Белок цикла клеточного деления 20 — регулятор клеточного деления, кодируемый в организме человека геном CDC20. 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 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.
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. Хартвелл нашёл мутантов, которые не входили в анафазу и, таким образом, не могли завершить митоз; этот фенотип связан с геном Cdc20. Однако, даже после того как была в конечном итоге выяснена биохимия белка, молекулярная роль Cdc20 оставалась неуловимой до открытия APC/C в 1995 году.
Структура Cdc20 является белком, связанным с бета-субъединицей гетеротримерных G белков. Возле своего С-конца она содержит семь , 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:
ANAPC7, BUB1B, CDC16, CDC27, Циклин A1, FBXO5, HDAC1, HDAC2 и MAD2L1.
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. На самом деле, считается, что Cdc20 и Cdh1 — рецепторы для мотивов KEN-бокса и D-бокса в субстратах. 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. 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. От накопления циклина предохраняет Cdh1.
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.
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.
Ингибиторы CDC20 Ингибирование ортолога CDC20 fzy-1 посредством РНК-интерференции значительно продлевало жизнь червячка C. elegans. В связи с этим предполагается что, ингибирование CDC20, снижая излишнюю пролиферацию клеток, влияет на механизмы старения.Coler-Reilly, A., Pincus, Z., Scheller, E. L., & Civitelli, R. (2024). Six drivers of aging identified among genes differentially expressed with age. bioRxiv, 2024-08. CDC20 часто сверхэкспрессируется в различных злокачественных опухолях, способствуя их устойчивости как к химиотерапии, так и к радиотерапии.Gao, Y., Wen, P., Shao, C., Ye, C., Chen, Y., You, J., & Su, Z. (2024). CDC20 Holds Novel Regulation Mechanism in RPA1 during Different Stages of DNA Damage to Induce Radio-Chemoresistance. International Journal of Molecular Sciences, 25(15), 8383. PMID 39125953 Поэтому идет поиск фармацевтических препаратов способных эффективно подавлять CDC20. Известно несколько ингибиторов CDC20 потенциально пригодных для лечения рака (например, малая молекула апцин и его аналогиBhuniya, R., Yuan, X., Bai, L., Howie, K. L., Wang, R., Li, W., ... & Yang, C. Y. (2022). Design, synthesis, and biological evaluation of apcin-based CDC20 inhibitors. ACS Medicinal Chemistry Letters, 13(2), 188-195. PMID 35178174 He, Y., Le, X., Hu, G., Li, Q., & Chen, Z. (2023). Discovery of Ureido-Based Apcin Analogues as Cdc20-specific Inhibitors against Cancer. Pharmaceuticals, 16(2), 304. PMID 37259447 , сапонин из пажитника,Arya, P., Munshi, M., & Kumar, P. (2023). Diosgenin: Chemistry, extraction, quantification and health benefits. Food Chemistry Advances, 2, 100170. и куркумин,Zhang, Y., Xue, Y. B., Li, H., Qiu, D., Wang, Z. W., & Tan, S. S. (2017). Inhibition of cell survival by curcumin is associated with downregulation of cell division cycle 20 (Cdc20) in pancreatic cancer cells. Nutrients, 9(2), 109. PMID 28165402 среди прочих.
Примечания
Литература