細胞分裂周期蛋白14B功能研究進展

劉嵐清，孟 峻(審校)

(1.內蒙古醫(yī)科大學研究生學院，內蒙古 呼和浩特 010059；2.內蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院檢驗科，內蒙古 呼和浩特 010050)

細胞分裂周期蛋白14B(cell division cycle 14B，CDC14B)屬于絲/蘇氨酸蛋白磷酸酶家族，L.HARTWELL于1970年在出芽酵母中首次發(fā)現(xiàn)CDC14并將其定義為一種促進細胞退出有絲分裂的調節(jié)因子[1]。在釀酒酵母和粟酒裂殖酵母中只發(fā)現(xiàn)了1種CDC14成員；在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)了2種CDC14成員，即CDC14A和 CDC14B，隨著對CDC14B研究深入，在人類細胞中又發(fā)現(xiàn)了CDC14C。通過對酵母、秀麗隱桿線蟲、人類、雞、非洲爪蟾和斑馬魚的一系列研究發(fā)現(xiàn)，CDC14具有重要的生物學功能。CDC14A可調節(jié)有絲分裂、胞質分裂、減數(shù)分裂、DNA修復和抑制轉錄，而CDC14B可調節(jié)G2期細胞DNA損傷反應檢查點、紡錘體穩(wěn)定性、中心體復制以及調控纖毛形成、調節(jié)有絲分裂、減數(shù)分裂、DNA損傷修復，甚至可以激活胚胎基因組，在致癌性方面表現(xiàn)尤為突出[2]。目前，CDC14B的生物學作用已成為研究熱點，故本文對CDC14B的功能做一綜述。

1 CDC14B蛋白結構及作用底物

CDC14B是一種高度保守且特殊的磷酸化酶，屬于蛋白質絲/蘇氨酸磷酸酶家族，其特殊之處在于有2個作用位點，既可以作用于靶蛋白絲氨酸，也可以作用于蘇氨酸使其脫磷酸化，從而調節(jié)靶蛋白的生物活性[3]。CDC14B磷酸酶的N端核心區(qū)是高度保守的，由350個氨基酸組成，但C端域是可變的，無論是從其長度或是序列保守性都可以看到這一變化。通過晶體結構分析，其核心區(qū)由A結構域和B結構域組成，A結構域對底物有特異性，為調節(jié)域；B結構域為催化結構域，包含蛋白酪氨酸磷酸酶(protein tyrosine phosphatase，PTP)模序。CDC14B的結構揭示了它是一個脯氨酸蛋白質磷酸酶。此外，脊椎動物的CDC14B還具有一個獨特的從N端延伸出來的序列，其功能是將CDC14B定位于核仁中，C端域包括核輸出序列，可控制CDC14B的出核[4]。研究表明，CDC14磷酸酶亞型在有絲分裂間期和有絲分裂期有不同的亞細胞定位，CDC14A在有絲分裂間期定位于中心體，在有絲分裂期又重新分配到細胞質[5]；CDC14B在有絲分裂間期主要分布于核仁中，而在有絲分裂前期和中期分散于整個細胞[6]。CDC14通過去磷酸化相關底物參與細胞周期進程，如CDC14A可使細胞分裂周期蛋白25(cell division cycle 25，CDC25)、煙酰胺腺嘌呤核苷酸依賴的脫乙酰酶2(NAD-dependent deacetylase sirtuin-2，SIRT2)、USP6氨基端樣蛋白R、p53、鐵調節(jié)蛋白和著絲粒中心蛋白脫磷酸化[7]；而CDC14B可使SIRT2、S期激酶相關蛋白2(S-phase kinase-associated protein 2，SKP2)、p53和細胞外調節(jié)蛋白激酶3(extracellular regulated protein kinases 3，ERK3)脫磷酸化；CDC14調節(jié)靶蛋白主要通過使靶蛋白的絲氨酸、蘇氨酸脫磷酸化發(fā)揮生理活性[8]。

