Белок 4, контролирующий деление клеток
| CDC4 | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура Cdc4 | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | CDC4 | ||
| Альт. символы | белок 4, контролирующий клеточное деление | ||
| ген NCBI | 850539 | ||
| ЮниПрот | P07834 | ||
| |||
Cdc4 (белок 4, контролирующий клеточное деление) является субстрата компонентом распознавания лигазного комплекса SCF (SKP1-CUL1-F-box-белок) убиквитин- , который действует как медиатор переноса убиквитина к белкам-мишеням, что приводит к их последующей деградации через убиквитин. -протеасомный путь . Cdc4 нацелен в первую очередь на регуляторы клеточного цикла для протеолиза . Он выполняет функцию адаптера, который доставляет целевые молекулы к основному комплексу SCF. Cdc4 первоначально был идентифицирован в модельном организме Saccharomyces cerevisiae . Функция гена CDC4 необходима при переходах G1/S и G2/M во время митоза и на различных стадиях мейоза. [ 1 ]
Гомологи
[ редактировать ]Человеческий гомолог гена cdc4 называется FBXW7 . Соответствующим генным продуктом является белок 7, содержащий повторы F-box/WD. [ нужна ссылка ]
| Белок 7, содержащий повторы F-box/WD | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Fbw7 | ||
| Альт. символы | Белок 7, содержащий F-бокс и домен WD-40, белок F-бокс FBX30, гомолог архипелага (hAgo), SEL-10, hCdc4 | ||
| ЮниПрот | Q969H0 | ||
| |||
У нематоды C. elegans гомологом Cdc4 является белок sel-10, содержащий повторы F-box/WD.
| Белок sel-10, содержащий повторы F-box/WD | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Белок sel-10, содержащий повторы F-box/WD | ||
| Альт. символы | Супрессор/усилитель белка lin-12 10 Яйцекладка с дефектом белка 41 | ||
| ЮниПрот | Q93794 | ||
| |||
Некоторые общие особенности
[ редактировать ]Cdc4 имеет молекулярную массу 86'089Да, изоэлектрическую точку 7,14 и состоит из 779 аминокислот. Он находится исключительно в ядре из-за единственной моночастной последовательности ядерной локализации (NLS), содержащей аминокислоты 82-85 в N-концевом домене. [ 2 ]
Структура
[ редактировать ]Cdc4 является одним из компонентов комплекса E3 SCF (CDC4), который включает CDC53 , SKP1 , RBX1 и CDC4. Его 779 аминокислот (у S. cerevisiae ) организованы в один домен F-box (примерно 40 аминокислот («мотив F-box»)) и 7 WD-повторов . [ 3 ]
Cdc4 представляет собой белок F-бокса с повторами WD-40. Как и все члены этого семейства, он содержит консервативный мотив димеризации, называемый доменом D. В дрожжевом Cdc4 протомеры домена D расположены суперспиральным гомодимерным образом . Димеризация SCF (Cdc4) практически не влияет на сродство к молекулам-мишеням, но значительно увеличивает конъюгацию убиквитина. Cdc4 адаптирует супрафациальную конфигурацию: сайты связывания субстрата лежат в той же плоскости, что и каталитические сайты, с расстоянием 64 Å внутри и 102 Å между каждым мономером SCF . [ 4 ] В Cdc4 домен, связывающий субстрат, построен на доменах WD40, которые используют повторы из 40 аминокислот), каждый из которых образует четыре антипараллельные бета-цепи, чтобы собрать лопасти так называемого бета-пропеллера. Бета-пропеллеры — довольно распространенная форма адаптируемой поверхности для взаимодействия между различными белками. Эта область взаимодействия с субстратом расположена на С-конце. [ 5 ] существуют три изоформы Cdc4 У млекопитающих : α, β и γ. Они производятся путем альтернативного сплайсинга 3 уникальных 5'- экзонов с 10 общими 3'- экзонами . В результате образуются белки, различающиеся только на N-концах. [ 6 ]
