Cdc14
Cdc14 и Cdc14 представляют собой ген и его белковый продукт соответственно. [ 1 ] Cdc14 обнаружен у большинства эукариот. Cdc14 был определен Хартвеллом в его знаменитом исследовании локусов, контролирующих клеточный цикл Saccharomyces cerevisiae . [ 1 ] Позже было показано, что Cdc14 кодирует протеинфосфатазу . Cdc14 обладает двойной специфичностью, что означает, что он обладает активностью, направленной на серин/треонин и тирозин. Сообщается о предпочтении серинов перед пролином. [ 2 ] Многие ранние исследования, особенно на почкующихся дрожжах Saccharomyces cerevisiae, продемонстрировали, что этот белок играет ключевую роль в регуляции поздних митотических процессов. [ 3 ] Однако более поздние исследования ряда систем показывают, что его клеточная функция более сложна.
Клеточная функция
[ редактировать ]У Saccharomyces cerevisiae, вида, у которого активность Cdc14 лучше всего понятна и наиболее изучена, активность Cdc14 (ScCdc14) приводит к выходу из митоза путем дефосфорилирования мишеней Cdk1 , хорошо изученной циклин-зависимой протеинкиназы. [ 4 ] Cdc14 противодействует Cdk1, стимулируя протеолиз его партнера циклина (циклина B) посредством дефосфорилирования Cdh1, регулятора комплекса, способствующего анафазе . Cdc14 также дефосфорилирует Swi5, усиливая транскрипцию Sic1, ингибитора Cdk1. [ 3 ]
Эта «простая» модель митотического выхода усложнилась, поскольку ScCdc14 была приписана дополнительная роль в митозе. [ 3 ] [ 5 ] К ним относятся стабилизация веретена и регуляция цитокинеза и сегрегации рДНК/теломеров. Было обнаружено, что в соответствии с такими многочисленными ролями ScCdc14 связывает несколько белков, которые регулируют клеточный цикл и репликацию ДНК или которые связаны с веретеном или кинетохорой. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
Работа с другими дрожжами еще больше усложнила понимание роли Cdc14. Мутанты в ортологе деления Schizosaccharomyces pombe нормально выходят из митоза (в отличие от S. cerevisiae), но имеют измененные перегородки и цитокинез. [ 9 ] Кроме того, хотя белок регулирует ортолог Cdk1 S. pombe, это происходит посредством процесса, отличного от процесса S. cerevisiae; он не дефосфорилирует ортологи Sic1 или Cdh1, но способствует инактивации Cdc2 за счет подавления фосфатазы Cdc25. [ 10 ] Cdc14 Candida albicans также участвует в перегородке и цитокинезе, но не в выходе из митоза. [ 9 ]
Исследования Cdc14 на животных еще больше запутали историю Cdc14. У животных имеется до трех дивергентных генов Cdc14 с множеством вариантов сплайсинга, которые, по-видимому, различаются по функциям и местоположению. Кроме того, несколько важных исследований дали противоречивые результаты. Нематода Caenorhabditis elegans вырабатывает один Cdc14 (CeCdc14), который локализуется в веретене и центросомах в митозе, а также в цитоплазме в интерфазе. Одно исследование RNAi с CeCdc14 вызывало дефекты цитокинеза, что согласуется с аналогичной работой на Xenopus laevis . [ 11 ] [ 12 ] Однако второе исследование РНКи не выявило дефектов, и было высказано предположение, что в первом эксперименте использовалось слишком много олигонуклеотидов, что вызывало нецелевые эффекты. [ 13 ] [ 14 ] Противоречивые данные существуют и в отношении человеческого Cdc14. В отличие от CeCdc14, hCdc14A не является центросомным в митозе, но является цитоплазматическим и центросомным во время интерфазы. [ 15 ] В одном исследовании было показано, что HCdc14B преимущественно ядрышковый, как ScCdc14 (но в отличие от CeCdc14), но другие обнаружили hCdc14B на ядерных нитях и веретене. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
В то время как истощение РНКи hCdc14A и hCdc14B приводило к дефектам дупликации центриолей, прогрессированию клеточного цикла и выходу из митоза, клетки, удаленные из-за генов, не обнаруживали дефектов роста или митоза, и аналогичное нарушение дефекта клеточного цикла было также показано у культивируемых людей. клетки с использованием условных нокаутов hCdc14A и hCdc14B. [ 15 ] [ 19 ] Наконец, у кур нокаутные линии полностью отсутствовали дефекты в развитии клеточного цикла, входе или выходе из митоза, цитокинезе или поведении центросом. [ 15 ] [ 19 ] Есть свидетельства того, что Cdc14 может участвовать в контрольной точке повреждения ДНК. [ 20 ]
