BMI1 原癌基因，多梳无名指; BMI1

白血病病毒 BMI-1 癌基因，小鼠，同系物

HGNC 批准的基因符号：BMI1

细胞遗传学定位：10p12.2 基因组坐标（GRCh38）：10:22,321,098-22,331,483（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

携带癌基因的转基因小鼠为恶性转化过程提供了有价值的新见解。研究最充分的造血系统恶性肿瘤转基因小鼠模型之一是借助免疫球蛋白重链增强子（E-mu）在其淋巴区室中过度表达 c-myc 基因的转基因小鼠。这些小鼠在经过一段可变的潜伏期后，会出现克隆起源的 B 细胞淋巴瘤。用莫洛尼鼠白血病病毒（MuLV）感染 E-mu/myc 转基因小鼠是鉴定与转基因协同作用的癌基因的有效方法。在大约一半孤立诱导的前 B 细胞淋巴瘤中，原病毒整合到 Bmi1 基因中或附近，导致该基因的转录增强。鼠 Bmi1 蛋白存在于细胞核中，并具有核蛋白中发现的结构基序，包括一个新的推定锌指，由参与基因调控、DNA 重组和 DNA 修复的多种蛋白质共享。Bmi1基因的产物与从小鼠黑色素瘤细胞系中分离的Mel18蛋白基因（165040）有70%的同一性。通过与对应于蛋白质编码结构域的 Bmi1 探针进行动物园印迹杂交表明，Bmi1 基因在进化中高度保守。阿尔克玛等人（1993）分离出人类 BMI1 cDNA。3,203 bp cDNA 显示与小鼠核苷酸序列有 86% 的同一性。开放解读码组编码 326 个氨基酸的蛋白质，与小鼠蛋白质的 324 个氨基酸序列具有 98% 的同一性。Bmi1基因的产物与从小鼠黑色素瘤细胞系中分离的Mel18蛋白基因（165040）有70%的同一性。通过与对应于蛋白质编码结构域的 Bmi1 探针进行动物园印迹杂交表明，Bmi1 基因在进化中高度保守。阿尔克玛等人（1993）分离出人类 BMI1 cDNA。3,203 bp cDNA 显示与小鼠核苷酸序列有 86% 的同一性。开放解读码组编码 326 个氨基酸的蛋白质，与小鼠蛋白质的 324 个氨基酸序列具有 98% 的同一性。Bmi1基因的产物与从小鼠黑色素瘤细胞系中分离的Mel18蛋白基因（165040）有70%的同一性。通过与对应于蛋白质编码结构域的 Bmi1 探针进行动物园印迹杂交表明，Bmi1 基因在进化中高度保守。阿尔克玛等人（1993）分离出人类 BMI1 cDNA。3,203 bp cDNA 显示与小鼠核苷酸序列有 86% 的同一性。开放解读码组编码 326 个氨基酸的蛋白质，与小鼠蛋白质的 324 个氨基酸序列具有 98% 的同一性。203 bp cDNA 显示与小鼠核苷酸序列有 86% 的同一性。开放解读码组编码 326 个氨基酸的蛋白质，与小鼠蛋白质的 324 个氨基酸序列具有 98% 的同一性。203 bp cDNA 显示与小鼠核苷酸序列有 86% 的同一性。开放解读码组编码 326 个氨基酸的蛋白质，与小鼠蛋白质的 324 个氨基酸序列具有 98% 的同一性。

▼ 基因功能

在筛选与 BMI1 蛋白相互作用的蛋白时，Satijn 等人（1997）分离出 RING1 蛋白（602045）。他们表明 BMI1 和 RING1 在体外结合并共定位于 2 种肉瘤细胞的细胞核中。萨廷等人（1997）指出 BMI1 和 RING1 可能是蛋白质复合物的一部分。

