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泸州医学院学报 l28 2014年 第37卷 第l期 Journal of Luzhou Medical College Vo1.37 No.1 2014 极光激酶在肿瘤中的作用研究进展 彭诗韵综述,熊霞审校 (泸州1医学院附属医院皮肤科,四川泸州646000) 中图分类号R73.3 文献标识码A doi:10.3969/j.issn.1000—2669.2014.01.032 Aurora激酶都表现出相似的催化结构域l11。Aurora—A激酶具 有一高度保守的c末端催化结构域,其内包含了一个N段p 链结构域和一个c端0【螺旋结构域[zl。Aurora—A的c端催 化结构域还有一个保守的氨基酸序列D—BOX,N端则包含3 肿瘤(tum0r)是机体在各种致癌因素作用下,局部组织的 某一个细胞在基因水平上失去了对其生长的正常调控,导致 其克隆性的异常增生而形成的异常病变。医学中一般将肿瘤 分为良性和恶性两大类,而肿瘤的发生发展过程就是机体正 常的细胞在各种致癌因素的协同作用下引起DNA的损害, 从而导致原癌基因激活、肿瘤抑制基因失活、凋亡通路紊乱 等各种复杂的机制引起细胞发生恶性转化。极光激酶(Aurora kinases)是近几年来研究较多的一种有丝分裂蛋白激酶,是有 丝分裂过程中蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶家族的一个亚家族, 包括了Aurora—A、Aurora—B、Aurora-C 3种类型,在细胞的有 个Aurora—ABOX.二者共同参与了Aurora—A的降解。 Aurora—B的编码基因定位于染色体的17p13.1,人类恶性肿 瘤在该区域通常不出现扩增,虽然在基因水平没有出现明显 的扩增.但是Aurora—B的mRNA和蛋白水平在肿瘤中频繁 发现增高,虽然Aurora—B尚未被确立为一个标准的原癌基 因,但早期的研究人员通过研究中国仓鼠胚胎细胞,发现 Aurora—B的外源性高表达,提示了在肿瘤的发生过程中 丝分裂过程中发挥了重要作用。近年来的研究已经发现 Aurora激酶在人类肿瘤组织中呈现出特异性高表达.现对其 与人类肿瘤的相关性研究进展做一综述。 1细胞周期 Aurora—B发挥了重要作用。Aurora—C又名AIK3,其编码基 因定位于染色体10q13,作为过客蛋白仅在哺乳动物中表达A。 2.2 Aurora激酶在人体组织的表达分布情况 Aurora激酶属于核蛋白质,但是3种类型的极光激酶却 细胞周期是一组有序发生的事件,母细胞最终生长并分 裂成两个子细胞,其标志就是遗传物质确切的分为两半。染 有着不同的亚细胞定位,Aurora—A从着丝点开始复制到有丝 分裂结束的时间定位于中心体H。Bischot ̄3j等人运用Aurora— A抗体通过间接免疫荧光法(indirect immunofluorescence)发 色体DNA的复制是在s期(DNA合成期)。G 期为有丝分裂 和DNA复制之间的间隔期,G 期为DNA复制完成到有丝 分裂的间隔期。有丝分裂分为5个不同的阶段(前期、前中 期、中期、后期、末期),有丝分裂结束后便形成了来源于同一 母细胞的两个子细胞。总之,有丝分裂的前期于G 期至有丝 现了Aurora—A的具体定位.Aurora—A在有丝分裂前期主要 定位于中心体,中期则位于纺锤体的两极附近,后期和末期 则位于极微管,并通过Northen印记杂交(Norrthern blot)证实 了Aurora—A在胸腺、睾丸、胎儿旰脏表达,在骨髓、淋巴结、 分裂之间的过渡期开始,染色体的缩合和拆卸尤为重要:前 中期及中期,染色体着丝粒微管附件以及染色体组件在细胞 脾呈低表达。Aurora—B作为一种染色体过客蛋白,在前期和 中期定位于内着丝粒,后期定位于纺锤体中区微管,继而在细 胞分裂的过程中定位于中间体。通过Northen rblot发现 Aurora-B在胸腺、胎儿肝脏呈高表达。Aurora—C从有丝分裂 后期开始至细胞分裂完成都定位于中心体,主要表达于睾丸 组织。 中心形成中期板;后期,姐妹染色单体移动到相反的一极;末 期,出现了染色体的再凝集以及遗传物质的核包裹再次形 成。正是由于在有丝分裂各期染色体严格按照细胞周期的顺 序发生相应的改变,才保证了母细胞能够尽可能精确的分裂 为两个子细胞。 3 Aurora激酶的功能 2 Aurora激酶的生物学特性 Aurora激酶在有丝分裂过程中发挥重要作用。Aurora—A 2.1 Aurora激酶基因及其分子结构 主要参与有丝分裂的启动,中心粒对的分离,双极纺锤体精确 Aurora-A的编码基因定位于染色体的20q 13.2。其全长 cDNA包含了1209kb的开放阅读框,其中有9个外显子编 码了由403个氨基酸组成的丝氨酸和苏氨酸激酶,其相对分 子质量为46 KD,恶性肿瘤常在该区域出现扩增。所有的 作者简介:彭诗韵(1986一),男,硕士生 组装,中期染色体对齐以及细胞分裂的完成 ,Aurora—A的活 性与中心体密切相关。中心体复制过程中,Aurora—A在双极 纺锤体的组装,成熟方面起到了重要作用,最近已经有研究详 细描述了Aurora—A在促进核被膜破裂过程中的作用 .而且 Tsunematsu等发现Aurora-A—geminin—Cdt 1轴对于正常的 DNA复制是一个非常重要的调节器 。Aurora—B是染色体过 E—mail:470398584@qq.com