Новая роль Cdc14 у эукариот была предположена исследованиями Phytophthora infestans , эукариотического микроба, известного как причина Великого голода в Ирландии . Примечательно, что хотя все упомянутые выше виды являются относительно близкими таксономическими родственниками (в группе Fungi/Metazoa), P. infestans имеет четкую эволюционную историю; он классифицируется как оомицет и является членом царства Stramenopila ( в некоторых схемах гетероконтов ) наряду с диатомовыми водорослями и бурыми водорослями. Единственный ген Cdc14 P. infestans (PiCdc14) экспрессируется иначе, чем гены грибов и многоклеточных животных; вместо того, чтобы транскрибироваться на протяжении всего клеточного цикла и регулироваться посттрансляционно, PiCdc14 находится под сильным транскрипционным контролем и не экспрессируется в гифах, где происходит большая часть митозов. Вместо этого PiCdc14 образуется во время образования бесполых спор, включая его двужгутиковые зооспоры . [ 21 ] Было обнаружено, что PiCdc14 накапливается вблизи базальных телец, у основания жгутиков. [ 22 ] В свете различной роли Cdc14 у грибов и животных было высказано предположение, что данные P. infestans подразумевают, что наследственная роль Cdc14 включала стадию жгутиков эукариот. [ 22 ] Дополнительные данные в поддержку этой теории были позже получены в исследованиях на рыбках данио, где также было обнаружено, что белки Cdc14 локализуются в базальном теле и играют роль в формировании ресничек, которые представляют собой короткие формы жгутиков. [ 23 ]
Cdc14 также участвует в регуляции ключевых этапов мейоза у почкующихся дрожжей. Cdc55, регуляторная субъединица протеинфосфатазы 2 (PP2A), секвестрирует Cdc14 в ядрышке на ранней стадии мейоза. Секвестрация Cdc14 необходима для сборки веретена мейоза I. Хотя секвестрация Cdc14 на ранней стадии не является существенной для разделения хромосом. [ 24 ] Белки комплекса FEAR (Cdc Fourteen Early Anaphase Release), SLK19 и SPO12, регулируют высвобождение Cdc14. [ 25 ] Высвобождение Cdc14 из ядрышка приводит к инактивации cdk1 и, в конечном итоге, к разборке веретена во время анафазы мейоза I. Клетки, лишенные Cdc14 или SLK19 и SPO12, имеют аномальный мейоз. Во время мейоза у них происходит только одно деление. Хромосомы также аномально расходятся. Аномалия возникает из-за задержки раскладывания веретена во время анафазы I. Однако сегрегация хромосом продолжается, и обе фазы мейотического расхождения происходят при длительном мейозе I веретена. Cdc14 вместе с SPO12 и SLK19 играют решающую роль в обеспечении последовательного прохождения двух фаз хромосомной сегрегации во время мейоза. [ 26 ]
Распространение Cdc14 в процессе эволюции
[ редактировать ]Cdc14 широко распространен и встречается в большинстве царств эукариот. Однако, судя по результатам поиска секвенированных геномов, он обнаружен не у всех видов. Один или несколько генов Cdc14 обнаружены у альвеолятов, животных, грибов, трипаносом и низших растений. [ 22 ] Однако гены Cdc14, по-видимому, утеряны в некоторых линиях, включая высшие растения, родофиты и слизевики. Существует довольно тесная положительная корреляция между наличием Cdc14 у вида и тем, образует ли этот вид жгутики или реснички . [ 22 ] Это может быть связано с наследственной ролью Cdc14. Спорным является вопрос о том, появились ли первыми в ходе эволюции базальные тельца, закрепляющие жгутики, или центриоли, участвующие в митозе, но одна из теорий состоит в том, что жгутики сначала развились как органелла, обеспечивающая подвижность и чувствительность, а базальное тельце позже было использовано для выполнения митотической роли. [ 27 ] [ 28 ] Функция Cdc14 могла адаптироваться к различным функциям в ходе эволюции этих органелл.
