TPX2

TPX2
Protein TPX2 PDB 1ol5.png
Tillgängliga strukturer
PDB Ortologisk sökning:
Identifierare
, C20orf1, C20orf2, DIL-2, DIL2, FLS353, GD:C20orf1, HCA519, HCTP4, REPP86, p100, mikrotubulus nukleationsfaktor, TPX2 mikrotubulus nukleationsfaktor Externa ID:
n
Ortologer
Arter Mänsklig Mus
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)

RefSeq (protein)

Plats (UCSC)
PubMed -sökning
Wikidata
Visa/redigera människa Visa/redigera mus

Målprotein för Xklp2 är ett protein som hos människor kodas av TPX2 -genen . Det är en av de många spindelmonteringsfaktorerna som spelar en nyckelroll för att inducera mikrotubulusmontering och tillväxt under M-fasen .

Nyckeldomäner för TPX2

TPX2 har rapporterats ha två NLS -innehållande domäner som förmedlar dess lokalisering till mikrotubuli; en i den aminoterminala domänen och den andra i den karboxiterminala domänen. Förutom en NLS består den karboxiterminala domänen av TPX2 av tandemupprepningar som täcker över två tredjedelar av proteinet och beräkningsmässigt förutspås bestå av övervägande alfa-helixinnehåll. Denna region kan ytterligare delas in i fem kluster av konserverade rester separerade av ostrukturerade regioner: α3-7. α3-6 innehåller alla en central α-helixregion som följs av ett karakteristiskt "FKARP"-motiv. α7 är längre och uppvisar en lång α-spiralformad sträcka som beräkningsmässigt förutsägs bilda en lindad spole. Slutligen är de sista 35 aminosyrorna i karboxiterminalen av TPX2 ansvariga för att interagera med tetramerisk kinesin Eg5 .

TPX2 innehåller ett KEN-box (KEN) motiv vid aminosyra 87 och tre D-box (RXXL) motiv vid aminosyrorna 119, 341 och 708. Båda motivtyperna har misstänkts vara viktiga för reglering och nedbrytning av TPX2 av APC /C (se "Reglering av TPX2 i cellcykeln"), eftersom mutationer i dessa motiv vanligtvis gör substrat resistenta mot ubiquitination av APC/C. Emellertid har in vitro ubiquitinationsanalyser visat att endast de första 83 aminosyrorna i den N-terminala regionen av TPX2 tillsammans med KEN-boxen är relevanta för igenkänning av Cdh1 , en aktivator av APC/C .

Roll i mikrotubuli montering

TPX2 har i flera biokemiska analyser visats uppträda som ett mikrotubuli-associerat protein (MAP) och samlokaliseras med spindelmikrotubuli under M-fas. Det spelar en roll i mikrotubulus kärnbildning och regleras av importinproteiner .

TPX2 fungerar som ett komplement, som utarmar importin a- affinitet för att möjliggöra RanGTP- inducerad mikrotubuluskärnbildning. Detta har visats både in vitro i Xenopus laevis- äggextrakt och med den humana homologen in vivo i HeLa -celler. TPX2 är också viktigt för att aktivera och rekrytera Aurora A-kinas , ett kinas som ansvarar för fosforylering av TPX2 och som är väsentligt för cellproliferation. I närvaro av nukleär importfaktor importin α binds TPX2 och förhindras från att binda Aurora A-kinas, även om det fortfarande kan binda mikrotubuli via sin aminoterminala domän. Detta leder till inhibering av mikrotubulärnbildning i M-fas. Däremot befrias TPX2 från hämning genom förskjutning av importin a via RanGTP, även om RanGTP inte krävs för fri TPX2-aktivitet, eftersom TPX2 har visat sig inducera mikrotubulussamling i frånvaro av exogen och utarmning av endogent RanGTP. Detta tyder på att TPX2 är nedströms om RanGTP-aktivitet, men om TPX2 är direkt reglerad av RanGTP återstår fortfarande att fastställa.

