BUB1

Mitotická kontrolní serin/threonin-protein kináza BUB1 , také známá jako BUB1 ,  je enzym kódovaný u lidí genem BUB1 [2] [3] . 

Bub1 je serin/threonin proteinkináza poprvé identifikovaná při genetickém screeningu Saccharomyces cerevisiae [4] . Protein je spojen s kinetochory a hraje klíčovou roli při vytváření kontrolního bodu mitotického vřeténka a kongrese chromozomů. Kontrolní bod mitotické kinázy je evolučně konzervován v různých organismech, od Saccharomyces cerevisiae po člověka. Ztráta funkce, mutace nebo absence Bub1 má za následek aneuploidii , syndromy chromozomální nestability (CIN) a předčasné stárnutí.

Struktura

Bub1 obsahuje konzervovanou N-koncovou oblast, centrální nekonzervovanou oblast a C-koncovou doménu serin/threonin kinázy [5] . N-terminální oblast zprostředkovává vazbu HS-BUB1 na mitotický kinetochor proteinu AF15q14. Posledně jmenovaná interakce je důležitá pro kinetochorovou lokalizaci Bub1 a její funkci blokování indukované aktivace kontrolního bodu sestavení vřetena (SAC) v buněčném cyklu [6] . Krystalová struktura lidského Bub1 ukazuje přítomnost N-terminální repetice tetratrikopeptidové domény (TPR) a C-terminální doménové kinázy (zbytky 784-1085), která má vzhled kanonické dvoulaločné kinázy. ATP -vazebná a katalytická místa se nacházejí na hranici dvou laloků. N-terminální rozšíření obsahuje tři β-listy a α-šroubovici obalenou kolem N-laloku kinázové domény [1] .

Intracelulární lokalizace

U lidí se Bub1 hromadí postupně během G1- a S -fáze buněčného cyklu , vrcholí v G2/M a prudce klesá po mitóze . V profázi se lokalizuje do jednoho z prvních proteinů ve vnějším kinetochoru , což je proces obvykle zapojený do správného načasování kontrolních bodů odezvy na mitotické poškození a poškození vřetena.

Funkce

Proteinová kináza Bub1 má různé všestranné funkce během buněčného cyklu , zejména v SAC a chromozomálním zarovnání během metafáze. Protein networking je nyní definován komplexním způsobem (obrázek 1).

V eukaryotických buňkách slouží SAC jako centrální mechanismus dohledu, který zajišťuje, že chromozomy jsou předány další generaci spolehlivým způsobem. Několik komponent řídí správné bipolární připojení mikrotubulů ke kinetochorům, pravděpodobně prostřednictvím detekce napětí. Přechod z metafáze do anafáze je zastaven SAC, dokud není dostatek jednotlivých kinetochorů pro vnoření bipolárních mikrotubulů; zde implikuje potřebu vysoce citlivé signální dráhy. Bub1 je hlavní regulátor pro tvarování a signalizaci SAC. Nejméně třináct dalších proteinů ( MAD1 , MAD2 , MAD3/BubR1 , BUB3 , Mps1 atd.) je součástí kontrolního bodu, z nichž mnohé byly identifikovány jako činidla pro interakci s Bub1.

Po aktivaci SAC Bub1 přímo fosforyluje koaktivátor APC /C na CDC20 [8] . Tato fosforylace je pravděpodobně dosažena v komplexu s Bub3, který sám byl předem fosforylován Bub1. Fosforylace Cdc20 nakonec vede ke snížení aktivity APC/C, což určuje přechod z metafáze do anafáze. Na druhé straně, APC/C, nyní v komplexu s CDH1, také působí na Bub1 hlavně kvůli degradaci, aby vstoupil do mitózy [9] .