Цели
[ редактировать ]Большая часть информации о биохимической функции Cdc14 получена в результате исследований S. cerevisiae. У этого вида одной важной мишенью является Cdh1/Hct1. Cdh1 связывается с APC и приводит к активности APC (комплекс, способствующий анафазе); [ 29 ] активированный APC является ключевым фактором выхода из митоза. Кроме того, Cdc14 дефосфорилирует стехиометрический ингибитор митотических циклинов Sic1 , стабилизируя белок Sic1. Активность Cdc14 также приводит к стабилизации фактора транскрипции Swi5, что приводит к усилению транскрипции Sic1. Возможно, что Cdc14 действует как фосфатаза на все мишени Clb-Cdk1, обращая вспять эффекты митотических циклинов.
Цели Cdc14, очевидно, весьма разнообразны. Методы двугибридного и аффинного захвата дрожжей выявили множество белков, которые потенциально взаимодействуют с ScCdc14, в том числе те, которые, как известно, регулируют клеточный цикл и репликацию ДНК или которые связаны с веретеном или кинетохорой. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Cdc14 также, по-видимому, ингибирует РНК-полимеразу I, что помогает обеспечить полное расхождение хромосом за счет устранения транскриптов рибосомальной РНК (рРНК), которые в противном случае блокировали бы связывание конденсина с рДНК. [ 30 ]
Регулирование
[ редактировать ]У S. cerevisiae Cdc14 регулируется его конкурентным ингибитором Cfi/Net1, который локализует Cdc14 в ядрышке. [ 31 ] Во время анафазы Cdc14 «выходит из клетки» и распространяется на остальную часть клетки. Две сети опосредуют высвобождение Cdc14 из ядрышка: FEAR (CDC четырнадцать ранних анафазных высвобождений) и MEN (сеть митотического выхода); хотя эти сети являются сложными, считается, что эти сети приводят к фосфорилированию Cfi/Net1 и/или Cdc14, что приводит к диссоциации комплекса. Известно, что у S. pombe фосфорилирование ортолога Cdc14 с помощью Cdk1 напрямую ингибирует каталитическую активность фосфатазы. [ 32 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Хартвелл, Л.Х.; Кулотти, Дж; Прингл, младший; Рид, Би Джей (1974). «Генетический контроль цикла деления клеток дрожжей». Наука . 183 (4120): 46–51. Бибкод : 1974Sci...183...46H . дои : 10.1126/science.183.4120.46 . ПМИД 4587263 .
- ^ Грей, Швейцария; Хорошо, ВМ; Тонкс, Северная Каролина; Барфорд, Д. (2003). «Структура белка клеточного цикла Cdc14 обнаруживает пролин-направленную протеинфосфатазу» . ЭМБО Дж . 22 (14): 3524–3535. дои : 10.1093/emboj/cdg348 . ПМК 165618 . ПМИД 12853468 .
- ^ Jump up to: а б с Стегмайер Ф., Амон А. (2004). «Закрытие митоза: функции фосфатазы Cdc14 и ее регуляция». Анну. Преподобный Жене . 38 : 203–32. дои : 10.1146/annurev.genet.38.072902.093051 . ПМИД 15568976 .
- ^ МакКоллум, Д; Гулд, КЛ (2001). «Время решает все: регуляция выхода из митоза и цитокинеза с помощью MEN и SIN». Тенденции клеточной биологии . 11 (2): 89–95. дои : 10.1016/s0962-8924(00)01901-2 . ПМИД 11166217 .
