Введение

Энзим Cdc25 — это фосфатаза двойной специфичности, впервые выделенная из дрожжей Schizosaccharomyces pombe как мутант с дефектом клеточного цикла. Как и в случае других белков или генов клеточного цикла, таких как Cdc2 и Cdc4, обозначение "cdc" в его названии относится к "циклу деления клеток". Фосфатазы двойной специфичности рассматриваются как подкласс протеинтирозинфосфатаз. Удаляя ингибирующие фосфатные группы с целевых циклинзависимых киназ (Cdks), белки Cdc25 регулируют вход в и прохождение через различные фазы клеточного цикла, включая митоз и S-фазу ("Синтез").

Функция активации Cdk1

Cdc25 активирует циклинзависимые киназы, удаляя фосфат с остатков в активном центре Cdk. В свою очередь, фосфорилирование M Cdk (комплекса Cdk1 и циклина B) активирует Cdc25. Активация M Cdk, наряду с работой Wee1, носит переключающий характер. Такое переключающее поведение обеспечивает быстрый и необратимый вход в митоз. Активность Cdk может быть восстановлена после дефосфорилирования Cdc25. Ферменты Cdc25A-C известны своей ролью в контроле переходов от фазы G1 к S-фазе и от фазы G2 к M-фазе.

Структура

Структура белков Cdc25 может быть разделена на две основные области: N-концевая область, которая сильно различается и содержит сайты для фосфорилирования и убиквитинирования, регулирующие активность фосфатазы; и C-концевая область, которая обладает высокой степенью гомологии и содержит каталитический центр.

Эволюция и распространение видов

Энзимы Cdc25 хорошо консервативны в ходе эволюции и были выделены из грибов, таких как дрожжи, а также из всех изученных на сегодняшний день метазоев, включая человека. Исключением среди эукариот могут быть растения, поскольку предполагаемые растительные Cdc25 обладают характеристиками (такими как использование катионов для катализа), которые больше напоминают серин/треонин-фосфатазы, чем фосфатазы двойной специфичности, что ставит под сомнение их подлинность как Cdc25-фосфатаз. Семейство Cdc25, по-видимому, расширилось по мере усложнения клеточного и жизненного циклов высших животных. У дрожжей есть один Cdc25 (а также отдалённо родственный фермент, известный как Itsy bitsy phosphatase 1, или Ibp1). У Drosophila melanogaster есть два Cdc25, известные как string и twine, которые соответственно контролируют митоз и мейоз. Большинство других исследованных модельных организмов имеют три Cdc25, обозначенные как Cdc25A, Cdc25B и Cdc25C. Исключением является нематода Caenorhabditis elegans, у которой имеется четыре различных гена Cdc25 (Cdc 25.1 – Cdc 25.4).

Модели нокаута

Хотя высокая степень консервации Cdc25s указывает на важную роль в клеточной физиологии, мыши с нокаутом по генам Cdc25B и Cdc25C (как одиночные, так и двойные мутанты) жизнеспособны и не демонстрируют существенных изменений в клеточных циклах, что позволяет предположить некоторую функциональную компенсацию либо посредством других регуляторных ферментов Cdk (таких как Wee1 и Myt1), либо за счет активности третьего члена семейства, Cdc25A. Лаборатория Хироки Кийокава показала, что мыши с нокаутом по гену Cdc25A нежизнеспособны.

При болезнях человека

Cdc25s, и в частности Cdc25A и Cdc25B, являются протоонкогенами у человека и показали свою повышенную экспрессию при различных видах рака. Центральная роль Cdc25s в клеточном цикле привлекла к ним значительное внимание со стороны фармацевтической промышленности как к потенциальным мишеням для разработки новых химиотерапевтических (противораковых) препаратов. На сегодняшний день не описано клинически применимых соединений, воздействующих на эти ферменты. Идентифицировано большое количество мощных ингибиторов Cdc25 с низкой молекулярной массой, которые связываются с активным центром и принадлежат к различным классам химических соединений, включая природные продукты, липофильные кислоты, хиноны, электрофилы, сульфонилированные аминотиазолы и фосфатные биоизостеры. Несмотря на достигнутый прогресс в разработке мощных и селективных ингибиторов семейства белков Cdc25, существует потенциал для разработки новых терапевтических стратегий, направленных на них. Возможно создание нового класса ингибиторов на основе пептидов, разработанных с учетом гомологии последовательностей с белковым субстратом. Однако использование этих соединений в качестве лекарственных средств затруднено из-за недостаточных ADME-характеристик.