Cdc14 y Cdc14 son un gen y su producto proteico, respectivamente. [1] Cdc14 se encuentra en la mayoría de los eucariotas. Cdc14 fue definido por Hartwell en su famosa pantalla de loci que controlan el ciclo celular de Saccharomyces cerevisiae . [1] Posteriormente se demostró que Cdc14 codificaba una proteína fosfatasa . Cdc14 es de especificidad dual, lo que significa que tiene actividad dirigida por serina / treonina y tirosina. Se informa una preferencia por las serinas junto a la prolina. [2] Muchos estudios iniciales, especialmente en la levadura Saccharomyces cerevisiae, demostraron que la proteína juega un papel clave en la regulación de losprocesos mitóticos tardíos. [3] Sin embargo, trabajos más recientes en una variedad de sistemas sugieren que su función celular es más compleja.
Función celular
En Saccharomyces cerevisiae, la especie en la que la actividad de Cdc14 se comprende mejor y se estudia más, la actividad de Cdc14 (ScCdc14) conduce a la salida mitótica por desfosforilación de dianas de Cdk1 , una proteína quinasa dependiente de ciclina bien estudiada. [4] Cdc14 antagoniza Cdk1 estimulando la proteólisis de su pareja ciclina (ciclina B), a través de la desfosforilación de Cdh1, un regulador del complejo promotor de anafase . Cdc14 también desfosforila Swi5 para mejorar la transcripción de Sic1, un inhibidor de Cdk1. [3]
Este modelo de salida mitótica "simple" se volvió complicado a medida que se atribuían funciones adicionales en la mitosis a ScCdc14. [3] [5] Estos incluyeron estabilizar el huso y regular la citocinesis y la segregación de rDNA / telómero. De acuerdo con estas múltiples funciones, se ha descubierto que ScCdc14 se une a varias proteínas que regulan el ciclo celular y la replicación del ADN, o que se asocian con el huso o cinetocoro. [6] [7] [8]
El trabajo en otras levaduras complicó aún más la comprensión del papel de Cdc14. Los mutantes en el ortólogo de la fisión Schizosaccharomyces pombe salen de la mitosis normalmente (a diferencia de S. cerevisiae) pero están alterados en la tabicación y la citocinesis. [9] Además, mientras que la proteína regula el ortólogo Cdk1 de S. pombe, esto ocurre a través de un proceso diferente al de S. cerevisiae; no desfosforila los ortólogos Sic1 o Cdh1, pero promueve la inactivación de Cdc2 regulando negativamente la fosfatasa Cdc25. [10] Cdc14 de Candida albicans también participa en la septación y la citocinesis, pero no en la salida mitótica. [9]
Los estudios de Cdc14 en sistemas animales han confundido aún más la historia de Cdc14. Los animales tienen hasta tres genes Cdc14 divergentes, con múltiples variantes de empalme, que parecen divergir en función y ubicación. Además, varios estudios cruciales han arrojado resultados contradictorios. El nematodo Caenorhabditis elegans produce un Cdc14 (CeCdc14), que se localiza en el huso y los centrosomas en la mitosis, y en el citoplasma en la interfase. Un estudio de ARNi con CeCdc14 causó defectos de citocinesis, lo que fue consistente con un trabajo similar en Xenopus laevis . [11] [12] Sin embargo, un segundo estudio de ARNi no mostró defectos, y se sugirió que el primer experimento usó demasiados oligonucleótidos que causaron efectos fuera del objetivo. [13] [14] También existen datos contradictorios con el Cdc14 humano. A diferencia de CeCdc14, hCdc14A no es centrosómico en la mitosis, pero es citoplasmático y centrosómico durante la interfase. [15] Se demostró en un estudio que HCdc14B es principalmente nucleolar como ScCdc14 (pero a diferencia de CeCdc14), pero otros detectaron hCdc14B en filamentos nucleares y el huso [16] [17] [18]
Mientras que el agotamiento del ARNi de hCdc14A y hCdc14B condujo a defectos en la duplicación del centríolo, la progresión del ciclo celular y la salida mitótica, las células eliminadas para los genes no mostraron defectos en el crecimiento o la mitosis, y también se demostró una falla similar de un defecto del ciclo celular en cultivos humanos. células que utilizan knockouts condicionales de hCdc14A y hCdc14B. [15] [19] Finalmente, en los pollos, las líneas knockout carecían totalmente de defectos en la progresión del ciclo celular, entrada o salida mitótica, citocinesis o comportamiento del centrosoma. [15] [19] Existe evidencia de que Cdc14 puede participar en un punto de control de daños en el ADN. [20]
Los estudios de Phytophthora infestans , un microbio eucariota mejor conocido como la causa de la Gran Hambruna de Irlanda, sugirieron un papel novedoso para Cdc14 en eucariotas . En particular, mientras que las especies mencionadas anteriormente son parientes taxonómicos relativamente cercanos (en el grupo de Hongos / Metazoos), P. infestans tiene una historia evolutiva distinta; se clasifica como un oomiceto y es miembro del Reino Stramenopila (los Heterokonts en algunos esquemas) junto con las diatomeas y las algas pardas. El único gen Cdc14 de P. infestans (PiCdc14) se expresa de forma distinta a los de los hongos y metazoos; en lugar de transcribirse a lo largo del ciclo celular y regularse postraduccionalmente, PiCdc14 está bajo un fuerte control transcripcional y no se expresa en hifas, donde tiene lugar la mayor parte de la mitosis. En cambio, PiCdc14 se produce durante la formación de esporas asexuales, incluidas sus zoosporas biflageladas . [21] Se encontró que PiCdc14 se acumulaba cerca de los cuerpos basales, en la base de los flagelos. [22] A la luz de los diferentes roles de Cdc14 en hongos y animales, se sugirió que los datos de P. infestans implicaban que un rol ancestral de Cdc14 involucraba la etapa de flagelos de eucariotas. [22] Más tarde se obtuvieron datos adicionales en apoyo de esta teoría de estudios en pez cebra, donde también se encontró que sus proteínas Cdc14 se localizan en el cuerpo basal y juegan un papel en la formación de cilios, que son formas cortas de flagelos. [23]