- ^ Хигучи, Т; Ульманн, Ф (2005). «Стабилизация динамики микротрубочек в начале анафазы способствует сегрегации хромосом» . Природа . 433 (7022): 171–176. Бибкод : 2005Natur.433..171H . дои : 10.1038/nature03240 . ПМК 2586334 . ПМИД 15650742 .
- ^ Jump up to: а б Брейткройц, А; Чой, Х; Шаром, младший; Мясник, Л; Недува, В; Ларсен, Б; Лин, З.Я.; Брейткройц, Би Джей; Старк, С; Лю, Г; Ан, Дж; Дьюар-Дарч, Д; Регулярно, Т; Тан, X; Алмейда, Р.; Цинь, ZS; Поусон, Т; Гинграс, AC; Несвижский, А.И.; Тайерс, М. (2010). «Глобальная сеть взаимодействия протеинкиназы и фосфатазы у дрожжей» . Наука 328 (5981): 1043–1046. Бибкод : 2010Наука... 328.1043B дои : 10.1126/science.1176495 . ПМЦ 3983991 . ПМИД 20489023 .
- ^ Jump up to: а б Хо, Ю; Грюлер, А; Хейлбут, А; Бадер, Грузия; Мур, Л; Адамс, СЛ; Миллар, А; Тейлор, П; Беннетт, К; Бутилье, К; Ян, Л; Уолтинг, К; Дональдсон, я; Шандорф, С; Шевнаран, Дж; Во, М; Таггарт, Дж; Гудро, М; Маскат, Б; Альфарано, К; Дьюар, Д; Лин, З; Михаличкова, К; Виллемс, Арканзас; Сасси, Х; Нильсен, Пенсильвания; Расмуссен, К.Дж.; Андерсен-младший; Йохансен, Ле; Хансен, Л.Х.; Йесперсен, Х; Подтелейников А; Нильсен, Э; Кроуфорд, Дж; Поульсен, В; Соренсен, Б.Д.; Маттисен, Дж; Хендриксон, Колорадо; Глисон, Ф; Поусон, Т; Моран, МФ; Дюрошер, Д; Манн, М; Хог, CWV; Фигейс, Д; Тайерс, М. (2002). «Систематическая идентификация белковых комплексов Saccharomyces cerevisiae методом масс-спектрометрии». Природа . 415 (6868): 180–183. Бибкод : 2002Natur.415..180H . дои : 10.1038/415180a . ПМИД 11805837 . S2CID 4350057 .
- ^ Jump up to: а б Висинтин Р.; Хван, ES; Амон, А. (1999). «Cfi1 предотвращает преждевременный выход из митоза, закрепляя фосфатазу Cdc14 в ядрышке». Природа . 398 (6730): 818–823. Бибкод : 1999Natur.398..818V . дои : 10.1038/19775 . ПМИД 10235265 . S2CID 4344363 .
- ^ Jump up to: а б Куэй, Н.; Салимова Э; Эстебан, В; Бланко, М; Морено, С; Буэно, А; Симанис, В (2001). «Flp1, ортолог делящихся дрожжей гена CDC14 S. cerevisiae, не требуется для деградации циклина или стабилизации rum1p в конце митоза». Журнал клеточной науки . 114 (14): 2649–2664. дои : 10.1242/jcs.114.14.2649 . ПМИД 11683392 .
- ^ Вульф, бакалавр; Гулд, КЛ (2004). «Фосфатаза Clp1p делящихся дрожжей влияет на переход G2/M и выход из митоза посредством инактивации Cdc25p» . ЭМБО Дж . 23 (4): 919–929. дои : 10.1038/sj.emboj.7600103 . ПМК 381010 . ПМИД 14765109 .
- ^ Грюнеберг, У; Глотцер, М; Гартнер, А; Нигг, Э.А. (2002). «Фосфатаза CeCDC-14 необходима для цитокинеза эмбриона Caenorhabditis elegans» . Журнал клеточной биологии . 158 (5): 901–914. дои : 10.1083/jcb.200202054 . ПМК 2173158 . ПМИД 12213836 .
