ЧЕК1 - CHEK1
Контрольная точка киназы 1 , как правило , называют Chk1 , является серин / треонин-специфический белок киназы , что в организме человека, кодируются CHEK1 геном . Chk1 координирует реакцию на повреждение ДНК (DDR) и реакцию контрольной точки клеточного цикла. Активация Chk1 приводит к инициации контрольных точек клеточного цикла, остановке клеточного цикла, репарации ДНК и гибели клеток, чтобы предотвратить прогрессирование поврежденных клеток по клеточному циклу.
Открытие
В 1993 году Бич и соавторы первоначально идентифицировали Chk1 как серин / треонин киназу, которая регулирует фазовый переход G2 / M у делящихся дрожжей. Было показано, что конститутивная экспрессия Chk1 в делящихся дрожжах вызывает остановку клеточного цикла. Тот же ген, названный Rad27, был идентифицирован у почкующихся дрожжей Карром и соавторами. В 1997 году гомологи были идентифицированы у более сложных организмов, включая плодовую муху, человека и мышь. Благодаря этим находкам очевидно, что Chk1 высоко консервативен от дрожжей для человека.
Состав
Chk1 человека расположен на хромосоме 11 на цитогенной полосе 11q22-23. Chk1 имеет N-концевой киназный домен, линкерную область, регуляторный домен SQ / TQ и C-концевой домен. Chk1 содержит четыре остатка Ser / Gln. Активация Chk 1 происходит в основном за счет фосфорилирования консервативных сайтов, Ser-317, Ser-345 и, реже, по Ser-366.
Функция
Киназы контрольных точек (Chks) - это протеинкиназы, которые участвуют в контроле клеточного цикла. Были идентифицированы два подтипа киназы контрольных точек, Chk1 и Chk2. Chk1 является центральным компонентом путей надзора за геномом и ключевым регулятором клеточного цикла и выживаемости клеток. Chk1 необходим для инициации контрольных точек повреждения ДНК и недавно было показано, что он играет роль в нормальном (невозмущенном) клеточном цикле. Chk1 влияет на различные стадии клеточного цикла, включая S-фазу, G2 / M-переход и M-фазу.
Помимо опосредования контрольных точек клеточного цикла, Chk1 также участвует в процессах репарации ДНК, транскрипции генов, производстве яиц, развитии эмбрионов, клеточных ответах на ВИЧ-инфекцию и жизнеспособности соматических клеток.
Фаза S
Chk1 необходим для поддержания целостности генома. Chk1 контролирует репликацию ДНК в невозмущенных клеточных циклах и реагирует на генотоксический стресс, если он присутствует. Chk1 распознает нестабильность цепи ДНК во время репликации и может остановить репликацию ДНК, чтобы дать время механизмам репарации ДНК для восстановления генома. Недавно было показано, что Chk1 опосредует механизмы репарации ДНК и делает это путем активации различных факторов репарации. Более того, Chk1 ассоциирован с тремя частными аспектами S-фазы, которые включают регуляцию позднего срабатывания ориджина, контроль процесса элонгации и поддержание стабильности репликационной вилки ДНК.
G2 / M переход
В ответ на повреждение ДНК Chk1 является важным преобразователем сигнала для активации контрольной точки G2 / M. Активация Chk1 удерживает клетку в фазе G2 до тех пор, пока она не будет готова перейти в митотическую фазу. Эта задержка дает время для восстановления ДНК или гибели клетки, если повреждение ДНК необратимо. Chk1 должен инактивироваться для перехода клетки из фазы G2 в митоз, уровни экспрессии Chk1 опосредуются регуляторными белками.
Фаза M
Chk1 играет регулирующую роль в контрольной точке веретена, однако взаимосвязь менее ясна по сравнению с контрольными точками на других стадиях клеточного цикла. Во время этой фазы активирующий элемент Chk1 оцДНК не может генерироваться, что указывает на альтернативную форму активации. Исследования Chk1-дефицитных клеток лимфомы курицы показали повышенные уровни геномной нестабильности и неспособность арестовать во время фазы контрольной точки веретена в митозе. Более того, гаплонедостаточность эпителиальных клеток молочной железы свидетельствует о смещении хромосом и аномальной сегрегации. Эти исследования показывают, что истощение Chk1 может приводить к дефектам в контрольной точке веретена, что приводит к митотическим аномалиям.