2 CDC14B的生物學作用

2.1 CDC14B在有絲分裂中的作用CDC14最初在出芽酵母中發(fā)現(xiàn)，其作用相對比較特殊，研究表明，CDC14從細胞核到細胞質的釋放有2條通路，CDC14蛋白早后期釋放(fourteen early anaphase release，F(xiàn)EAR)通路作用于有絲分裂后期的較早時期，有絲分裂退出網(wǎng)絡(mitotic exit network，MEN)作用于有絲分裂后晚期，前者保證CDC14的釋放，后者促進有絲分裂及時退出[9]。人類基因組編碼2種人類細胞分裂周期蛋白14(human cell division cycle 14，HCDC14)，分別為HCDC14A和HCDC14B；后續(xù)又發(fā)現(xiàn)了HCDC14C，除了氨基端外，其他結構與HCDC14B相似，主要分布于腦和睪丸[10]。HCDC14B在有絲分裂間期定位于核仁中，其生物學功能主要包括調節(jié)有絲分裂的退出、核組織及有絲分裂紡錘體組裝、中心粒復制、G1期持續(xù)時間、G2期DNA損傷檢查點的效率[11]。有研究表明，CDC25可增加細胞成熟促進因子(meiosis or mitosis promoting factor，MPF)的活性，促進有絲分裂，促進G2/M期的過渡。MPF 由催化亞基細胞周期依賴性激酶1(cyclin dependent kinase 1，CDK1)和調節(jié)亞基細胞周期蛋白B(CyclinB)構成。HCDC14B依賴性調節(jié)CDC25和MPF活性，其與染色體正確分離和雙極紡錘體形成緊密相關，這是通過有絲分裂和維持基因組穩(wěn)定性所需的過程。HCDC14B在有絲分裂過程中起著重要的調節(jié)作用，HCDC14B過表達延遲了CDC25和CDK1的激活，并減緩了細胞進入有絲分裂的速度。沉默HCDC14B基因后不能使CDK1-Cyclin B及時失活，CDC25的去磷酸化也受到干擾，對有絲分裂進程產(chǎn)生嚴重的影響，導致多方面的缺陷，如有絲分裂中期/后期過渡阻滯，染色體形成滯后，紡錘體多極化和細胞出現(xiàn)雙核[12-14]。

2.2 CDC14B在減數(shù)分裂中的作用減數(shù)分裂是一種特殊的細胞分裂，卵母細胞減數(shù)分裂在這個過程中會有2次阻滯現(xiàn)象，第1次阻滯發(fā)生第1次減數(shù)分裂前期，接收到排卵信號后減數(shù)分裂恢復；第2次阻滯在減數(shù)分裂中期受精后完成分裂[15]。有研究表明，雌性哺乳動物卵母細胞通過其膜上的G蛋白偶聯(lián)受體激活腺苷酸環(huán)化酶，腺苷酸環(huán)化酶催化三磷腺苷生成環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)，之后cAMP作為第2信使激活蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)，促進MPF的催化亞基CDK1蛋白上的絲氨酸和酪氨酸磷酸化，從而使卵母細胞處于減數(shù)分裂阻滯狀態(tài)[16-17]。排卵前促黃體生成素通過降低cAMP等一系列反應而恢復減數(shù)分裂，在減數(shù)分裂中涉及許多調節(jié)機制，對小鼠卵母細胞的研究表明，過表達CDC14B可延遲卵母細胞減數(shù)分裂的恢復，下調CDC14B表達可引起減數(shù)分裂提前恢復[18]。在生發(fā)泡期CDC14B定位于細胞質，在生發(fā)泡破裂后、第1次減數(shù)分裂前期和第2次減數(shù)分裂中期CDC14B則定位于整個紡錘體[19]。CDC14B是小鼠卵母細胞恢復減數(shù)分裂的負性調控因子，這種負性調控是通過CDC14B激活細胞周期后期促進復合物(anaphase promoting complex，APC)的調節(jié)亞基上皮鈣黏蛋白(E-cadherin，CDH1)進而激活APC，CyclinB1通過泛素介導的水解酶降解，使CDK1的活性降低，卵母細胞停滯在第1次減數(shù)分裂前期。當減數(shù)分裂恢復時，CDK1使CDH1磷酸化而鈍化，CCNB1水平升高，CDK1被激活，從而形成一個正反饋環(huán)，調節(jié)小鼠卵母細胞成熟，促進卵母細胞第1次減數(shù)分裂向第2次減數(shù)分裂過渡[20-22]。

2.3 CDC14B在DNA損傷修復中的作用基因復制過程會受到內外環(huán)境如細胞代謝物、輻射及其他危險因素的影響，造成DNA損傷。如果DNA損傷不修復，會發(fā)生一些嚴重影響遺傳物質穩(wěn)定性的現(xiàn)象，如基因突變和染色體畸變[23]。DNA損傷反應作用于一系列蛋白激酶信號通路，作用的關鍵部位稱為DNA損傷檢查點，DNA損傷信號傳遞至DNA損傷檢查點進而可以激活DNA損傷修復機制[24]。通過對U2OS細胞的研究表明，HCDC14B可調節(jié)控制G2期DNA損傷檢查點。HCDC14B從核仁轉移到核質去磷酸化CDH1，CDH1是APC相連的亞單位，其去磷酸化可以穩(wěn)定銜接蛋白Claspin，為后續(xù)有效激活細胞周期檢測點激酶1(checkpoint kinase 1，Chk1)及DNA修復做好準備[25-26]。HCDC14B-CDH1-Chk1軸調控G2期DNA損傷檢查點，為了應對G2期的DNA損傷，防止受損的DNA轉化為可遺傳的突變，真核生物細胞必須及時檢查DNA損傷點并進行DNA損傷修復[27]。有研究發(fā)現(xiàn)，缺乏CDC14B的細胞修復內源性和外源性DNA損傷的能力降低，導致組蛋白γ-H2AX增加，γ-H2AX 是一種雙鏈斷裂(double strand break，DSB)標志物，對輻射高度敏感[28]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，CDC14B并不是直接去磷酸化γ-H2AX修復DNA損傷，而是通過作用于修復DSB的酶而修復DNA損傷[29]。LIN等[30]研究發(fā)現(xiàn)，CDC14B缺乏損害了2種主要的DSB修復途徑，分別是同源重組和非同源末端連接，CDH1是DSB修復過程中CDC14B的下游靶標。

