细胞分裂周期蛋白Cdc14A功能的研究进展

苏日古嘎, 孟 峻

(1.内蒙古医科大学研究生学院，内蒙古 呼和浩特 010059；2.内蒙古医科大学附属医院检验科，内蒙古 呼和浩特 010050)

细胞周期包含了细胞生长、增殖及发育，对某种细胞的细胞周期进行研究就可以揭示出这种细胞的生长、增殖和发育过程。细胞周期包含4个时期，即DNA合成前期(G1期)、DNA合成期(S期)、DNA合成后期(G2期)和分裂期(M期)。细胞分裂周期14A(cell division cycle 14A，Cdc14A)蛋白磷酸酶作为重要的细胞周期调节蛋白，可通过作用于减数分裂、胞质分裂和有丝分裂等多个环节来调控细胞周期。Cdc14A相关研究成果可应用于增加动物繁殖、人工辅助生殖及肿瘤治疗等领域。目前我国尚无Cdc14A相关综述报道。本文作者围绕Cdc14A的功能及其在细胞分裂进程中发挥的生物学作用等方面进行综述。

1 Cdc14A概述

Cdc14A磷酸酶是Hartwell在筛查调控出芽酵母细胞周期基因时发现并命名的蛋白磷酸酶，是一种高度保守的丝/苏氨酸双特异性磷酸酶家族，所有Cdc14磷酸酶都具有约350个氨基酸的高度保守的N末端核心。通过对Cdc14核心结构域的晶体结构分析发现：Cdc14含有调节底物特异性的A结构域和PTP模序的催化B结构域。脊椎动物Cdc14B亚型具有从N末端延伸的独特的KKIR序列，负责将相关蛋白分子运输至核仁。相关研究[1]结果表明：蛋白质C末端部分对于Cdc14亚细胞定位尤为重要，Cdc14磷酸酶C末端的长度和序列的保守性是可变的。该Cdc14的C末端区域含有核输出序列(NES)，在酵母同源物中也存在核定位序列(NLS)，通过核丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶DBF2(DBF2)相关的磷酸化(NDR)激活在有丝分裂退出网络(MEN)和间隔起始网络(SIN)途径中的激酶。Cdc14蛋白磷酸酶作为重要的细胞周期调节蛋白，在减数分裂期间可降低细胞周期蛋白依赖性激酶1(CDK1)活性并具有逆转CDK1的作用，因此CDC14参与调控细胞周期的多个环节。从酵母到人类，在真核生物G2期阻滞中发挥稳定的保守性作用。Cdc14在G2/M期转换时能下调CDK1的活性，其功能涉及有丝分裂后期的调控及退出有丝分裂和胞质分裂[2-3]。根据已有的对酵母及人骨肉瘤细胞研究显示：Cdc14是一个重要的细胞周期进程调控因子，其表达的缺失不仅会抑制DNA，还会导致细胞分裂受阻。人类基因组编码2个hCdc14，包括hCdc14A和hCdc14B。hCdc14A在间期定位于中心体，而hCdc14B却定位于核仁，二者在分裂期都定位于整个细胞。过表达hCdc14A导致S期中心粒提前分离、畸形和多极纺锤体,下调hCdc14A的表达导致有丝分裂多种缺陷，包括胞质不分裂等[4-5]。

2 Cdc14的生物学作用

2.1 Cdc14A在减数分裂中的作用

2.1.1 Cdc14A在芽殖酵母中的作用 Cdc14A主要通过调节卵母细胞的成熟以促进第一次减数分裂前期至第二次减数分裂中期的转换。Cdc14A存在于无性卵母细胞的生发囊泡中，并且分散于具有减数分裂能力的卵母细胞中，因此Cdc14A的定位和获得减数分裂能力相关联。Cdc14同源物clp1/flp1可以促进收缩环的稳定，说明clp1/flp1对于胞质分裂极为重要。这种促进胞质分裂的作用在多细胞生物体中保留，如在秀丽隐杆线虫和人组织体细胞中。