Mekanismen genom vilken TPX2 främjar mikrotubuluskärnbildning har ännu inte fastställts. En föreslagen mekanism har baserats på TPX2:s roll i att direkt undertrycka tubulinsubenhets off-rates vid mikrotubuluspetsen under mikrotubulusmontering och demontering, verifierad med fluorescensmikroskopi. Detta möjliggörs delvis av TPX2:s roll vid sekvestrering av fria tubulin-subenheter och kärnbildning av små multi-subunit-tubulinkomplex, vilket oavsiktligt också bromsar tillväxthastigheten genom att minska den effektiva fria tubulinkoncentrationen. TPX2:s stabilisering av mikrotubuli i dess polymerform bidrar därför till mikrotubuluskärnbildning. Beräkningssimuleringar spekulerar i att TPX2 undertrycker tubulinsubenhetkinetik vid mikrotubuluspetsen genom att slumpmässigt öka bindningsstabiliteten mellan intilliggande tubulinsubenheter.

Dessutom har TPX2 visat sig vara viktig i kromatinberoende spindelmontering. Även med duplicerade centrosomer har TPX2 visat sig vara nödvändigt för bildning av en stabil bipolär spindel med överlappande antiparallella mikrotubuli-arrayer. Mer specifikt bidrar TPX2 till mikrotubulusförgrening under spindelmontering genom att samarbeta med augmin för att förstärka mikrotubulimassan och bevara dess polaritet. Förgreningskärnbildning av TPX2 observeras utan RanGTP, även om mer solfjäderformade mikrotubulistrukturer bildas när både RanGTP och TPX2 är närvarande. Hastigheten för grenad bildning ökas också i närvaro av båda komponenterna jämfört med Ran enbart.

TPX2-regionen som är nödvändig för förgrening av mikrotubuluskärnbildning finns i dess karboxiterminala halva (aminosyrorna 319-716), med TPX2-domänerna α5-7 som det minsta nödvändiga kravet och domänerna α3-4 som bidrar till kärnbildningseffektiviteten genom att möjliggöra tidigare induktion vid snabbare priser. Den aminoterminala halvan av TPX2 ökar också reaktionens effektivitet. TPX2 α5-7 skiljer sig från resten av proteinet genom att det innehåller konserverade regioner i sin aminosyrasekvens som delar sekvenslikhet med två kända γ-TuRC-kärnbildningsaktivatormotiv: SPM och γ-TuRC. Det SPM-liknande motivet finns inom α5-domänen, medan det γTuNA-liknande motivet visar sig börja i α5-domänen och sträcka sig in i det SPM-liknande motivet. Utan dessa två motiv observerades ingen mikrotubuluskärnbildning in vitro, även om mikrotubulibindningsförmågan bibehölls. Dessa två motiv är emellertid inte de enda väsentliga i mikrotubulusförgreningskämning; FKARP-motiven för α5 och α6 är också viktiga för att stimulera denna process. Dessutom är α-helixregionens sträckning av domän α7 och de C-terminala resterna som interagerar med Eg5 också kritiska för mikrotubulusförgreningskärnbildning. Även om α5-7-domäner är viktiga i denna process, har ingen av dem egen mikrotubuli-kärnbildningsaktivitet.

När det gäller bindning till och buntning av mikrotubuli är åtminstone någon av de tre domänerna α3-7 i TPX2 nödvändiga för signifikant bindning och buntning in vitro. Dessutom är det troligt att domänerna samarbetar förmedlar mikrotubulibindning och buntning, eftersom successiv addition eller subtraktion av en domän inte resulterar i en linjär förändring i mikrotubulibindning och buntning.

Aktivering och reciprokering genom Aurora A kinas

TPX2 rekryterar och aktiverar Aurora A-kinas genom att använda dess korta 43 aminosyror långa aminoterminala sekvens för att binda den katalytiska domänen av Aurora A, vilket låser kinaset i dess aktiva konformation. Mer specifikt positionerar denna interaktion aktiveringssegmentet av kinaset till en mer gynnsam konformation för substratbindning och svänger den avgörande fosfotreoninresten, ett mål som vanligtvis exponeras och är tillgängligt för deaktivering av Aurora A-kinas av PP1, till en begravd position, och låser därigenom Aurora A till en aktiv konformation. Noterbart är att denna igenkänning mellan TPX2 och Aurora A är analog med den mellan den cAMP-beroende proteinkinas (cAPK) katalytiska kärnan och dess flankerande region, vilket tyder på ett återkommande tema i kinasreglering. Aktiverad Aurora A fosforylerar i sin tur TPX2, men det är fortfarande oklart hur Aurora A:s fosforylering av TPX2 påverkar dess aktiviteter.

