敲除一个基因，导致个体器官变大，这听起来像科幻电影中的情节。
然而在现实中，科学家还真就发现了这样一个基因、一条信号通路，直接参与调控器官大小。
这条通路便是河马信号通路。今天就让我们聚焦河马信号通路，聊一聊它的C位担当因子——YAP。
一、河马信号通路简介
河马信号通路（Hippo Signaling Pathway），简称河马通路或Hippo通路，首次发现于黑腹果蝇中。其关键组成成员蛋白激酶Hippo突变能使组织增生，果蝇会出现一个巨大的头部[1]，而且脖子上会出现褶皱的形状，看上去像河马，河马通路因此而得名。
图 1 Hippo/MST突变导致苍蝇头部和小鼠肝脏变大
（图片源于：https://doi.org/10.1242/dev.045500）
近些年来研究表明，河马通路是通过协调细胞增殖、细胞死亡和细胞分化，来调控组织生长和器官大小的一个高度保守生长控制信号通路。除此之外，部分研究还发现组成该信号通路元件的蛋白有些具有肿瘤抑制功能，有些却具有致瘤作用，因此河马通路与癌症发生也有着密切关系。
二、YAP在河马通路中的功能
河马通路由一系列保守激酶组成，控制着不同组织的生长、分化以及再生功能[2]。其中Yes相关蛋白(Yes-associated protein，YAP)是一个转录共激活因子，处于河马信号通路末端，也是该通路的主要效应因子，调控下游相关基因的表达。
在河马信号通路正常情况下，YAP、TAZ(YAP同源的另一个转录共激活因子)是不表达或低表达于细胞质中，并且通路上游的一些分子，如蛋白激酶MST1/2(mammalian sterile20-like kinase)、蛋白激酶LATS1/2(large tumor suppressor gene 1)等，通过一系列的磷酸化来抑制YAP和TAZ的活性，使其处于非激活状态。
图 2 果蝇和脊椎动物中的Hippo信号通路
（图片源于：https://doi.org/10.1242/dev.045500）
一旦这条通路的上游分子发生突变，YAP/TAZ被解除抑制，表达量上调且处于非磷酸化状态而进入细胞核发挥转录调节活性，进而加速组织细胞的增殖，甚至产生肿瘤[4]。
三、河马通路中不同修饰对YAP的作用
虽然YAP在肿瘤中活化很常见，但是Hippo通路基因在肿瘤中的突变频率却不高，因此导致YAP活化的分子机制还有待揭示。除了磷酸化修饰，其他翻译后修饰是否也能够调节YAP的活性特别是YAP蛋白的亚细胞定位呢？
相关研究目前是Hippo领域的一个热点，其中泛素化、甲基化、糖基化等先后被发现能够修饰YAP并调节后者的活性[8-10]。
1、磷酸化修饰
Hippo通路的活性主要由各关键蛋白的磷酸化水平调控。
当Hippo通路的上游信号传入激活核心激酶级联反应链中，蛋白激酶MST1/2先被磷酸化，随后其在蛋白SAV1的协助下激活LATS1/2和MOB1，二者结合形成LATS1/2-Mob复合物，进一步促进TAZ、YAP发生磷酸化，并且这一磷酸化修饰发生在HXRXXS基序中的丝氨酸残基（S61、S109、S127、S164、S381）上。
S127位点被磷酸化产生与14-3-3蛋白结合的位点（RXXpSXP)，促进YAP与14-3-3蛋白结合，滞留在细胞质中，抑制其转录活性，这种调节机制是可逆的。
S381位点的磷酸化修饰会招募CK1δ/ɛ进行进一步磷酸化修饰，激活相应的磷酸化降解基序，从而为E3泛素连接酶SCFβ-TRCP提供停靠位点，导致YAP被多泛素化和降解，这种调控机制是不可逆转的。
通过这两种机制协同，YAP的转录调节功能受到双重精确调控。
图 3 磷酸化和泛素化对YAP的调控
（图片源于：http://www.genesdev.org/cgi/doi/10.1101/gad.1843810）
2、泛素化修饰
在上述介绍的YAP磷酸化修饰过程中，泛素化修饰也参与其中。TRIB2(tribbles homolog 2)可通过直接与E3泛素连接酶SCFβ-Trcp的底物结合亚基β-Trcp结合，抑制E3泛素连接酶SCFβ-Trcp介导的YAP泛素化，从而促进YAP蛋白的稳定性[11]。