Cdc14 también participa en la regulación de pasos clave durante la meiosis en la levadura en ciernes. Cdc55, una subunidad reguladora de la proteína fosfatasa 2 (PP2A), secuestra Cdc14 en el nucleolo durante la etapa temprana de la meiosis. El secuestro de Cdc14 es necesario para ensamblar el huso de meiosis I. Aunque, el secuestro de Cdc14 en una etapa temprana no es esencial para la separación de los cromosomas. [24] Las proteínas del complejo FEAR (Cdc Fourteen Early Anaphase Release), SLK19 y SPO12 regulan la liberación de Cdc14. [25] La liberación de Cdc14 del nucleolo da como resultado la inactivación de cdk1 y, en última instancia, el desmontaje del huso durante la anafase de la meiosis I. Las células privadas de Cdc14 o SLK19 y SPO12 tienen una meiosis anormal. Tienen una sola división durante la meiosis. Los cromosomas también se segregan de forma anormal. La anomalía surge debido al retraso en la distorsión del huso durante la anafase I. Sin embargo, la segregación de los cromosomas continúa y ambas fases de segregaciones meióticas tienen lugar en la meiosis I prolongada del huso. Cdc14 junto con SPO12 y SLK19 desempeñan un papel fundamental para garantizar que las dos fases de la segregación cromosómica tengan lugar consecutivamente durante la meiosis. [26]
Distribución de Cdc14 a través de la evolución
Cdc14 se distribuye ampliamente y se encuentra en la mayoría de los reinos eucariotas. Sin embargo, no se encuentra en todas las especies según las búsquedas de genomas secuenciados. Uno o más genes Cdc14 se encuentran en alveolados, animales, hongos, tripanosomas y plantas inferiores. [22] Sin embargo, los genes Cdc14 aparentemente se han perdido en algunos linajes, incluidas las plantas superiores, las rodófitas y los hongos limosos. Existe una correlación positiva bastante estrecha entre la presencia de Cdc14 en una especie y si esa especie produce flagelos o cilios . [22] Esto puede estar relacionado con el papel ancestral de Cdc14. Se ha debatido si los cuerpos basales de anclaje de flagelos o los centríolos involucrados en la mitosis aparecieron primero durante la evolución, pero una teoría es que los flagelos evolucionaron primero como motilidad y orgánulo sensorial, y luego el cuerpo basal fue cooptado en un papel mitótico. [27] [28] La función de Cdc14 puede haberse adaptado a diferentes funciones durante la evolución de esos orgánulos.
Objetivos
La mayor parte de la información sobre la función bioquímica de Cdc14 proviene de estudios de S. cerevisiae. En esa especie, un objetivo importante es Cdh1 / Hct1. Cdh1 se asocia con APC y conduce a la actividad de APC (complejo promotor de anafase); [29] APC activado es un factor clave en la salida mitótica. Además, Cdc14 desfosforila el inhibidor estequiométrico de las ciclinas mitóticas, Sic1 , estabilizando la proteína Sic1. La actividad de Cdc14 también conduce a la estabilización del factor de transcripción Swi5, lo que conduce a una regulación positiva de la transcripción de Sic1. Es posible que Cdc14 actúe como fosfatasa en todas las dianas Clb-Cdk1, actuando para revertir los efectos de las ciclinas mitóticas.
Los objetivos de Cdc14 son aparentemente bastante diversos. Los métodos de captura de dos híbridos de levadura y de captura por afinidad han identificado muchas proteínas que interactúan potencialmente con ScCdc14, incluidas las que se sabe que regulan el ciclo celular y la replicación del ADN, o que se asocian con el huso o cinetocoro. [6] [7] [8] Cdc14 también parece inhibir la ARN polimerasa I, lo que ayuda a permitir la disyunción cromosómica completa al eliminar las transcripciones de ARN ribosómico (ARNr) que de otro modo bloquearían la unión de la condensina al ADNr. [30]
Regulación
En S. cerevisiae, Cdc14 está regulado por su inhibidor competitivo Cfi / Net1, que localiza Cdc14 en el nucleolo. [31] Durante la anafase, Cdc14 se "libera" y se propaga al resto de la célula. Dos redes median la liberación de Cdc14 desde el nucleolo: FEAR (CDC Fourteen Early Anaphase Release) y MEN (Mitotic Exit Network); Si bien estas redes son complejas, se cree que estas redes dan como resultado la fosforilación de Cfi / Net1 y / o Cdc14, lo que resulta en la disociación del complejo. En S. pombe, se sabe que la fosforilación del ortólogo Cdc14 por Cdk1 inhibe directamente la actividad catalítica de la fosfatasa. [32]
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