Skp2和p27kip1的结构功能特点及两者的调控关系(1)
1 Skp2的基因定位和结构特点
Skp2是由Zhang等[1]1995年从人的成纤维细胞中首次克隆,荧光原位杂交证实Skp2基因定位于人类染色体的5pl3区,全长31962bp。Skp2基因编码的蛋白产物Skp2蛋白由436个氨基酸残基构成,其分子质量为45kD,因此有人也称之为p45蛋白。Skp2是能与S期激酶cyclinA-CDKI相互作用的蛋白,由F-box序列、“Linker”序列、蛋白-蛋白相互作用模块[如亮氨酸重复结构域(Ieucine-rich repeat,LRR)和WD重复序列]依次连接而成。Skp2与Skpl形成的复合体呈镰刀状,Skpl和Skp2的F-box序列构成刀柄,LRR构成弯曲的刀锋,复合体中Skp2氨基末端的100个氨基酸缺失,但功能与全长Skp2功能相同。Skp2的F-box序列由三个螺旋体组成,Hl螺旋体和H2-H3反平行螺旋对成直角相连,其后为70个氨基酸组成的“Linker”序列,形成三个不规则的LRR,与另外的7个LRR连接,每个LRR由1个a-螺旋和1个β链组成,由这10个LRR折叠形成的弯曲结构与F-box序列直接相连,LRR序列后是由30个氨基酸组成的Skp2的C末端,向第一个LRR反向延伸,疏松折叠在LRR序列形成的凹面,末端β短链插入Skpl和Skp2的连接面[2]。
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1.1 Skp2表达的调控机制
Skp2的表达水平在G0/G1 期非常低,而在S期表达增加。研究发现Skp2的表达受转录及转录后水平双重调节,在不同类型的细胞中起主导作用的调节机制不同。Wang等[3]用转化生长因子-beta(Transferming Growth Factor,TGF-beta)处理体外培养的细胞,发现经TGF-beta处理后的细胞能通过转录和转录后两种不同的机制促使p27kip1的稳定性增加,认为TGF-beta负调控在G1～S期的转变过程中促使p27kip1降解的SCF复合体成分Skp2的表达。Imaki等[4] 在对体外培养的鼠NIH3T3和人Hela细胞进行实验时,发现GA-连接蛋白以细胞周期依赖的方式与Skp2启动子区结合,随后启动Skp2转录,此过程在调控Skp2的表达和细胞周期G1～S期的进展中发挥了重要的作用。Rodier等[5]报道袋蛋白P107除了与转录因子E2F相互作用外,还可以通过调控Skp2的表达,增加p27的稳定性抑制细胞增殖。Yang等[6]采用组织微阵列的方法分析发现,在前列腺癌中,Skp2的表达与抑癌基因PTEN 蛋白表达相关,推断抑癌基因PTEN 参与Skp2表达的调节。此外,研究证明Cx43能够促进Skp2的自身泛素化而使其降解增加,诱导Skp2表达的降低,参与Skp2表达的调控[7]。
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1.2 Skp2的功能与调节 Skp2作为细胞周期中重要的调节因子,能特异性识别磷酸化底物并介导其泛素化降解,许多细胞周期调控因子如p27、P21、P53、P57、P130、cyclinA、cyclinE、cyclinD、C-myc和B-Myb等都是泛素蛋白酶体途径底物。底物在CDK2-CyclinE的参与下Ser-130磷酸化,在辅助蛋白CKS1的作用下进入泛素降解途径[8]。CyclinE的周期性亦依赖于Skp2介导的泛素化降解,其Thr-380的磷酸化为降解提供了信号。
Skp2还参与细胞信号转导的调控和转录调控,Skp2可与TGF-β信号转导通路下游重要蛋白因子smad4蛋白相互作用,几种肿瘤导致的基因突变可使Skp2与smad4蛋白结合加强,从而加速smad4的泛素化降解速度。来调节信号转导[9]。转录因子E2 F-1在G1末期积累,在S-G2期显著降低,这种降解与Skp2有关,阻断Skp2与E2F-1的相互作用可使E2F-的泛素化下调,稳定性增加[10]。Myc作为一种癌蛋白转录因子,与细胞的生长、分化、增殖和肿瘤的发生相关。Kim等[11]发现Skp2既参与了Myc的蛋白降解,同时也是Myc的转录协同因子,Skp2以Myc依赖的方式增强C-myc诱导的S期转变,活化C-myc靶基因,同时Myc诱导的转录也依赖Skp2,两者可能协同参与肿瘤的发生和发展。
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2 p27kip1的结构和功能
1994年,Polyak等首次在TGF-β处理的生长抑制细胞和接触抑制细胞中发现了分子量为27KD的热稳定蛋白质,称此蛋白为p27kipl,继而获得了人p27基因,定位于人染色体12p13,含两个外显子和两个内含子。p27kipl的主要功能是广泛的抑制各种cyelin-CDK复合物,主要是与cyclin结合而发挥作用。p27kipl主要抑制G1期cyclinE-CDK2、cyclinD-CDK2组蛋白H1激酶的活性,抑制细胞自G1期向s期过渡,使细胞停滞于G1期。p27kipl一方面可能通过其c末端抑制CDK2-Thrl60磷酸化作用,而抑制CDK2激酶的活性;另一方面,p27kipl又通过与CDK2结合抑制其活性。p27kipl还具有抑制染色质Hl组蛋白磷酸化的作用,而Hl组蛋白的磷酸化程度与细胞周期有关,可以推断是一种有效的细胞周期抑制蛋白。有许多研究发现了p27kipl的其他功能:Durand B等发现p27kipl在与少突神经胶质细胞的前体细胞增殖的停止及启动分化有关,提示p27kipl参与细胞分化调控;Katayose Y等研究表明乳腺癌、肺癌的细胞系中均可观察到p27kipl诱导的凋亡,且较为普遍;另有报道,p27kipl具有保护组织和细胞免受炎症损伤的作用。
