驅(qū)動(dòng)蛋白分子KIF18A的結(jié)構(gòu)與功能研究進(jìn)展

朱長(zhǎng)軍 ，周之春

（1.天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，天津 300387；2.天津師范大學(xué)分子細(xì)胞系統(tǒng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387；3.天津師范大學(xué)天津市動(dòng)植物抗性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

細(xì)胞分裂是生命個(gè)體存活、生長(zhǎng)以及物種繁衍的基礎(chǔ)，是母細(xì)胞分裂成子細(xì)胞的過(guò)程.有絲分裂是最主要的真核細(xì)胞分裂方式.有絲分裂過(guò)程中，紡錘體微管的精準(zhǔn)調(diào)控、微管與動(dòng)粒的附著（KT-MT attachment）是染色體整列（chromosome alignment）和中板集合的核心[1-2].細(xì)胞在有絲分裂前中期（prometaphase），高度動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定的動(dòng)粒微管能夠有效捕獲染色體[3]，牽引著染色體向赤道板聚集整列.有絲分裂中期，動(dòng)粒微管協(xié)助染色體整齊地排列在紡錘體中間區(qū)域（亦稱(chēng)染色體中板集合），紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)（spindle assembly checkpoint，SAC）嚴(yán)格監(jiān)控染色體的中板集合過(guò)程.有絲分裂后期，SAC失活，姐妹染色單體彼此分離并移向紡錘體兩極，最終進(jìn)入2個(gè)子細(xì)胞中.

驅(qū)動(dòng)蛋白分子是以微管為軌道的馬達(dá)蛋白，在細(xì)胞器遷移、組織器官發(fā)育、信號(hào)傳導(dǎo)、有絲分裂、減數(shù)分裂等過(guò)程中發(fā)揮了重要作用.驅(qū)動(dòng)蛋白kinesin-8家族的多種微管結(jié)合蛋白（microtubule-associated protein，MAP）通過(guò)影響微管的聚合和解聚行使著調(diào)控微管動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性的功能.KIF18A是kinesin-8家族的一員，能夠以微管為軌道向正極運(yùn)動(dòng)，傾向于結(jié)合較長(zhǎng)的微管，其活性具有長(zhǎng)度依賴(lài)性并影響著紡錘體的長(zhǎng)度，可保障姐妹染色體整列的及時(shí)順利完成[4-6].本文就KIF18A的蛋白結(jié)構(gòu)、細(xì)胞內(nèi)定位及其在有絲分裂過(guò)程中的調(diào)控作用等加以綜述.

1 KIF18A基因和蛋白分子的結(jié)構(gòu)與功能

1.1 KIF18A基因及其蛋白結(jié)構(gòu)

2005年，Luboshits等[7]在人的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)文庫(kù)中克隆出了MS-KIF18A，它在人體的睪丸和氣管中均有表達(dá).該基因?qū)儆趉inesin-8家族，定位于人類(lèi)染色體11p14，包含17個(gè)外顯子，基因全長(zhǎng)約87.57kb，開(kāi)放閱讀框（open reading frame，ORF）2 697 bp，編碼898個(gè)氨基酸，蛋白相對(duì)分子質(zhì)量約為102×103.MSKIF18A的蛋白分子功能域如圖1所示.

圖1 KIF18A蛋白分子的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)Fig.1 Structure and movement of KIF18A protein