Kromě toho je lokalizace kinetochoru Bub1 na začátku G2 nebo profáze dalším aspektem fungování SAC. Předpokládá se, že Bub1 slouží jako náborová platforma pro další kontrolní body a motorické proteiny, jako jsou MAD1, Mad2, BubR1 , CENP-E a PLK1 pro kinetochory [10] [11] [12] . Nedávné důkazy skutečně naznačují, že hlavní úlohou Bub1 v aktivitě SAC není fosforylace CDC20, ale nábor BubR1, Mad1 a Mad2 [13] .

Když je vřeteno poškozeno, Bub1 také přejde na fosforylaci MAD1 [14] [15] , což vede k disociaci komplexu MAD1-Mad2 a tím zpřístupní inhibici Cdc20 pro Mad2. Bub1 obecně chrání koheze sesterských chromatid posílením proteinu Shugoshin ( Sgo1  ), lokalizovaného v oblasti centromery. Rekrutováním fosfatázy PP2A Bub1 inhibuje působení PLK1, který odstraňuje Sgo1 z centromery [16] [17] [18] [19] .

Opačná lokalizace PLK1, jak již bylo zmíněno, závisí také na aktivitě Bub1. Extrakční studie provedené s Xenopusem s použitím RNAi nebo deplece protilátek ukázaly zásadní funkci Bub1 v organizaci vnitřní centromery. Podobně jako jeho role při sestavování kinetochorů, rekrutuje členy chromozomálního pasažérského komplexu (CPC), podobně jako Aurora B kináza , survivin a INCENP . Je také pozorována přímá fosforylace INCENP pomocí Bub1 [20] .

RNA - zprostředkovaná deplece lidského Bub1 odhaluje jeho funkci ve správné kongresi metafáze. Downstream cíle identifikované v různých kinetochorech jsou CENPF, KIF2C proteiny a výše uvedený Sgo1 [13] .

Důsledky rakoviny

Mitotické defekty kontrolních bodů jsou běžným rysem mnoha lidských rakovin. Přesněji řečeno, mutace v kontrolních bodech vřeténka může vést k chromozomální nestabilitě a aneuploidii , což jsou prvky přítomné ve více než 90 % všech solidních nádorů [21] . Ztráta funkce v důsledku mutace nebo snížené exprese genu Bub1 byla identifikována u několika lidských nádorů, jako je tlusté střevo , jícen , žaludek , prsa a melanom [13] . Byla nalezena korelace mezi úrovněmi exprese Bub1 a lokalizací nádoru v závislosti na jejich závažnosti. Například nízké hladiny exprese Bub1 vedou k sarkomu , lymfomu a plicním nádorům, zatímco vyšší hladiny těchto nádorů způsobují sarkomy a nádory v játrech [22] . Kromě toho byl Bub1 identifikován jako cíl velkého T antigenu SV-40, což pravděpodobně přispívá k jeho potenciálu pro nádorovou transformaci [23] . Indikace pro možné zapojení Bub1 do onkogeneze byly získány také z pokusů na zvířatech, kde myši s poklesem exprese Bub1 vykazovaly zvýšení nádorové citlivosti [24] [25] . In vitro knockdown Bub1 způsobující poškození buněk v p53 (např. buňky HeLa) vedl k aneuploidii [26] . Zda je řízení během onkogeneze dostatečnou příčinou aneuploidie, nebo spíše jen jejím důsledkem, je předmětem vědeckých debat.

Asociace s myotickou smrtí nezávislou na kaspáze (CIMD)

Bub1 byl nedávno identifikován jako negativní regulátor CIMD. Deplece Bub1 vede ke zvýšení CIMD, aby se zabránilo aneuploidii, což má za následek sníženou funkci SAC. Transkripční aktivita p73 je tedy inhibována fosforylací. Přímá interakce mezi těmito dvěma hráči dosud nebyla vizualizována, takže molekuly vázající Bub1 a p73 musí být ještě identifikovány [27] . Dále se předpokládá, že Bub1 se váže na p53, aby se zabránilo aktivaci proapoptotických genů , takže p53 je schopen vyvolat apoptózu , když je Bub1 vyčerpán. Interakce mezi p53 a Bub1 však dosud nebyla identifikována, zatímco vazba p53 a BubR1 byla popsána [28] .