Roll i klyvningsstopp och interaktion med Eg5

När fyrfaldigt TPX2 över den endogena nivån injicerades i en blastomer med ett tvåcellsembryo, inducerades klyvningsstopp . Denna arrestering har tillskrivits aminosyrorna 471-715 i karboxiterminalen av TPX2-proteinet, där de sista 35 aminosyrorna är absolut nödvändiga för att inducera klyvningsstopp. Under cytokinessvikt fortsätter cykler av DNA-syntes och mitos. Noterbart misslyckas spindelpolerna att separera, vilket leder till ett misslyckande att etablera en bipolär spindel, en spindelmittzon och ett centralt spindelkomplex. Eftersom av klyvningsfåra primärt utlöses av signaler från spindelns mittzon, kan dessa biologiska fenotyper förklara felet i denna händelse på grund av oförmågan att aktivera spindelkontrollpunkten . Istället för en bipolär spindel är båda spindelpolerna i varandra, med en försämring av tryckkrafter som genereras av interpolära mikrotubuli.

Den mekanistiska orsaken bakom klyvningsstoppet tillskrivs TPX2:s förmåga att direkt binda motorprotein Eg5, vilket kräver de sista 35 aminosyrorna i TPX2-karboxiterminalen för dess interaktion. När Eg5 saminjicerades med TPX2 in vivo, blockerades klyvningsfåran och inträngning observerades. Detta tyder på att karboxiterminalen av TPX2 reglerar spindelpolens rörelse via en Eg5-beroende mekanism.

Bindning med Xlp2

När TPX2 är bundet till mikrotubuli, rekryterar TPX2 ett plus-end riktat motorprotein, Xlp2, ett protein som krävs i tidig mitos och lokaliseras till spindelpoler, till mikrotubuli minus ändar av asters. Liksom TPX2:s lokalisering till mikrotubuli, är denna rekrytering även RanGTP-oberoende.

Reglering av TPX2 i cellcykeln

Övervakning av TPX2-gen-mRNA-uttryck under cellcykelprogression i synkroniserade HeLa- celler avslöjade att TPX2-uttryck är högt i G2/M-fas, minskar dramatiskt vid inträde i G1-fas, ökar vid inträde i S-fas och toppar igen vid nästa G2/M-fas. Detta korreleras av resultat som visar en ökad stabilitet av TPX2 i S-fasextrakt jämfört med den för TPX2 i mitotiska extrakt, vilket indikeras av en signifikant ökning av TPX2 halveringstid. Nedgången i TPX2 är förenlig med den drastiska omorganisationen i struktur och dynamik hos den mitotiska spindeln .

Sammantaget har TPX2 visats genom in vivo-experiment att regleras av APC/C Cdh1 -vägen. Instabiliteten och fallet i TPX2 vid mitotiskt utträde är beroende av både det anafasfrämjande komplexet /cyklosom (APC/C) och ett ubiquitinligas som är integrerat i mitotisk progression, tillsammans med APC/C:s aktivatorprotein, Cdh1. Detta är ett resultat av att TPX2 binds direkt av Cdh1, och inte Cdc20 eller något annat substrat av APC/C Cdh1 , och designats för nedbrytning av APC/C. Dessutom producerar Cdh1-TPX2-bindningsinteraktionen TPX2-stabiliteten som ses under mitos fram till mitotisk utgång: Den aminoterminala regionen av Cdh1 (aminosyrorna 1-125) kan fungera som en dominant negativ mutant när den uttrycks i däggdjursceller, vilket stabiliserar APC/ C Cdh1 -substrat såsom TPX2 genom kompetitiv bindning.

Roll i kärnan

När cellen är i interfas , på grund av dess förmåga att binda till importin α och β, har TPX2 hittats lokaliserat i kärnan. Detta har föreslagits vara en fysisk mekanism genom vilken proteiner som verkar i M-fas inaktiveras i interfas. TPX2 under M-fas ackumuleras vid spindlarnas poler på ett "dynein-dynactin-beroende sätt." Mekanismen för denna lokalisering förblir för närvarande oklar, men den är inte RangGTP-beroende trots dess downfield-position från RanGTP-aktivitet, eftersom TPX2 i Xenopus laevis äggextrakt har visat sig ackumuleras i mitten av mikrotubuli astrar (efter tillsats av centrosomer, taxol, eller DMSO) och binder till rena mikrotubuli i närvaro av importiner.