研究[9]表明：在减数分裂中Cdc14与主轴极体(SPB)相结合，其相结合的定位对于允许重复循环非常重要，Cdc14退出减数分裂Ⅰ的主要作用是重新允许SPB复制；相反，过早激活Cdc14可以阻止SPB分离。另外，Cdc14由减数分裂Ⅰ向减数分裂Ⅱ转化的关键作用是逆转关键磷酸化过程以实现SPB重复复制。减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ的2个循环连续发生时没有干预DNA复制。这与有丝分裂细胞周期形成对比，其中DNA复制和染色体分离交替产生同倍体。在有丝分裂结束时，细胞CDK被灭活。在G1晚期，这种低CDK状态允许DNA复制和中心体/SPB复制等关键活动的准备。其关键在于减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ之间，中心体/SPB复制必须重新获得许可，以避免DNA重复复制。在发芽酵母中，Cdc14磷酸酶通过多种机制触发CDK失活，促进有丝分裂退出并返回到G1期。此外，Cdc14的异位活化对减数分裂无益，其中蛋白质磷酸酶2A(Cdc55)调节亚基的消耗导致Cdc14从减数分裂核仁中被过早释放，从而使核分裂无法正常进行，其原因可能是Cdc55缺失、细胞中Cdc14的失活而影响了主轴装配和双核细胞的生成，表明过度活化的Cdc14是阻断主轴装配的主要因素。因此，Cdc14的适当调节对于减数分裂期间控制主轴形态发生至关重要[6-11]。

研究[12-14]表明：在细胞进入分裂期后Cdc14能快速降解有丝分裂的诱导子Cdc25，并且在体外证明Cdc25是Cdc14的底物，Cdc14下调Cdc25的活性以确保快速钝化Cdc2激酶，从而触发细胞分裂。过表达Cdc14细胞阻滞于G2期，此时Cdc25脱磷酸化；下调Cdc14 的表达，导致高度磷酸化Cdc25，并且增加Cdc25稳定性，在体内可使二者结合，Cdc25脱磷酸而变得不稳定，随后降解。

2.1.2 Cdc14A在小鼠卵母细胞中的作用 Cdc14A在生发泡(GV)期定位于细胞核，在生发泡破裂(GVBD)后聚集在染色体周围，在第1次减数分裂的前期(MⅠ)和第2次减数分裂的中期(MⅡ)则定位于整个细胞质，同时并没有观察到Cdc14A与微管组织中心的γ-微管蛋白的共定位[15-18]。在MⅠ到MⅡ间Cdc14A定位于纺锤体，调节小鼠卵母细胞成熟，促进卵母细胞MⅠ/MⅡ过渡。在酿酒酵母中，Cdc14在间期被隔离于核仁，没有活性；在进入分裂期时，Slk19促进部分Cdc14从核仁释放到细胞核，使Cdc2磷酸化的底物脱磷酸，然后Dbf2直接使Cdc14磷酸化，从而促进Cdc14释放到细胞质[19-22]。

2.1.3 Cdc14A在人体细胞中的作用 过表达Cdc14A抑制Cdc2激酶的活性，从而使细胞阻滞于G2期，下调Cdc14A的表达，使细胞加速通过G2/M转换期；Cdc14A在G2/M期过渡时表达水平升高，活性进一步增强，直接与Cdc25B结合，在Cdc25B 的N末端域Cdc2激酶磷酸化位点，使其脱磷酸而抑制其催化活性，因而抑制Cdc2激酶的活性，说明人的Cdc14A磷酸酶通过控制Cdc25B的活性来调节细胞G2/M期过渡[23-24]。

