端粒相关酶CDC13综述.doc

综述：Cdc13的结构、功能及其同功蛋白简介摘要：Cdc 13是在酿酒酵母细胞(Saccharomyces cerevisiae)中发现的一种端粒单股接合蛋 片，具有募集端粒酶复合体，保护染色体及调节端粒长度的作用，同时为细胞周期顺利进行 做准备关键词：Cdc 13,端粒,DBD, CST, Shelterin, hPot 1Cdc 13是在Saccharomyces cerevisiae中发现的，具有和端粒序列单链部分TG1-3特界性结合 能力的蛋白质与原生动物纤毛虫(Oxytricha nova)中发现的Tebp (telomere end-binding protein )^ 脊椎动物中的 Poti (protection of telomeres 1)以及人类 hPotl (human protection of telomeres 1)等端粒结合蛋白功能相似，参与端粒的维持与细胞周期的调控其包含942 个氨基酸，大小约为104895DaoCdc 13结构及与单链DNA (ssDNA)的结合在 Saccharomyces cerevisiae 中，端粒是由大约 300bp 的 C1-3A/TG1-3 双链 DNA 和一 3,单链 DNA组成，序列上具有重复性。

Cdcl3通过寡核甘酸结合折痕区域(OB・fold)功能位点与 3ssDNA 结合，形成 Cdc 13DNA-binding domain (DBD) /ssDNA 复合物Rachel M. Mitton-Fry 等人确定了这一复合物的结构⑴如图1, 2图1Cdc 13-DBD/ssDNA立体图像深蓝色为0 ■折替，淡蓝色为u ■螺旋，灰色为环状区域红色为DNA(dGTGTGGGTGTG)图2, A,品红色的为大B2-B3环，折叠1朝向观看者，B-折楼2在其后面B, DNA在P1-P2, 32- B 3,和B 4- B 5环的缝隙间穿过，绑定在OB-fold的表面Cdc 13-DBD含有大约200个氨基酸残基(从497/924到694/924),位于这个蛋白质的中心部 位⑵⑶，与单链端粒DNA结合高度紧密(Kd=0.3nm),在细胞外实验已证实其结合具有特异性 ⑷⑸在图2B中可以看出，ssDNA在Cdcl3・DBD上以一种不规则的构造延伸着,11个脱氧核 糖核廿酸围绕着Cdc 13-DBD成140与蛋白质表面的两个构造不同接口相互作用从5, 到ssDNA依次经过B1的N端，沿着B4、0 5、B3弯曲，最后与不规则的B 2・B 3环 延伸作用，01-32, B4・05环形成一个缝隙夹紧DNA链。

未发现DNA链与C端螺旋有何 相互作用⑴Cdc 13的端粒调节机制及其与细胞周期关系端粒长度的调节由一个三聚物CST (Cdc 13, Stn 1和Ten 1)实现⑹，图3CST在端粒的保 护和复制调节中起双重作用⑺尽管Cdc 13是主要的DNA结合亚基，但三种蛋白在端粒保护 中都起作用，且移除其中任何一个亚基都会导致C-strand的降解，G-strand悬垂结构的过度 延长，触发RAD9细胞周期检验点，最终使细胞停留在G2细胞周期⑻a】在s期末期，cdc 13 的磷酸化促进其与端粒酶亚基——Est 1的直接作用卩气从而加强端粒酶对染色体末端的延 伸【12,13]随后Cdc 13去磷酸化,通过减少Est 1与Cdc 13结合，增加Stn 2与Cdc 13结合来 限制端粒酶的活动⑴叫Cdc 13和Est 1配合与DNA聚合酶a的两个亚基(Pol 1和Pol 2) 直接作用,招募DNA聚合酶a补齐C-strand(1546],图4CST complexRif］碱 Tenl 圖3ZRaplCdcl3S. cerevisiae双链DNA结合蛋白 (Rapl/Rifl/Rif2)构成 一个反馈系统对端粒 长度进行负调控，这 些蛋白质还可能会形 成更高级的结构使端 粒无法与端粒酶结合。

