CZEK1 - CHEK1
Kinaza punktu kontrolnego 1 , powszechnie określana jako Chk1 , jest kinazą białkową specyficzną dla serynowo/treoniny , która u ludzi jest kodowana przez gen CHEK1 . Chk1 koordynuje odpowiedź na uszkodzenie DNA (DDR) i odpowiedź punktu kontrolnego cyklu komórkowego. Aktywacja Chk1 powoduje inicjację punktów kontrolnych cyklu komórkowego, zatrzymanie cyklu komórkowego, naprawę DNA i śmierć komórki, aby zapobiec przejściu uszkodzonych komórek przez cykl komórkowy.
Odkrycie
W 1993 Beach i współpracownicy początkowo zidentyfikowali Chk1 jako kinazę serynowo-treoninową, która reguluje przejście fazowe G2/M w drożdżach rozszczepionych. Wykazano, że konstytutywna ekspresja Chk1 w rozszczepionych drożdżach indukuje zatrzymanie cyklu komórkowego. Ten sam gen zwany Rad27 został zidentyfikowany w pączkujących drożdżach przez Carra i współpracowników. W 1997 roku homologi zostały zidentyfikowane w bardziej złożonych organizmach, w tym u muszki owocowej, człowieka i myszy. Dzięki tym odkryciom widać, że Chk1 jest wysoce konserwowana od drożdży do ludzi.
Struktura
Ludzka Chk1 jest zlokalizowana na chromosomie 11 na prążku cytogenicznym 11q22-23. Chk1 ma N-końcową domenę kinazy, region łącznikowy, regulatorową domenę SQ/TQ i C-końcową domenę. Chk1 zawiera cztery reszty Ser/Gln. Aktywacja Chk 1 następuje głównie poprzez fosforylację konserwatywnych miejsc Ser-317, Ser-345 i rzadziej Ser-366.
Funkcjonować
Kinazy kontrolne (Chks) to kinazy białkowe zaangażowane w kontrolę cyklu komórkowego. Zidentyfikowano dwa podtypy kinaz punktów kontrolnych, Chk1 i Chk2. Chk1 jest centralnym elementem ścieżek nadzoru genomu i kluczowym regulatorem cyklu komórkowego i przeżycia komórek. Chk1 jest wymagana do inicjacji punktów kontrolnych uszkodzeń DNA i ostatnio wykazano, że odgrywa rolę w normalnym (niezakłóconym) cyklu komórkowym. Chk1 wpływa na różne etapy cyklu komórkowego, w tym fazę S, przejście G2/M i fazę M.
Oprócz pośredniczenia w punktach kontrolnych cyklu komórkowego, Chk1 przyczynia się również do procesów naprawy DNA, transkrypcji genów, produkcji jaj, rozwoju zarodka, odpowiedzi komórkowych na zakażenie wirusem HIV i żywotności komórek somatycznych.
Faza S
Chk1 jest niezbędna do utrzymania integralności genomu. Chk1 monitoruje replikację DNA w niezaburzonych cyklach komórkowych i reaguje na stres genotoksyczny, jeśli jest obecny. Chk1 rozpoznaje niestabilność nici DNA podczas replikacji i może zatrzymać replikację DNA, aby dać czas mechanizmom naprawy DNA na przywrócenie genomu. Ostatnio wykazano, że Chk1 pośredniczy w mechanizmach naprawy DNA i robi to poprzez aktywację różnych czynników naprawczych. Ponadto Chk1 powiązano z trzema szczególnymi aspektami fazy S, która obejmuje regulację wyzwalania późnego początku, kontrolowanie procesu wydłużania i utrzymywanie stabilności widełek replikacyjnych DNA.
