Protein pro kontrolu buněčného dělení 4 - Cell division control protein 4 - Wikipedia

Cdc4
Cdc4 structure.jpg
Krystalová struktura Cdc4
Identifikátory
SymbolCdc4
Alt. symbolyprotein pro řízení buněčného dělení 4
Gen NCBI850539
UniProtP07834

Cdc4 (protein pro řízení buněčného dělení 4) je a Podklad rozpoznávací složka SCF (Protein SKP1-CUL1-F-box) ubikvitin komplex ligázy, který působí jako mediátor přenosu ubikvitinu na cílové proteiny, což vede k jejich následné degradaci prostřednictvím dráha ubikvitin-proteazom. Cdc4 se zaměřuje především na regulátory buněčného cyklu pro proteolýza. Slouží funkci adaptéru, který přivádí cílové molekuly do jádra komplexu SCF. Cdc4 byl původně identifikován v modelovém organismu Saccharomyces cerevisiae. Funkce genu CDC4 je vyžadována při přechodech G1 / S a G2 / M během mitózy a v různých stádiích během meiózy.[1]

Homology

Lidský homolog genu cdc4 se nazývá FBXW7. Odpovídajícím genovým produktem je protein 7 obsahující F-box / WD repetice.

Protein obsahující F-box / WD opakovaně 7
Identifikátory
SymbolFbw7
Alt. symbolyProtein 7 obsahující doménu F-box a WD-40, protein F-box FBX30, homolog souostroví (hAgo), SEL-10, hCdc4
UniProtQ969H0

U hlístice C. elegans, homologem k Cdc4 je protein sel-10 obsahující F-box / WD opakující se.

F-box / WD opakující se protein obsahující sel-10
Identifikátory
SymbolF-box / WD opakující se protein obsahující sel-10
Alt. symbolySupresor / zesilovač proteinu lin-12 10 Vejce nesoucí vadný protein 41
UniProtQ93794

Některé obecné funkce

Cdc4 má molekulární váha z 86'089Da, izoelektrický bod 7,14, a skládá se ze 779 aminokyselin. Nachází se výlučně v jádru kvůli jediné monopartitní nukleární lokalizační sekvenci (NLS) obsahující aminokyseliny 82-85 v N-terminální doméně.[2]

Struktura

Cdc4 je jednou složkou komplexu E3 SCF (CDC4), který obsahuje CDC53, SKP1, RBX1 a CDC4. Jeho 779 aminokyseliny (v S. cerevisiae) jsou uspořádány do jednoho F-box doména (přibližně 40 aminokyselin (motiv „F-box“)) a 7 WD se opakuje.[3]

Cdc4 je WD-40 opakující se F-box protein. Stejně jako všichni členové této rodiny obsahuje konzervované dimerizace motiv zvaný D doména. V kvasinkách Cdc4 jsou protomery domény D uspořádány do a superhelical homodimerní způsob. Dimerizace SCF (Cdc4) stěží ovlivňuje afinitu k cílovým molekulám, ale významně zvyšuje konjugaci ubikvitinu. Cdc4 přizpůsobuje a nadprofesionální konfigurace: Místa vázající substrát leží ve stejné rovině jako katalytická místa s oddělením 64A uvnitř a 102 Á mezi každým SCF monomer.[4] V Cdc4 je doména vázající substrát postavena na doménách WD40, které používají opakování 40 aminokyselin), z nichž každá tvoří čtyři antiparalelní beta řetězce, aby sestavila čepele takzvané beta vrtule. Beta-vrtule jsou poměrně častou formou adaptabilního povrchu pro interakci mezi různými proteiny. Tato oblast interakce se substrátem je umístěna C-terminálně.[5] Existují tři izoformy Cdc4 savci: α, β a γ. Jsou vyráběny alternativou sestřih ze 3 jedinečných 5 ‘ exony na 10 společných 3 ' exony. To má za následek proteiny, které se liší pouze na jejich N-koncích.[6]

Cdc4 protein interaguje s Cdc34 enzym konjugující s ubikvitinem a Cdc53 in vivo. (Na Cdc34p je vazebná oblast Cdc4p / Cdc53p.) Všechny tři proteiny jsou stabilní v celém buněčný cyklus.[7]

Funkce

Obr. 1 Obrázek ukazuje náčrt toho, jak komplex SCF funguje a jaká je role Cdc4 v této struktuře (-> funkce adaptéru).

Různé buněčné regulační mechanismy silně závisí na degradace závislá na ubikvitinu. Komplex SCF (Cdc4) má regulační funkci v progresi buněčného cyklu, signální transdukci a transkripce.[8]Aby mohl buněčný cyklus pokračovat, je třeba v daných časových bodech eliminovat několik inhibičních proteinů i cyklinů. Cdc4 tam pomáhá tím, že získává cílové molekuly prostřednictvím své C-terminální interakční domény substrátu (WD40 repetiční doména) do ubikvitinačního aparátu. To způsobuje přenos molekul ubikvitinu k cíli, a proto jej označuje pro degradaci. Cdc4 rozpoznává a váže se na fosforylované cílové proteiny.