MS-KIF18A的功能域包括：N端球形的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域（motor domain），位于氨基酸序列N9到N363，其中ATP結(jié)合催化結(jié)構(gòu)域?yàn)镹333~N340，微管結(jié)合位點(diǎn)結(jié)構(gòu)域?yàn)镹304~N308，賦予其靶向微管正極的運(yùn)動(dòng)能力及類(lèi)似微管解聚酶的活性；中央卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域（helical coiled-coil domain），位于氨基酸序列N375到N463，主要由α-螺旋形成同源二聚體；C端扇形的尾部結(jié)構(gòu)域（tail domain），位于氨基酸序列N464到N898，具有微管結(jié)合位點(diǎn)，可調(diào)控KIF18A蛋白功能，使其能夠穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)到微管正極末端并聚集[8-9]，同時(shí)也含有多個(gè)蛋白激酶作用的保守序列.在N端和桿狀區(qū)之間有一段Neck鉸鏈區(qū)域，位于氨基酸序列N364到N374，與驅(qū)動(dòng)蛋白13家族的微管解聚酶結(jié)構(gòu)域序列一致，Neck鉸鏈的長(zhǎng)度保障了KIF18A在微管上的運(yùn)動(dòng)和穿過(guò)微管結(jié)合蛋白障礙物的能力[10].KIF18A蛋白以二聚體形式在微管上向微管正極末端運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞周期依賴(lài)性激酶1（CDK1）可對(duì)其674和684位點(diǎn)的絲氨酸進(jìn)行磷酸化修飾.

KIF18A蛋白在多個(gè)物種中均有表達(dá).應(yīng)用TCOFFEE和MEGA7.0軟件對(duì)不同種屬間的KIF18A蛋白進(jìn)行序列比對(duì)和進(jìn)化樹(shù)分析，結(jié)果分別如圖2和圖3所示.由圖2和圖3可以看出，Kif18A蛋白家族的分子結(jié)構(gòu)在不同物種中非常保守，特別是該蛋白分子的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域.這些現(xiàn)象預(yù)示該蛋白分子在生命進(jìn)化過(guò)程中調(diào)控細(xì)胞的基本生命活動(dòng)：一方面，該蛋白分子的功能與生命進(jìn)化過(guò)程中細(xì)胞的基本功能密切相關(guān)；另一方面，該蛋白分子在不同物種中的功能應(yīng)該非常相似，具有保守性.因此，人們可以使用多種模式生物，如酵母、果蠅、非州瓜蟾等研究KIF18A蛋白分子的功能及其應(yīng)用，還可以應(yīng)用小鼠等動(dòng)物模型為以Kif18A蛋白為靶點(diǎn)的藥物開(kāi)發(fā)提供前期實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).

1.2 KIF18A基因的轉(zhuǎn)錄

KIF18A與雌激素受體ERɑ在體外和體內(nèi)均可結(jié)合，雌激素水平較高的細(xì)胞中KIF18A在mRNA水平和蛋白水平上都有所增加.KIF18A基因的轉(zhuǎn)錄可通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子雌激素受體ERα被雌激素激活，受雌激素正調(diào)節(jié)[11-13].應(yīng)用染色質(zhì)免疫沉淀實(shí)驗(yàn)和熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄因子ERα和c-Jun均可以結(jié)合并活化KIF18A基因的啟動(dòng)子，如圖4所示，ERα是負(fù)責(zé)KIF18A基因轉(zhuǎn)錄的主要轉(zhuǎn)錄因子[11].KIF18A的啟動(dòng)子區(qū)有多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，在ERɑ缺失細(xì)胞中是否存在其他轉(zhuǎn)錄因子與KIF18A啟動(dòng)子結(jié)合調(diào)控KIF18A基因的轉(zhuǎn)錄，還有待深入研究.

1.3 KIF18A蛋白分子的細(xì)胞內(nèi)定位

KIF18A是細(xì)胞周期特定時(shí)期的表達(dá)蛋白[4]：G1期細(xì)胞內(nèi)KIF18A的表達(dá)極低，G2/M期KIF18A表達(dá)明顯提高.在間期細(xì)胞（interphase）中，由于C端存在核定位序列，因此KIF18A主要位于細(xì)胞核內(nèi)且與微管正極結(jié)合蛋白（End-Binding 1，EB1）共定位，即定位于微管正極末端.在有絲分裂前中期和中期細(xì)胞中，KIF18A主要定位在微管正極末端和動(dòng)粒外板間，也可在紡錘體微管和星體微管檢測(cè)到KIF18A染色.后期和末期細(xì)胞中，KIF18A蛋白轉(zhuǎn)移至紡錘體中央?yún)^(qū)（spindle midzone）和中小體（midbody），少量定位在紡錘體和星體微管正極末端[14].KIF18A蛋白分子的馬達(dá)區(qū)和尾區(qū)均有微管結(jié)合的功能區(qū)，尾區(qū)含核定位序列.馬達(dá)區(qū)和桿狀區(qū)共同作用才能使該蛋白在有絲分裂末期定位于中體.KIF18A蛋白分子在細(xì)胞內(nèi)的定位還可能受蛋白翻譯后修飾如磷酸化修飾等的調(diào)控.