第1期彭诗韵等:极光激酶在肿瘤中的作用研究进展 客蛋白复合物的主要组成成分之一,是一种功能性的有丝分 裂结构,参与染色体双向拉伸,调节着丝粒微管的合成及细 胞分裂过程。Aurora—B能分解姐妹染色单体中的错误附件, 同时在染色体被双向拉伸时也参与了着丝粒微管附件的释 放匍。最近的研究发现Aurora—B在染色体的分离过程以及后 期的微管动力学方面与Aurora—A存在着协同作用 。 Aurora-C则在有丝分裂过程中展现出了与Aurora-B相类似 的功能,因此认为其在有丝分裂中的作用同样重要,最近已 有研究证明Aurora—c能够完善Aurora—B的功能,作为染色 体过客蛋白共定位于Aurora-B和存活素(survivin),并能够 抢救由无效的Aurora—B诱导形成的多倍体㈣。 4 Aurora激酶活性的调节 4.1 Aurora-A 从对无脊椎动物的研究中发现,磷酸化和去磷酸化是调 节Aurora—A活性的2种主要机制。通常情况下,Aurora激酶 发生磷酸化之后才具有活性,已经确定的3个磷酸化位点分 别是丝氨酸一53(Ser一53),苏氨酸-295(Thr-295),丝氨酸一 349(Ser-349),而突变的Thr一295和Ser一349可降低 Aurora—A的活性甚至引起其失活,特别是Thr-295的磷酸化 对于Aurora—A的激活是必需的,而且一种蛋白激酶(PKA) 能发生磷酸化(Thr一295)并在体外激活Aur0ra—A。Ser-53的 突变中断了CDH1基因介导的降解,说明了磷酸化参与了 Aurora—A降解的调节。蛋白磷酸酶1(proteinphosphatasePP1) 可通过去磷酸化Aurora—A激酶C端催化结构域内的苏氨酸 残基Thr288.从而实现对Aurora-A的负调控。Eyem_11】等通 过对非洲瓜蟾卯进行纯化,分离出一种Aurora-A的激动因 子——TPX2(targetting protein for xenopus kinesin—fike protein) 表明该因子可能通过促进Aurora-A自动磷酸化使其活化,而 1Kobe ̄D等研究发现细胞周期素依赖激酶(CDK1)的激活对 于Aurora—A功能的正常发挥同样具有重要作用旧,此外Tsai 等旧研究显示,TPX 2是通过阻止PP 1对Aurora—A进行去 磷酸化,从而间接促进Aurom—A的磷酸化和活化。 4.2 Aurora-B 已有研究证明.RNA干扰细胞周期检测点激酶CHK1 能够在体外使Aurora—B磷酸化,从而加强该激酶的活性 , 但是最为人们熟知的Aurora—B的活性调节物质当属 Survivin和染色体降解蛋白(INCENP)。Survivin能与 Aurora—B的催化结构域结合,增强激酶活性。Survivin同时还 参与了Aurora—B在有丝分裂过程中不同位置的定位。Honda 等人描述了通过c一末端区域的INCENP激活Aurora—B的 过程㈣。Aurora—B被激活后与INCENP结合,导致了 INCENP保守序列的磷酸化。这些事件对于Aurora-B/ INCENP复合物的充分激活起到了关键作用。Cdh 1和cdc 20参与了Aurora—B的降解,同时要求具有完整的定位于前 65个氨基酸内的KEN框及A框。 4.3 Aurom—C Aurora--C与AuIora—B同样通过c端区域受 ̄qINCENP的 调节,并且能够完善Aurora-B的功能,与INCENP共同表 129 达,在有丝分裂间期引起组蛋白H 3磷酸化,然而Aurora—c 的活性调节机制并不完全清楚,有学者预测其降解与APC一 泛素一蛋白酶体途径有关。 5 Aurora激酶与肿瘤 Aurora激酶在有丝分裂过程中发挥了重要作用,同时它 们如果发生异常的高表达将导致细胞发生癌变。在人体的许 多组织,Aurora激酶的过度表达会导致遗传的不稳定(非整倍 体形成),而这正是形成肿瘤的原因。DNA含量可能在有丝分 裂时期出现分配的缺陷,包括中心体复制,中心体分离,细胞 分裂和染色体双向拉伸错误。Aurora激酶均参与了上述过程。 所以,这很有可能说明了Aurora激酶的异常表达导致了非整 倍体的形成。因此.Aurora激酶已经被列为了真正的原癌基 因。 5.1 Aur0ra—A Aurora—A曾经被命名为乳腺肿瘤活性激酶(breast tumor activatedkinase,BTKA)。因为其mRaNA被发现在乳房肿瘤中 呈现过度表达.同时在乳房肿瘤细胞转化过程中起到了关键 作用。Miyoshi等 通过re ̄fime PCR对浸润性乳腺导管癌进 行研究,证实了乳腺癌的病理分级水平、雌激素受体(EK)、孕 激素受体(PR)与mRNA的水平有明显相关性,且病理分级 越高,mRNA水平越高。近年来多项研究提示Aurora—A的 mRNA及蛋白水平在卵巢癌、前列腺癌、口腔鳞状细胞癌等 均出现高表达『17_ 。在胃癌组织中通过RT-PCR证实51%的 病例中(18/35)mKNA表达增高。