stringtranslate.com

Полоподобная киназа

Polo-подобные киназы ( Plks ) являются регуляторными сериновыми/треониновыми киназами клеточного цикла , участвующими в митотическом входе, митотическом выходе, образовании веретена, цитокинезе и мейозе. [1] Только одна Plk обнаружена в геномах мухи Drosophila melanogaster (Polo), почкующихся дрожжей (Cdc5) и делящихся дрожжей (Plo1). [1] Однако у позвоночных и других животных есть много членов семейства Plk, включая Plk1 (Xenopus Plx1), Plk2/Snk (Xenopus Plx2), Plk3/Prk/FnK (Xenopus Plx3), Plk4/Sak и Plk5. [1] Из членов семейства Plk позвоночных наиболее подробно изучен Plk1 млекопитающих. Во время митоза и цитокинеза Plks ассоциируются с несколькими структурами, включая центросому, кинетохоры и центральное веретено.

Структура

Каталитический серин/треониновый киназный домен Plk находится на N-конце белка polo-like kinase. [1] Регуляторный домен, содержащий два сигнатурных мотива, известных как домены polo-box, расположен на C-конце. [1] Домен polo-box (PBD) помогает со специфичностью субстрата и локализует Plk в определенных митотических структурах во время митоза. [1] К ним относятся центросомы в ранней M-фазе, средняя зона веретена в ранней и поздней анафазе и среднее тело во время цитокинеза. [2]

Регулирование

Plks контролируются на уровне синтеза и деградации белка, действием вышестоящих киназ и фосфатаз, а также локализацией в определенных субклеточных структурах. Plks активируются фосфорилированием в пределах короткой области каталитического домена, называемой T-петлей (или петлей активации ), с несколькими идентифицированными сайтами фосфорилирования серина/треонина в петле. [3] Было показано, что Polo-подобная киназа киназа 1 (Plkk1) и протеинкиназа A (PKA) способны фосфорилировать Plk1 in vitro [4] . Домен polo-box (PBD) Plk1 представляет собой мотив связывания фосфопептида. [5] Это означает, что в отсутствие фосфорилированного лиганда PBD взаимодействует с каталитическим доменом, тем самым предотвращая связывание субстрата или активацию киназы. Занятие PBD экзогенным фосфопептидным лигандом затем вызовет высвобождение каталитического домена, который вместе с фосфорилированием на Т-петле преобразует Plk в активную форму. [6] При выходе из митоза Plk протеолитически разрушаются через убиквитин-протеасомный путь после контакта с убиквитин-лигазным комплексом анафазного стимулятора (APC). [7]

Митоз

Было обнаружено, что Plks взаимодействуют с Cdks в организации деления клеток. Вход в фазу M контролируется посредством активации циклинзависимой киназы 1 ( CDK1 ) – циклина B, а Cdc25 представляет собой фосфатазу, которая дефосфорилирует Cdk1 для содействия митотическому входу. Plk1 связывается с фосфорилированным Cdc25 через свой PBD. [8] Таким образом, Plks может фосфорилировать Cdc25 и тем самым регулировать Cdc25 и косвенно Cdk1. Исследование показывает, что фосфорилирование остатка серина (Ser198) в сигнале ядерного экспорта Cdc25 способствует ядерному накоплению Ccdc25 у людей. [9] PBD имеет высокое сродство к белкам, уже фосфорилированным на определенных участках серина/треонина. [3] Для этого требуется праймирование субстратов самим Plk или другими киназами, такими как Cdk1, для создания места стыковки. Однако могут быть и независимые от фосфорилирования структурные аспекты, способствующие связыванию. Plo1 (Plk, обнаруженный в делящихся дрожжах) является частью цикла положительной обратной связи, который контролирует экспрессию генов, необходимых для деления клеток.