圖2 不同物種間KIF18A蛋白分子序列的比對(duì)Fig.2 Sequence alignment of KIF18A proteins among different species

圖3 KIF18A蛋白家族在不同物種中的進(jìn)化分析Fig.3 Evolutionary analysis of KIF18A protein family in different species

圖4 KIF18A和雌激素受體ERα相互結(jié)合激活KIF18A基因的轉(zhuǎn)錄Fig.4 Interaction between KIF18A and ERα（estrogen receptor）and activativation on the transcription of KIF18A gene

1.4 KIF18A蛋白分子的功能

1.4.1 KIF18A的運(yùn)動(dòng)功能（motor activity）

KIF18A的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域位于N端，在C端存在微管結(jié)合位點(diǎn).KIF18A的運(yùn)動(dòng)以微管為軌道，體外微管滑動(dòng)實(shí)驗(yàn)（microtubule-gliding assay）結(jié)果發(fā)現(xiàn)，全長(zhǎng)KIF18A可向微管正極運(yùn)動(dòng)[4，15]，這表明KIF18A與其在果蠅和酵母中的直系同源物（Klp67A和Kip3）一樣，均為靶向微管正極運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)蛋白[6].細(xì)胞中的KIF18A抗體免疫熒光染色結(jié)果表明：在有絲分裂早期，內(nèi)源性KIF18A與動(dòng)粒外板蛋白Hec1共定位；中期，外源GFPKIF18A與動(dòng)粒（CREST）共定位.GFP-KIF18A-MD突變體（MD，motor dead，馬達(dá)結(jié)構(gòu)域突變失去馬達(dá)活性）的免疫熒光染色結(jié)果顯示，GFP-KIF18A-MD沿紡錘體微管彌散分布，不與動(dòng)粒共定位，這說(shuō)明KIF18A依賴(lài)其N(xiāo)端的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域在微管上向正極滑動(dòng)并最終定位到動(dòng)粒微管末端[5].

1.4.2 KIF18A的微管解聚酶活性（depolymerase activity）

KIF18A在酵母中的直系同系物kinesin-8家族成員kip3能夠以長(zhǎng)度依賴(lài)方式發(fā)揮微管解聚酶的活性[6].在人的HeLa細(xì)胞中，應(yīng)用小分子RNA干擾KIF18A的表達(dá)后細(xì)胞內(nèi)微管的穩(wěn)定性明顯升高，抑制了冷誘導(dǎo)的微管解聚[4].純化的KIF18A蛋白在體外實(shí)驗(yàn)中能夠以ATP依賴(lài)的方式直接解聚微管，且對(duì)長(zhǎng)微管的解聚能力明顯高于短微管[4].關(guān)于KIF18A的微管解聚酶活性尚有爭(zhēng)議.Du等[15]報(bào)道KIF18A是通過(guò)抑制微管蛋白在正極的聚合從而抑制微管伸長(zhǎng)，并非直接解聚微管.在微管動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性中，KIF18A并不影響災(zāi)變（catastrophe）的頻率，但會(huì)使修復(fù)（rescue）的頻率增加，進(jìn)而使得整體的停滯時(shí)間延長(zhǎng).因此KIF18A可能通過(guò)兩種方式抑制微管正極的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性：解聚微管或阻止新的微管蛋白組裝[16].