Взаимодействия
Повреждение ДНК вызывает активацию Chk1, которая способствует инициации ответа на повреждение ДНК (DDR) и контрольных точек клеточного цикла. Ответ на повреждение ДНК представляет собой сеть сигнальных путей, которая приводит к активации контрольных точек, репарации ДНК и апоптозу, чтобы препятствовать прогрессированию поврежденных клеток по клеточному циклу.
Активация Chk1
Chk1 регулируется ATR посредством фосфорилирования, образуя путь ATR-Chk1. Этот путь распознает одноцепочечную ДНК (оцДНК), которая может быть результатом УФ-индуцированного повреждения, стресса репликации и межцепочечного перекрестного связывания. Часто оцДНК может быть результатом аномальной репликации во время S-фазы из-за разобщения ферментов репликации геликазы и ДНК-полимеразы. Эти структуры оцДНК привлекают ATR и в конечном итоге активируют путь контрольной точки.
Однако активация Chk1 зависит не только от ATR, часто необходимы промежуточные белки, участвующие в репликации ДНК. Регуляторные белки, такие как белок репликации A, Claspin, Tim / Tipin, Rad 17, TopBP1, могут быть задействованы для облегчения активации Chk1. Дополнительные белковые взаимодействия участвуют в индукции максимального фосфорилирования Chk1. Активация Chk1 также может быть ATR-независимой благодаря взаимодействиям с другими протеинкиназами, такими как PKB / AKT, MAPKAPK и p90 / RSK.
Также было показано, что Chk1 активируется субъединицей Scc1 белка когезина в зиготах.
Остановка клеточного цикла
Chk1 взаимодействует со многими нижестоящими эффекторами, чтобы вызвать остановку клеточного цикла. В ответ на повреждение ДНК Chk1 в первую очередь фосфорилирует Cdc25, что приводит к его протеасомной деградации. Разложение оказывает ингибирующее действие на образование комплексов циклин-зависимых киназ, которые являются ключевыми движущими силами клеточного цикла. Посредством нацеливания на Cdc25 остановка клеточного цикла может происходить во многих временных точках, включая переход G1 / S, фазу S и переход G2 / M. Более того, Chk1 может нацеливаться на Cdc25 косвенно через фосфорилирование Nek11.
Киназа WEE1 и PLK1 также являются мишенью для Chk1, чтобы вызвать остановку клеточного цикла. Фосфорилирование киназы WEE1 ингибирует cdk1, что приводит к остановке клеточного цикла в фазе G2.
Chk1 играет роль в контрольной точке веретена во время митоза, таким образом, взаимодействует с белками сборки веретена Aurora A киназой и Aurora B киназой.
Ремонт ДНК
Недавно было показано, что Chk1 опосредует механизмы репарации ДНК и делает это путем активации факторов репарации, таких как ядерный антиген пролиферирующих клеток (PCNA), FANCE, Rad51 и TLK. Chk1 способствует стабилизации репликационной вилки во время репликации и репарации ДНК, однако необходимы дополнительные исследования для определения основных взаимодействий.
Клиническая значимость
Chk1 играет центральную роль в координации реакции на повреждение ДНК и поэтому представляет большой интерес в онкологии и разработке терапевтических средств против рака. Первоначально считалось, что Chk1 действует как супрессор опухолей из-за регулирующей роли, которую он выполняет среди клеток с повреждением ДНК. Однако не было доказательств гомозиготной потери функции мутантов по Chk1 в опухолях человека. Вместо этого было показано, что Chk1 сверхэкспрессируется в многочисленных опухолях, включая рак груди, толстой кишки, печени, желудка и носоглотки. Существует положительная корреляция с экспрессией Chk1 и степенью опухоли и рецидивом заболевания, предполагая, что Chk1 может способствовать росту опухоли. Chk1 необходим для выживания клеток, и благодаря высоким уровням экспрессии в опухолях функция может индуцировать пролиферацию опухолевых клеток. Кроме того, исследование продемонстрировало, что нацеливание на Chk1 реактивирует противоопухолевую активность комплекса протеинфосфтазы 2A (PP2A) в раковых клетках. Исследования показали, что полная потеря Chk1 подавляет химически индуцирующий канцерогенез, однако гаплонедостаточность Chk1 приводит к прогрессированию опухоли. Из-за возможности участия Chk1 в стимулировании опухоли киназа и родственные сигнальные молекулы могут