根据 Lessard 和 Sauvageau（2003）的说法，癌症生物学领域的一个新兴概念是，在构成肿瘤的异质细胞群中存在着罕见的“肿瘤干细胞”群体。这个概念最能用人类白血病来描述，它表明干细胞功能（无论是正常的还是肿瘤的）可能由一组常见的关键基因定义。Lessard 和 Sauvageau（2003）表明 BMI1 在调节正常干细胞和祖细胞的增殖活性中具有关键作用。最重要的是，他们提供的证据表明，缺乏BMI1的白血病干细胞和祖细胞的增殖潜力受到损害，因为它们最终会发生增殖停滞并表现出分化和凋亡的迹象，导致白血病移植失败。补充研究表明BMI1完全挽救了这些增殖缺陷。Lessard 和 Sauvageau（2003）得出结论，BMI1 在调节正常和白血病干细胞的增殖活性中具有重要作用。

伊塔哈纳等人（2003）指出BMI1抑制编码肿瘤抑制因子p16（INK4A）和p14（ARF）的INK4A基因座。他们发现，在人类成纤维细胞系中，BMI1 在复制衰老过程中下调，但在静止期则不然。此外，过度表达延长了成纤维细胞的复制寿命，并且需要 RB1（614041）而不是 p53（191170）。缺失分析表明，BMI1 的环指结构域和螺旋-转角-螺旋结构域是延长寿命和抑制肿瘤抑制因子 p16（INK4）所必需的。此外，表现出显性负活性的RING Finger缺失突变体诱导p16（INK4）和过早衰老。一些衰老前培养物含有表达高水平 p16（INK4）的生长停滞细胞，并且明显受到 p53 和端粒孤立机制的抑制。

王等人（2004）表明，E3 泛素连接酶复合物（他们将其命名为 Polycomb 抑制复合物 1 样（PRC1L））可特异性单泛素化组蛋白 2A（H2A；参见 142711）的 lys119。他们发现 PRC1L 由多种 PcG 蛋白组成，包括 RING1、RNF2（608985）、BMI1 和 HPH2（EDR2; 602979）。RNF2 表达的减少导致 HeLa 细胞中泛素化 H2A 的水平急剧下降。王等人（2004）提出 H2A 泛素化与 Polycomb 沉默有关。

Obuse 等人通过分析用 HeLa 细胞核裂解物中的抗 CENPA（117139）抗体免疫沉淀的蛋白质（2004）表明 BMI1 与着丝粒复合体相关，该复合体还包含主要着丝粒蛋白 CENPB（117140）、CENPC（117141）、CENPH（605607）、CENPI（300065）和 MIS12（609178）等。共聚焦显微镜显示，在 HeLa 细胞的间期期间，BMI1 与着丝粒短暂共定位。

郭等人（2007）发现，在几种人类乳腺癌细胞系和大量乳腺肿瘤中，MEL18（PCGF2; 600346）的表达与 BMI1 呈负相关。MCF7乳腺癌细胞系中MEL18的过度表达下调了BMI1并减少了转化表型。此外，MEL18 过表达或 RNA 干扰导致 MCF7 细胞中 BMI1 表达降低，并伴有 AKT（164730）活性下调。组成型活性 AKT 的过度表达可恢复 MCF7 细胞的恶性表型，同时降低 BMI1 的表达。郭等人（2007）得出结论，MEL18 通过抑制 BMI1 表达和下调 AKT 活性，在乳腺癌细胞中发挥肿瘤抑制因子的作用。

为了研究 BMI1 在成体干细胞群中的作用，Sangiorgi 和 Capecchi（2008）培育了一只从 Bmi1 基因座表达他莫昔芬诱导性 Cre 的小鼠。他们发现 Bmi1 在小肠隐窝底部附近的离散细胞中表达，主要是隐窝底部上方的 4 个细胞（+4 位置）。随着时间的推移，这些细胞增殖、扩张、自我更新，并产生小肠上皮的所有分化细胞谱系。在这些细胞中诱导稳定形式的 β-连环蛋白（116806）足以快速产生腺瘤。此外，使用表达白喉毒素的Rosa26条件等位基因消融Bmi1+细胞会导致隐窝丢失。Sangiorgi 和 Capecchi（2008）得出结论，他们的实验将 Bmi1 鉴定为体内肠道干细胞标记物。不料，

