一組有前途的蛋白質(zhì)-細(xì)胞周期標(biāo)記物

1. 什么是細(xì)胞周期？

細(xì)胞周期是不斷增殖的細(xì)胞從一次分裂完成到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的整個(gè)過程。它涵蓋了一系列高度有序和調(diào)控的事件，導(dǎo)致真核細(xì)胞的繁殖。在形態(tài)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(gè)調(diào)控期，在此期間一系列事件決定細(xì)胞是繼續(xù)分裂還是退出細(xì)胞周期（進(jìn)入靜止（G0）期）。在G1晚期，細(xì)胞開始合成進(jìn)入S期所需的mRNA、蛋白質(zhì)和酶。在S期，DNA完成復(fù)制，染色體在著絲粒處連接兩個(gè)姐妹染色單體。G2期是細(xì)胞分裂的最后準(zhǔn)備階段。中心粒已經(jīng)復(fù)制，形成兩個(gè)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(xì)胞分裂。產(chǎn)生了兩個(gè)遺傳相同的子細(xì)胞。對(duì)M期的嚴(yán)格控制對(duì)于成功完成姐妹染色單體分離和細(xì)胞分裂至關(guān)重要。

2. 什么是細(xì)胞周期標(biāo)記物？

在完整的細(xì)胞周期內(nèi)，細(xì)胞周期素依賴性激酶（CDK）通過細(xì)胞周期素的激活，磷酸化相關(guān)蛋白質(zhì)，導(dǎo)致其他蛋白質(zhì)的激活和降解，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)細(xì)胞周期中不同階段之間的正確過渡。在特定細(xì)胞周期階段激活或降解的蛋白質(zhì)被稱為細(xì)胞周期標(biāo)記物。它們可以評(píng)估細(xì)胞周期的進(jìn)展和細(xì)胞周期階段的分布。

3. 細(xì)胞周期標(biāo)記物家族成員及其功能

細(xì)胞周期標(biāo)記物負(fù)責(zé)調(diào)控和維持真核細(xì)胞的細(xì)胞周期。它們包括E2F轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞周期素依賴性激酶（CDKs）、細(xì)胞周期素、微染色體維持（MCM）蛋白、增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）、細(xì)胞分裂周期25（Cdc25）蛋白和Geminin。Cyclin D-Cdk4/Cdk6在G1早期調(diào)控事件；cyclin E-Cdk2觸發(fā)S期；MCM蛋白對(duì)啟動(dòng)DNA復(fù)制至關(guān)重要；cyclin A-Cdk2和cyclin A-Cdk1調(diào)節(jié)S期的完成；所有三個(gè)Cdc25蛋白在有絲分裂期間發(fā)揮作用；Cdk1-cyclin B負(fù)責(zé)有絲分裂。

圖. 細(xì)胞周期各階段的細(xì)胞周期標(biāo)記物

G1到S期

在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，口袋蛋白視網(wǎng)膜母細(xì)胞（RB）蛋白、p107和p130與E2F轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而在早期G1期抑制轉(zhuǎn)錄。E2F1、E2F2和E2F3在G1期與RB結(jié)合 ^[1]。E2F4和E2F5在靜止期（G0期）與p130結(jié)合，而在G1期與p107和p130結(jié)合。E2F6、E2F7和E2F8的抑制作用與口袋蛋白無關(guān)。當(dāng)細(xì)胞轉(zhuǎn)向S期時(shí)，E2F6累積并與目標(biāo)啟動(dòng)子結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄。

有絲分裂原刺激Erk依賴性激活基因調(diào)節(jié)蛋白Myc，增加了基因表達(dá)，包括Cyclin D、SCF亞基基因和E2F基因。Cyclin D對(duì)G1/S細(xì)胞周期轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。Cyclin D1與Cdk4或Cdk6形成復(fù)合物，導(dǎo)致Rb磷酸化。上調(diào)SCF亞基基因的轉(zhuǎn)錄促進(jìn)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(dǎo)致E2F蛋白的解離，從而誘導(dǎo)參與G1-S轉(zhuǎn)變的基因表達(dá)，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(qiáng)化正反饋環(huán)。在G1晚期，Cdc25A表達(dá)高度增加，激活cyclin D/Cdk4/6和cyclin E/Cdk2，加速G1/S轉(zhuǎn)變 ^[3]。