2 KIF18A的生物學(xué)作用及其調(diào)控機(jī)制

2.1 KIF18A在有絲分裂中的作用

KIF18A利用N端含有的ATP結(jié)合位點(diǎn)，依靠水解ATP供能在微管上運(yùn)動(dòng)并運(yùn)送與其C端結(jié)合的貨物.通過(guò)與定位在生長(zhǎng)微管正極末端的EB1蛋白進(jìn)行共定位研究，確定KIF18A是一個(gè)正極朝向的驅(qū)動(dòng)蛋白[17].KIF18A在細(xì)胞周期中的表達(dá)具有特異性，在G1期表達(dá)較低，在G2/M期表達(dá)量升高[4]，這表明KIF18A主要在細(xì)胞有絲分裂期發(fā)揮功能.如圖5所示，KIF18A可促進(jìn)染色體排列到赤道板上，為后續(xù)姐妹染色單體的精確分離做準(zhǔn)備，保證細(xì)胞有絲分裂的正常進(jìn)行[4-5，17-20].

圖5 KIF18A在有絲分裂早期促進(jìn)姐妹染色體的中板集合Fig.5 KIF18A promotes congression of sister chromosomes in early mitosis

抑制細(xì)胞內(nèi)KIF18A的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致姐妹染色單體移動(dòng)速率加快，動(dòng)粒振幅（oscillation amplitude）增大，染色體轉(zhuǎn)向頻率（switch rate）降低，同時(shí)動(dòng)粒內(nèi)部間距（inter-kinetochore distance，IKD）增大，張力降低，紡錘體變形（拉長(zhǎng)形成香蕉形紡錘體）[4].細(xì)胞轉(zhuǎn)染過(guò)表達(dá)GFP-KIF18A融合蛋白后的染色結(jié)果顯示紡錘體縮短，動(dòng)粒內(nèi)部間距變小，染色體振幅降低，染色體震動(dòng)頻率降低[6].這些現(xiàn)象說(shuō)明KIF18A可降低染色體的振動(dòng)頻率，縮短動(dòng)粒振幅，促進(jìn)染色體轉(zhuǎn)向，抑制紡錘體延伸，降低紡錘體的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，而這些作用都依賴(lài)于KIF18A蛋白具有的馬達(dá)活性.

有絲分裂后期細(xì)胞中單個(gè)核的形成也需要KIF18A發(fā)揮正常功能.Fonseca等[21]發(fā)現(xiàn)，依賴(lài)KIF18A的中期染色體排列使染色體到達(dá)極的距離相等，KIF18A缺失細(xì)胞中的落后染色體在后期移動(dòng)距離則較長(zhǎng).KIF18A缺失會(huì)導(dǎo)致間期細(xì)胞核組織缺陷，后期核形態(tài)異常，末期核纖層蛋白分布失常，p53依賴(lài)性檢驗(yàn)點(diǎn)則能夠抑制形成微核的KIF18A缺陷細(xì)胞進(jìn)行分裂[21].

利用KIF18A的小分子化合物抑制劑BTB-1處理細(xì)胞時(shí)，也可觀察到“香蕉狀”紡錘體，因此認(rèn)為KIF18A對(duì)于紡錘體形態(tài)的維持具有重要作用[22].抑制KIF18A的表達(dá)或功能可將細(xì)胞阻滯于有絲分裂早期，并激活細(xì)胞有絲分裂紡錘體檢驗(yàn)點(diǎn).在缺失KIF18A的細(xì)胞中，對(duì)Mad2的染色定位表明，染色體未正確連接微管時(shí)SAC檢驗(yàn)點(diǎn)會(huì)被激活.Zhu等[17]、Janssen等[23]研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞缺失KIF18A會(huì)導(dǎo)致微管與動(dòng)粒正常連接處動(dòng)粒之間的張力異常，從而激活有絲分裂紡錘體檢驗(yàn)點(diǎn)，進(jìn)而影響細(xì)胞的有絲分裂進(jìn)程.

