P34^cdc2激酶的研究进展
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P34z激酶的研究进展
蔡家新童坦君(-It京医科大学基础医学院生物化学教研室,J~100083】//二一——细胞周期调节是一复杂过程.近年来这方面的研究取得了很大进展.许多有价值的资料
来自对酵母的研究.在酵母条件突变株中，发现一类基因与细胞周期调节密切相关，称为细胞
分裂周期基因(celldivisioncycle,cdc基因)_1一，它们控制着细胞周期的启动及各时相的转换.
其中以cdc基因最重要，该基因是唯一在两个控制点G一s,G.一M均起作用的cdc 基因，它
编码分子量34kD的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶.P34激酶的活化是细胞分裂的增殖信号，它具
有启动DNA复制和诱发有丝分裂的双重作用，在细胞周期调节中起重要作用.本文主要介绍
该酶的结构，生物学作用及该酶的活性调节方式.
一
,P34~2激酶的结构'
70年代初,Masui等从蛙卵中发现一种能促进细胞成熟和分裂的因子，称为成熟促进因
子(maturationpromotingfactor,MPF)，同时Nurse等(1976)发现和建立了cdc2酵母突变株,
cdc!基因的编码产物即P34激酶，后确定两者为同一成份.现发现P34z激酶广泛地存在于
从酵母到人的多种生物中，形成了一个庞大的家族.不同生物种族，其结构虽有差异，但具有很
高的同源性；如酵母与人的有63同源性0.该酵母由催化亚基和调节亚基组成.催化亚基分
子量为34kD，调节亚基又叫周期素(cyclin).催化亚基由约300个氨基酸残基组成，含一般蛋白
激酶的基本序列，同时又含该家族的特征序列，即:EGVPsTAFRE1sLLKE.催化亚基有三个
重要的功能区0：第一功能区在9～38位残基之间，是ATP的结合部位和该酶的活性部位；第
二功能区在42～51位残基之间，是调节亚基的结合部位；第三功能区在177～208位残基之
间，是P13_I的结合部位.P13可与该酶高亲和力特异结合而使之广泛应用于实验研究，含
P13的层析柱可抽提掉提取物中99的P43z激酶，且不影响其活性此外，催化亚基的上
l4一苏氨酸,15-酪氨酸,33一赖氨酸,227一丝氨酸也具有非常重要的作用.调节亚基cyelin具有周
期性积累和降解的特性，在细胞周期的特定时相与催化亚基结合.目前主要发现有三种
cyclin:G1期cyclin,cyclinA,cyclinB.它们结构差异较大，但都含有一个相阿的序列区域，即
"
cyciinbox".它们在细胞周期的不同时相发挥作用.G~cyclin在G末期与催化亚基结合,
在G一s控制点起作用;cyclinA在s期和G期与催化亚基结合，与DNA合成及s 期向G期
的过渡有关)cyclinB在G期末与催化亚基结合，可诱发有丝分裂..pines
二,P34z激酶的生物学作用
P34z激酶对DNA复制和有丝分裂的诱发是必需的.在G—竭和G一M两个控制点起中
心调节作用.
(一)启动DNA复制非洲爪螗卵的提取物在体外能诱发DNA复制，但若将提取物中的
P34激酶移走，则丧失了诱发DNA复制的能力，说明P34.激酶具有启动DNA复制的作
用0:.但DNA复制的引发是一复杂过程,P34.激酶在其中的作用还没有完全搞清楚，可能通
过以下环节起作用.
1.对RNA聚合酶Ⅱ的调节作用：细胞由G一s的移行需要RNA聚合酶Ⅱ指导下的基因
转录,P34激酶可作用于RNA聚合酶I+对其进行磷酸化修饰调节,P34,d,z激酶可通过促进
生理科学进展1993年第24卷第2期
RNA聚合酶Ⅱ指导下的基固转录，从而启动DNA复制(Pines等.1990).