Viz také

• Mitóza
• buněčného cyklu

Poznámky

1. ↑ 12 PDB 3E7E ; _ Kang J., Yang M., Li B., Qi W., Zhang C., Shokat KM, Tomchick DR, Machius M., Yu H. Struktura a nábor substrátu kontrolní kinázy lidského vřetena   Bub1 // Mol. buňka  : deník. - 2008. - Listopad ( roč. 32 , č. 3 ). - S. 394-405 . - doi : 10.1016/j.molcel.2008.09.017 . — PMID 18995837 .
2. ↑ Entrez Gen: BUB1 BUB1 pučení neinhibované benzimidazoly 1 homolog (kvasinky) . (neurčitý)
3. ↑ Cahill DP, Lengauer C., Yu J., Riggins GJ, Willson JK, Markowitz SD, Kinzler KW, Vogelstein B. Mutations of mitotic checkpoint genes in human  cancers //  Nature : journal. - 1998. - březen ( roč. 392 , č. 6673 ). - str. 300-303 . - doi : 10.1038/32688 . — PMID 9521327 .
4. ↑ Roberts BT, Farr KA, Hoyt MA  Kontrolní gen BUB1 Saccharomyces cerevisiae kóduje novou proteinkinázu  // Molekulární a buněčná biologie : deník. - 1994. - prosinec ( roč. 14 , č. 12 ). - S. 8282-8291 . — PMID 7969164 .
5. ↑ Bolanos-Garcia VM, Kiyomitsu T., D'Arcy S., Chirgadze DY, Grossmann JG, Matak-Vinkovic D. , Venkitaraman AR, Yanagida M. , Robinson CV, Blundell TL Krystalová struktura N-terminální oblasti BUB1 poskytuje pohled na mechanismus náboru BUB1 do kinetochorů  //  Structure: journal. - 2009. - Leden ( roč. 17 , č. 1 ). - str. 105-116 . - doi : 10.1016/j.str.2008.10.015 . — PMID 19141287 .
6. ↑ Kiyomitsu T., Obuse C., Yanagida M. Human Blinkin/AF15q14 je nutný pro zarovnání chromozomů a mitotický kontrolní bod prostřednictvím přímé interakce s Bub1 a BubR1   // Developmental Cell : deník. - 2007. - Listopad ( roč. 13 , č. 5 ). - str. 663-676 . - doi : 10.1016/j.devcel.2007.09.005 . — PMID 17981135 .
7. ↑ Protein BUB1 (Homo sapiens) - interakční síť STRING (nedostupný odkaz) . STRING (vyhledávací nástroj pro vyhledávání interagujících genů/proteinů) . Evropská laboratoř molekulární biologie. Získáno 29. června 2010. Archivováno z originálu 18. července 2011. (neurčitý) 
8. ↑ Tang Z., Shu H., Oncel D., Chen S., Yu H. Fosforylace Cdc20 pomocí Bub1 poskytuje katalytický mechanismus pro inhibici APC/C kontrolním bodem vřetena   // Molecular Cell : deník. - 2004. - Listopad ( roč. 16 , č. 3 ). - str. 387-397 . - doi : 10.1016/j.molcel.2004.09.031 . — PMID 15525512 .
9. ↑ Qi W., Yu H. KEN-box-dependentní degradace kinázy vřetenového kontrolního bodu Bub1 komplexem/cyklosomem podporujícím anafázi   // The Journal of Biological Chemistry  : journal. - 2007. - únor ( roč. 282 , č. 6 ). - str. 3672-3679 . - doi : 10.1074/jbc.M609376200 . — PMID 17158872 .