微小染色體維持（MCM）是最早在酵母中發(fā)現(xiàn)的高度保守的蛋白質(zhì)家族。MCM蛋白是必需的DNA復(fù)制因子，在真核細(xì)胞的一個(gè)細(xì)胞周期內(nèi)僅啟動(dòng)一次DNA復(fù)制 ^[2]。在早期G1期，DNA復(fù)制許可因子細(xì)胞分裂周期6（Cdc6）和染色質(zhì)許可和DNA復(fù)制因子1（Cdt1）通過ORC（ORC1-6）被招募到復(fù)制起始點(diǎn)，然后將MCM2-7六聚體裝載到染色質(zhì)上，形成“許可”（L）預(yù)復(fù)制復(fù)合物（pre-RC） ^{[2] [4] [5]}。Geminin是DNA許可抑制因子，是從G1期向S期轉(zhuǎn)變的初始信號(hào)。在S期的初始階段，Geminin開始在細(xì)胞核中積累。隨著細(xì)胞周期的推進(jìn)，Geminin通過與Cdt1結(jié)合干擾預(yù)-RC的穩(wěn)定性，并防止MCM加載到染色體上，從而導(dǎo)致DNA復(fù)制啟動(dòng)終止。它在G2期積累并在M期達(dá)到峰值，在解旋酶活性復(fù)雜（APC）活性在解相期間增強(qiáng)時(shí)，誘導(dǎo)了Geminin基因的“破壞盒”突變，然后在下一個(gè)G1期之前降解。在G1晚期，MCM復(fù)合物的解旋酶活性由Cdc45/MCM2-7/GINS復(fù)合物激活。在S期，激活的MCM復(fù)合物在起始點(diǎn)解開雙鏈DNA，招募DNA聚合酶（Polε和Polδ），并啟動(dòng)DNA合成。在S期，cyclin A/Cdk2活性 ^[5]。

增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）對(duì)DNA復(fù)制和修復(fù)至關(guān)重要。作為DNA pol δ/?的輔因子，它在DNA合成和Okazaki片段成熟中發(fā)揮作用。它在晚期G1期誘導(dǎo)表達(dá)，S期達(dá)到峰值，此后減少。PCNA廣泛用作S期的標(biāo)記物 ^{[6] [7]}。

在高等真核細(xì)胞中存在三種Cdc25磷酸酶：Cdc25A、Cdc25B和Cdc25C。Cdc25A主要功能是調(diào)節(jié)G1/S轉(zhuǎn)變 ^[8]。Cdc25B作為有絲分裂的起始者，Cdc25C協(xié)助通過去磷酸化cyclin B/Cdk1促使細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂 ^{[3] [9] [10]}。

S到G2期

Cyclin A2調(diào)節(jié)S/G2轉(zhuǎn)變，還參與有絲分裂的進(jìn)入 ^[11]。它在S、G2和早期M期存在。Cyclin A2-Cdk2在G2期發(fā)揮了啟動(dòng)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(jìn)一步增加PLK1的活性，最終導(dǎo)致對(duì)M期的承諾，并保護(hù)Bora免受SCF依賴性降解 ^{[12] [13]}。

G2到M期

G2到M期的進(jìn)展是增殖細(xì)胞生命周期中最顯著的形態(tài)和生理變化。Cyclin B/Cdk1復(fù)合物對(duì)G2到M期的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。在哺乳動(dòng)物中有三個(gè)亞型：B1、B2和B3。中心體相關(guān)的檢查點(diǎn)激酶1（CHK1）磷酸化Cdc25B，引發(fā)cyclin B/Cdk1活性，并調(diào)節(jié)G2-M轉(zhuǎn)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(xié)助G1/S和G2/M進(jìn)程。