也有研究发现[12]，类泛素化修饰异肽酶USPL1能够与Lats1/2结合，抑制Lats1/2介导的YAP Ser127位磷酸化，增强YAP活性，上调Hippo通路下游基因的mRNA表达水平。
此外，该研究还发现类泛素化修饰E3连接酶PIAS1能够同时与Lats1/2和YAP发生相互结合，促进Lats1/2介导的YAP磷酸化，抑制YAP/TAZ活性，下调Hippo信号通路下游基因的mRNA表达水平。不过这两个类泛素化修饰相关的酶，是否真的是通过类泛素化途径调控YAP的功能还有待深入研究。
3、甲基化修饰
非组蛋白的甲基化正逐渐被意识到是控制蛋白质功能的一种新调节机制。
有研究发现Set7是Hippo通路的修饰因子，缺少Set7基因的小鼠在肠道中有一个更大的祖细胞室，这与YAP基因高表达表型一致；进一步研究表明YAP和Set7相互作用，YAP在K494处被单甲基化，并且突变的Yap（YapK494R）没有在细胞质中滞留。显然，YAP赖氨酸494的单甲基化对YAP的细胞质滞留至关重要[9]。
还有研究发现[13]甲基转移酶SET1A同YAP互作并导致后者342位赖氨酸（K342）单甲基化，该位点靠近YAP的出核序列NES，相关修饰则能够有效阻断YAP同出核因子CRM1的相互作用、导致YAP在细胞核中累积、增强YAP靶向基因的表达。
功能研究进一步表明，K327M（等同人源YAPK342）敲入小鼠肿瘤易感性更高，在该小鼠中更容易诱导大肠癌的发生。同时，在大肠癌及肺癌临床样本中，SET1A同YAP K342位点甲基化呈高度正相关，并能够有效预测病人预后情况。
4、糖基化修饰
研究发现[10]Hippo通路可响应细胞外葡萄糖浓度变化，Hippo通路的核心蛋白YAP可以发生O-糖基化修饰。YAP的O-糖修饰由O-糖基化转移酶OGT和糖苷酶OGA调控。OGT介导的YAP Ser109位糖基化破坏了它与上游激酶LATS1的相互作用，阻止了LATS1对YAP Ser127位点磷酸化，促进其进入细胞核，激活了其转录活性。
图 4 Hippo通路响应胞外葡萄糖浓度变化
（图片源于：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2017.10.010）
三、YAP与癌症
上面提到YAP是一个转录共激活因子，它的功能发挥与蛋白磷酸化状态及亚细胞定位相关。
令人迷惑的是，在不同的癌症中，YAP的细胞定位似乎没有规律可言。在宫颈鳞癌中，YAP1胞质高表达而胞核表达缺失；在宫颈腺癌中，YAP1却胞核高表达，且核YAP1表达增加提示无病生存时间和整体生存率短[5]。此外HALL等[6]收集卵巢癌患者的临床数据还发现，磷酸化YAP胞质低表达同时YAP胞核高表达者，5年生存率下降50%，研究者认为这个组合可作为一个独立的预后指标。
kim[7]等分别对肺腺癌及肺鳞状细胞癌中YAP的表达做了研究。单因素分析表明，在肺腺癌核内，YAP的高表达与MAPKs和CycA的表达相关，且在肺鳞状细胞癌胞质中YAP的高表达与组织学分级和TMN分析有关；多因素分析阐明，在肺腺癌核内YAP的表达与CycA的表达独立相关，胞质中YAP的表达是TMN低分期肺鳞状细胞癌的独立指示物。表明YAP可作为肿瘤亚型的鉴别的一个重要考量因素。
至于YAP的抑癌和促癌作用，越来越多的研究表明，这可能与肿瘤形成的组织和细胞特异性有关。一方面，YAP1能够联合p73和PML诱导细胞凋亡以应对DNA损伤，其在头颈肿瘤细胞株和肿瘤组织中均呈低表达，作为抑癌基因发挥作用；另一方面，YAP1在很多肿瘤如人类食道管鳞癌、肝细胞癌中高表达，提示其具有促癌作用。到目前为止，关于YAP的抑癌和促癌双重功能，我们依旧没有摸清它的全貌，更多的分子机制还有待科学家的进一步研究。
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【引用文献】
[1] Halder, G. and R.L. Johnson, Hippo signaling: growth control and beyond. Development, 2011. 138(1): 9-22.