2.2 KIF18A對(duì)精子發(fā)育的作用

KIF18A對(duì)于細(xì)胞分裂過(guò)程中正常的染色體分離是必不可少的.Liu等[24]研究發(fā)現(xiàn)，KIF18A功能缺失會(huì)引起微管動(dòng)力學(xué)、紡錘體完整性和檢驗(yàn)點(diǎn)激活的嚴(yán)重缺陷，從而導(dǎo)致小鼠發(fā)生性細(xì)胞再生障礙.敲除KIF18A基因表達(dá)可導(dǎo)致雄性小鼠完全不育，但雌性小鼠沒(méi)有受到影響.組織學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果顯示，KIF18A-/-小鼠的睪丸生精小管發(fā)育嚴(yán)重受損，從而導(dǎo)致小鼠睪丸萎縮，在有絲分裂和減數(shù)分裂過(guò)程中造成染色體重組缺陷.進(jìn)一步研究表明，KIF18A基因沉默會(huì)導(dǎo)致CENP-E和BubR1降解并伴隨著姐妹染色單體的過(guò)早分離.這說(shuō)明KIF18A與BubR1和CENP-E能夠在生理上相互作用并在有絲分裂過(guò)程中被調(diào)節(jié).

Czechanski等[20]研究發(fā)現(xiàn)，生殖細(xì)胞缺陷 2（gcd2）突變小鼠在胚胎發(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)生殖細(xì)胞缺失從而導(dǎo)致不育，這是KIF18A的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域中R308K的錯(cuò)意突變?cè)斐傻慕Y(jié)果.KIF18A缺失會(huì)導(dǎo)致染色體排列缺陷，體細(xì)胞還可進(jìn)行有絲分裂，而生殖細(xì)胞則會(huì)發(fā)生有絲分裂停滯和凋亡，這表明KIF18A是生殖細(xì)胞中細(xì)胞周期進(jìn)展所必需的基因之一.

2.3 KIF18A生物學(xué)作用的調(diào)控機(jī)制

2.3.1 蛋白結(jié)構(gòu)功能域?qū)IF18A功能的調(diào)控

KIF18A在有絲分裂間期主要定位于細(xì)胞核內(nèi)，有絲分裂期沿紡錘體微管運(yùn)動(dòng)到動(dòng)粒微管正極末端與動(dòng)粒外板之間.Stumpff等[25]對(duì)野生型KIF18A進(jìn)行截短突變實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)僅N端結(jié)構(gòu)域截短的突變體沿紡錘體微管分布，不能與動(dòng)粒共定位；僅C端結(jié)構(gòu)域截短的突變體可穩(wěn)定結(jié)合微管，并能定位在細(xì)胞核內(nèi).兩種截短突變體都失去了調(diào)控紡錘體長(zhǎng)度和染色體中板集合的功能，說(shuō)明KIF18A的N端和C端均具有微管結(jié)合區(qū)，并且KIF18A在動(dòng)粒的準(zhǔn)確定位是其功能發(fā)揮的必要條件[8-9，25].KIF18A的N端截短突變（aa1-406）在體外的運(yùn)動(dòng)速率是全長(zhǎng)野生型KIF18A的2.5倍，C端尾部截短則可減緩KIF18A的移動(dòng)速率.進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，C端尾部可通過(guò)靜電作用與微管結(jié)合，抑制KIF18A從微管解離，但KIF18A向微管正極運(yùn)動(dòng)以及對(duì)于微管動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性的調(diào)控仍然依賴(lài)N端[9，25].此外，Kim等[26]應(yīng)用KIF18A尾部結(jié)構(gòu)域與其他驅(qū)動(dòng)蛋白（KIF4A、KIF5B）的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域構(gòu)建融合蛋白發(fā)現(xiàn)，KIF18A在微管正極末端的定位及其對(duì)微管長(zhǎng)度的調(diào)控不僅依賴(lài)尾部結(jié)構(gòu)域，其馬達(dá)區(qū)的Loop2結(jié)構(gòu)也發(fā)揮了關(guān)鍵作用.總之，KIF18A的功能發(fā)揮需要它的正確定位和分子馬達(dá)的活性，而其恰當(dāng)定位又依賴(lài)于C端尾部與微管的結(jié)合以及N端馬達(dá)結(jié)構(gòu)域的運(yùn)動(dòng)功能.2.3.2 蛋白翻譯后修飾對(duì)KIF18A功能的調(diào)控