Cdc4 může být nezbytný, nebo nepodstatné, v závislosti na organismu. Například je to důležité v S. cerevisiae, i když to není podstatné v C. albicansJe to nezbytné pro zahájení replikace DNA a oddělení těla vřetenových pólů, tedy pro tvorbu pólů mitotické vřeteno. U začínajících kvasinek se také podílí na vývoji pupenů, fúzi zygotických jader (karyogamie ) po konjugaci a několik aspektů sporulace. Zhruba řečeno, v buněčném cyklu je vyžadována funkce Cdc4 G1 / S a G2 / M přechod.

Některé důležité interakce, kterých se Cdc4 účastní, jsou:

  • ubikvitinace fosforylované formy inhibitoru kinázy buněčného cyklu (CKI ) SIC1
  • degradace CKI FAR1 v nepřítomnosti feromonu; omezení FAR1 degradace na jádro (protože Cdc4 je výhradně jaderný)
  • transkripční aktivace lokusu HTA1-HTB1
  • degradace fosforylované formy Cdc6

Nástup S-fáze

Swi5 je transkripční aktivátor Sic1, který inhibuje S-fázi CDK. Tím pádem, Sic1 je nutné vstoupit do degradace bílkovin S-fáze. Regulační funkce komplexu SCF (Cdc4) týkající se vstupu do S-fáze zahrnuje nejen degradace Sic1, ale také degradace Swi5.[8] Aby se jednotka adaptéru substrátu Cdc4 mohla vázat na Sic1, minimálně šest z devíti cyklin-dependentní kináza stránky na Sicí1 musí být fosforylované. Jinými slovy: Existuje prahový počet fosforylace místa za účelem dosažení vazby receptor-ligand. Jak bylo nedávno uvedeno, „to naznačuje, že ultrazvukovou citlivost v systému Sic1-Cdc4 lze alespoň částečně ovlivnit kumulativními elektrostatickými interakcemi“.[9] Obecně platí, že ultrazvukový enzym vyžaduje méně než 81násobné zvýšení stimulu, aby byl poháněn z 10% na 90% aktivity. „Ultrasensitivity“ zdůrazňuje, že nárůst křivky stimul / odezva je strmější než ten, který se získá u hyperbolického enzymu Michaelis-Menten.[10] Ultrasenzitivita tedy umožňuje vysoce citlivou odezvu: odstupňovaný vstup lze transformovat na výstup s ostrou hranicí. Vývoj aktivity kinázy závislé na cyklinu a cyklinu, stejně jako nástup replikace DNA, vyžaduje degradaci Sic1 v pozdní fázi G1 buněčného cyklu. WD doména Cdc4 se váže na fosforylovanou formu Sic1. Každá vazba na Sicí-fosfát je slabá, ale společně je vazba dostatečně silná, aby umožnila degradaci Sicí1 cestou popsanou výše. V tomto případě tedy ultrazvuk umožňuje přesnou definici („jemné ladění“) časového bodu, ve kterém dojde ke zničení Sic1, což vede k zahájení dalšího kroku v buněčném cyklu (-> replikace DNA).[9]

Přechod G2 / M

Až dosud není uspokojivě pochopeno, jak Cdc4 spouští přechod G2-M. Obecně platí, že druhý degradační komplex zapojený do progrese buněčného cyklu, APC, je zodpovědný za proteolýza v této fázi. Experimentální data však naznačují, že funkce Cdc4 v přechodu G2 / M může být spojena s degradací Pds1 (anafáze inhibitor). A co víc, CDC4 a CDC20, aktivátor APC, interagují geneticky.[11]

Cdc4 rekrutuje několik dalších substrátů než Sic1 do jádrového komplexu SCF, včetně inhibitoru Cln-Cdc28 / cytoskeletu protein lešení Far1, transkripční faktor Gcn4 a replikace protein Cdc6. Kromě výše zmíněných funkcí se Cdc4 podílí na některých dalších událostech závislých na degradaci u S. cerevisiae, jako je například rozvinutá proteinová odpověď.[12]

Klinický význam

U savců, mimo jiné c-Myc, Src3, Cyklin E a Zářez intracelulární doména jsou substráty Cdc4. Díky své účasti na degradaci různých regulátorů buněčného cyklu, stejně jako několika sloučenin signálních drah (např.Notch), je Cdc4 vysoce citlivou složkou každého organismu, ve kterém funguje. Gen cdc4 je haplo-nedostatečné gen potlačující nádor. Vyřazení tohoto genu u myší vede k embryonálnímu úmrtí fenotyp. Mutace CDC4 se vyskytují u řady typů rakoviny. Nejlépe jsou popsány u kolorektálních nádorů a bylo také zjištěno, že jsou mutačním cílem u rakoviny pankreatu.[13]

E3 má další funkci ke své primární roli při degradaci určitých regulátorů buněčného cyklu: Podílí se také na tvorbě nervového hřebenu. Cdc4 je tedy protein „s oddělitelnými, ale komplementárními funkcemi při řízení buněčné proliferace a diferenciace“.[6] To evokuje předpoklad - kromě regulace progrese buněčného cyklu - Cdc4, protože tumor supresorový protein může rozšířit jeho schopnost přímo regulovat diferenciaci tkání. Jeho konkrétní roli v nemocech je však ještě třeba objasnit.