2.4 CDC14B在纖毛形成中的作用CDC14B在不同物種細胞周期中的作用不同，其在脊椎動物中有特殊作用。為了解脊椎動物中CDC14B的功能，CLEMENT等[31]克隆了斑馬魚CDC14B基因，使用反義嗎啉代寡核苷酸和插入突變抑制CDC14B在早期發(fā)展中的功能，發(fā)現(xiàn)CDC14B缺乏會導致斑馬魚一系列表型發(fā)生改變，包括腦積水、身體畸形、腎囊腫、纖毛缺陷、纖毛變短等；在斑馬魚中CDC14B獨立于成纖維細胞生長因子而調節(jié)纖毛長度。

2.5 CDC14B在腫瘤形成中的作用CDC14B有助于DNA損傷修復，保證基因遺傳的穩(wěn)定性。而腫瘤是基因的異常表達，從這一方面來說CDC14B是腫瘤抑制因子[32]。但近年來研究發(fā)現(xiàn)，在重癥聯(lián)合免疫缺陷小鼠中注射過表達的CDC14B，小鼠體內能夠形成腫瘤。CHIESA等[33]也觀察到在正常小鼠成纖維細胞中過表達CDC14B，纖維組織原細胞的細胞骨架蛋白會受到破壞，繼而細胞發(fā)生惡變，表明CDC14B具有致癌性。進一步研究發(fā)現(xiàn)，CDC14B與癌基因HRasv12以相似的作用方式發(fā)揮其致癌性，主要效應途徑是誘導激活有絲分裂原活化蛋白激酶信號通路。SIRT2是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴的脫乙酰酶，其使細胞微管蛋白脫乙?；瘡亩{節(jié)細胞運動。而CDC14B可以使SIRT2去磷酸化，SIRT2水平下降[34]。在過表達CDC14B的纖維組織原細胞中缺乏微管，這可能是SIRT2表達水平變化引起的。有研究者在成纖維細胞中過表達CDC14B，發(fā)現(xiàn)SIRT2水平無明顯降低，乙?；⒐芩揭矡o明顯變化，說明SIRT2能夠調節(jié)細胞運動，但并不是CDC14B致癌的主要靶分子[35]。KIM等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在腎透明細胞癌的癌細胞中CDC14B表達下調，CDC14B在腎透明細胞癌初發(fā)時對腫瘤分期有影響。SUN等[37]研究發(fā)現(xiàn)，CDC14B在喉癌組織中的表達高于周圍正常組織，miR-1225在人喉癌組織中表達量下降，提示miR-1225對喉癌細胞有抑制作用；miR-1225通過減少CDC14B來調節(jié)喉癌細胞的活性，其主要作用位點是CDC14B 3′端非翻譯區(qū)。GALEANO等[38]研究證實，在Ⅳ級星形細胞瘤或多形性膠質母細胞瘤中，CDC14B表達量與正常腦組織相比顯著降低；其作用機制為腺苷脫氨酶介導CDC14B前mRNA的編輯，繼而增加CDC14B表達量，之后CDC14B作用于Skp2/p21/p27途徑，進而抑制腫瘤細胞生長。OCZKO-WOJCIECHOWSKA等[39]采用表達譜芯片和實時熒光定量聚合酶鏈反應檢測了不同類型甲狀腺髓樣癌癌組織中CDC14B mRNA表達量，結果發(fā)現(xiàn)，惡性程度越高、侵襲性越強的甲狀腺髓樣癌組織中 CDC14B mRNA表達水平越低。綜上說明，CDC14B與腫瘤發(fā)生密切相關，但是其表達量高低與致癌作用并不完全一致，需要后續(xù)針對不同類型腫瘤進行更多的研究來探討其具體機制。目前，在Ras信號轉導通路中，CDC14B致癌的靶分子還不清楚[40]，只有探究其內在機制，才能研究出更好的腫瘤診斷和治療方法。

3 總結與展望

CDC14B在細胞周期中具有重要作用，是細胞周期的重要調控因子，其參與不同的細胞信號途徑，調節(jié)細胞的生長、增殖、凋亡及腫瘤的形成，但具體調控機制尚不明確。深入了解CDC14B在細胞周期調控中的機制將為人類體外輔助生殖技術提供可靠的理論支持，深入研究CDC14B在腫瘤中的作用機制將有可能為腫瘤治療提供一個新的靶點。