2.2 Cdc14A对于肿瘤细胞的作用

细胞周期的运转是细胞周期蛋白在时间和空间上有序表达和调控的结果，无法完成正常细胞周期的细胞将发生凋亡或癌变。Cdc14激活是芽殖酵母退出有丝分裂而进入下个细胞周期所必需的程序。人类存在2种CDC14的同源物：hCdc14A和hCdc14B。目前，对于hCdc14B研究较少。hCdc14A异常表达导致染色体分离异常[24]。hCdc14A可以使肿瘤抑制因子P53的第315位丝氨酸去磷酸化。并且hCdc14A在各种肿瘤细胞系的表达水平各不相同，而且在多数P53高表达肿瘤细胞系表达水平较低[29]。由此可见，hCdc14A的异常会导致基因组不稳定，可能在肿瘤发生发展过程中发挥重要作用。

2.3 Cdc14在DNA修复中的作用

研究[25]发现：Cdc14对于发芽酵母完成重组DNA修复是必不可少的。DNA双链断裂(DSB)后，其核仁中的Cdc14被瞬时释放并激活。通过CDK，Cdc14靶向作用于SPB组分Spc110，以抵消其磷酸化。Spc110的Cdk/Cdc14依赖性磷酸化状态或Spc110在诱导DNA损伤期间失活而产生异常振荡的SPB活动，破坏了DSB-SPB的相互作用。另外，已经鉴定出一个潜在的CDK位点(T18)定位于Spc110的N末端。虽然体外测定已经证明CDK的T18通过c-微管蛋白复合物磷酸化使寡聚化失活；但在体内实验中，由于促进微管成核的失败引起的生长缺陷，T18模拟物和磷酸突变体的结果显示相同[25]。再者，T18只有通过有丝分裂才可以被Cdk-Clb2磷酸化，表明这个潜在的位点与先前描述S36-91的调节方式不同[27-29]。

2.4 其他作用

翻译后修饰是蛋白质发挥生物学功能的重要调节机制之一，其中泛素化即是最常见的翻译后修饰。Asada等[30]用酵母双杂交寻找肿瘤抑制基因BRCA1互相作用蛋白时发现了一种新的胞浆蛋白，命名为BRCA1相关蛋白质2(BRAP2)。可以与BRCA1的核定位序列结合，使核蛋白P21滞留在胞浆中，从而影响单核细胞分化。Li等[31]研究了 BRAP2在Ras信号转导通路上的作用，并且指出其具有泛素连接酶活性，可使自身泛素化。研究[31-32]显示：BRAP2为hCdc14A的可能相互作用蛋白，两者有共同定位，BRAP2可以增强hCdc14A的泛素化修饰，可能是hCDC14A的泛素连接酶。

此外，生殖相关实验[33-35]显示：给予micro-RNA-152-3p拟似剂作用于雌激素预处理的Ishikawa细胞，Cdc14A蛋白的表达水平下降，同时细胞增殖也受到抑制；而用特异性micro-RNA-152-3p抑制剂作用雌、孕激素联合预处理的子宫内膜上皮细胞，Cdc14A表达增加，而细胞增殖活性提高，进一步证明了孕激素可通过诱导micro-RNA-152-3p的表达抑制子宫内膜上皮细胞的增殖，Cdc14A蛋白可能是micro-RNA-152-3p抑制子宫内膜上皮细胞增殖的靶蛋白。

3 小 结

有关Cdc14A的研究成果可以通过以下几个方面给予说明：① 应用于农牧业，提高动物的繁殖数量；② 用于临床上人类体外辅助生殖，缩短受精卵的体外培育时间，尽早植入人体子宫，减少外界因素对受精卵的影响；③ 应用于肿瘤治疗，通过过表达Cdc14A，使肿瘤细胞停滞在G2期，抑制肿瘤细胞的生长。通过查阅相关文献，得知Cdc14A通过参与不同的细胞信号传导途径来调节细胞的发育与增殖，调控细胞的凋亡和抑制肿瘤的形成。这对细胞的正常发育生长至关重要，一旦这种细胞信号传导通路受损，势必会带来不良后果。近年来，对Cdc14A的研究已成为热点，但许多功能尚未完全明确，仍需要进一步深入研究，从而更全面地了解分子调控机制。