Przejście G2/M
W odpowiedzi na uszkodzenie DNA Chk1 jest ważnym przetwornikiem sygnału dla aktywacji punktu kontrolnego G2/M. Aktywacja Chk1 utrzymuje komórkę w fazie G2 aż do gotowości do wejścia w fazę mitotyczną. To opóźnienie daje czas na naprawę DNA lub śmierć komórki, jeśli uszkodzenie DNA jest nieodwracalne. Chk1 musi inaktywować, aby komórka mogła przejść z fazy G2 w mitozę, poziom ekspresji Chk1 jest zależny od białek regulatorowych.
Faza M
Chk1 pełni rolę regulacyjną w punkcie kontrolnym wrzeciona, jednak zależność jest mniej jasna w porównaniu z punktami kontrolnymi w innych stadiach cyklu komórkowego. Podczas tej fazy element aktywujący Chk1 ssDNA nie może zostać wygenerowany, co sugeruje alternatywną formę aktywacji. Badania nad komórkami chłoniaka kurczaka z niedoborem Chk1 wykazały zwiększony poziom niestabilności genomowej i brak zatrzymania się podczas fazy punktu kontrolnego wrzeciona w mitozie. Co więcej, haploinsufficient komórek nabłonka sutka ilustruje niewspółosiowe chromosomy i nieprawidłową segregację. Badania te sugerują, że niedobór Chk1 może prowadzić do defektów w punkcie kontrolnym wrzeciona, co prowadzi do nieprawidłowości mitotycznych.
Interakcje
Uszkodzenie DNA indukuje aktywację Chk1, co ułatwia inicjację odpowiedzi na uszkodzenie DNA (DDR) i punktów kontrolnych cyklu komórkowego. Odpowiedź na uszkodzenie DNA to sieć szlaków sygnałowych, które prowadzą do aktywacji punktów kontrolnych, naprawy DNA i apoptozy w celu zahamowania przechodzenia uszkodzonych komórek przez cykl komórkowy.
Aktywacja Chk1
Chk1 jest regulowana przez ATR poprzez fosforylację, tworząc szlak ATR-Chk1. Szlak ten rozpoznaje jednoniciowy DNA (ssDNA), który może być wynikiem uszkodzenia wywołanego przez promieniowanie UV, stresu replikacyjnego i usieciowania między nićmi. Często ssDNA może być wynikiem nieprawidłowej replikacji podczas fazy S poprzez rozłączenie enzymów replikacyjnych helikazy i polimerazy DNA. Te struktury ssDNA przyciągają ATR i ostatecznie aktywują szlak punktów kontrolnych.
Jednak aktywacja Chk1 nie zależy wyłącznie od ATR, często konieczne są białka pośrednie zaangażowane w replikację DNA. Białka regulatorowe, takie jak białko replikacji A, Claspin, Tim/Tipin, Rad 17, TopBP1 mogą być zaangażowane w ułatwianie aktywacji Chk1. W celu wywołania maksymalnej fosforylacji Chk1 zaangażowane są dodatkowe interakcje białkowe. Aktywacja Chk1 może być również niezależna od ATR poprzez interakcje z innymi kinazami białkowymi, takimi jak PKB/AKT, MAPKAPK i p90/RSK.
Wykazano również, że Chk1 jest aktywowana przez podjednostkę Scc1 kohezyny białkowej w zygotach.
Zatrzymanie cyklu komórkowego
Chk1 oddziałuje z wieloma dalszymi efektorami, indukując zatrzymanie cyklu komórkowego. W odpowiedzi na uszkodzenie DNA Chk1 fosforyluje głównie Cdc25, co powoduje jego proteasomalną degradację. Degradacja ma hamujący wpływ na tworzenie zależnych od cyklin kompleksów kinaz, które są kluczowymi czynnikami cyklu komórkowego. Poprzez celowanie w Cdc25, zatrzymanie cyklu komórkowego może nastąpić w wielu punktach czasowych, w tym w przejściu G1/S, fazie S i przejściu G2/M. Ponadto Chk1 może pośrednio celować w Cdc25 poprzez fosforylację Nek11.
