CDC20

Цикл клеточного деления 20
Доступные структуры
PDB Поиск ортологов: PDBe, RCSB
Идентификаторы
СимволCDC20 ; CDC20A; bA276H19.3; p55CDC
Внешние IDOMIM: 603618 MGI1859866 HomoloGene37459 GeneCards: CDC20 Gene
Профиль экспрессии РНК
PBB GE CDC20 202870 s at tn.png
Больше информации
Ортологи
ВидЧеловекМышь
Entrez991107995
EnsemblENSG00000117399ENSMUSG00000006398
UniProtQ12834Q9JJ66
RefSeq (мРНК)NM_001255NM_023223
RefSeq (белок)NP_001246NP_075712
Локус (UCSC)Chr 1:
43.82 – 43.83 Mb
Chr 4:
118.43 – 118.44 Mb
Поиск в PubMed[1][2]

Белок цикла клеточного деления 20 — важный регулятор клеточного деления, кодируемый в организме человека геном CDC20[1][2]. На уровне современных знаний его наиболее важная функция — активация комплекса стимуляции анафазы (APC/C), большого комплекса из 11-13 субъединиц, который инициирует разделение хроматид и вход в анафазу. Белковый комплекс APC/CCdc20 имеет две основные нижестоящие цели. Во-первых, он нацелен на разрушение секурина, что позволяет в конечном итоге разрушение когезина и, таким образом, разделение сестринских хроматид. Он также нацелен на S и М-фазы (S/M) циклинов для их разрушения, которое инактивирует S/M циклин-зависимые киназы (Cdk) и позволяет клетке выйти из митоза. Тесно связанный белок, Cdc20homologue-1 (Cdh1) играет вспомогательную роль в клеточном цикле.

Cdc20 по-видимому, действует в качестве регуляторного белка, взаимодействующего со многими другими белками в нескольких точках в клеточном цикле. Это требуется для двух зависимых от микротрубочек процессов: ядерного движения до анафазы и разделения хромосом[3].


Открытие

CDC20, вместе с другими белками Cdc, был обнаружен в начале 1970-х годов, когда Хартвелл и его коллеги делали цикл клеточного деления мутантов, в котором не смогли завершить основные события клеточного цикла в штамме дрожжей S. Cerevisiae[4]. Хартвелл нашёл мутантов, которые не входили в анафазу и, таким образом, не могли завершить митоз; этот фенотип связан с геном Cdc20[5]. Однако, даже после того как была в конечном итоге выяснена биохимия белка, молекулярная роль Cdc20 оставалась неуловимой до открытия APC/C в 1995 году[6][7].

Структура

Cdc20 является белком, связанным с бета-субъединицей гетеротримерных G белков. Возле своего С-конца она содержит семь повторов WD40[en], которые представляют собой несколько коротких, структурных мотивов около 40 аминокислот, которые часто играют важную роль в связывании с крупными белковыми комплексами. В случае Cdc20, они образуют семилопастной бета пропеллер. Человеческий Cdc20 имеет в длину около 499 аминокислот и содержит по крайней мере четыре сайта фосфорилирования вблизи N-конца. В промежутке между этими сайтами фосфорилирования, которые играют регуляторную роль, находится С-бокс, КEN-бокс, взаимодействующий мотив Mad2, и Cry-бокс. КEN-бокс, а также Cry-бокс, являются важными последовательностями распознавания и деградации комплекса APC/CCdh1.

Взаимодействия

Cdc20, как было выявлено, взаимодействует с:

Тем не менее, самым важным взаимодействием Cdc20 является взаимодействие с комплексом стимуляции анафазы. APC/С — большая убиквитинлигаза Е3, которая вызывает переход от метафазы к анафазе выбранных белков для деградации. Двумя основными целями в APC/C являются циклины S/M и белок секурин. S/M циклины активируют циклин-зависимые киназы (Cdk), которые имеют широкий спектр нижестоящих эффектов, руководящих работой клетки путём митоза. Они должны быть деградированы для клеток, выходящих в митоз. Секурин — белок, который подавляет сепаразу, которая, в свою очередь ингибирует кохезин — белок, который содержит совместно сестринские хроматиды. Таким образом, для того, чтобы прогрессировать анафазе, секурин должен быть заблокирован, чтобы кохезин мог расщеплять сепаразу. Эти процессы зависят как от APC/C, так и Cdc20: Когда Cdk фосфорилируют APC/C, Cdc20 может связываться и активировать его, что позволяет как деградацию Cdk, так и расщепление кохезина. Активность APC/C зависит от Cdc20 (и Cdh1), потому что Cdc20 часто связывает субстраты APC/C напрямую[28]. На самом деле, считается, что Cdc20 и Cdh1 — рецепторы для мотивов KEN-бокса и D-бокса в субстратах[29]. Тем не менее, этой последовательности, как правило, недостаточно для убиквитинирования и деградации; многое ещё ​​предстоит узнать о том, как Cdc20 связывает его субстраты.