- ^ Кайзер, БК; Начури, МВ; Гарднер, Бельгия; Джексон, ПК (2004). «Xenopus Cdc14 альфа/бета локализованы в ядрышке и центросоме и необходимы для деления эмбриональных клеток» . BMC Клеточная Биол . 5:27 . дои : 10.1186/1471-2121-5-27 . ПМЦ 481057 . ПМИД 15251038 .
- ^ Кипреос, ET (2004). «Спокойствие развития: Cdc14 подрабатывает в G1». Nat Cell Biol . 6 (8): 693–695. дои : 10.1038/ncb0804-693 . ПМИД 15303097 . S2CID 19764267 .
- ^ Сайто, РМ; Перро, А; Персик, Б; Саттерли, Дж. С.; ван ден Хеувел, С. (2004). «Фосфатаза CDC-14 контролирует остановку клеточного цикла развития у C. elegans». Nat Cell Biol . 6 (8): 777–783. дои : 10.1038/ncb1154 . ПМИД 15247923 . S2CID 33369498 .
- ^ Jump up to: а б с Моччаро, А; Шибель, Э (2010). «Cdc14: высококонсервативное семейство фосфатаз с неконсервативными функциями?» . J Cell Sci . 123 (Часть 17): 2867–2876. дои : 10.1242/jcs.074815 . ПМИД 20720150 .
- ^ Моччаро, А; Бердуго, Э; Цзэн, К; Черный, Е; Вагнарелли, П; Эрншоу, В; Гиллеспи, Д; Джаллепалли, П; Шибель, Э (2010). «Клетки позвоночных, генетически дефицитные по Cdc14A или Cdc14B, сохраняют способность контрольной точки повреждения ДНК, но у них нарушена репарация ДНК» . J Клеточная Биол . 189 (4): 631–639. дои : 10.1083/jcb.200910057 . ПМЦ 2872905 . ПМИД 20479464 .
- ^ Чо, HP; Лю, Ю; Гомес, М; Данлэп, Дж; Тайерс, М; Ван, Ю (2005). «Фосфатаза двойной специфичности CDC14B связывает и стабилизирует микротрубочки» . Мол Клеточная Биол . 25 (11): 4541–4551. дои : 10.1128/mcb.25.11.4541-4551.2005 . ПМК 1140622 . ПМИД 15899858 .
- ^ Ву, Дж; Чо, HP; Ри, Д.Б.; Джонсон, ДК; Данлэп, Дж; Лю, Ю; Ван, Ю (2008). «Истощение Cdc14B приводит к амплификации центриолей, а его сверхэкспрессия предотвращает незапланированное дублирование центриолей» . J Клеточная Биол . 181 (3): 475–483. дои : 10.1083/jcb.200710127 . ПМК 2364701 . ПМИД 18458157 .
- ^ Jump up to: а б Бердуго, Э. 2009. Человеческие фосфатазы Cdc14 не важны для жизнеспособности и не регулируют выход из митоза. доктор философии диссертация, Медицинский колледж Вейля Корнелльского университета.
- ^ Бассерманн, Ф; Фрескас, Д; Гуардаваккаро, Д; Бусино, Л; Пескьяроли, А; Пагано, М (2008). «Ось Cdc14B-Cdh1-Plk1 контролирует контрольную точку реакции G2 на повреждение ДНК» . Клетка . 134 (2): 256–267. дои : 10.1016/j.cell.2008.05.043 . ПМК 2591934 . ПМИД 18662541 .
- ^ Ах Фонг, А; Джудельсон, HS (2003). «Регулятор клеточного цикла Cdc14 экспрессируется во время споруляции, но не роста гиф у грибоподобного оомицета Phytophthora infestans» . Мол Микробиол . 50 (2): 487–494. дои : 10.1046/j.1365-2958.2003.03735.x . ПМИД 14617173 . S2CID 37314544 .