Kinaza WEE1 i PLK1 są również celem Chk1 w celu wywołania zatrzymania cyklu komórkowego. Fosforylacja kinazy WEE1 hamuje cdk1, co powoduje zatrzymanie cyklu komórkowego w fazie G2.
Chk1 odgrywa rolę w punkcie kontrolnym wrzeciona podczas mitozy, a zatem oddziałuje z białkami składania wrzeciona, kinazą Aurora A i kinazą Aurora B.
Naprawa DNA
Ostatnio wykazano, że Chk1 pośredniczy w mechanizmach naprawy DNA i robi to poprzez aktywację czynników naprawczych, takich jak jądrowy antygen proliferacji komórki (PCNA), FANCE, Rad51 i TLK. Chk1 ułatwia stabilizację widełek replikacyjnych podczas replikacji i naprawy DNA, jednak konieczne są dalsze badania w celu zdefiniowania podstawowych interakcji.
Znaczenie kliniczne
Chk1 odgrywa kluczową rolę w koordynowaniu odpowiedzi na uszkodzenie DNA i dlatego jest obszarem dużego zainteresowania onkologii i rozwoju terapii przeciwnowotworowych. Początkowo uważano, że Chk1 działa jako supresor nowotworu ze względu na rolę regulacyjną, jaką pełni wśród komórek z uszkodzonym DNA. Jednak nie ma dowodów na homozygotyczną utratę funkcji mutantów Chk1 w ludzkich nowotworach. Zamiast tego wykazano, że Chk1 ulega nadekspresji w licznych nowotworach, w tym raku sutka, okrężnicy, wątroby, żołądka i nosogardzieli. Istnieje dodatnia korelacja z ekspresją Chk1 i stopniem złośliwości nowotworu oraz nawrotem choroby, co sugeruje, że Chk1 może promować wzrost nowotworu. Chk1 ma zasadnicze znaczenie dla przeżycia komórek, a dzięki wysokim poziomom ekspresji w nowotworach funkcja może indukować proliferację komórek nowotworowych. Ponadto, badanie wykazało, że ukierunkowanie na Chk1 reaktywuje hamującą nowotwór aktywność kompleksu białkowej fosftazy 2A (PP2A) w komórkach nowotworowych. Badania wykazały całkowitą utratę Chk1 hamuje chemicznie indukującą kancerogenezę, jednak haploinsufficiency Chk1 powoduje progresję nowotworu. Ze względu na możliwość udziału Chk1 w promocji nowotworu, kinaza i związane z nią cząsteczki sygnałowe mogą być potencjalnie skutecznymi celami terapeutycznymi. Terapie przeciwnowotworowe wykorzystują terapie uszkadzające DNA, takie jak chemioterapia i promieniowanie jonizujące, w celu zahamowania proliferacji komórek nowotworowych i wywołania zatrzymania cyklu komórkowego. Komórki nowotworowe o podwyższonych poziomach Chk1 uzyskują korzyści w zakresie przeżycia dzięki zdolności do tolerowania wyższego poziomu uszkodzeń DNA. Dlatego Chk1 może przyczyniać się do oporności na chemioterapię. W celu zoptymalizowania chemioterapii, Chk1 musi zostać zahamowana, aby zmniejszyć przewagę przeżywalności. Gen Chk1 można skutecznie wyciszyć przez knockdown siRNA w celu dalszej analizy opartej na niezależnej walidacji. Hamując Chk1, komórki nowotworowe tracą zdolność do naprawy uszkodzonego DNA, co umożliwia skuteczniejsze działanie środków chemioterapeutycznych. Połączenie terapii uszkadzających DNA, takich jak chemioterapia lub radioterapia, z hamowaniem Chk1 zwiększa celowaną śmierć komórek i zapewnia syntetyczną śmiertelność. Wiele nowotworów opiera się na zatrzymaniu cyklu komórkowego, w którym pośredniczy Chk1, zwłaszcza jeśli nowotwory mają niedobór p53. Około 50% raków posiada mutacje p53 ilustrujące zależność wielu raków od szlaku Chk1. Hamowanie Chk1 umożliwia selektywne ukierunkowanie na zmutowane komórki p53, ponieważ istnieje większe prawdopodobieństwo, że poziomy Chk1 będą wysoce wyrażane w komórkach nowotworowych z niedoborami p53. Chociaż ta metoda hamowania jest wysoce ukierunkowana, ostatnie badania wykazały, że Chk1 również odgrywa rolę w normalnym cyklu komórkowym. W związku z tym podczas opracowywania nowych terapii należy wziąć pod uwagę pozacelowe efekty i toksyczność związane z terapiami skojarzonymi z zastosowaniem inhibitorów Chk1.