Även om nukleär import av TPX2 tros binda TPX2 bort från cytoplasmatisk tubulin för att enbart förhindra för tidig spindelmontering, har rollerna för nukleär TPX2 nyligen upptäckts. En av dessa roller är med DNA-skaderesponsen, där utarmning av TPX2 i celler leder till en övergående ökning av nivåerna av γ-H2AX (den fosforylerade formen av H2AX, formen som fungerar som en markör för DNA-skaderesponsamplifiering) i behandlade celler med joniserande strålning, och överuttryck av TPX2 leder till en minskning av antalet joniserande strålningsinducerade MDC1- foci och γ-H2AX-nivåer. Detta stöds av upptäckten av TPX2-ackumulering vid DNA-dubbelsträngsbrott och associering med mekanismen för DNA-skaderespons som kontrollerar amplifieringen av γ-H2AX. Men de exakta molekylära mekanismerna genom vilka TPX2 påverkar de joniserande strålningsberoende γ-H2AX-nivåerna återstår fortfarande att upptäcka. Observera att TPX2:s funktion i DNA-skadesvaret är oberoende av dess mitotiska funktion och är därför oberoende av apoptos.

När ingen joniserande strålning är närvarande, associeras TPX2 lätt med kromatinet. Intressant nog ger överuttryck av TPX2 under dessa förhållanden onormala DAPI- färgningsmönster, där DAPI-färgning är mer strukturerad och uppdelad än den typiska likformigt fördelade DAPI-färgningen i vildtypsceller. Dessutom, när TPX2-nivåer var utarmade i obestrålade celler, hittades inga signifikanta förändringar i γ-H2AX-nivåer, men nivåerna av H4K16ac , den acetylerade formen av H4K16 (en histon post-translationellt modifierad under DNA-skadarespons), minskade. Denna minskning är opåverkad av joniserande strålning, men korrelerar ändå med minskningen av γ-H2AX under sådana förhållanden. Ett resultat av denna minskning är en defekt i BP531 ( p53 bindande protein 1) rekrytering till kromosomavbrott, eftersom rekryteringen är beroende av acetyleringsstatusen för H4K16. Som med TPX2 när det gäller dess inverkan på joniserande strålningsberoende γ-H2AX-nivåer, återstår den molekylära mekanismen genom vilken TPX2 påverkar acetyleringsstatusen för H4K16 att upptäcka.

Relevans vid cancer

På grund av sin integrerade roll i mikrotubulusmontering och därför mitos, har TPX2 visat sig vara överuttryckt i olika typer av mänskliga cancerformer, inklusive hepatocellulärt karcinom (HCC), medullär sköldkörtelcancer , blåscancer och östrogenreceptorpositiv metastaserad bröstcancer och bidrar till tumör tillväxt och metastaser. I HCC har TPX2 visat sig vara positivt korrelerad med dålig prognos, metastaser och återfall. Studier på TPX2 i HCC har också visat att TPX2 främjar tumoriogenes och levercancercelltillväxt genom att öka tumörsfäroid och minska celltillväxthämning, visat genom att slå ut endogent uttryck av TPX2 med TPX2 si-RNA.

Som ett resultat har TPX2 nyligen varit ett ämne av intresse för att lära sig mer om sambandet mellan mitotiska fel och tumörbildning, tillsammans med nya cancerterapier. Hittills har forskning om utarmning av TPX2 via TPX2 si-RNA i HCC-celler in vitro visat signifikanta effekter på att minska cellmotilitet och invasion (dvs metastas), tillsammans med minskande proteiner involverade i G1 till S fasövergången. Liknande resultat har visats med TPX2-utarmning i matstrupscancer EC9706-celler, vilket leder till minskad cancercelltillväxt och invasionsförmåga, och i livmoderhalscancer och pankreascancer med avseende på minskad tumörtillväxt med TPX2 si-RNA-transfektion.

I levercancerceller har TPX2-utarmning kopplats till ökad genomisk instabilitet , vilket resulterar i multinukleation och DNA-skada. Medan många tumörceller i allmänhet ackumulerar mutationer i genomisk instabilitet som gör det möjligt för dem att ha en tillväxtfördel i tumörfrämjande och transformation, kan hög kromosomal instabilitet fungera som en tumörundertryckande mekanism genom att leda till celldöd. Därför kan den betydande aneuploidin och genomiska instabiliteten vid mitotisk delning via TPX2-utarmning fungera som ett potentiellt terapeutiskt mål för cancerpatienter genom att eliminera starkt prolifererande celler.

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=TPX2&oldid=1142790515 "