一組有前途的蛋白質-細胞周期標記物
日期：2023-12-07 08:51:53
大多數真核細胞依賴內部時鐘來維持其生存；它們按照一系列順序事件進行，被稱為細胞周期。細胞周期使多細胞生物能夠生長和分裂，單細胞生物能夠繁殖。然而，正常細胞周期調控的異常常常導致不適當的細胞分裂，最終引發疾病，甚至導致癌變。因此，細胞周期標記物的研究近年來越來越受到關注。
在這篇文章中，我們將從五個方面介紹細胞周期標記物，包括細胞周期本身，細胞周期標記物的定義，細胞周期標記物及其功能，與細胞周期標記物相關的產品，以及細胞周期標記物在腫瘤中的應用。
1. 什么是細胞周期？
細胞周期是不斷增殖的細胞從一次分裂完成到下一次分裂結束所經歷的整個過程。它涵蓋了一系列高度有序和調控的事件，導致真核細胞的繁殖。在形態上，它被分為間期和有絲分裂（M期）。間期包括第一生長（G1）、DNA合成（S）和第二生長（G2）階段。
G1期是一個調控期，在此期間一系列事件決定細胞是繼續分裂還是退出細胞周期（進入靜止（G0）期）。在G1晚期，細胞開始合成進入S期所需的mRNA、蛋白質和酶。在S期，DNA完成復制，染色體在著絲粒處連接兩個姐妹染色單體。G2期是細胞分裂的最后準備階段。中心粒已經復制，形成兩個中心體。還合成了RNA和微管蛋白。M期包括染色體分離、核分裂和細胞分裂。產生了兩個遺傳相同的子細胞。對M期的嚴格控制對于成功完成姐妹染色單體分離和細胞分裂至關重要。
2. 什么是細胞周期標記物？
在完整的細胞周期內，細胞周期素依賴性激酶（CDK）通過細胞周期素的激活，磷酸化相關蛋白質，導致其他蛋白質的激活和降解，從而實現一個細胞周期中不同階段之間的正確過渡。在特定細胞周期階段激活或降解的蛋白質被稱為細胞周期標記物。它們可以評估細胞周期的進展和細胞周期階段的分布。
3. 細胞周期標記物家族成員及其功能
細胞周期標記物負責調控和維持真核細胞的細胞周期。它們包括E2F轉錄因子、細胞周期素依賴性激酶（CDKs）、細胞周期素、微染色體維持（MCM）蛋白、增殖細胞核抗原（PCNA）、細胞分裂周期25（Cdc25）蛋白和Geminin。Cyclin D-Cdk4/Cdk6在G1早期調控事件；cyclin E-Cdk2觸發S期；MCM蛋白對啟動DNA復制至關重要；cyclin A-Cdk2和cyclin A-Cdk1調節S期的完成；所有三個Cdc25蛋白在有絲分裂期間發揮作用；Cdk1-cyclin B負責有絲分裂。
圖. 細胞周期各階段的細胞周期標記物
G1到S期
在哺乳動物細胞中，口袋蛋白視網膜母細胞（RB）蛋白、p107和p130與E2F轉錄因子結合，從而在早期G1期抑制轉錄。E2F1、E2F2和E2F3在G1期與RB結合 [1]。E2F4和E2F5在靜止期（G0期）與p130結合，而在G1期與p107和p130結合。E2F6、E2F7和E2F8的抑制作用與口袋蛋白無關。當細胞轉向S期時，E2F6累積并與目標啟動子結合，抑制轉錄。
有絲分裂原刺激Erk依賴性激活基因調節蛋白Myc，增加了基因表達，包括Cyclin D、SCF亞基基因和E2F基因。Cyclin D對G1/S細胞周期轉換至關重要。Cyclin D1與Cdk4或Cdk6形成復合物，導致Rb磷酸化。上調SCF亞基基因的轉錄促進CKI蛋白p27的降解，從而增加cyclin E-Cdk2的活性 [2]。磷酸化的RB變得不活躍，導致E2F蛋白的解離，從而誘導參與G1-S轉變的基因表達，包括c-Myc、cyclin D1、cyclin A、cyclin E、p21、Cdk2、Cdc2、PNCA和Cdc25C。RB在M期之前保持不活躍，直到被pp1型磷酸酶去磷酸化。Cyclin E-Cdk2和cyclin A/Cdk2磷酸化RB，強化正反饋環。在G1晚期，Cdc25A表達高度增加，激活cyclin D/Cdk4/6和cyclin E/Cdk2，加速G1/S轉變 [3]。