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3 Skp2和p27kip1的调控与关系
P27kip1是重要的细胞周期负性调控因子,细胞由静止状态进入增殖状态需p27kip1的降解,在cyclinE-CDK2或其他一些蛋白激酶作用下p27蛋白Thr-187磷酸化,被SCF复合体的底物识别亚基Skp2特异性识别,与Skp2的亮氨酸结构域(LRR)结合进入泛素蛋白酶水解途径降解[13],从而解除p27kip1对cyclin-CDK的抑制作用,使细胞顺利通过细胞周期G1-S转变的检测点,细胞周期得以进行。Skp2依赖的泛素-蛋白水解途径调节是p27kip1降解的主要机制,Skp2对p27kip1的降解需要细胞周期调节蛋白-1(cyclin-dependent kinase subunitl,CKS-1)的参与 [14],CKS-1结合于Skp2特定区域,促进Skp2与p27kip1Thr-187的结合,其分子机制尚不清楚。研究还发现人类P19(Skp1)/P45(Skp2)/Cul1复合体在功能上可能作为E3连接酶选择性的靶向p21和cyclinD蛋白进行泛素化降解。该复合体表达异常通过调控G1期细胞周期调控因子的蛋白水平参与了肿瘤的形成过程。
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参 考 文 献
[1] Zhang H,Kobayashi R,Galaktionov K,et al.pl9Skpl andp45Skp2 are essential elements of the cyelin A-CDK2 S phase kinase.CeIl,1995,82(6):915-925.
[2] Schulman BA,Carrano AC,Finnin MS,et al.Insights into SCF ubiquitin ligases from the structure of the Skpl-Skp2 complex.Nature,2000,408(10):381-386., http://www.100md.com(张 勇 张小峰 陈先达)
Skp2是由Zhang等[1]1995年从人的成纤维细胞中首次克隆,荧光原位杂交证实Skp2基因定位于人类染色体的5pl3区,全长31962bp。Skp2基因编码的蛋白产物Skp2蛋白由436个氨基酸残基构成,其分子质量为45kD,因此有人也称之为p45蛋白。Skp2是能与S期激酶cyclinA-CDKI相互作用的蛋白,由F-box序列、“Linker”序列、蛋白-蛋白相互作用模块[如亮氨酸重复结构域(Ieucine-rich repeat,LRR)和WD重复序列]依次连接而成。Skp2与Skpl形成的复合体呈镰刀状,Skpl和Skp2的F-box序列构成刀柄,LRR构成弯曲的刀锋,复合体中Skp2氨基末端的100个氨基酸缺失,但功能与全长Skp2功能相同。Skp2的F-box序列由三个螺旋体组成,Hl螺旋体和H2-H3反平行螺旋对成直角相连,其后为70个氨基酸组成的“Linker”序列,形成三个不规则的LRR,与另外的7个LRR连接,每个LRR由1个a-螺旋和1个β链组成,由这10个LRR折叠形成的弯曲结构与F-box序列直接相连,LRR序列后是由30个氨基酸组成的Skp2的C末端,向第一个LRR反向延伸,疏松折叠在LRR序列形成的凹面,末端β短链插入Skpl和Skp2的连接面[2]。
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1.1 Skp2表达的调控机制
Skp2的表达水平在G0/G1 期非常低,而在S期表达增加。研究发现Skp2的表达受转录及转录后水平双重调节,在不同类型的细胞中起主导作用的调节机制不同。Wang等[3]用转化生长因子-beta(Transferming Growth Factor,TGF-beta)处理体外培养的细胞,发现经TGF-beta处理后的细胞能通过转录和转录后两种不同的机制促使p27kip1的稳定性增加,认为TGF-beta负调控在G1～S期的转变过程中促使p27kip1降解的SCF复合体成分Skp2的表达。Imaki等[4] 在对体外培养的鼠NIH3T3和人Hela细胞进行实验时,发现GA-连接蛋白以细胞周期依赖的方式与Skp2启动子区结合,随后启动Skp2转录,此过程在调控Skp2的表达和细胞周期G1～S期的进展中发挥了重要的作用。Rodier等[5]报道袋蛋白P107除了与转录因子E2F相互作用外,还可以通过调控Skp2的表达,增加p27的稳定性抑制细胞增殖。Yang等[6]采用组织微阵列的方法分析发现,在前列腺癌中,Skp2的表达与抑癌基因PTEN 蛋白表达相关,推断抑癌基因PTEN 参与Skp2表达的调节。此外,研究证明Cx43能够促进Skp2的自身泛素化而使其降解增加,诱导Skp2表达的降低,参与Skp2表达的调控[7]。