Регуляция

Комплекс APC/CCdc20 регулирует себя таким образом, что он присутствует в течение соответствующего времени клеточного цикла. Для того, чтобы Cdc20 связывал APC/C, конкретные субъединицы APC/C должны быть фосфорилированы Cdk1 (среди других Cdk). Поэтому, когда Cdk активирует высокий митоз, и клетки готовы войти в анафазу и выйти в митоз, комплекс APC/CCdc20 активирован. После активации, комплекс APC/CCdc20 способствует деградации Cdk путём инактивации S/M циклина. Деградация Cdk характеризуется более низким уровнем фосфорилирования APC/C и, таким образом, более низкой степенью связывания Cdc20. Таким образом, комплекс APC/CCdc20 инактивирует себя к концу митоза[30]. Однако, поскольку клетка не сразу входит в клеточный цикл, Cdk не может быть немедленно реактивирован. Несколько отличнные механизмы ингибирования Cdk в G1: белки ингибиторов Cdk экспрессируются, и экспрессия гена циклина подавляется. Важно отметить, что от накопления циклина предохраняет Cdh1[30].

Cdc20 и Cdh1

Cdc20-гомолог 1 (Cdh1) играет вспомогательную роль для Cdc20 в прогрессировании клеточного цикла. Во время активности APC/CCdc20, Cdh1 фосфорилируется и не может связываться с APC/C. После метафазы, однако, S/M-Cdk инактивируются APC/CCdc20 и Cdh1 может существовать в нефосфорилированном состоянии и связывать APC/C. Это позволяет APC/C продолжать деградацию S/M циклина (и, следовательно, S/M Cdk), пока они не потребуются снова в следующем S-фазе. Как могут S/M циклины снова ввести клетку в митоз? APC/CCdc20 не распознаёт G1/S циклины. Их концентрация возрастает во время G1, активации G1/S Cdk, которые, в свою очередь фосфорилируют Cdh1 и постепенно уменьшают ингибицию S/M циклинов[30].

Контрольная точка сборки веретена деления

Cdc20 также часть регуляции контрольной точки веретена деления (SAC). Это гарантирует, что контрольная точка проходит анафазу только тогда, когда центромеры всех сестринских хроматид выстроились в метафазной пластине с правильным соединеникм с микротрубочками. Контрольная точка проходит активной любой одинокий центромер; только тогда, когда все центромеры прикреплены, начнется анафаза. APC/CCdc20 является важным объектом SAC, который состоит из нескольких различных белков, в том числе Mad2, Mad3 (BubR1), и Bub3. На самом деле, эти три белка, вместе с Cdc20, вероятно, образуют комплекс митотической контрольной точки (MCC), который ингибирует APC/CCdc20, так что анафаза не может начаться преждевременно. Кроме того, Bub1 фосфорилирует и тем самым тормозит Cdc20 непосредственно, в то время как в дрожжевых Mad2 и Mad3, когда они связаны с Cdc20, вызывает автоубиквитинизацию[31].

