生长抑制和 DNA 损伤诱导基因，α

电离辐射可以在哺乳动物和其他真核细胞中诱导特定基因。两个这样的基因，通常称为 GADD45 和 GADD153（ 126337 ），在人和仓鼠细胞中由紫外线辐射和烷化剂强烈而协调地诱导（这些基因被命名为 GADD，表示“生长停滞和 DNA 损伤可诱导”。）Papathanasiou 等人（1991）发现 GADD45 而不是 GADD153 在人体细胞中被 X 射线强烈诱导。用已知的蛋白激酶 C 激活剂处理后未观察到诱导作用（见 PKCA, 176960）。因此，GADD45 是唯一已知的 X 射线反应基因，其诱导不是由 PKC 介导的。人类和仓鼠 cDNA 克隆的序列分析表明，该基因高度保守，并编码一种新的 165 个氨基酸的多肽，在 2 个物种中具有 96% 的相同性。在来自 4 名共济失调毛细血管扩张症（ 208900 ）患者的细胞系中，Papathanasiou 等人（1991）证明与正常情况相比，通过 X 射线对 GADD45 mRNA 的诱导降低。

应激反应 p38（参见 MAPK14；600289）和 JNK（参见 MAPK8；601158）丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路调节细胞周期和细胞凋亡。人类 MAP3K，MTK1（MAP3K4；602425），介导 p38 和 JNK 的激活以响应环境压力。通过使用酵母 2 杂交方法筛选胎盘 cDNA 文库，Takekawa 和 Saito（1998）分离了编码 3 种相关蛋白质的 cDNA，即 GADD45A、GADD45-β（GADD45B；604948）和 GADD45-γ（GADD45G；604949）），与 MTK1 的 N 端结构域结合。GADD45A、GADD45B 和 GADD45G 具有 55% 至 58% 的氨基酸同一性。这些蛋白质在体内和体外都激活了 MTK1 激酶活性。所有 3 个 GADD45 样基因都是由环境胁迫诱导的，包括甲基磺酸甲酯、紫外线和伽马辐射。GADD45 样基因的表达诱导 p38/JNK 激活和细胞凋亡，这可以通过显性抑制性 MTK1 突变蛋白的共表达来部分抑制。Northern印迹分析检测到1.4-kb GADD45A转录本在心脏、骨骼肌和肾脏中的适度表达，在脑、胎盘、肺、肝脏和胰腺中几乎没有表达。竹川和斋藤（1998）提出 GADD45 样蛋白通过 MTK1 介导 p38/JNK 通路的激活，以响应环境压力。

▼ 基因功能

史密斯等人（1994）发现 GADD45 与 PCNA 或增殖细胞核抗原（ 176740 ）结合，后者是细胞周期蛋白依赖性激酶复合物的正常成分，也是参与 DNA 复制和修复的蛋白质。GADD45 在体外刺激 DNA 切除修复并抑制细胞进入 S 期。这些结果将 GADD45 确立为 p53（ 191170 ）依赖性细胞周期检查点和 DNA 修复之间的联系。

使用针对重组蛋白的抗体，Carrier 等人（1994）证明 GADD45 主要是一种核蛋白。Kearsey 等人（1995）还表明 GADD45 是一种核蛋白，在正常组织中广泛表达，特别是在静止细胞中。使用细胞同步方法，他们发现 GADD45 水平在细胞周期的 G1 期最高，在 S 期大大降低。他们提出证据表明 GADD45 直接与 p21（Cip1）相互作用，p21（Cip1）是一种细胞周期抑制剂（ 116899 ）。与 PCNA 的相互作用对于细胞周期的调节和 DNA 复制的抑制也很重要。

Korabiowska 等人使用不同水平的良性痣和黑色素瘤的差异表达和免疫组织化学分析（1997）在所有痣中观察到 p53 阴性和 GADD34（PPP1R15A; 611048 ）、GADD45 和 GADD153 的高表达。然而，在黑色素瘤中，随着黑色素瘤厚度的克拉克水平，p53 表达增加而 GADD 表达减少。患者存活时间与 p53 阳性呈负相关，与 GADD45 和 GADD153 表达呈正相关。Korabiowska 等（1997）得出结论，GADD 蛋白在痣向黑色素瘤的恶性转化中起重要作用。