W połączonym podejściu obliczeniowym zestaw własnych półsyntetycznych cząsteczek aminoarylobenzosuberenu na bazie roślin wybranych do analizy, spośród tych Bch10 uważanych za potencjalny inhibitor CHK1 w porównaniu z pięcioma najlepszymi współkrystalizowanymi inhibitorami na podstawie ich powinowactwa wiązania i profilu toksyczności .
Mejoza
Podczas mejozy u ludzi i myszy kinaza białkowa CHEK1 jest ważna dla integracji naprawy uszkodzeń DNA z zatrzymaniem cyklu komórkowego. CHEK1 ulega ekspresji w jądrach i stowarzyszone mejotycznych Kompleks Synaptonemalny PODCZAS zygonema i pachynema etapach. CHEK1 prawdopodobnie działa jako integrator sygnałów ATM i ATR i może być zaangażowany w monitorowanie rekombinacji mejotycznej . W oocytach myszy CHEK1 wydaje się być niezbędny do zatrzymania profazy I i funkcjonowania w punkcie kontrolnym G2/M .
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Giaccia AJ, Kastan MB (październik 1998). „Złożoność modulacji p53: pojawiające się wzorce z rozbieżnych sygnałów” . Geny i rozwój . 12 (19): 2973-83. doi : 10.1101/gad.12.19.2973 . PMID 9765199 .
- Kastan MB, Lim DS (grudzień 2000). „Wiele podłoży i funkcji ATM”. Recenzje przyrody. Molekularna biologia komórki . 1 (3): 179–86. doi : 10.1038/35043058 . PMID 11252893 . S2CID 10691352 .
- Chini CC, Chen J (2005). „Claspin, regulator Chk1 w szlaku stresu replikacji DNA”. Naprawa DNA . 3 (8–9): 1033–7. doi : 10.1016/j.dnarep.2004.03.001 . PMID 15279790 .
- Peng CY, Graves PR, Thoma RS, Wu Z, Shaw AS, Piwnica-Worms H (wrzesień 1997). „Kontrola punktu kontrolnego mitotycznego i G2: regulacja wiązania białka 14-3-3 przez fosforylację Cdc25C na serynie-216”. Nauka . 277 (5331): 1501-5. doi : 10.1126/science.277.5331.1501 . PMID 9278512 .
- Ouyang B, Li W, Pan H, Meadows J, Hoffmann I, Dai W (październik 1999). „Fizyczne połączenie i fosforylacja fosfatazy białkowej Cdc25C przez Prk” . Onkogen . 18 (44): 6029–36. doi : 10.1038/sj.onc.1202983 . PMID 10557092 .
- Kim ST, Lim DS, Canman CE, Kastan MB (grudzień 1999). „Specyficzność substratowa i identyfikacja domniemanych substratów członków rodziny kinaz ATM” . Czasopismo Chemii Biologicznej . 274 (53): 37538-43. doi : 10.1074/jbc.274.53.37538 . PMID 10608806 .