Using RT-PCR and flow cytometric analysis, Heffner and Fearon（2007） found that Bmi1 expression increased in 小鼠 Cd8（see 186910）-positive T cells in an antigen dose- and time-dependent manner. Expression of Bmi1 could be reversed by removal of antigen or maintained by stimulation of Il2r（147730）. Suppression of Bmi1 by lentivirally encoded short hairpin RNA inhibited proliferation of a 小鼠 T-cell line and primary Cd8-positive T cells. Ectopic expression of Bmi1 enhanced the expansion of primary Cd8-positive T cells in vitro when stimulated by Il2（147680） and Il7（146660）. Increased Bmi1 expression was detected after stimulation of naive Cd44-low（107269）/Cd8-positive T cells and memory Cd44-high/Klrg1（604874）-negative/Cd8-positive T cells, but not after stimulation of Klrg1-positive/Cd8-positive T cells. Klrg1-positive/Cd8-positive T cells had elevated levels of p16Ink4a and p19Arf, products of the Cdkn2a gene（600160） that is transcriptionally repressed by Bmi1. Heffner and Fearon（2007） concluded that BMI1 is required for optimal proliferation of CD8-positive T cells and that T-cell receptor ligation causes its expression in naive and KLRG1-negative memory cells, but not in senescent, KLRG1-positive T cells.

刘等人（2009）证明，源自 Bmi1 -/- 小鼠的细胞线粒体功能受损，细胞内活性氧水平显着增加，随后参与 DNA 损伤反应途径。此外，Bmi1 -/- 小鼠中通常观察到的许多缺陷在使用抗氧化剂 N-乙酰半胱氨酸进行药物治疗或通过 Chk2（CHEK2; 604373）删除对 DNA 损伤反应途径进行遗传破坏后得到改善。刘等人（2009）得出结论，Bmi1 在维持线粒体功能和氧化还原稳态方面具有意想不到的作用，并且 Polycomb 蛋白家族可以协调调节细胞代谢与干细胞和祖细胞功能。

小肠中存在两种主要的上皮干细胞池：表达 Lgr5（606667）的柱状细胞，其循环迅速，主要存在于隐窝基底；以及表达 Bmi1 的细胞，其主要存在于隐窝基底上方。Tian 等人使用敲入 Lgr5 基因座的人白喉毒素受体（DTR）基因（2011）特异性消除小鼠体内表达 Lgr5 的细胞。他们的作者发现，表达 Lgr5 的细胞的完全丧失并不会扰乱上皮的稳态，这表明其他细胞类型可以补偿该群体的消除。消融 Lgr5 表达细胞后，Bmi1 表达细胞的后代产量增加，表明 Bmi1 表达干细胞补偿了 Lgr5 表达细胞的损失。的确，谱系追踪显示，表达 Bmi1 的细胞产生表达 Lgr5 的细胞，这表明肠上皮中存在干细胞层次结构。田等人（2011）得出的结论是，他们的结果证明表达 Lgr5 的细胞对于正常肠道稳态是可有可无的，并且在缺乏这些细胞的情况下，表达 Bmi1 的细胞可以作为替代干细胞库。田等人（2011）表明，表达 Bmi1 的干细胞可能既是小肠上皮损伤时的储备干细胞库，又是非病理条件下表达 Lgr5 的细胞的补充来源（2011）得出的结论是，他们的结果证明表达 Lgr5 的细胞对于正常肠道稳态是可有可无的，并且在缺乏这些细胞的情况下，表达 Bmi1 的细胞可以作为替代干细胞库。田等人（2011）表明，表达 Bmi1 的干细胞可能既是小肠上皮损伤时的储备干细胞库，又是非病理条件下表达 Lgr5 的细胞的补充来源（2011）得出的结论是，他们的结果证明表达 Lgr5 的细胞对于正常肠道稳态是可有可无的，并且在缺乏这些细胞的情况下，表达 Bmi1 的细胞可以作为替代干细胞库。田等人（2011）表明，表达 Bmi1 的干细胞可能既是小肠上皮损伤时的储备干细胞库，又是非病理条件下表达 Lgr5 的细胞的补充来源。