Также было показано, что Plk необходим при переходе G2/M. Формирование полюсов веретена требует Plk1, и некоторые белки, такие как гамма-тубулин, не могут рекрутировать полюса веретена в отсутствие Plk1 для созревания центросомы. Также были идентифицированы несколько других потенциальных субстратов Plk1 и партнеров по связыванию, которые участвуют в зарождении и динамике микротрубочек, включая белок, разрывающий микротрубочки, катанин [10] , белок, стабилизирующий микротрубочки, TCTP [11] и белок, дестабилизирующий микротрубочки, статмин [12] .

Plk также необходим для успешного разделения хромосом и выхода из митоза. Plk взаимодействует с Cdk1 в контроле нескольких субъединиц APC. [3] Человеческий PLK1 фосфорилирует ранний митотический ингибитор 1 (EMI1), ингибитор APC. [13] Нарушение функции Plk обычно мешает нормальному началу анафазы, указывая на то, что Plks вносят вклад в контроль активности APC. Plk1 ассоциируется с кинетохорами во время митоза. При отсутствии функции Plk1 биполярное веретенообразование не происходит, и клетки останавливаются в прометафазе из-за активации контрольной точки сборки веретена. Функция Plk1 может быть важна для снятия ингибирующего сигнала контрольной точки. Если это так, то Plk1 может способствовать возобновлению митотической прогрессии при полном прикреплении всех хромосом к аппарату веретена.

Мейоз

Модели мух и дрожжей показали, что Polo-киназы координируют более сложную схему сегрегации хромосом в мейозе. Почкующиеся дрожжи Cdc5 требуются в мейозе I для удаления когезинов из хромосомных плеч, для коориентации гомологичных хромосом и для разрешения кроссинговеров. [14] Cdc5 (Plk, обнаруженный в почкующихся дрожжах) напрямую фосфорилирует мейотический когезин и способствует его диссоциации от хромосомных плеч, что позволяет рекомбинацию, но не от центромерной области в мейозе I. У некоторых мутантов дрожжей cdc5 во время мейоза I происходит биполярное, а не монополярное присоединение сестринских кинетохор, поскольку комплекс белков, называемых монополинами, не локализуется в кинетохоре. [15]