Белок Cdc4 взаимодействует с Cdc34 , ферментом, конъюгирующим убиквитин, и Cdc53 in vivo . (На Cdc34p имеется область связывания Cdc4p/Cdc53p.) Все три белка стабильны на протяжении всего клеточного цикла . [ 7 ]
Функция
[ редактировать ]
Различные механизмы клеточной регуляции в значительной степени зависят от убиквитин-зависимой деградации . Комплекс SCF (Cdc4) выполняет регуляторную функцию в развитии клеточного цикла, передаче сигнала и транскрипции . [ 8 ] Для продолжения клеточного цикла в определенные моменты времени необходимо устранить несколько ингибирующих белков, а также циклины. Cdc4 помогает в этом, рекрутируя молекулы-мишени через свой C-концевой домен взаимодействия с субстратом (домен повтора WD40) в механизм убиквитинирования. Это вызывает перенос молекул убиквитина к мишени и, следовательно, отмечает ее деградацию. Cdc4 распознает фосфорилированные белки-мишени и связывается с ними. [ нужна ссылка ]
Cdc4 может быть незаменимым или несущественным, в зависимости от организма. Например, он необходим для S. cerevisiae и несущественен для C. albicans . Он необходим для инициации репликации ДНК и разделения тел полюсов веретена , следовательно, для формирования полюсов митотического веретена . У почкующихся дрожжей он также участвует в развитии почек, слиянии зиготических ядер ( кариогамии ) после конъюгации и некоторых аспектах споруляции . Грубо говоря, в клеточном цикле функция Cdc4 необходима для перехода G1/S и G2/M . [ нужна ссылка ]
Некоторые важные взаимодействия, в которых участвует Cdc4:
- убиквитинирование фосфорилированной формы ингибитора киназы клеточного цикла ( CKI ) SIC1
- деградация CKI FAR1 в отсутствие феромона; ограничение деградации FAR1 в ядре (поскольку Cdc4 является исключительно ядерным)
- активация транскрипции локуса HTA1-HTB1
- деградация фосфорилированной формы Cdc6
Начало S-фазы
[ редактировать ]Swi5 является активатором транскрипции Sic1, который ингибирует CDK S-фазы . Таким образом, Sic1 необходима деградация белка для перехода в S-фазу . Регуляторная функция комплекса SCF (Cdc4) в отношении входа в S-фазу включает не только деградацию Sic1, но и деградацию Swi5. [ 8 ] Чтобы адаптерная единица субстрата Cdc4 могла связаться с Sic1, минимум любые шесть из девяти циклин-зависимых киназных сайтов на Sic1 должны быть фосфорилированы. Другими словами: существует пороговое количество сайтов фосфорилирования для достижения связывания рецептора с лигандом. Как недавно было заявлено, это «предполагает, что сверхчувствительность в системе Sic1-Cdc4 может быть обусловлена, по крайней мере частично, кумулятивными электростатическими взаимодействиями». [ 9 ] В общем, сверхчувствительному ферменту требуется менее чем 81-кратное увеличение стимула, чтобы повысить его активность с 10% до 90%. «Сверхчувствительность» подчеркивает, что подъем кривой стимул/реакция более крутой, чем тот, который получается для гиперболического фермента Михаэлиса-Ментена. [ 10 ] Таким образом, сверхчувствительность обеспечивает высокочувствительный ответ: градуированный входной сигнал может быть преобразован в выходной сигнал с резко ограниченным порогом. Развитие циклин-циклин-зависимой киназной активности B-типа, а также начало репликации ДНК требует деградации Sic1 в поздней фазе G1 клеточного цикла. Домен WD Cdc4 связывается с фосфорилированной формой Sic1. Каждая связь с Sic1-фосфатом слабая, но вместе связывание достаточно прочное, чтобы обеспечить деградацию Sic1 по пути, описанному ранее. Следовательно, в этом случае сверхчувствительность позволяет точно определить («тонкую настройку») момента времени, в котором происходит разрушение Sic1, что приводит к инициации следующего этапа клеточного цикла (-> репликация ДНК). [ 9 ]