张建等 采用免疫组化法通 过检测Aurora—A在胶质瘤中的表达情况发现其可能在胶质 瘤的发生发展过程中起作用,并提示其高表达可作为胶质瘤 恶性程度判定的新指标。Zhang等_21】发现过度表达的Aurora— A可能会导致喉鳞状细胞癌的发生发展,其原因可能归咎于 肿瘤侵袭能力增强及染色体不稳定。 5.2 Aurora-B Aurora—B的异常表达同样可导致肿瘤形成.因为在有丝 分裂过程中,Aurora激酶参与了许多过程。Katayama等通过 对手术切除的结肠肿瘤标本进行原位杂交、No.henblot及 westenrblot实验发现了Aurora—B的高表达回。此外,在口腔 癌症 以及非小细胞肺癌 均发现了Aurora-B的过度表达。 5.3 Aurom—C 对Aurora—C的研究已经发现在某些肿瘤细胞系,比如 肝癌细胞株HepG2及HUH7、人乳腺癌细胞株MDA-MB一 453、宫颈癌细胞株HeLa均发现了Aurora-C的高表达,然而 其与肿瘤发生进程的关系尚不明确 。 6结语 在有丝分裂过程中.染色体复制及细胞分裂至关重要,为 了确保细胞周期过程的正常进行,各式各样的蛋白质对细胞 周期的每个关键点进行着有序的调节。然而这些蛋白质如果 在细胞周期调控的基因突变或者出现表达异常,均可能导致 肿瘤的发生。在进化过程中高度保守的Aurora激酶对于有丝 分裂调控的重要性日趋明显,参与了有丝分裂过程各种各样
l3O 的事件.Aurora激酶常被发现在人类肿瘤中出现高表达,导致 了基因组的不稳定,因此它们与肿瘤关系密切。近年来, Aurora激酶在抗肿瘤药物的研究中成为了一个有趣的靶点, 随着以后对Aurora激酶结构及功能研究的深入,也许会对抗 肿瘤药物的研发起到重要作用。 参 考 文 献 1. Bolanos Garcla M.Aarora KinaseⅡ】.IntJ Biochem.&Cell Biol,2004,37:1572 ̄1577. 2. Cheetam GM,Knegtel KM,Coll JT,et oi.Crystal Structure ofaurora一2,an oncogenic serine/threonine kinase JBiolChem,2000;277:42419~42422. 3. BischoffJR,Anderson L,ZhuY,et o1.A Homologue ofdro— sophila aurora kinase is oncogenic and ampliifed in human colorectal cancersU1.EMBOJ.1998,17:3052~65. 4. Carmena M,Eamshaw WC.The Cellular Geography of aurora kinases[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2003,4:842~54. 5. Marumoto T,Honda S,T Hara.et a1.Aurora-A Kinase Maintains the Fidelity of Early and Late Mitotic events in HeLa Cells[J].Biol Chem,2003;278:51786 ̄95. 6.Portier N,Audbya A,RA Green et a1.A microtubule— independent role for centrosomes and Aurora A in nuclear envelope breakdownUj.Dev Cell,2007,12:515~529. 7.Takaaki T,Yoshihiro T,Ishimam N.et a1.Aurora—A controls pre——replicative complex assembly and DNA replication by stabilizing geminin in mitosis[J1.Nature Communicati-ons 4.2013.Article Number:1885. 8. Knowlton AL,Lan W,Stukenberg P.Aurora B is enriched at merotelic a ̄achment sites,where it regulated MCAK[J].Curr Biol,2006,16:1705-10. 9. Nadia Hegarat,Ewan Smith,G Navak.et n2.Aurora A and Aurora B jointly coordinate chromosome segregation and anaphase microtubule dynamics u1.Cell Biol,201 1, December26;195(7):1103 ̄1113. 1 0. Li X.Sakashita G.Matsuzaki H.Direct association with inner centromere protein(INCENP)activates the novel chrom— osomal passenger protein,Aurora—C[11.Biol Chem,2004, 279:47201~1 1. 