Примечания

  1. Weinstein J, Jacobsen FW, Hsu-Chen J, Wu T, Baum LG (May 1994). “A novel mammalian protein, p55CDC, present in dividing cells is associated with protein kinase activity and has homology to the Saccharomyces cerevisiae cell division cycle proteins Cdc20 and Cdc4”. Mol Cell Biol. 14 (5): 3350—63. PMC 358701. PMID 7513050.
  2. Weinstein J (December 1997). “Cell cycle-regulated expression, phosphorylation, and degradation of p55Cdc. A mammalian homolog of CDC20/Fizzy/slp1”. J Biol Chem. 272 (45): 28501—11. DOI:10.1074/jbc.272.45.28501. PMID 9353311.
  3. Entrez Gene: CDC20 cell division cycle 20 homolog (S. cerevisiae).
  4. Hartwell LH, Culotti J, Reid B (June 1970). “Genetic Control of the Cell-Division Cycle in Yeast, I. Detection of Mutants”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 66 (2): 352—9. DOI:10.1073/pnas.66.2.352. PMC 283051. PMID 5271168.
  5. Hartwell LH, Mortimer RK, Culotti J, Culotti M (June 1973). “Genetic Control of the Cell Division Cycle in Yeast: V. Genetic Analysis of cdc Mutants”. Genetics. 74 (2): 267—286. PMC 1212945. PMID 17248617.
  6. King RW, Peters JM, Tugendreich S, Rolfe M, Hieter P, Kirschner MW (April 1995). “A 20S complex containing CDC27 and CDC16 catalyzes the mitosis-specific conjugation of ubiquitin to cyclin B”. Cell. 81 (2): 279—88. DOI:10.1016/0092-8674(95)90338-0. PMID 7736580.
  7. Sudakin V, Ganoth D, Dahan A, Heller H, Hershko J, Luca FC, Ruderman JV, Hershko A (February 1995). “The cyclosome, a large complex containing cyclin-selective ubiquitin ligase activity, targets cyclins for destruction at the end of mitosis”. Mol. Biol. Cell. 6 (2): 185—97. DOI:10.1091/mbc.6.2.185. PMC 275828. PMID 7787245.
  8. 1 2 3 Vodermaier HC, Gieffers C, Maurer-Stroh S, Eisenhaber F, Peters JM (September 2003). “TPR subunits of the anaphase-promoting complex mediate binding to the activator protein CDH1”. Curr. Biol. 13 (17): 1459—68. DOI:10.1016/S0960-9822(03)00581-5. ISSN 0960-9822. PMID 12956947.
  9. 1 2 3 4 5 Nilsson J, Yekezare M, Minshull J, Pines J (December 2008). “The APC/C maintains the spindle assembly checkpoint by targeting Cdc20 for destruction”. Nat. Cell Biol. 10 (12): 1411—20. DOI:10.1038/ncb1799. PMC 2635557. PMID 18997788.
  10. Fang G (March 2002). “Checkpoint Protein BubR1 Acts Synergistically with Mad2 to Inhibit Anaphase-promoting Complex”. Mol. Biol. Cell. 13 (3): 755—66. DOI:10.1091/mbc.01-09-0437. ISSN 1059-1524. PMC 99596. PMID 11907259.
  11. Wu H, Lan Z, Li W, Wu S, Weinstein J, Sakamoto KM, Dai W (September 2000). “p55CDC/hCDC20 is associated with BUBR1 and may be a downstream target of the spindle checkpoint kinase”. Oncogene. 19 (40): 4557—62. DOI:10.1038/sj.onc.1203803. ISSN 0950-9232. PMID 11030144.
  12. 1 2 3 4 Kallio MJ, Beardmore VA, Weinstein J, Gorbsky GJ (September 2002). “Rapid microtubule-independent dynamics of Cdc20 at kinetochores and centrosomes in mammalian cells”. J. Cell Biol. 158 (5): 841—7. DOI:10.1083/jcb.200201135. ISSN 0021-9525. PMC 2173153. PMID 12196507.
  13. Sudakin V, Chan GK, Yen TJ (September 2001). “Checkpoint inhibition of the APC/C in HeLa cells is mediated by a complex of BUBR1, BUB3, CDC20, and MAD2”. J. Cell Biol. 154 (5): 925—36. DOI:10.1083/jcb.200102093. ISSN 0021-9525. PMC 2196190. PMID 11535616.
  14. 1 2 Skoufias DA, Andreassen PR, Lacroix FB, Wilson L, Margolis RL (April 2001). “Mammalian mad2 and bub1/bubR1 recognize distinct spindle-attachment and kinetochore-tension checkpoints”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (8): 4492—7. DOI:10.1073/pnas.081076898. PMC 31862. PMID 11274370.
  15. 1 2 3 Kallio M, Weinstein J, Daum JR, Burke DJ, Gorbsky GJ (June 1998). “Mammalian p55CDC Mediates Association of the Spindle Checkpoint Protein Mad2 with the Cyclosome/Anaphase-promoting Complex, and is Involved in Regulating Anaphase Onset and Late Mitotic Events”. J. Cell Biol. 141 (6): 1393—406. DOI:10.1083/jcb.141.6.1393. ISSN 0021-9525. PMC 2132789. PMID 9628895.