微小染色體維持（MCM）是最早在酵母中發現的高度保守的蛋白質家族。MCM蛋白是必需的DNA復制因子，在真核細胞的一個細胞周期內僅啟動一次DNA復制 [2]。在早期G1期，DNA復制許可因子細胞分裂周期6（Cdc6）和染色質許可和DNA復制因子1（Cdt1）通過ORC（ORC1-6）被招募到復制起始點，然后將MCM2-7六聚體裝載到染色質上，形成“許可”（L）預復制復合物（pre-RC） [2] [4] [5]。Geminin是DNA許可抑制因子，是從G1期向S期轉變的初始信號。在S期的初始階段，Geminin開始在細胞核中積累。隨著細胞周期的推進，Geminin通過與Cdt1結合干擾預-RC的穩定性，并防止MCM加載到染色體上，從而導致DNA復制啟動終止。它在G2期積累并在M期達到峰值，在解旋酶活性復雜（APC）活性在解相期間增強時，誘導了Geminin基因的“破壞盒”突變，然后在下一個G1期之前降解。在G1晚期，MCM復合物的解旋酶活性由Cdc45/MCM2-7/GINS復合物激活。在S期，激活的MCM復合物在起始點解開雙鏈DNA，招募DNA聚合酶（Polε和Polδ），并啟動DNA合成。在S期，cyclin A/Cdk2活性 [5]。
增殖細胞核抗原（PCNA）對DNA復制和修復至關重要。作為DNA pol δ/?的輔因子，它在DNA合成和Okazaki片段成熟中發揮作用。它在晚期G1期誘導表達，S期達到峰值，此后減少。PCNA廣泛用作S期的標記物 [6] [7]。
在高等真核細胞中存在三種Cdc25磷酸酶：Cdc25A、Cdc25B和Cdc25C。Cdc25A主要功能是調節G1/S轉變 [8]。Cdc25B作為有絲分裂的起始者，Cdc25C協助通過去磷酸化cyclin B/Cdk1促使細胞進入有絲分裂 [3] [9] [10]。
S到G2期
Cyclin A2調節S/G2轉變，還參與有絲分裂的進入 [11]。它在S、G2和早期M期存在。Cyclin A2-Cdk2在G2期發揮了啟動有絲分裂激酶PLK1激活的作用。在G2晚期，Cyclin A2-Cdk1和Cyclin B-Cdk1可以通過磷酸化Bora進一步增加PLK1的活性，最終導致對M期的承諾，并保護Bora免受SCF依賴性降解 [12] [13]。
G2到M期
G2到M期的進展是增殖細胞生命周期中最顯著的形態和生理變化。Cyclin B/Cdk1復合物對G2到M期的轉變至關重要。在哺乳動物中有三個亞型：B1、B2和B3。中心體相關的檢查點激酶1（CHK1）磷酸化Cdc25B，引發cyclin B/Cdk1活性，并調節G2-M轉變中的中心絲微管核化 [9]。Cdc25A通過去磷酸化Cdk4、Cdk6以及Cdk2和Cdk1，更廣泛地協助G1/S和G2/M進程。
在哺乳動物中有三個亞型的Cyclin B：B1、B2和B3。Cyclin B1與Cdk1形成M期促進因子（MPF）復合物，其表達在G2晚期達到峰值。Cdc25C刺激cyclin B1/Cdk1活性，促進G2/M轉變 [9]。Cyclin B1在有絲分裂中期迅速降解并消失。與此同時，細胞退出M期并進入下一個細胞周期。Cyclin B2-Cdk1在間期與高爾基體結合，可能在有絲分裂期間發揮高爾基體解體的作用。
Aurora A/B和PLK1在S期積累，并在G2/M期達到峰值，然后在有絲分裂結束時迅速降解 [14]。
組蛋白H3是Aurora激酶的底物，僅在有絲分裂期磷酸化絲氨酸10位。隨著細胞周期的推進，H3S10PH在中期達到峰值，并延伸到染色體的所有部分。當細胞有絲分裂進入解相期和末相期時，H3S10PH將出現在紡錘體的中央部分，直到有絲分裂結束和H3S10PH的去磷酸化發生。這意味著H3S10PH在整個M期持續存在，并在M期的染色體聚合和分離中起重要作用。由于H3S10PH與細胞周期的G2晚期到M期顯著相關，因此在一些針對腫瘤細胞有絲分裂期的研究中，它已被用作M期的特異性標記物。