在哺乳動(dòng)物中有三個(gè)亞型的Cyclin B：B1、B2和B3。Cyclin B1與Cdk1形成M期促進(jìn)因子（MPF）復(fù)合物，其表達(dá)在G2晚期達(dá)到峰值。Cdc25C刺激cyclin B1/Cdk1活性，促進(jìn)G2/M轉(zhuǎn)變 ^[9]。Cyclin B1在有絲分裂中期迅速降解并消失。與此同時(shí)，細(xì)胞退出M期并進(jìn)入下一個(gè)細(xì)胞周期。Cyclin B2-Cdk1在間期與高爾基體結(jié)合，可能在有絲分裂期間發(fā)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(dá)到峰值，然后在有絲分裂結(jié)束時(shí)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(xì)胞周期的推進(jìn)，H3S10PH在中期達(dá)到峰值，并延伸到染色體的所有部分。當(dāng)細(xì)胞有絲分裂進(jìn)入解相期和末相期時(shí)，H3S10PH將出現(xiàn)在紡錘體的中央部分，直到有絲分裂結(jié)束和H3S10PH的去磷酸化發(fā)生。這意味著H3S10PH在整個(gè)M期持續(xù)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(xì)胞周期的G2晚期到M期顯著相關(guān)，因此在一些針對(duì)腫瘤細(xì)胞有絲分裂期的研究中，它已被用作M期的特異性標(biāo)記物。

4. 細(xì)胞周期標(biāo)記物在腫瘤中的應(yīng)用

細(xì)胞周期是一個(gè)嚴(yán)密調(diào)控的過程，影響著所有真核細(xì)胞的生長、發(fā)育和復(fù)制。細(xì)胞周期的失調(diào)與許多疾病，特別是癌癥有關(guān)。正常細(xì)胞中的癌變變化可能來自異常的DNA復(fù)制和DNA修復(fù)機(jī)制。因此，一些細(xì)胞周期標(biāo)記物在腫瘤的診斷和預(yù)后評(píng)估中具有重要的應(yīng)用前景。

由于MCM蛋白在增殖細(xì)胞的基因組復(fù)制中起重要作用，其功能的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致染色體缺陷，可能有助于腫瘤發(fā)生。G1到S轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確進(jìn)行對(duì)于真核細(xì)胞的增殖至關(guān)重要。G1進(jìn)展的失調(diào)在癌癥中經(jīng)常發(fā)生。MCM3是DNA復(fù)制起始的不可或缺的因子，在確保每個(gè)細(xì)胞周期只啟動(dòng)一次精確DNA復(fù)制方面發(fā)揮重要作用。MCM5的高表達(dá)在多種人類腫瘤中發(fā)現(xiàn)，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(yù)后的標(biāo)記物。Cyclin A1是高度在急性髓系白血病和睪丸癌中表達(dá)的組織特異性細(xì)胞周期蛋白。Cyclin A2與細(xì)胞增殖相關(guān)，可以作為增殖標(biāo)記物的分子診斷。此外，Cyclin A2表達(dá)與多種類型的癌癥相關(guān)的不良預(yù)后。Cyclin E的高水平在許多類型的癌癥中發(fā)現(xiàn)。Cyclin E的過度表達(dá)不僅與增殖有關(guān)，而且與更惡性的表型相關(guān)，可能與誘導(dǎo)染色體不穩(wěn)定性有關(guān)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)高Cyclin E水平時(shí)，這些生物學(xué)功能與不良預(yù)后相關(guān)。Cyclin E和不良預(yù)后之間的聯(lián)系在乳腺癌和肺癌中得到了充分證實(shí)，但可能也會(huì)在其他癌癥中觀察到 ^[16]。

Cdc25A過表達(dá)在多種癌細(xì)胞系中頻繁報(bào)道，與惡性和癌癥患者的不良預(yù)后密切相關(guān) ^[8]。

5. 細(xì)胞周期標(biāo)記物相關(guān)產(chǎn)品

越來越多的研究關(guān)注細(xì)胞周期標(biāo)記物，因?yàn)樗鼈冊(cè)谀[瘤進(jìn)展和預(yù)后評(píng)估中具有重要作用。對(duì)細(xì)胞周期標(biāo)記物相關(guān)產(chǎn)品的需求也在增加。CUSABIO一直致力于為廣大學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)提供高質(zhì)量的科研產(chǎn)品。以下是與細(xì)胞周期標(biāo)記物相關(guān)的產(chǎn)品列表。