- Shieh SY, Ahn J, Tamai K, Taya Y, Prives C (luty 2000). „Ludzkie homologi kinaz punktów kontrolnych Chk1 i Cds1 (Chk2) fosforylują p53 w wielu miejscach indukowanych uszkodzeniami DNA” . Geny i rozwój . 14 (3): 289–300. PMC 316358 . PMID 10673501 .
- Graves PR, Yu L, Schwarz JK, Gales J, Sausville EA, O'Connor PM, Piwnica-Worms H (luty 2000). „Kinaza białkowa Chk1 i szlaki regulacyjne Cdc25C są celami środka przeciwnowotworowego UCN-01” . Czasopismo Chemii Biologicznej . 275 (8): 5600-5. doi : 10.1074/jbc.275.8.5600 . PMID 10681541 .
- Semba S, Ouyang H, Han SY, Kato Y, Horii A (kwiecień 2000). „Analiza potencjalnych genów docelowych pod kątem mutacji w niestabilnych mikrosatelitarnych nowotworach jelita grubego, żołądka i endometrium”. Międzynarodowy Czasopismo Onkologii . 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 (marzec 2000). „1.7 A struktura krystaliczna ludzkiego punktu kontrolnego cyklu komórkowego kinazy Chk1: implikacje dla regulacji Chk1” . Komórka . 100 (6): 681-92. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80704-7 . PMID 10761933 . S2CID 15626948 .
- Liu Q, Guntuku S, Cui XS, Matsuoka S, Cortez D, Tamai K, Luo G, Carattini-Rivera S, DeMayo F, Bradley A, Donehower LA, Elledge SJ (czerwiec 2000). „Chk1 jest niezbędną kinazą, która jest regulowana przez Atr i wymagana dla punktu kontrolnego uszkodzenia DNA G(2)/M” . Geny i rozwój . 14 (12): 1448–59. doi : 10.1101/gad.840500 . PMC 316686 . PMID 10859164 .
- Bulavin DV, Higashimoto Y, Popoff IJ, Gaarde WA, Basrur V, Potapova O, Appella E, Fornace AJ (maj 2001). „Rozpoczęcie punktu kontrolnego G2 / M po napromieniowaniu ultrafioletowym wymaga kinazy p38”. Natura . 411 (6833): 102-7. doi : 10.1038/35075107 . PMID 11333986 . S2CID 4410763 .
- Zhao H, Piwnica-Worms H (lipiec 2001). „Szlaki punktów kontrolnych, w których pośredniczy ATR, regulują fosforylację i aktywację ludzkiej Chk1” . Biologia molekularna i komórkowa . 21 (13): 4129–39. doi : 10.1128/MCB.21.13.4129-4139.2001 . PMC 87074 . PMID 11390642 .
- Feijoo C, Hall-Jackson C, Wu R, Jenkins D, Leitch J, Gilbert DM, Smythe C (wrzesień 2001). „Aktywacja ssaczej Chk1 podczas zatrzymania replikacji DNA: rola Chk1 w monitorowaniu punktu kontrolnego fazy S wypalania początku replikacji” . Czasopismo Biologii Komórki . 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 (listopad 2001). „Plk3 funkcjonalnie łączy uszkodzenie DNA z zatrzymaniem cyklu komórkowego i apoptozą przynajmniej częściowo poprzez szlak p53” . Czasopismo Chemii Biologicznej . 276 (46): 43305-12. doi : 10.1074/jbc.M106050200 . PMID 11551930 .
- Latonen L, Taya Y, Laiho M (październik 2001). „Promieniowanie UV indukuje zależną od dawki regulację odpowiedzi p53 i moduluje oddziaływanie p53-HDM2 w ludzkich fibroblastach” . Onkogen . 20 (46): 6784–93. doi : 10.1038/sj.onc.1204883 . PMID 11709713 .
Zewnętrzne linki
- Lokalizacja genomu ludzkiego CHEK1 i strona szczegółów genu CHEK1 w przeglądarce genomu UCSC .