Переход G2/M
[ редактировать ]До сих пор не совсем понятно, как Cdc4 запускает переход G2-M. В общем, второй комплекс деградации, участвующий в развитии клеточного цикла, APC , отвечает за протеолиз на этой стадии. Однако экспериментальные данные показывают, что функция Cdc4 при переходе G2/M может быть связана с деградацией Pds1 ( ингибитор анафазы ). Более того, CDC4 и CDC20 , активатор APC, генетически взаимодействуют. [ 11 ]
Cdc4 рекрутирует несколько других субстратов, кроме Sic1, в основной комплекс SCF, включая ингибитор Cln-Cdc28/ каркасный белок цитоскелета Far1, фактор транскрипции Gcn4 и белок репликации Cdc6. В дополнение к этим функциям, упомянутым выше, Cdc4 участвует в некоторых других зависимых от деградации событиях у S. cerevisiae, таких как, например, реакция развернутого белка. [ 12 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]У млекопитающих, среди прочих, c-Myc , Src3 , Cyclin E и внутриклеточный домен Notch являются субстратами Cdc4. Благодаря участию в деградации различных регуляторов клеточного цикла, а также некоторых соединений сигнальных путей (например, Notch), Cdc4 является высокочувствительным компонентом каждого организма, в котором он функционирует. Ген cdc4 представляет собой гаплонедостаточный ген-супрессор опухоли. Нокаут этого гена у мышей приводит к эмбриональному летальному фенотипу . Мутации CDC4 встречаются при ряде типов рака. Они лучше всего описаны при колоректальных опухолях, а также было обнаружено, что они являются мишенью мутации при раке поджелудочной железы. [ 13 ]
E3 имеет дополнительную функцию к своей основной роли в деградации некоторых регуляторов клеточного цикла: он также участвует в формировании нервного гребня. Следовательно, Cdc4 представляет собой белок «с раздельными, но дополняющими друг друга функциями контроля пролиферации и дифференцировки клеток». [ 6 ] Это наводит на мысль, что помимо регулирования прогрессирования клеточного цикла Cdc4 как белок-супрессор опухоли может расширять свою способность напрямую регулировать дифференцировку тканей. Однако его конкретная роль в заболеваниях еще предстоит выяснить. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Симхен Г., Хиршберг Дж. (май 1977 г.). «Влияние мутации митотического клеточного цикла cdc4 на мейоз дрожжей» . Генетика . 86 (1): 57–72. дои : 10.1093/генетика/86.1.57 . ПМЦ 1213672 . ПМИД 328339 .
- ^ Блондель М., Галан Дж.М., Чи Ю., Лафуркад С., Лонгаретти С., Деше Р.Дж., Питер М. (ноябрь 2000 г.). «Ядерно-специфическая деградация Far1 контролируется локализацией белка F-box Cdc4» . Журнал ЭМБО . 19 (22): 6085–97. дои : 10.1093/emboj/19.22.6085 . ПМК 305831 . ПМИД 11080155 .
- ^ «Человеческий пептид Cdc4/Fbw7/HSel 10 (Ab12311) недоступен» .
- ^ Тан X, Орлики С., Лин З., Виллемс А., Некулай Д., Чеккарелли Д., Меркьюри Ф., Шилтон Б.Х., Сичери Ф., Тайерс М. (июнь 2007 г.). «Супрафациальная ориентация димера SCFCdc4 допускает множественную геометрию для убиквитинирования субстрата» . Клетка . 129 (6): 1165–76. дои : 10.1016/j.cell.2007.04.042 . ПМИД 17574027 . S2CID 14050047 .
