyl group 會中和 histone tail 上所帶有的正電荷，histone tail 和 DNA

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吸引力變小，chromatin 結構較鬆散，於是轉錄因子較易結合於 DNA 上，

促使基因表現。除此之外，於 histone 特定 lysine 或 arginine 上的 methylation 修飾，皆會參與基因表現的活化或抑制。

基因的轉錄除了需要 general transcription factors (如 TFIID) 外，許 多 co-activators 或 co-repressors 的參與也調控基因表現的一環。研究發 現 許 多 co-activators 具 有 HAT 的 活 性 ， 而 co-repressors 則 具 有 HDAC 的活性，說明 acetylation 或 deacetylation 在基因的活化或抑制 方面扮演重要的角色。

P300 (E1A binding protein p300 or EP300, 以下簡稱 p300) 為一種 co-activator，在整合許多訊息傳導路徑上扮演重要角色，且參與許多生 理機制，如 development, proliferation, differentiation 及 apoptosis。一般 認為，p300 透過三種機制來促進基因的轉錄：(1) p300 一端可連接 basal transcription machinery ， 另 一 端 則 可 連 接 其 他 轉 錄 因 子 或 enhancer complex，扮演二者之間的橋梁。 (2) p300 蛋白質結構中的 CH1、CH2 及 KIX domains 可供許多轉錄因子或 cofactors 進行結合，組成不同的 multi-protein complexes，因此 p300 也扮演 scaffolding protein 的角色 (Shiama, 1997)。 (3) p300 本身具有 HAT 活性，可針對 histone tail 或 轉錄因子進行 acetylation，因此參與基因活化的機制 (Annister and Kouzarides, 1996)。

除此之外，p300 也被報導會直接被 EGF signaling pathway 下游的 ERK1 進行磷酸化，並促進其 HAT 的活性 (Ait-Si-Ali et al., 1999)，顯 示 p300 可能也參與在 EGF signaling 所活化的基因轉錄機制中。P300 也參與在 1.4.1 所介紹 EGF 所誘導的 Egr-1 及 keratin 16 基因活化 的機制中：在 EGF 的刺激下 p300 會被吸引至基因的啟動子區域，ERK 會磷酸化 p300 並活化其 HAT 活性，同時，相關轉錄因子被 p300 進

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行 acetylation 後，亦可促進彼此之間的交互作用，並同使 histone 3 tail 被 acetylation (Gregg and Fraizer, 2011; Wang and Chang, 2003)。

Nucleosomal remodeling

Nucleosome 為 chromatin 結構的基本單位，由四種 histones (H2A, H2B, H3 及 H4) 形成八元體後，再由約 146 個鹼基對纏繞一又四分之 三圈所形成。Nucleosomes 之間則以 linker DNA 連接，再形成結構複 雜的 chromatin。當 nucleosome 之間所形成的結構較緊密時，轉錄因子 便 無 法 結 合 於 其 上 ， 使 基 因 無 法 活 化 ， 此 時 需 要 一 些 chromatin remodeling complexes 來改變 chromatin 的結構，使得轉錄因子更容易 結合於 DNA 上，進行基因轉錄。因此 nucleosome 的組合、拆解或位 移在基因調控上也是很重要的一環。研究發現，histone modification 的 狀態會吸引不同的 chromatin remodeler，進而影響 nucleosome 的合成、

拆解或位移等 (Deroo and Archer, 2001)。

Singh 等人 (2011) 的研究顯示，EGF 可誘導轉錄因子 c-ETS1 結 合到 cyclin E 及 CDK2 基因啟動子的 c-ETS1 responsive elements 上，

並觀察到 c-ETS1 responsive elements 有 mono-nucleosome remodeling 的現象。同時他們也發現，在 EGF 刺激之下會促使 HDAC1 離開啟動 子，而具有 HAT 活性的 p300 被吸引至二基因的啟動子區域，對 histone 的 Lys 9 (H3K9) 進行 acetylation (H3K9Ac)。因為 H3K9Ac 為 基因活化的特徵，ChIP 實驗也發現在 EGF 刺激下，有較多的 pSer5 polymerase II 結 合 在 二 基 因 的 啟 動 子 區 域 。 該 研 究 也 發 現 ATP-dependent chromatin remodeler hBRM1 也會被吸引至啟動子區域，

顯示在 EGF 刺激之下，不只是有 histone modifiers 參與在基因表現的 機制中，同時伴隨著 chromatin remodelers 的參與。