Hu 等人使用 RNA Pull-down 和免疫沉淀测定以及缺失图谱（2014）发现 FAL1（FALEC; 616092）的中心区域（一种长非编码 RNA，在上皮肿瘤和癌细胞系中表现出扩增和上调）与 PRC1 的核心亚基 BMI1 直接相互作用。敲低和过表达实验表明，与 FAL1 的相互作用可以稳定 BMI1，防止泛素化和蛋白酶体介导的降解。作者假设 FAL1 对 BMI1 的稳定可能会进一步稳定所有 PRC1。

Bordeleau 等人在 HEK293 细胞中使用亲和纯化和质谱分析（2014）将 UBAP2L（616472）鉴定为 BMI1 相互作用蛋白。免疫沉淀分析证实了这种相互作用，并表明 UBAP2L 也与 RNF2 相互作用。与 BMI1 一样，UBAP2L 的表达在来自 AML（601626）样本的白血病干细胞（LSC）中增加，LSC 频率较高，但不低。用短发夹 RNA 降低小鼠 Ubap2l 水平会导致祖细胞和造血干细胞（HSC）活性降低。来自条件性和敲除 Ubap2l 小鼠的骨髓细胞显示再增殖活性降低，而 Bmi1 过表达部分恢复了这种再增殖缺陷。短发夹RNA介导的UBAP2L水平降低不影响小鼠或人类细胞系中的BMI1或RNF2水平，Ubap2l 不参与小鼠细胞中 Ink4a/Arf 位点的调节。HEK293 细胞提取物的蛋白质印迹分析显示存在 2 种不同的 BMI1/RNF2 复合物，一种含有 UBAP2L 和 PHC1（602978），另一种则缺乏这些蛋白质。博德洛等人（2014）提出了一个模型，其中孤立于UBAP2L的BMI1/RNF2复合物参与INK4A/ARF抑制，而UBAP2L/BMI1/RNF2/PHC1复合物孤立于INK4A/ARF抑制而运作。

林等人（2016）在哺乳动物中分离出晶状体上皮干/祖细胞（LEC），并表明 Pax6（607108）和 Bmi1 是 LEC 更新所必需的。作者设计了一种白内障摘除手术方法，可以保留内源性 LEC，并在兔子、猕猴以及患有白内障的人类婴儿中实现功能性晶状体再生。他们的方法最大限度地保留了内源性LEC及其自然环境，并再生了具有视觉功能的晶状体。

▼ 基因结构

Alkema 等人（1993）确定人类BMI1基因至少含有10个外显子。小鼠 Bmi1 基因包含 10 个外显子。

▼ 生化特征

晶体结构

麦金蒂等人（2014）结晶了 Polycomb 抑制复合物-1（PRC1）泛素化模块，这是一种 E2-E3 酶复合物，由 UBCH5C（602963）和最小的 RING1B（608985）-BMI1 环异二聚体组成，与其核小体核心颗粒底物结合。作者以 3.3 埃的分辨率解析了该结构。该结构显示了染色质酶如何通过与空间上与催化位点不同的几个核小体表面相互作用来实现底物特异性。麦金蒂等人（2014）得出结论，该结构揭示了泛素 E2 酶在底物识别中的意想不到的作用，并提供了有关相关组蛋白 H2A E3 连接酶 BRCA1（113705）如何与核小体相互作用并泛素化的见解。

▼ 测绘

Alkema 等人的地图（1993）通过荧光原位杂交将人类BMI1基因分配到染色体10p13。作者表示，已知 10p13 区域参与多种白血病的易位。

▼ 动物模型

BMI1 基因编码的蛋白质具有与 Polycomb 基因家族成员编码的果蝇蛋白质同源的结构域，该结构域是维持调节果蝇片段身份的同源异型基因的抑制所必需的。缺乏BMI1基因的小鼠表现出中轴骨骼的后部转变这一事实表明，该基因可能在脊椎动物中发挥类似的作用。阿尔克玛等人（1995）发现过度表达 Bmi1 蛋白的转基因小鼠表现出相反的表型，即椎体特性的剂量依赖性前部转变。Hoxc5（142973）基因的前表达边界向后移动，表明 Bmi1 参与了 Hox 基因的抑制。因此，