10. ↑ Sharp-Baker H., Chen RH Vřetenový kontrolní protein Bub1 je vyžadován pro kinetochorovou lokalizaci Mad1, Mad2, Bub3 a CENP-E, nezávisle na jeho kinázové aktivitě  // The  Journal of Cell Biology : deník. - 2001. - Červen ( roč. 153 , č. 6 ). - S. 1239-1250 . doi : 10.1083/ jcb.153.6.1239 . — PMID 11402067 .
11. ↑ Johnson VL, Scott MI, Holt SV, Hussein D., Taylor SS Bub1 je vyžadován pro kinetochorovou lokalizaci BubR1, Cenp-E, Cenp-F a Mad2 a pro kongresi chromozomů  //  Journal of Cell Science : deník. — Společnost biologů, 2004. — Březen ( roč. 117 , č. Pt 8 ). - S. 1577-1589 . - doi : 10.1242/jcs.01006 . — PMID 15020684 .
12. ↑  Meraldi P., Draviam VM, Sorger PK Načasování a kontrolní body v regulaci mitotické progrese  // Developmental Cell : deník. - 2004. - Červenec ( díl 7 , č. 1 ). - str. 45-60 . - doi : 10.1016/j.devcel.2004.06.006 . — PMID 15239953 .
13. ↑ 1 2 3 Klebig C., Korinth D., Meraldi P. Bub1 reguluje segregaci chromozomů způsobem nezávislým na kinetochorech  // The  Journal of Cell Biology : deník. - 2009. - Červen ( roč. 185 , č. 5 ). - S. 841-858 . - doi : 10.1083/jcb.200902128 . — PMID 19487456 .
14. ↑ Yu H. Regulace APC-Cdc20 kontrolním bodem vřetena  // Aktuální  názor v buněčné biologii. - Elsevier , 2002. - Prosinec ( roč. 14 , č. 6 ). - str. 706-714 . - doi : 10.1016/S0955-0674(02)00382-4 . — PMID 12473343 .
15. ↑ Zhang Y., Lees E. Identifikace překrývající se vazebné domény na Cdc20 pro Mad2 a komplex podporující anafázi: model pro regulaci vřetenového kontrolního bodu   // Molekulární a buněčná biologie : deník. - 2001. - srpen ( roč. 21 , č. 15 ). - S. 5190-5199 . - doi : 10.1128/MCB.21.15.5190-5199.2001 . — PMID 11438673 .
16. ↑ Tang Z., Sun Y., Harley SE, Zou H., Yu H. Human Bub1 chrání centromerickou sestersko-chromatidovou soudržnost prostřednictvím Shugoshinu během mitózy   // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2004. - prosinec ( roč. 101 , č. 52 ). - S. 18012-18017 . - doi : 10.1073/pnas.0408600102 . — PMID 15604152 .
17. ↑ Tang Z., Shu H., Qi W., Mahmood NA, Mumby MC, Yu H. PP2A je nutný pro centromerickou lokalizaci Sgo1 a správnou segregaci chromozomů   // Developmental Cell : deník. - 2006. - Květen ( roč. 10 , č. 5 ). - str. 575-585 . - doi : 10.1016/j.devcel.2006.03.010 . — PMID 16580887 .
18. ↑ Jang YJ, Ji JH, Choi YC, Ryu CJ, Ko SY Regulace Polo-like kinázy 1 poškozením DNA v mitóze. Inhibice mitotické PLK-1 protein fosfatázou 2A  (anglicky)  // The Journal of Biological Chemistry  : journal. - 2007. - Leden ( roč. 282 , č. 4 ). - str. 2473-2482 . - doi : 10.1074/jbc.M605480200 . — PMID 17121863 .