Viz také

Reference

  1. ^ Simchen G, Hirschberg J (květen 1977). "Účinky mutace mitotického buněčného cyklu cdc4 na kvasinkovou meiózu". Genetika. 86 (1): 57–72. PMC  1213672. PMID  328339.
  2. ^ Blondel M, Galan JM, Chi Y, Lafourcade C, Longaretti C, Deshaies RJ, Peter M. (listopad 2000). „Jaderně specifická degradace Far1 je řízena lokalizací proteinu F-box Cdc4“. Časopis EMBO. 19 (22): 6085–97. doi:10.1093 / emboj / 19.22.6085. PMC  305831. PMID  11080155.
  3. ^ http://www.abcam.com/Cdc4-Fbw7-hSel-10-peptide-ab12311.html
  4. ^ Tang X, Orlicky S, Lin Z, Willems A, Neculai D, Ceccarelli D, Mercurio F, Shilton BH, Sicheri F, Tyers M (červen 2007). "Suprafaciální orientace dimeru SCFCdc4 pojme více geometrií pro ubikvitinaci substrátu". Buňka. 129 (6): 1165–76. doi:10.1016 / j.cell.2007.04.042. PMID  17574027. S2CID  14050047.
  5. ^ Orlicky S, Tang X, Willems A, Tyers M, Sicheri F (leden 2003). "Strukturální základ pro výběr a orientaci substrátu fosfodi-fikovaného ligandem ubikvitinu SCFCdc4" (PDF). Buňka. 112 (2): 243–56. doi:10.1016 / S0092-8674 (03) 00034-5. PMID  12553912. S2CID  13032437.
  6. ^ A b Almeida AD, Wise HM, Hindley CJ, Slevin MK, Hartley RS, Philpott A (2010). „Protein F-box Cdc4 / Fbxw7 je novým regulátorem vývoje neurální lišty u Xenopus laevis“. Neurální vývoj. 5: 1. doi:10.1186/1749-8104-5-1. PMC  2819241. PMID  20047651.
  7. ^ Mathias N, Steussy CN, Goebl MG (únor 1998). „Pro navázání na komplex obsahující Cdc4p a Cdc53p v Saccharomyces cerevisiae je nezbytná základní doména v Cdc34p“. The Journal of Biological Chemistry. 273 (7): 4040–5. doi:10.1074 / jbc.273.7.4040. PMID  9461595.
  8. ^ A b Kishi T, Ikeda A, Koyama N, Fukada J, Nagao R (září 2008). „Vylepšený dvouhybridní systém odhaluje, že degradace Swi5 závislá na SCF (Cdc4) přispívá k regulačnímu mechanismu vstupu do S-fáze.“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 105 (38): 14497–502. Bibcode:2008PNAS..10514497K. doi:10.1073 / pnas.0806253105. PMC  2567208. PMID  18787112.
  9. ^ A b Borg M, Mittag T, Pawson T, Tyers M, Forman-Kay JD, Chan HS (červen 2007). „Polyelektrostatické interakce neuspořádaných ligandů naznačují fyzikální základ pro ultrazvukovou citlivost“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (23): 9650–5. Bibcode:2007PNAS..104,9650B. doi:10.1073 / pnas.0702580104. PMC  1887549. PMID  17522259.
  10. ^ Huang CY, Ferrell JE (září 1996). "Ultrasensitivity in the mitogen-activated protein kinase cascade". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 93 (19): 10078–83. Bibcode:1996PNAS ... 9310078H. doi:10.1073 / pnas.93.19.10078. PMC  38339. PMID  8816754.
  11. ^ Goh PY, Surana U (srpen 1999). „Cdc4, protein potřebný pro nástup S fáze, plní základní funkci během přechodu G (2) / M v Saccharomyces cerevisiae“. Molekulární a buněčná biologie. 19 (8): 5512–22. doi:10,1128 / mcb.19.8.5512. PMC  84393. PMID  10409741.
  12. ^ Pal B, Chan NC, Helfenbaum L, Tan K, Tansey WP, Gething MJ a kol. (Únor 2007). „Degradace transkripčního faktoru Hac1p zprostředkovaná SCFCdc4 reguluje rozvinutou proteinovou odpověď u Saccharomyces cerevisiae“ (PDF). Molekulární biologie buňky. 18 (2): 426–40. doi:10,1091 / mbc.E06-04-0304. PMC  1783797. PMID  17108329.
  13. ^ Calhoun ES, Jones JB, Ashfaq R, Adsay V, Baker SJ, Valentine V, Hempen PM, Hilgers W, Yeo CJ, Hruban RH, Kern SE (říjen 2003). „Mutace BRAF a FBXW7 (CDC4, FBW7, AGO, SEL10) v různých podskupinách rakoviny pankreatu: potenciální terapeutické cíle“. American Journal of Pathology. 163 (4): 1255–60. doi:10.1016 / S0002-9440 (10) 63485-2. PMC  1868306. PMID  14507635.