- ^ Jump up to: а б с д А-Фонг, AMV; Джудельсон, HS (2011). «Новая роль фосфатазы Cdc14: локализация в базальных тельцах Oomycete Phytophthora и ее эволюционное совместное наследование с эукариотическими жгутиками» . ПЛОС ОДИН . 6 (2): e16725. Бибкод : 2011PLoSO...616725A . дои : 10.1371/journal.pone.0016725 . ПМК 3038932 . ПМИД 21340037 .
- ^ Клемент, А; Солница-Крезель, Л; Гулд, КЛ (2012). «Функциональная избыточность между фосфатазами Cdc14 в цилиогенезе рыбок данио» . Динамика развития . 241 (12): 1911–1921. дои : 10.1002/dvdy.23876 . ПМЦ 3508521 . ПМИД 23027426 .
- ^ Биццари, Фарид; Марстон, Адель Л. (27 июня 2011 г.). «Cdc55 координирует сборку веретена и расхождение хромосом во время мейоза» . Журнал клеточной биологии . 193 (7): 1213–1228. дои : 10.1083/jcb.201103076 . ISSN 1540-8140 . ПМК 3216325 . ПМИД 21690308 .
- ^ СБ, Буономо; КП, Рабич; Дж, Фукс; С, Грубер; М, Салливан; Ф, Ульманн; М, Петрончки; А, Тот; К, Нэсмит (1 мая 2003 г.). «Деление ядрышка и высвобождение им CDC14 во время анафазы мейоза I зависит от сепаразы, SPO12 и SLK19» . Развивающая клетка . 4 (5): 727–39. дои : 10.1016/S1534-5807(03)00129-1 . ISSN 1534-5807 . ПМИД 12737807 .
- ^ АЛ, Марстон; Б.Х., Ли; А, Амон (01 мая 2003 г.). «Фосфатаза Cdc14 и сеть FEAR контролируют разборку мейотического веретена и сегрегацию хромосом» . Развивающая клетка . 4 (5): 711–26. дои : 10.1016/S1534-5807(03)00130-8 . ISSN 1534-5807 . ПМИД 12737806 .
- ^ Маршалл, ВФ (2009). «Эволюция центриолей» . Curr Opin Cell Biol . 21 (1): 14–19. дои : 10.1016/j.ceb.2009.01.008 . ПМЦ 2835302 . ПМИД 19196504 .
- ^ Митчелл, Д.Р. (2007). «Эволюция эукариотических ресничек и жгутиков как подвижных и сенсорных органелл» . Эукариотические мембраны и цитоскелет . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 607. С. 130–140 . дои : 10.1007/978-0-387-74021-8_11 . ISBN 978-0-387-74020-1 . ПМЦ 3322410 . ПМИД 17977465 .
- ^ Морган, Дэвид Л. (2007). Клеточный цикл: принципы управления . Лондон: New Science Press. стр. 30–31. ISBN 978-0-19-920610-0 .
- ^ Клементе-Бланко, А; Майан-Сантос, М; Шнайдер, Д.А.; Мачин, Ф; Джармуз, А; Чохнер, Х; Арагон, Л. (2009). «Cdc14 ингибирует транскрипцию РНК-полимеразой I во время анафазы» . Природа . 458 (7235): 219–22. Бибкод : 2009Natur.458..219C . дои : 10.1038/nature07652 . ПМЦ 4445138 . ПМИД 19158678 .
- ^ Шоу В., Сеол Дж.Х., Шевченко А. и др. (апрель 1999 г.). «Выход из митоза запускается Tem1-зависимым высвобождением протеинфосфатазы Cdc14 из ядрышкового комплекса RENT» . Клетка . 97 (2): 233–44. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80733-3 . ПМИД 10219244 .
- ^ Вульф, бакалавр; Макдональд, Вашингтон; Йейтс, младший; Гулд, КЛ (2006). «Фосфорегуляция фосфатазы Cdc14/Clp1 задерживает поздние митотические события у S. pombe» . Развивающая клетка . 11 (3): 423–30. дои : 10.1016/j.devcel.2006.07.016 . ПМИД 16950131 .