特兰等人（2002）证明哺乳动物 FOXO3A（ 602681 ）在细胞周期的 G2-M 检查点起作用并触发受损 DNA 的修复。通过基因阵列分析，发现 FOXO3A 可以调节几个基因的表达，这些基因在 G2-M 检查点调节细胞对压力的反应。生长停滞和 DNA 损伤反应基因 GADD45A 似乎是 FOXO3A 的直接目标，它介导了 FOXO3A 对 DNA 修复的部分影响。特兰等人（2002）得出的结论是，在哺乳动物中，FOXO3A 通过诱导 DNA 修复来调节细胞对压力的抵抗力，从而也可能影响生物体的寿命。

布鲁默等人（2003）提出的证据表明 PPARG（ 601487 ）配体通过人冠状动脉血管平滑肌细胞中的 GADD45 表达诱导半胱天冬酶介导的细胞凋亡。GADD45 启动子的缺失分析揭示了靠近转录起点的 -234 和 -81 bp 之间的区域，该区域包含一个 OCT1（ 164175 ）元件，并且对于 PPARG 配体介导的 GADD45 启动子诱导至关重要。PPARG 激活诱导 OCT1 蛋白表达和 DNA 结合，并刺激由多个 OCT1 元件驱动的报告质粒的活性。布鲁默等人（2003）得出结论，PPARG 的激活可导致血管平滑肌细胞凋亡和生长停滞，至少部分是通过诱导 OCT1 介导的 GADD45 转录。

拉尔等人（2006）发现 AUF1（HNRNPD; 601324 ）和 TIAR（TIAL1; 603413 ）与 HeLa 细胞中 GADD45A 的 3-prime UTR 相互作用。AUF1 降低 GADD45A mRNA 稳定性，而 TIAR 抑制 GADD45A 翻译。在基因毒性应激后，AUF1 和 TIAR 与 GADD45A mRNA 分离，从而增加了 GADD45A mRNA 的稳定性和翻译。拉尔等人（2006）得出的结论是 GADD45A 的转录后去抑制有助于其在 DNA 损伤后的上调。

巴雷托等人（2007）表明 GADD45A 是一种参与维持基因组稳定性、DNA 修复和抑制细胞生长的核蛋白，在活性 DNA 去甲基化中具有关键作用。GADD45A 过表达激活甲基化沉默的报告质粒并促进整体 DNA 去甲基化。GADD45A 敲低使基因表达沉默并导致 DNA 高甲基化。在非洲爪蟾卵母细胞中 oct4（ 164177 ）的主动去甲基化过程中，GADD45A 被特异性地募集到去甲基化位点。DNA 修复发生主动去甲基化，并且 GADD45A 与 DNA 修复核酸内切酶 XPG（ 133530 ）相互作用并需要它。巴雷托等人（2007）得出的结论是 GADD45A 通过促进 DNA 修复来缓解表观遗传基因沉默，从而消除甲基化标记。

▼ 测绘

通过对人类/啮齿动物体细胞杂交体的分析，Papathanasiou 等人（1991）证明 GADD45 基因位于 1p34-p12。

▼ 动物模型

霍兰德等人（1999）报道，通过基因靶向产生的 Gadd45a 缺失小鼠表现出 p53 缺陷小鼠的几种表型特征，包括基因组不稳定性、辐射致癌作用增加和无脑畸形发生率低。基因组不稳定表现为非整倍性、染色体畸变、基因扩增和中心体扩增，并伴有有丝分裂、胞质分裂和生长控制异常。由于有丝分裂期间的多个纺锤体极点，染色体的不均等分离发生在几个 Gadd45a -/- 细胞谱系中，并可能导致非整倍性。结果表明 Gadd45a 是 p53 通路的一个组成部分，有助于维持基因组稳定性。

萨尔瓦多等人（2002）表明 GADD45A 是 T 细胞增殖的负调节因子，因为与野生型细胞相比，来自 Gadd45a 缺陷小鼠的 T 细胞而非 B 细胞具有较低的激活阈值并且增殖程度更高。突变小鼠还容易出现系统性红斑狼疮（ 152700 ）样病症，其特征是高滴度的抗 dsDNA、抗 ssDNA 和抗组蛋白抗体、严重的血液系统疾病、自身免疫性肾小球肾炎和过早死亡。在缺乏 Gadd45a 和 p21 的小鼠中，自身免疫的发展大大加速。

携带Brca1基因（ 113705 ）外显子 11 靶向缺失或 Gadd45a 无效突变的小鼠胚胎成纤维细胞遭受中心体扩增。王等人（2004）发现携带这两种突变的小鼠胚胎都是外脑的，并且表现出高发生率的细胞凋亡，伴随着 Bax（ 600040 ）、Bcl2（ 151430 ）和 p53 的水平改变。他们得出结论，BRCA1 和 GADD45A 在调节中心体复制和维持基因组完整性方面具有协同作用。