1 1. Eyem PA,Mailer JL.regulaitng the Regulators:Aurora—A activaiton and imtosisU1.Cel Cycle,2003,2(4):287~289. 12.Robem D,Van Hom S chu,et o1.Cdkl activity is required for imtotic activation of aurora A during G2/M transiiton of human cells U].Biological Chenmistry,2010,285,21849~ 泸州医学院学报 2014年 第37卷 第1期 Journal of Luzhou Medical College Vo1.37 No.1 2014 21857. Tsai MY,Wiese C,Cao K,et .A Ran signalling pathway mediated by the mitotic kinase Aurora A in spindle assembly U1.NatCellBiol,2003,5(3):242 ̄248. 14 Zachos G,Black E,M Wacker,et o1.Chkl is required for spindle checkF,oint fucntion[J1.Cell,2007,12:247~60. 15 Honda R,Komer R,et a1.INCENP and survivin in mitosis Molbiol[J].Cell,2003,14:3325~41. 16 Miyoshi Y,1wao K,Egawa C,et a1.Association of centros~ omal kinase STK1 5/BTAK mKNA expression with chrom — osomal instability in human breast cancers U】.Int J Cancer, 2001,92(3):370~373. Do TV,Xiao F,Bickel LE,et a1.Aurora kinase A mediates epithelial ovarian cancer cell migration and adhesion U1. Oncogene,2013,doi:10.1038/onc.2012.632. 朱安峰.前列腺癌组织中原癌基因Aurora—A的表达变 化.U J.中国实用医学,2012,07(27):60. 19 Tanaka H,Nakashiro K,et .Targeting Aurora kinase A suppresses the growth ofhuman oral squamous cell carcinoma celsinvitro andinvivo卟OralOncol,2013,49(6):551— 559. 张健,石松生.STK15基因在神经胶质瘤中的表达 ChinJ Clin Neurosurg,2006,11(9):538~540. Hao Zhang,Xuehua Chen,Y Jin,et a1.Overexpression of Aurora——A promotes laryngeal cancer progression by enha—— ncing invasive ability and chromosomal instabiliyt U】.Eu— ropean Archives of Oto—Rhino—Laryngology,201 2,269 (2):607~614. 22 Katayama H,Ota T,Jisaki F,et o1.Mitotic kinase expression and colorectalcancerprogression U】 NailCancerInst,1999, 91:1160 ̄1162. Guangying Q,Ikuko O,Yasusei K,et o1.Aurora—B overe— xpression and its correlation with cell proliferation and metasatsis in oral cancer[J].Springer,2007,450:297~302. Smith SL,Bowers NL,Betticher DC.Overexpression of aurora B kinase(AURKB)in primary non—smallcell lung carcinoma is frequent,generally driven from one allele,and correlates with the level of geneitc instabiliyt[J1.British Journal ofCancer,2005,93:719~729. (2013—10—28收稿) 作者投稿系统http://xb.1zme.edu.cn/
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