  16. 1 2 D'Angiolella V, Mari C, Nocera D, Rametti L, Grieco D (October 2003). “The spindle checkpoint requires cyclin-dependent kinase activity”. Genes Dev. 17 (20): 2520—5. DOI:10.1101/gad.267603. ISSN 0890-9369. PMC 218146. PMID 14561775.
  17. 1 2 Wassmann K, Benezra R (September 1998). “Mad2 transiently associates with an APC/p55Cdc complex during mitosis”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95 (19): 11193—8. DOI:10.1073/pnas.95.19.11193. ISSN 0027-8424. PMC 21618. PMID 9736712.
  18. Kramer ER, Gieffers C, Hölzl G, Hengstschläger M, Peters JM (November 1998). “Activation of the human anaphase-promoting complex by proteins of the CDC20/Fizzy family”. Curr. Biol. 8 (22): 1207—10. DOI:10.1016/S0960-9822(07)00510-6. ISSN 0960-9822. PMID 9811605.
  19. Ohtoshi A, Maeda T, Higashi H, Ashizawa S, Hatakeyama M (February 2000). “Human p55(CDC)/Cdc20 associates with cyclin A and is phosphorylated by the cyclin A-Cdk2 complex”. Biochem. Biophys. Res. Commun. 268 (2): 530—4. DOI:10.1006/bbrc.2000.2167. ISSN 0006-291X. PMID 10679238.
  20. Hsu JY, Reimann JD, Sørensen CS, Lukas J, Jackson PK (May 2002). “E2F-dependent accumulation of hEmi1 regulates S phase entry by inhibiting APC/C(Cdh1)”. Nat. Cell Biol. 4 (5): 358—66. DOI:10.1038/ncb785. ISSN 1465-7392. PMID 11988738.
  21. 1 2 Yoon YM, Baek KH, Jeong SJ, Shin HJ, Ha GH, Jeon AH, Hwang SG, Chun JS, Lee CW (September 2004). “WD repeat-containing mitotic checkpoint proteins act as transcriptional repressors during interphase”. FEBS Lett. 575 (1—3): 23—9. DOI:10.1016/j.febslet.2004.07.089. ISSN 0014-5793. PMID 15388328.
  22. Zhang Y, Lees E (August 2001). “Identification of an Overlapping Binding Domain on Cdc20 for Mad2 and Anaphase-Promoting Complex: Model for Spindle Checkpoint Regulation”. Mol. Cell. Biol. 21 (15): 5190—9. DOI:10.1128/MCB.21.15.5190-5199.2001. ISSN 0270-7306. PMC 87243. PMID 11438673.
  23. Sihn CR, Suh EJ, Lee KH, Kim TY, Kim SH (November 2003). “p55CDC/hCDC20 mutant induces mitotic catastrophe by inhibiting the MAD2-dependent spindle checkpoint activity in tumor cells”. Cancer Lett. 201 (2): 203—10. DOI:10.1016/S0304-3835(03)00465-8. ISSN 0304-3835. PMID 14607335.
  24. Luo X, Fang G, Coldiron M, Lin Y, Yu H, Kirschner MW, Wagner G (March 2000). “Structure of the Mad2 spindle assembly checkpoint protein and its interaction with Cdc20”. Nat. Struct. Biol. 7 (3): 224—9. DOI:10.1038/73338. ISSN 1072-8368. PMID 10700282.
  25. Sironi L, Melixetian M, Faretta M, Prosperini E, Helin K, Musacchio A (November 2001). “Mad2 binding to Mad1 and Cdc20, rather than oligomerization, is required for the spindle checkpoint”. EMBO J. 20 (22): 6371—82. DOI:10.1093/emboj/20.22.6371. ISSN 0261-4189. PMC 125308. PMID 11707408.
  26. Fang G, Yu H, Kirschner MW (June 1998). “The checkpoint protein MAD2 and the mitotic regulator CDC20 form a ternary complex with the anaphase-promoting complex to control anaphase initiation”. Genes Dev. 12 (12): 1871—83. DOI:10.1101/gad.12.12.1871. ISSN 0890-9369. PMC 316912. PMID 9637688.
  27. Privette LM, Weier JF, Nguyen HN, Yu X, Petty EM (July 2008). “Loss of CHFR in Human Mammary Epithelial Cells Causes Genomic Instability by Disrupting the Mitotic Spindle Assembly Checkpoint”. Neoplasia. 10 (7): 643—52. PMC 2435002. PMID 18592005.
  28. Vodermaier HC (October 2001). “Cell cycle: Waiters serving the Destruction machinery”. Curr. Biol. 11 (20): R834—7. DOI:10.1016/S0960-9822(01)00498-5. PMID 11676939.
  29. Kraft C, Vodermaier HC, Maurer-Stroh S, Eisenhaber F, Peters JM (May 2005). “The WD40 propeller domain of Cdh1 functions as a destruction box receptor for APC/C substrates”. Mol. Cell. 18 (5): 543—53. DOI:10.1016/j.molcel.2005.04.023. PMID 15916961.
  30. 1 2 3 Morgan DL. The cell cycle: principles of control. — London : Published by New Science Press in association with Oxford University Press, 2007. — ISBN 0-87893-508-8.
  31. Yu H (July 2007). “Cdc20: a WD40 activator for a cell cycle degradation machine”. Mol. Cell. 27 (1): 3—16. DOI:10.1016/j.molcel.2007.06.009. PMID 17612486.

Литература