[2] Stephen D W, Rivers S L, Jamieson D J. The role of the YAP1 and YAP2 genes in the regulation of the adaptive oxidative stress responses of Saccharomyces cerevisiae. Mol Microbiol, 1995, 16(3): 415-423.
[3] 郭海强,刘同阳,贾舒婷,罗瑛.癌蛋白YAP1的研究进展[J].生物化学与生物物理进展,2015,42(03):254-259.
[4] Harvey K F, Zhang X, Thomas D M. The Hippo pathway and human cancer. Nat Rev Cancer, 2013, 13(4): 246-257.
[5] Liu T , Liu Y , Gao H , et al. Clinical Significance of Yes-Associated Protein Overexpression in Cervical Carcinoma: The Differential Effects Based on Histotypes.[J]. International Journal of Gynecological Cancer Official Journal of the International Gynecological Cancer Society, 2013, 23(4).
[6] Hall Chad A,Wang Runsheng,Miao Jiangyong,Oliva Esther,Shen Xiaoyun,Wheeler Thomas,Hilsenbeck Susan G,Orsulic Sandra,Goode Scott. Hippo pathway effector Yap is an ovarian cancer oncogene.[J]. Cancer research,2016,70(21):8517-8525.
[7] Kim J M,Kang D W,Long L Z,et al.Differential expression of yes associated protein is correlated with expression of cell cycle markers and pathologic TNM staging in non-small-cell lung carcinoma [J].Hum Pathol,2011,42(3):315-323.
[8] Zhao Bin,Li Li,Tumaneng Karen,Wang Cun-Yu,Guan Kun-Liang. A coordinated phosphorylation by Lats and CK1 regulates YAP stability through SCF(beta-TRCP).[J]. Genes & development,2010,24(1):72-85.
[9] Oudhoff Menno J,Freeman Spencer A,Couzens Amber L,Antignano Frann,Kuznetsova Ekaterina,Min Paul H,Northrop Jeffrey P,Lehnertz Bernhard,BarsyteLovejoy Dalia,Vedadi Masoud,Arrowsmith Cheryl H,Nishina Hiroshi,Gold Michael R,Rossi Fabio M V,Gingras AnneClaude,Zaph Colby. Control of the hippo pathway by Set7-dependent methylation of Yap.[J]. Developmental cell,2013,26(2):188-194.
[10] Peng Changmin,Zhu Yue,Zhang Wanjun,Liao Qinchao,Chen Yali,Zhao Xinyuan,Guo Qiang,Shen Pan,Zhen Bei,Qian Xiaohong,Yang Dong,Zhang Jin-San,Xiao Dongguang,Qin Weijie,Pei Huadong. Regulation of the Hippo-YAP Pathway by Glucose Sensor O-GlcNAcylation.[J]. Molecular cell,2017,68(3):591-604.
[11] Wang Jiayi,Park Joo-Seop,Wei Yingying,Rajurkar Mihir,Cotton Jennifer L,Fan Qishi,Lewis Brian C,Ji Hongkai,Mao Junhao. TRIB2 acts downstream of Wnt/TCF in liver cancer cells to regulate YAP and C/EBPα function.[J]. Molecular cell,2013,51(2):211-225.
[12] 牛婷婷. 类泛素化修饰对Hippo信号通路的调控作用[D].华东师范大学,2016.
-THE END-
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