KIF18A功能的發(fā)揮也受到翻譯后修飾的調(diào)控.細(xì)胞周期依賴(lài)激酶 1（cyclin-dependent kinase-1，CDK1）能夠催化KIF18A的Ser674與Ser684位點(diǎn)發(fā)生磷酸化.CDK1對(duì)KIF18A進(jìn)行磷酸化后，動(dòng)粒的振幅增加，這與敲除KIF18A的結(jié)果相似.細(xì)胞中轉(zhuǎn)入外源模擬磷酸化KIF18A后，磷酸化狀態(tài)的KIF18A無(wú)法運(yùn)動(dòng)到動(dòng)粒微管末端并聚集，而是定位在微管網(wǎng)架上，因此磷酸化作用很可能會(huì)使KIF18A無(wú)法定位到微管末端，從而無(wú)法發(fā)揮降低微管動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性的功能，使得動(dòng)粒振幅增大.H?fner等[27]通過(guò)活細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，KIF18A的CDK1磷酸化修飾并不會(huì)影響姐妹染色單體的中板集合（congression）時(shí)間，但延遲了中板變?。╰hin metaphase plate，tMP）的時(shí)間，推測(cè)是 CDK1的磷酸化修飾影響了KIF18A的運(yùn)動(dòng)能力，進(jìn)而影響了形成tMP的時(shí)間.De Wever等[28]發(fā)現(xiàn)蛋白磷酸化酶（PP1，protein phosphatase-1）可以特異性地結(jié)合并去磷酸化KIF18A，與蛋白激酶CDK1的作用相互拮抗，二者可共同調(diào)控KIF18A促進(jìn)染色體整列和中板集合的活性.除CDK1外，KIF18A還與許多有絲分裂蛋白激酶具有共定位，如Aurora A、Aurora B、PLK1、Mad2 和MSP10等，這些蛋白激酶是否也參與磷酸化修飾并調(diào)節(jié)KIF18A的定位和功能尚不清楚.

KIF18A是細(xì)胞G2/M期特異性表達(dá)的蛋白分子，這預(yù)示著它在有絲分裂后期極有可能發(fā)生蛋白分子降解.Yang等[29]研究發(fā)現(xiàn)，KIF18A可被SUMO2共價(jià)修飾，雖然該修飾不影響KIF18A的蛋白穩(wěn)定性和胞內(nèi)定位，但非SUMO2化突變體會(huì)引起細(xì)胞周期阻滯，使得細(xì)胞無(wú)法離開(kāi)有絲分裂期.KIF18A還是APC/C（the anaphase promotingcomplex/cyclosome）-Cdc20 的底物，如圖6所示，APC/C可以結(jié)合KIF18A的C端LR結(jié)構(gòu)域（在453~653之間），在有絲分裂后期促使KIF18A降解[30].這些結(jié)果顯示，KIF18A的蛋白降解對(duì)于細(xì)胞有絲分裂與胞質(zhì)分裂的順利進(jìn)行和完成至關(guān)重要.