4. 細胞周期標記物在腫瘤中的應用
細胞周期是一個嚴密調控的過程，影響著所有真核細胞的生長、發育和復制。細胞周期的失調與許多疾病，特別是癌癥有關。正常細胞中的癌變變化可能來自異常的DNA復制和DNA修復機制。因此，一些細胞周期標記物在腫瘤的診斷和預后評估中具有重要的應用前景。
由于MCM蛋白在增殖細胞的基因組復制中起重要作用，其功能的失調會導致染色體缺陷，可能有助于腫瘤發生。G1到S轉換的準確進行對于真核細胞的增殖至關重要。G1進展的失調在癌癥中經常發生。MCM3是DNA復制起始的不可或缺的因子，在確保每個細胞周期只啟動一次精確DNA復制方面發揮重要作用。MCM5的高表達在多種人類腫瘤中發現，如宮頸癌、皮膚癌和胰腺癌。
Cyclin A和E可能是人類癌癥診斷和預后的標記物。Cyclin A1是高度在急性髓系白血病和睪丸癌中表達的組織特異性細胞周期蛋白。Cyclin A2與細胞增殖相關，可以作為增殖標記物的分子診斷。此外，Cyclin A2表達與多種類型的癌癥相關的不良預后。Cyclin E的高水平在許多類型的癌癥中發現。Cyclin E的過度表達不僅與增殖有關，而且與更惡性的表型相關，可能與誘導染色體不穩定性有關。當發現高Cyclin E水平時，這些生物學功能與不良預后相關。Cyclin E和不良預后之間的聯系在乳腺癌和肺癌中得到了充分證實，但可能也會在其他癌癥中觀察到 [16]。
Cdc25A過表達在多種癌細胞系中頻繁報道，與惡性和癌癥患者的不良預后密切相關 [8]。
5. 細胞周期標記物相關產品
越來越多的研究關注細胞周期標記物，因為它們在腫瘤進展和預后評估中具有重要作用。對細胞周期標記物相關產品的需求也在增加。CUSABIO一直致力于為廣大學者和科研機構提供高質量的科研產品。以下是與細胞周期標記物相關的產品列表。
| 細胞周期標記物 | 產品 |
|---|---|
| E2F轉錄因子 | E2F1 |
| E2F2 | |
| E2F3 | |
| E2F4 | |
| E2F5 | |
| E2F6 | |
| E2F7 | |
| E2F8 | |
| 細胞周期蛋白 | cyclin A1 |
| cyclin A2 | |
| cyclin B1 | |
| cyclin B2 | |
| cyclin B3 | |
| cyclin D1 | |
| cyclin D2 | |
| cyclin D3 | |
| cyclin E1 | |
| cyclin E2 | |
| cyclin E | |
| 蛋白激酶 | Cdk1 |
| Cdk2 | |
| Cdk4 | |
| Cdk6 | |
| PLK1 | PLK1 |
| 細胞周期標記物 | 產品 |
|---|---|
| MCM | MCM2 |
| MCM3 | |
| MCM4 | |
| MCM5 | |
| MCM6 | |
| MCM7 | |
| MCM10 | |
| Cdc25 | Cdc25A |
| Cdc25B | |
| Cdc25C | |
| ORC | ORC1 |
| ORC2 | |
| ORC3 | |
| ORC4 | |
| ORC5 | |
| ORC6 | |
| Cdc6 | Cdc6 |
| Cdc45 | Cdc45 |
| Cdt1 | Cdt1 |
| Geminin | Geminin |
| PCNA | PCNA |
| Aurora A | Aurora A |
| Aurora B | Aurora B |
| H3S10PH | H3S10PH |
參考文獻：
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