莫洛夫斯基等人（2003）表明，在小鼠中，Bmi1 是外周和中枢神经系统干细胞自我更新所必需的，但对于它们的生存或分化来说不是必需的。Bmi1 缺陷型神经干细胞的自我更新能力降低导致其出生后耗竭。在 Bmi1 缺失的情况下，神经干细胞中细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂基因 P16（Ink4a）（600160）上调，从而降低增殖率。P16（Ink4a）缺陷部分逆转了 Bmi1 缺失神经干细胞的自我更新缺陷。Bmi1 促进自我更新和抑制 p16（Ink4a）表达的保守要求表明，有一个共同的机制调节不同类型干细胞的自我更新和出生后持久性。在 Bmi1 缺失的情况下，来自肠道和前脑的受限神经祖细胞可以正常增殖。因此，莫洛夫斯基等人（2003）得出的结论是，BMI1 依赖性将这些组织中的干细胞自我更新与受限祖细胞增殖区分开来。

克兰克等人（2003）发现 Cited2（602937）无效小鼠成纤维细胞显示增殖减少，这与 Bmi1 和 Mel18（600346）表达减少以及 Ink4a/Arf 表达增加相关。表达 Bmi1 和 Mel18 的逆转录病毒增强了 Cited2 无效成纤维细胞的增殖，表明它们在 Cited2 下游发挥作用。克兰克等人（2003）得出结论，CITED2 至少部分通过多梳基因 BMI1 和 MEL18 控制 INK4A/ARF 的表达和成纤维细胞增殖。

帕克等人（2003）发现成年和胎儿小鼠以及成年人类 HSC 表达原癌基因 Bmi1。Bmi1 -/- 小鼠胎肝中HSC数量正常。在出生后的 Bmi1 -/- 小鼠中，HSC 的数量显着减少。从 Bmi1 -/- 小鼠获得的移植胎儿肝脏和骨髓细胞只能短暂地促进造血。没有检测到成年 HSC 的自我更新，表明 Bmi1 缺失小鼠存在细胞自主缺陷。基因表达分析显示，Bmi1 缺失小鼠的骨髓细胞中干细胞相关基因、细胞存活基因、转录因子和增殖调节基因（包括 p16（Ink4a）和 p19（Arf）（参见 600160））的表达发生了改变。正常 HSC 中 p16（Ink4a）和 p19（Arf）的表达分别导致增殖停滞和 p53（191170）依赖性细胞死亡。帕克等人（2003）得出结论，Bmi1 对于自我更新的成体 HSC 的生成至关重要。

梁等人（2004）证明 BMI1 在小鼠和人类增殖的小脑前体细胞中强烈表达。Leung 等人使用 Bmi1 缺失小鼠（2004）证明了 Bmi1 在体内和体外颗粒细胞前体克隆扩增中的关键作用。通过激活 Sonic hidehog（SHH; 600725）途径，这些祖细胞的增殖失调会导致髓母细胞瘤的发展（参见 155255）。梁等人（2004）还证明了 BMI1 和 Patched（601309）的过度表达相关，这表明在大部分原发性人髓母细胞瘤中 SHH 通路激活。Leung等人在小脑颗粒细胞培养物中添加Shh或过度表达Shh靶标Gli1（165220），同时快速诱导Bmi1表达。

查格拉维等人（2006）发现通过 RNA 干扰敲低 E4f1（603022）水平足以挽救移植后 3 个月的 Bmi1 -/- 小鼠造血细胞的克隆形成和再生能力。他们得出结论，E4F1 是原始造血细胞中 BMI1 活性的关键调节剂。

多维等人（2008）发现，在 Kras（190070）启动的致癌小鼠肺癌模型中，Bmi1 的缺失在很早的时候就减少了肺肿瘤的数量和进展。这与 Bmi1 缺陷的假定支气管肺泡干细胞响应致癌刺激而增殖的能力缺陷相关，并且部分依赖于 p19（Arf）。