圖6 KIF18A在有絲分裂后期被降解Fig.6 Degradation of KIF18A at anaphase in late mitosis

2.3.3 生物大分子對(duì)KIF18A功能的調(diào)控

Ye等[31]研究發(fā)現(xiàn)，KIF18A可與多種蛋白分子相互作用，這對(duì)于KIF18A及其結(jié)合蛋白功能的正常發(fā)揮非常重要.如肝癌上調(diào)蛋白（hepatoma upregulated protein，HURP）可與KIF18A直接結(jié)合，促進(jìn)KIF18A蛋白翻轉(zhuǎn)（turnover），抑制KIF18A向微管正極運(yùn)動(dòng)的能力，從而增加微管的穩(wěn)定性.Huang等[32]的免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有絲分裂期的細(xì)胞中，KIF18A能夠與微管正極結(jié)合馬達(dá)蛋白CENP-E和有絲分裂檢驗(yàn)點(diǎn)蛋白BubR1結(jié)合，同時(shí)KIF18A能夠提高CENP-E蛋白的穩(wěn)定性，促進(jìn)CENP-E在動(dòng)粒處的定位，穩(wěn)定動(dòng)粒微管與染色體的結(jié)合.如圖7所示，微管結(jié)合蛋白KBP也可以結(jié)合KIF18A并抑制其活性.KBP能夠阻止KIF18A和KIF15的催化結(jié)構(gòu)域與微管晶格相互作用，從而阻斷它們的活性.中期細(xì)胞中KBP過(guò)表達(dá)會(huì)抑制染色體的正常排列，降低紡錘體的長(zhǎng)度，破壞紡錘體的雙極性，這些作用與KIF18A和KIF15的功能抑制是一致的.Malaby等[33]通過(guò)研究KBP過(guò)表達(dá)對(duì)KIF18A和KIF15定位的影響，也證實(shí)了KBP會(huì)干擾馬達(dá)蛋白之間的相互作用.

圖7 微管結(jié)合蛋白KBP與KIF18A相互作用并抑制KIF18A功能Fig.7 Microtubule binding protein KBP binds KIF18A and inhibits its function in early mitosis

Manning等[34]使用siRNA干涉細(xì)胞內(nèi)源KIF18A后抑制了Astrin（aster-associated protein）在動(dòng)粒處的定位，說(shuō)明KIF18A可能在一定程度上通過(guò)促進(jìn)Astrin在動(dòng)粒的定位穩(wěn)定KT-MT附著，進(jìn)而調(diào)控染色體的中板集合[34].KIF18A還與Kid（kinesin-10家族蛋白）共同促進(jìn)了染色體在赤道面的定位，而KIF4（kinesin-4家族蛋白）則與Kid一起協(xié)助染色體的整列[35].

HEST（kinesin-14家族蛋白）是一種調(diào)控紡錘體微管交聯(lián)與滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)蛋白.Weaver等[8]研究發(fā)現(xiàn)，干涉HEST會(huì)造成紡錘體縮短，同時(shí)干涉HEST與KIF18A則可以恢復(fù)由于KIF18A沉默引起的紡錘體異常延伸，這說(shuō)明具有類(lèi)似于解聚酶活性的KIF18A和具有滑動(dòng)活性的微管結(jié)合蛋白HEST協(xié)作，可共同調(diào)控紡錘體微管的長(zhǎng)度.

另外，KIF18A還參與調(diào)節(jié)Sirt2介導(dǎo)的微管蛋白的乙酰化.Tang等[36]研究發(fā)現(xiàn)，敲除KIF18A后卵母細(xì)胞減數(shù)分裂過(guò)程中乙酰化酶Sirt2的表達(dá)降低，乙?；⒐艿鞍姿缴?，最終導(dǎo)致紡錘體組織缺陷.微管蛋白K40R mRNA可誘導(dǎo)微管蛋白去乙酰化，保護(hù)卵母細(xì)胞免受KIF18A下調(diào)的影響，使得卵母細(xì)胞的紡錘體形態(tài)恢復(fù)正常.

3 KIF18A與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系

KIF18A蛋白在多種腫瘤中均有高表達(dá)，包括肝細(xì)胞癌[37]、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（Glioblastoma，GBM）[38]、乳腺癌[17]、肺癌[19]、膽管癌（CCA，cholangiocarcinoma）[39]、卵巢癌[40]、滑膜肉瘤（SynSa，Synovial sarcoma）[41]、橫紋肌肉瘤（RMS，Rha-bdomyosarcoma）[42]、前列腺癌[43]等，這預(yù)示著KIF18A與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，可成為多種腫瘤分子診斷和治療的靶標(biāo).