2.;I~SV40T抗原样蛋白的调节作用：把纯化的T抗原注入到静止期细胞核中，可诱导
DNA复制,T抗原带有使静止期细胞进入细胞周期的必要信息.Baserga认为，细胞内存在
SV40T抗原样蛋白，并认为它是控制细胞增殖的主要成份一.Mcvey(1989)研究表明,T抗原
如果不被磷酸化则无诱发DNA复制的作用，而体内外实验均证明T抗原是P34.激酶的底
物P34"~激酶可能以细胞内T抗原样蛋白作为中间调节，以启动DNA复制.
3.对P"蛋白的调节作用:P是一个抗癌蛋白，有抑制细胞生长的作用，但突变的P则
具
有促转化作用.P34z激酶可磷酸化野生型P.，磷酸化的P与SV40T抗原蛋白的结合能力
降低，使之抑制复制的能力减弱.此外，还可使突变型的P磷酸化，使之稳定性增加，有利于其
发挥促增殖转化作用.
4.对高迁移率非组蛋白的DNA结合功能的影响：高迁移率非组蛋白(HMG)是一类丰富
的核蛋白，可影响染体功能和DNA复制.HMG一1是其中的一个亚类，为DNA 结合蛋白，结
合到DNA的A—T丰富区在增殖细胞中HMG1的表达增加，它与细胞分裂和保持细胞的未
分化状态密切相关.体内外实验均证明.HMG--1是P34,a,~激酶的有效底物，磷酸化部位是53位
苏氨酸残基，该部位正是DNA结合的部位，它被磷酸化后则与DNA的结合能力下降.虽然
HMG一1与DNA结合后所发挥的作用不清楚，但P34'.激酶对DNA结合蛋白的亲和力的影响
可能是其启动DNA复制的机制之一.如c—myc,c—myb它们的编码产物是DNA 结合蛋白，它
们同样受到P34激酶的磷酸化修饰调节
5.对核蛋白的调节作用：核仁蛋白是一种分子量为92kD的核蛋白，在核蛋白体RNA的合
成和成熟过程起作用，它可直接作用于染体，也可通过RNA聚合酶I调节rRNA 基因的转
录.实验证明，核蛋白亦是P34'a,z激酶的底物，它的磷酸化可促进其功能作用，使rRNA的转录
增加此外，男一种核蛋白NO.也受~IJP34.激酶的调节,NO在核蛋白体的聚合和转运中起
作用，它的磷酸化可影响它与核蛋白体RNA及蛋白质之间的相互作用.DNA的复制需一系列
蛋白质因子的作用,P34：激酶还可通过促进蛋白质的合成而促进DNA的合成0.
(二)诱发有丝分裂有丝分裂是细胞一分为二的过程，其中包括一系列重要过程如染
质凝集纺锤体形成，核膜破裂等利用无细胞体系可直接观察到P34.激酶对上述过程的促
进，说明其具有诱发有丝分裂的作用.,
1_组蛋nH激酶活性：很早就观察到组蛋NH以细胞周期依赖方式进行磷酸化，在G 晚
期,C一端的一个丝氨酸残基被磷酸化，在s期井日邻的另外两个丝氨酸被磷酸化，进入M期后,
C一端的一个苏氨酸残基又被磷酸化.组蛋白H的磷酸化与染质凝集密切相关.组蛋白H是
P34：激酶最早确定的底物.目前体外测定P34ca，激酶活性实际上就是测定其组蛋白H激酶
活性].
2.在纺锤体形成中的作用：在有丝分裂初期纺锤体形成，它的形成对于核膜的破裂和染
体向两极的移动必不可少.纺锤体由中心粒和微管组成，微管在中心粒周围呈放射状排列
P34z激酶在G期与中心粒结合，并催化中心粒蛋白磷酸化，而中心粒蛋白的磷酸化使微
管的成核作用增加，而放射状排列在中心粒周围.此外,P34.激酶还可直接作用于微管"，促
进其在间隙的解聚及在分裂期的重组，还可维持其长度的稳定性，这可促进微管参与形成纺锤
体，以及帮助染体向两极的移动.
3.在核膜破裂及重新形成中的作用：核膜由内外两层组成.由三种蛋白质组成的核

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