быть потенциально эффективными терапевтическими мишенями. В терапии рака используются методы лечения, повреждающие ДНК, такие как химиотерапия и ионизирующее излучение, для подавления пролиферации опухолевых клеток и остановки клеточного цикла. Опухолевые клетки с повышенным уровнем Chk1 приобретают преимущества в выживании благодаря способности переносить более высокий уровень повреждения ДНК. Следовательно, Chk1 может способствовать устойчивости к химиотерапии. Чтобы оптимизировать химиотерапию, необходимо ингибировать Chk1, чтобы уменьшить преимущество в выживаемости. Ген Chk1 может быть эффективно подавлен нокдауном siRNA для дальнейшего анализа на основе независимой проверки. Ингибируя Chk1, раковые клетки теряют способность восстанавливать поврежденную ДНК, что позволяет химиотерапевтическим агентам работать более эффективно. Комбинация методов лечения, повреждающих ДНК, таких как химиотерапия или лучевая терапия, с ингибированием Chk1 увеличивает целевую гибель клеток и обеспечивает синтетическую летальность. Многие виды рака в значительной степени зависят от остановки клеточного цикла, опосредованной Chk1, особенно если рак испытывает дефицит p53. Приблизительно в 50% случаев рака присутствуют мутации p53, что свидетельствует о зависимости многих видов рака от пути Chk1. Ингибирование Chk1 позволяет избирательно нацеливаться на мутантные клетки p53, поскольку уровни Chk1 с большей вероятностью экспрессируются в опухолевых клетках с дефицитом p53. Несмотря на то, что этот метод подавления является очень целенаправленным, недавние исследования показали, что Chk1 также играет роль в нормальном клеточном цикле. Следовательно, при разработке новых методов лечения необходимо учитывать нецелевые эффекты и токсичность, связанные с комбинированной терапией с использованием ингибиторов Chk1.
В комбинированном вычислительном подходе набор полусинтетических молекул аминоарилбензосуберена на растительной основе собственного производства, выбранных для анализа, из этих Bch10, рассматриваемых как потенциальный ингибитор CHK1, по сравнению с пятью ведущими сокристаллизованными ингибиторами на основе их аффинности связывания и профиля токсичности. .
Мейоз
Во время мейоза у человека и мыши протеинкиназа CHEK1 важна для интеграции восстановления повреждений ДНК с остановкой клеточного цикла. CHEK1 выражается в семенниках и ассоциированных с мейоза синаптонемных комплексов во время zygonema и pachynema этапов. CHEK1, вероятно, действует как интегратор сигналов ATM и ATR и может участвовать в мониторинге мейотической рекомбинации . У мышей ооцитов CHEK1 по- видимому, необходимым условием для профазы I арестовывать и функции в G2 / M контрольной точки .
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Джачча А.Дж., Кастан МБ (октябрь 1998 г.). «Сложность модуляции p53: возникающие паттерны из расходящихся сигналов» . Гены и развитие . 12 (19): 2973–83. DOI : 10.1101 / gad.12.19.2973 . PMID 9765199 .
- Кастан МБ, Лим Д.С. (декабрь 2000 г.). «Многочисленные основы и функции банкомата». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 1 (3): 179–86. DOI : 10.1038 / 35043058 . PMID 11252893 . S2CID 10691352 .
- Чини СС, Чен Дж (2005). «Класпин, регулятор Chk1 в пути стресса репликации ДНК». Ремонт ДНК . 3 (8–9): 1033–7. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2004.03.001 . PMID 15279790 .
- Пэн CY, Graves PR, Thoma RS, Wu Z, Shaw AS, Piwnica-Worms H (сентябрь 1997 г.). «Контроль контрольной точки митоза и G2: регулирование связывания белка 14-3-3 путем фосфорилирования Cdc25C на серин-216». Наука . 277 (5331): 1501–5. DOI : 10.1126 / science.277.5331.1501 . PMID 9278512 .
- Оуян Б., Ли В., Пан Х., Медоуз Дж., Хоффманн И., Дай В. (октябрь 1999 г.). «Физическая ассоциация и фосфорилирование протеинфосфатазы Cdc25C с помощью Prk» . Онкоген . 18 (44): 6029–36. DOI : 10.1038 / sj.onc.1202983 . PMID 10557092 .
- Ким С.Т., Лим Д.С., Канман С.Е., Кастан МБ (декабрь 1999 г.). «Субстратные особенности и идентификация предполагаемых субстратов членов семейства киназ ATM» . Журнал биологической химии . 274 (53): 37538–43. DOI : 10.1074 / jbc.274.53.37538 . PMID 10608806 .