KIF18A的表達(dá)與臨床大腸癌發(fā)展有關(guān).結(jié)腸癌是一種常見(jiàn)的實(shí)體癌，近年來(lái)全球發(fā)病率逐年增加[44-45].目前結(jié)腸癌治療的難點(diǎn)是預(yù)后，25%的結(jié)腸癌初發(fā)病人都有復(fù)發(fā)[46]，復(fù)發(fā)后25%的病人出現(xiàn)轉(zhuǎn)移[43，47].Nagahara等[48]對(duì)113例初期CRS手術(shù)病人進(jìn)行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)這些病人中的KIF18A均明顯高表達(dá)，并與腫瘤分期、淋巴和血管遷移、淋巴轉(zhuǎn)移、組織浸潤(rùn)相關(guān)，說(shuō)明KIF18A與結(jié)腸癌的進(jìn)展有關(guān).Zhu等[49]、Zhong等[50]研究發(fā)現(xiàn)，KIF18A能夠誘導(dǎo)Akt磷酸化，小鼠中敲除KIF18A可明顯促進(jìn)細(xì)胞凋亡，推測(cè)KIF18A能通過(guò)激活PI3K-Akt信號(hào)通路促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展.

KIF18A在人乳腺癌細(xì)胞中也高表達(dá)，且其過(guò)表達(dá)與乳腺腫瘤的分級(jí)、遷移和預(yù)后有關(guān).Zhu等[17]、Alfarsi等[51]對(duì)乳腺癌細(xì)胞進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)KIF18A會(huì)導(dǎo)致多核細(xì)胞的產(chǎn)生，低表達(dá)在體內(nèi)外則均能大幅度減弱細(xì)胞增生能力，這是通過(guò)KIF18A在微管末端穩(wěn)定微管以及PI3K-Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的失活而誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡.Zhong等[50]、Li[52]等研究發(fā)現(xiàn)，肺腺癌中KIF18A在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平均上調(diào)，KIF18A的異常表達(dá)與臨床病理惡性程度相關(guān).在肺腺癌中能夠觀察到KIF18基因突變，其表達(dá)也受DNA拷貝數(shù)的調(diào)控，KIF18A基因敲除能夠抑制肺腺癌細(xì)胞的體內(nèi)和體外增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和G2/M期阻滯.與KIF18A同時(shí)高表達(dá)的基因都集中在細(xì)胞周期信號(hào)通路中，因此深入研究KIF18A在肺腺癌中的作用機(jī)制具有重要臨床意義.

4 結(jié)論與展望

KIF18A是一個(gè)以微管為軌道向微管正極末端運(yùn)動(dòng)的分子馬達(dá)蛋白，通過(guò)影響微管末端動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性調(diào)控染色體的中板集合，在有絲分裂期發(fā)揮功能.在有絲分裂后期，該蛋白被泛素化降解，保證有絲分裂過(guò)程中染色體的精確分離，促使有絲分裂及胞質(zhì)分裂的順利完成.有絲分裂早期，KIF18A在靠近動(dòng)粒的微管正極末端定位是其功能發(fā)揮的必要條件，定位不僅依賴(lài)其N(xiāo)端的馬達(dá)活性，具有微管結(jié)合能力的尾部結(jié)構(gòu)域也起到關(guān)鍵作用.KIF18A還受到可逆的蛋白磷酸化/去磷酸化修飾，但該蛋白翻譯后修飾如何調(diào)控KIF18A的功能尚缺乏系統(tǒng)研究.ERɑ可與KIF18A結(jié)合并促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄，但KIF18A是否還受其他轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控仍不清楚，因此KIF18A的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制研究尚待深入.在減數(shù)分裂過(guò)程中，缺少KIF18A的細(xì)胞將不能完成減數(shù)分裂，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致雄性動(dòng)物精子形成障礙和睪丸發(fā)育不良.在針對(duì)多種腫瘤的研究中都發(fā)現(xiàn)KIF18A與腫瘤的遷移、發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后等有關(guān)，但其影響腫瘤遷移的機(jī)制尚不明確.鑒于KIF18A在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的重要作用，以KIF18A為分子靶點(diǎn)探討多種腫瘤的早期診斷和有效治療將為不同腫瘤的診療提供新的思路和策略.