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1.2 Skp2的功能与调节 Skp2作为细胞周期中重要的调节因子,能特异性识别磷酸化底物并介导其泛素化降解,许多细胞周期调控因子如p27、P21、P53、P57、P130、cyclinA、cyclinE、cyclinD、C-myc和B-Myb等都是泛素蛋白酶体途径底物。底物在CDK2-CyclinE的参与下Ser-130磷酸化,在辅助蛋白CKS1的作用下进入泛素降解途径[8]。CyclinE的周期性亦依赖于Skp2介导的泛素化降解,其Thr-380的磷酸化为降解提供了信号。
Skp2还参与细胞信号转导的调控和转录调控,Skp2可与TGF-β信号转导通路下游重要蛋白因子smad4蛋白相互作用,几种肿瘤导致的基因突变可使Skp2与smad4蛋白结合加强,从而加速smad4的泛素化降解速度。来调节信号转导[9]。转录因子E2 F-1在G1末期积累,在S-G2期显著降低,这种降解与Skp2有关,阻断Skp2与E2F-1的相互作用可使E2F-的泛素化下调,稳定性增加[10]。Myc作为一种癌蛋白转录因子,与细胞的生长、分化、增殖和肿瘤的发生相关。Kim等[11]发现Skp2既参与了Myc的蛋白降解,同时也是Myc的转录协同因子,Skp2以Myc依赖的方式增强C-myc诱导的S期转变,活化C-myc靶基因,同时Myc诱导的转录也依赖Skp2,两者可能协同参与肿瘤的发生和发展。
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2 p27kip1的结构和功能
1994年,Polyak等首次在TGF-β处理的生长抑制细胞和接触抑制细胞中发现了分子量为27KD的热稳定蛋白质,称此蛋白为p27kipl,继而获得了人p27基因,定位于人染色体12p13,含两个外显子和两个内含子。p27kipl的主要功能是广泛的抑制各种cyelin-CDK复合物,主要是与cyclin结合而发挥作用。p27kipl主要抑制G1期cyclinE-CDK2、cyclinD-CDK2组蛋白H1激酶的活性,抑制细胞自G1期向s期过渡,使细胞停滞于G1期。p27kipl一方面可能通过其c末端抑制CDK2-Thrl60磷酸化作用,而抑制CDK2激酶的活性;另一方面,p27kipl又通过与CDK2结合抑制其活性。p27kipl还具有抑制染色质Hl组蛋白磷酸化的作用,而Hl组蛋白的磷酸化程度与细胞周期有关,可以推断是一种有效的细胞周期抑制蛋白。有许多研究发现了p27kipl的其他功能:Durand B等发现p27kipl在与少突神经胶质细胞的前体细胞增殖的停止及启动分化有关,提示p27kipl参与细胞分化调控;Katayose Y等研究表明乳腺癌、肺癌的细胞系中均可观察到p27kipl诱导的凋亡,且较为普遍;另有报道,p27kipl具有保护组织和细胞免受炎症损伤的作用。
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3 Skp2和p27kip1的调控与关系
P27kip1是重要的细胞周期负性调控因子,细胞由静止状态进入增殖状态需p27kip1的降解,在cyclinE-CDK2或其他一些蛋白激酶作用下p27蛋白Thr-187磷酸化,被SCF复合体的底物识别亚基Skp2特异性识别,与Skp2的亮氨酸结构域(LRR)结合进入泛素蛋白酶水解途径降解[13],从而解除p27kip1对cyclin-CDK的抑制作用,使细胞顺利通过细胞周期G1-S转变的检测点,细胞周期得以进行。Skp2依赖的泛素-蛋白水解途径调节是p27kip1降解的主要机制,Skp2对p27kip1的降解需要细胞周期调节蛋白-1(cyclin-dependent kinase subunitl,CKS-1)的参与 [14],CKS-1结合于Skp2特定区域,促进Skp2与p27kip1Thr-187的结合,其分子机制尚不清楚。研究还发现人类P19(Skp1)/P45(Skp2)/Cul1复合体在功能上可能作为E3连接酶选择性的靶向p21和cyclinD蛋白进行泛素化降解。该复合体表达异常通过调控G1期细胞周期调控因子的蛋白水平参与了肿瘤的形成过程。
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参 考 文 献
[1] Zhang H,Kobayashi R,Galaktionov K,et al.pl9Skpl andp45Skp2 are essential elements of the cyelin A-CDK2 S phase kinase.CeIl,1995,82(6):915-925.
[2] Schulman BA,Carrano AC,Finnin MS,et al.Insights into SCF ubiquitin ligases from the structure of the Skpl-Skp2 complex.Nature,2000,408(10):381-386., http://www.100md.com(张 勇 张小峰 陈先达)