- ^ Орлики С., Тан Х, Виллемс А., Тайерс М., Сичери Ф. (январь 2003 г.). «Структурная основа выбора и ориентации фосфозависимого субстрата с помощью убиквитинлигазы SCFCdc4» (PDF) . Клетка . 112 (2): 243–56. дои : 10.1016/S0092-8674(03)00034-5 . ПМИД 12553912 . S2CID 13032437 .
- ^ Jump up to: а б Алмейда А.Д., Уайз Х.М., Хиндли С.Дж., Слевин М.К., Хартли Р.С., Филпотт А. (2010). «Белок F-box Cdc4/Fbxw7 является новым регулятором развития нервного гребня у Xenopus laevis» . Нейронное развитие . 5 :1. дои : 10.1186/1749-8104-5-1 . ПМК 2819241 . ПМИД 20047651 .
- ^ Матиас Н., Стейсси К.Н., Гебл М.Г. (февраль 1998 г.). «Основной домен внутри Cdc34p необходим для связывания с комплексом, содержащим Cdc4p и Cdc53p, в Saccharomyces cerevisiae» . Журнал биологической химии . 273 (7): 4040–5. дои : 10.1074/jbc.273.7.4040 . ПМИД 9461595 .
- ^ Jump up to: а б Киши Т., Икеда А., Кояма Н., Фукада Дж., Нагао Р. (сентябрь 2008 г.). «Усовершенствованная двухгибридная система показывает, что SCF(Cdc4)-зависимая деградация Swi5 способствует регуляторному механизму входа в S-фазу» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (38): 14497–502. Бибкод : 2008PNAS..10514497K . дои : 10.1073/pnas.0806253105 . ПМК 2567208 . ПМИД 18787112 .
- ^ Jump up to: а б Борг М., Миттаг Т., Поусон Т., Тайерс М., Форман-Кей Дж.Д., Чан Х.С. (июнь 2007 г.). «Полиэлектростатические взаимодействия неупорядоченных лигандов предполагают физическую основу сверхчувствительности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (23): 9650–5. Бибкод : 2007PNAS..104.9650B . дои : 10.1073/pnas.0702580104 . ПМК 1887549 . ПМИД 17522259 .
- ^ Хуан С.И., Феррелл Дж.Э. (сентябрь 1996 г.). «Сверхчувствительность в митоген-активируемом протеинкиназном каскаде» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (19): 10078–83. Бибкод : 1996PNAS...9310078H . дои : 10.1073/pnas.93.19.10078 . ПМЦ 38339 . ПМИД 8816754 .
- ^ Го ПЯ, Сурана У (август 1999 г.). «Cdc4, белок, необходимый для начала S-фазы, выполняет важную функцию во время перехода G(2)/M у Saccharomyces cerevisiae» . Молекулярная и клеточная биология . 19 (8): 5512–22. дои : 10.1128/mcb.19.8.5512 . ПМЦ 84393 . ПМИД 10409741 .
- ^ Пал Б., Чан Н.К., Хелфенбаум Л., Тан К., Тэнси В.П., Гетинг М.Дж. и др. (февраль 2007 г.). «SCFCdc4-опосредованная деградация фактора транскрипции Hac1p регулирует ответ развернутого белка у Saccharomyces cerevisiae» (PDF) . Молекулярная биология клетки . 18 (2): 426–40. дои : 10.1091/mbc.E06-04-0304 . ПМЦ 1783797 . ПМИД 17108329 .
- ^ Калхун Э.С., Джонс Дж.Б., Ашфак Р., Адсей В., Бейкер С.Дж., Валентайн В., Хемпен П.М., Хилгерс В., Йео С.Дж., Хрубан Р.Х., Керн С.Е. (октябрь 2003 г.). «Мутации BRAF и FBXW7 (CDC4, FBW7, AGO, SEL10) в различных подгруппах рака поджелудочной железы: потенциальные терапевтические мишени» . Американский журнал патологии . 163 (4): 1255–60. дои : 10.1016/S0002-9440(10)63485-2 . ПМК 1868306 . ПМИД 14507635 .