19. ↑ Pouwels J., Kukkonen AM, Lan W., Daum JR, Gorbsky GJ, Stukenberg T., Kallio MJ Shugoshin 1 hraje ústřední roli při sestavování kinetochorů a je nezbytný pro kinetochorové cílení Plk1  //  Buněčný cyklus : deník. - 2007. - Červenec ( ročník 6 , č. 13 ). - S. 1579-1585 . - doi : 10.4161/cc.6.13.4442 . — PMID 17617734 .
20. ↑ Boyarchuk Y., Salic A., Dasso M., Arnaoutov A. Bub1 je nezbytný pro sestavení funkční vnitřní centromery  // The  Journal of Cell Biology : deník. - 2007. - březen ( roč. 176 , č. 7 ). - S. 919-928 . - doi : 10.1083/jcb.200609044 . — PMID 17389228 .
21. ↑ Williams BR, Amon A. Aneuploidie: fatální chyba rakoviny? (anglicky)  // Cancer Research. — Americká asociace pro výzkum rakoviny, 2009. - Červenec ( roč. 69 , č. 13 ). - S. 5289-5291 . - doi : 10.1158/0008-5472.CAN-09-0944 . — PMID 19549887 .
22. ↑ King RW Když 2+2=5: původ a osudy aneuploidních a tetraploidních buněk  //  Biochimica Et Biophysica Acta : deník. - 2008. - září ( roč. 1786 , č. 1 ). - str. 4-14 . - doi : 10.1016/j.bbcan.2008.07.007 . — PMID 18703117 .
23. ↑ Hein J., Boichuk S., Wu J., Cheng Y., Freire R., Jat PS, Roberts TM, Gjoerup OV Velký T antigen opičího viru 40 narušuje integritu genomu a aktivuje reakci na poškození DNA prostřednictvím  vazby Bub1 )  // Virologický časopis : deník. - 2009. - Leden ( roč. 83 , č. 1 ). - S. 117-127 . - doi : 10.1128/JVI.01515-08 . — PMID 18922873 .
24. ↑ Jeganathan K., Malureanu L., Baker DJ, Abraham SC, van Deursen JM Bub1 zprostředkovává buněčnou smrt v reakci na chybnou segregaci chromozomů a působí tak, že potlačuje spontánní tumorigenezi  // The  Journal of Cell Biology : deník. - 2007. - říjen ( roč. 179 , č. 2 ). - str. 255-267 . - doi : 10.1083/jcb.200706015 . — PMID 17938250 .
25. ↑ Schliekelman M., Cowley DO, O'Quinn R., Oliver TG, Lu L., Salmon ED, Van Dyke T. Zhoršená funkce Bub1 in vivo kompromituje na napětí závislou funkci kontrolního bodu vedoucí k aneuploidii a   tumorigenezi // výzkum rakoviny : deník. — Americká asociace pro výzkum rakoviny, 2009. - Leden ( roč. 69 , č. 1 ). - str. 45-54 . - doi : 10.1158/0008-5472.CAN-07-6330 . — PMID 19117986 .
26. ↑ Williams GL, Roberts TM, Gjoerup OV Bub1: eskapády v buněčném světě   // Buněčný cyklus : deník. - 2007. - Červenec ( roč. 6 , č. 14 ). - S. 1699-1704 . - doi : 10.4161/cc.6.14.4493 . — PMID 17643075 .
27. ↑ Kitagawa K., Niikura Y. Mitotická smrt nezávislá na kaspáze (CIMD  )  // Buněčný cyklus : deník. - 2008. - Duben ( díl 7 , č. 8 ). - S. 1001-1005 . - doi : 10.4161/cc.7.8.5720 . — PMID 18414023 .
28. ↑ Beeharry N., Yen TJ p53-dependentní apoptóza v reakci na poškození vřeténka je spojena se ztrátou Bub1  //  Cancer Biology & Therapy: journal. - 2009. - Duben ( roč. 8 , č. 7 ). - str. 645-647 . - doi : 10.4161/cbt.8.7.8140 . — PMID 19270499 .