Цитокинез

Участие Polo киназ в процессе цитокинеза было впервые показано на делящихся дрожжах, у которых сверхэкспрессия Plo1 запускает септирование на любой стадии клеточного цикла, а мутанты plo1 не способны к септированию. [16] Было показано, что белок Mid1 определяет, где формируется сократительное кольцо, и перемещается из ядра из-за фосфорилирования Plk. [17] Недавние исследования роли млекопитающих Plk1 в цитокинезе также выявили связанный с кинезином мотор Mklp2 и динеиновый субкомпонент NudC в качестве потенциальных субстратов Plk1, которые взаимодействуют с PBD. [18] Как Mklp2, так и NudC обладают ассоциированной активностью моторного белка и оба локализуются в центральном веретене. Было обнаружено, что PLK1 фосфорилирует центральную субъединицу шпинделя CYK4 в средней зоне веретена, тем самым позволяя рекрутировать фактор обмена нуклеотидов гуанина Rho (GEF) ECT2 для стимуляции активации RhoA и, таким образом, сокращения актомиозина кольца. [19]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdef Барр, Фрэнсис А., Герман Х.В. Силье и Эрих А. Нигг. «Поло-подобные киназы и управление клеточным делением». Обзоры природы Молекулярно-клеточная биология 5.6 (2004): 429-441.
  2. ^ Фентон, Брайан; Гловер, Дэвид М. (1993). «Консервативная митотическая киназа, активная в поздней анафазе — телофазе в синцитиальных эмбрионах дрозофилы». Nature . 363 (6430): 637–40. Bibcode :1993Natur.363..637F. doi :10.1038/363637a0. PMID  8510757.
  3. ^ abc Арчамбо, Винсент и Дэвид М. Гловер. «Полоподобные киназы: сохранение и расхождение в их функциях и регуляции». Обзоры Nature Молекулярная клеточная биология 10.4 (2009): 265-275.
  4. ^ Qian, YW, Erikson, E. & Maller, JL Очистка и клонирование протеинкиназы, которая фосфорилирует и активирует поло-подобную киназу Plx1. Science 282, 1701–1704 (1998).
  5. ^ Элиа, А.Е., Кэнтли, Л.С. и Яффе, М.Б. Протеомный скрининг обнаруживает домен связывания pSer/pThr, локализующий Plk1 на митотических субстратах. Science 299, 1228–1231 (2003).
  6. ^ Сюй, Цзюнь; Шен, Чен; Ван, Тао; Цюань, Цзюньмин (сентябрь 2013 г.). «Структурная основа ингибирования Поло-подобной киназы 1». Структурная и молекулярная биология природы . 20 (9): 1047–1053. дои : 10.1038/nsmb.2623. ISSN  1545-9985.
  7. ^ Шираяма, М., Захариа, В., Чиоск, Р. и Насмит, К. Полоподобная киназа Cdc5p и белок WD-повтора Cdc20p/fizzy являются регуляторами и субстратами комплекса, стимулирующего анафазу, в Saccharomyces cerevisiae. EMBO J. 17, 1336–1349 (1998).
  8. ^ Кумагаи, А. и Данфи, В. Г. Очистка и молекулярное клонирование Plx1, Cdc25-регуляторной киназы из экстрактов яиц Xenopus. Science 273, 1377–1380 (1996).
  9. ^ Toyoshima-Morimoto, F., Taniguchi, E. & Nishida, E. Plk1 способствует ядерной транслокации человеческого Cdc25C во время профазы. EMBO Rep. 3, 341–348 (2002).
  10. ^ МакНалли, К. П., Бастер, Д. и МакНалли, Ф. Дж. Катанин-опосредованное разделение микротрубочек может регулироваться несколькими механизмами. Cell Motil. Cytoskeleton 53, 337–349 (2002).
  11. ^ Ярм, Ф. Р. Фосфорилирование Plk регулирует белок TCTP, стабилизирующий микротрубочки. Mol. Cell. Biol. 22, 6209–6221 (2002).
  12. ^ Бадде, ПП, Кумагаи, А., Данфи, ВГ и Хилд, Р. Регуляция Op18 во время сборки веретена в экстрактах яиц Xenopus. J. Cell Biol. 153, 149–158 (2001).
  13. ^ Хансен, Д.В., Локтев, А.В., Бан, К.Х. и Джексон, П.К. Plk1 регулирует активацию комплекса, способствующего анафазе, путем фосфорилирования и запуска SCF TrCP -зависимого разрушения ингибитора APC Emi1. Mol. Biol. Cell 15, 5623–5634 (2004).
  14. ^ Александру, Г., Ульманн, Ф., Мехтлер, К., Пупарт, МА и Насмит, К. Фосфорилирование субъединицы когезина Scc1 киназой Polo/Cdc5 регулирует разделение сестринских хроматид у дрожжей. Cell 105, 459–472 (2001).
  15. ^ Клайн, Р. К. и др. Polo-подобная киназа Cdc5 способствует образованию хиазм и косегрегации сестринских центромер в мейозе I. Nature Cell Biol. 5, 480–485 (2003).
  16. ^ Малвихилл, Д.П., Петерсен, Дж., Окура, Х., Гловер, Д.М. и Хаган, И.М. Привлечение киназы Plo1 к телу полюса веретена и ее роль в делении клеток Schizosaccharomyces pombe. Mol. Biol. Cell 10, 2771–2785 (1999).
  17. ^ Бахлер, Дж. и др. Роль полокиназы и Mid1p в определении места деления клеток у делящихся дрожжей. J. Cell Biol. 143, 1603–1616 (1998).
  18. ^ Ниф, Р. и др. Фосфорилирование митотического кинезин-подобного белка 2 поло-подобной киназой 1 необходимо для цитокинеза. J. Cell Biol. 162, 863–875 (2003).
  19. ^ Йошида, С. и др . Polo-подобная киназа Cdc5 контролирует локальную активацию Rho1 для стимуляции цитокинеза. Science 313, 108–111 (2006).