- Шие С.Ю., Ан Дж., Тамай К., Тая Ю., Привес С. (февраль 2000 г.). «Человеческие гомологи киназ контрольной точки Chk1 и Cds1 (Chk2) фосфорилируют p53 по множеству сайтов, вызывающих повреждение ДНК» . Гены и развитие . 14 (3): 289–300. PMC 316358 . PMID 10673501 .
- Graves PR, Yu L, Schwarz JK, Gales J, Sausville EA, O'Connor PM, Piwnica-Worms H (февраль 2000 г.). «Протеинкиназа Chk1 и регуляторные пути Cdc25C являются мишенями противоракового агента UCN-01» . Журнал биологической химии . 275 (8): 5600–5. DOI : 10.1074 / jbc.275.8.5600 . PMID 10681541 .
- Семба С., Оуян Х., Хан С.Ю., Като Й., Хории А. (апрель 2000 г.). «Анализ генов-кандидатов-мишеней для мутации при микросателлитной нестабильности рака толстой кишки, желудка и эндометрия». Международный журнал онкологии . 16 (4): 731–7. DOI : 10.3892 / ijo.16.4.731 . PMID 10717241 .
- Chen P, Luo C, Deng Y, Ryan K, Register J, Margosiak S, Tempczyk-Russell A, Nguyen B, Myers P, Lundgren K, Kan CC, O'Connor PM (март 2000 г.). «Кристаллическая структура 1.7 A киназы контрольной точки человеческого клеточного цикла Chk1: значение для регуляции Chk1» . Cell . 100 (6): 681–92. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80704-7 . PMID 10761933 . S2CID 15626948 .
- Лю К., Гунтуку С., Цуй XS, Мацуока С., Кортез Д., Тамай К., Луо Дж., Караттини-Ривера С., ДеМайо Ф., Брэдли А., Донехауэр Л.А., Элледж С.Дж. (июнь 2000 г.). «Chk1 является важной киназой, которая регулируется Atr и необходима для контрольной точки повреждения ДНК G (2) / M» . Гены и развитие . 14 (12): 1448–59. DOI : 10,1101 / gad.840500 . PMC 316686 . PMID 10859164 .
- Булавин Д.В., Хигашимото Ю., Попофф И.Д., Гарде В.А., Басрур В., Потапова О., Аппелла Е, Форнас А.Дж. (май 2001 г.). «Инициирование контрольной точки G2 / M после ультрафиолетового излучения требует киназы p38». Природа . 411 (6833): 102–7. DOI : 10.1038 / 35075107 . PMID 11333986 . S2CID 4410763 .
- Чжао Х., Пивница-Вормс Х. (июль 2001 г.). «Пути контрольных точек, опосредованные ATR, регулируют фосфорилирование и активацию Chk1 человека» . Молекулярная и клеточная биология . 21 (13): 4129–39. DOI : 10.1128 / MCB.21.13.4129-4139.2001 . PMC 87074 . PMID 11390642 .
- Фейжу К., Холл-Джексон С., Ву Р., Дженкинс Д., Лейтч Дж., Гилберт Д.М., Смайт С. (сентябрь 2001 г.). «Активация Chk1 млекопитающих во время остановки репликации ДНК: роль Chk1 в контрольной точке внутри-S фазы, контролирующей запуск репликации» . Журнал клеточной биологии . 154 (5): 913–23. DOI : 10.1083 / jcb.200104099 . PMC 1255922 . PMID 11535615 .
- Xie S, Wu H, Wang Q, Cogswell JP, Husain I., Conn C., Stambrook P, Jhanwar-Uniyal M, Dai W. (ноябрь 2001 г.). «Plk3 функционально связывает повреждение ДНК с остановкой клеточного цикла и апоптозом, по крайней мере частично, через путь p53» . Журнал биологической химии . 276 (46): 43305–12. DOI : 10.1074 / jbc.M106050200 . PMID 11551930 .
- Латонен Л., Тайя Ю., Лайхо М. (октябрь 2001 г.). «УФ-излучение индуцирует дозозависимую регуляцию ответа p53 и модулирует взаимодействие p53-HDM2 в человеческих фибробластах» . Онкоген . 20 (46): 6784–93. DOI : 10.1038 / sj.onc.1204883 . PMID 11709713 .
внешние ссылки
- Расположение генома человека CHEK1 и страница сведений о гене CHEK1 в браузере генома UCSC .