S. cerevisiae图3,CST三聚物简单示意图Pola/primase图4,端粒调节简单示意图181Shang Li, Svetlana Makovets等在前人基础上提出一种Cdc 13磷酸化的精细模型*珥 图5Cdc13StnlCdc13S255T308PS249PS255细胞周期进入到S期末期时，Cdkl （细胞周期蛋白依赖性激酶1）在T308磷酸化Cdc 13, 被磷酸化的苏氨酸308在G-strand悬垂结构上使Cdc 13偏向于与Est 1结合（反之，去磷酸 化则减少Cdc 13与Est 1的相互作用,促进Cdc 13与Stn 1/Ten 1结合）,将逆转录酶催化亚 基Est 2活化，募集模版TLC 1RNA与Est 3形成端粒酶全酶，推动端粒TG1-3DNA的延伸卩刀除了 Cdkl的磷酸化作用，短端粒对Tell优先募集，随后Tel 1/Mec 1将Cdc 13磷酸化（在 丝氨酸249和丝氨酸255或其他尚未明确的磷酸化位点）与Cdk 1的磷酸化协同作用，促进 Cdc 13对端粒酶复合物的募集Cdc 13及其同功蛋白尽管Cdc 13与Pot 1缺乏序列上的相似性,但Cdc 13-DBD含有的OB-fold与Pot 1含有的 OB-fold在结构上具有相似性［191（201t21,o由此推测,Cdc 13与Pot 1是同功蛋白,而在脊椎动 物中,Shelterin 则取代了 CST。

Shelterin 含有六个独立部分 Trf 1, Trf2, Tin 2, Rapl, Tpp 1 和Poti, Trf 1和Trf 2结合到端粒双链部分,Poti结合到3,单链悬垂结构上，图6冋ShelterinTRF1Vertebrates图6, Shelterin的简单结构示意图hPot 1是Cdc 13在人类细胞中的同功蛋白，通过N末端的OB-fold特异性地结合在人端粒序列 TAGGGTTAG上当人类端粒处于关闭状态时，端粒末端3,突岀端G-strand插入到双链部分形 成T-loop紧密型结构hPot 1延长端粒的机理可能为，当其过表达时竞争性结合在端粒末 端取代T-loop,使端粒酶进入导致端粒延长㈤同时与端粒酶催化亚基hTERT（ humante2 telomerase reverse transcriptase ）结合将端粒酶牵引到端粒上12410Kondo等研究了hPotl在胃癌 中的表达与端粒长度、端粒酶活性Z间的关系，发现hPotl的表达与肿瘤分期有关，晚期胃癌 的hPotl表达上调,而胃癌早期优先出现hPotl表达下调，hPotl上调可能参与了晚期胃癌的端 粒末端保护测。

总结虽然经过多年研究对Cdc 13的结构、功能有了较多了解，但对于其调节端粒长度的每一个 步骤的详细情况仍然不十分清晰，虽然提出了很多机制的模型，但至今未有定论相信对于 Cdc 13进一步的研究能够帮助我们了解端粒的活动，对于如同功基因hPotl的研究能帮助我 们了解人类端粒活动与寿命Z间的关系，有助于我们从一个新的方面了解癌症发生的机理, 进而发现治疗癌症的新途径参考文献[1] Mitton- Fry RM et al. J MolBiol, 2004, 338(2): 241-255[2] Anderson, E. M., Halsey, W. A. &Wuttke, D. S. (2002). Delineation of the high-affinity singlestrandedtelomeric DNA-binding domain of Saccharomyces cerevisiae Cdcl3. Nucl.Acids Res. 30, 4305-4313.⑶ Hughes, T. R・，Weilbaecher, R. G.# Walterscheid, M. &Lundblad, V. (2000). Identification of thesinglestrandtelomeric DNA binding domain of the Saccharomyces cerevisiae Cdcl3 protein. Proc・ Natl Acad・ Sci. USA, 97, 6457—6462.[4] Nugent, C. I., Hughes, T. R., Lue, N. F. &Lundblad^V. (1996). Cdcl3p: a single-strand telomericDNAbinding protein with a dual role in yeast telomere maintenance. Scienee, 274, 249-252・[5] Linz J.-J. &Zakian, V. A. (1996). The Saccharomyces CDC13 protein is a single-strand TG1-3 telomeric DNA-binding protein in vitro that affects telomere behavior in vivo. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 93,13760-13765.[6] Lundblad V. Budding yeast telomeres・ In: T. de Lange V, Lundblad E, Blackburn, ed・ Telomeres・ Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Press 2006; 345-86・[7] Bianchi A, Shore D. How telomerase reaches its end: Mechanism of telomerase regulation by the telomeric complex. Mol Cell 2008; 31:153-65.[8] Garvik B, Cars on M, Hartwell L. Sin gle-stra nded DNA arisi ng at telomeres in cdcl3 muta nts may con stitute a specific signal for the RAD9 checkpoint. Mol Cell Biol 1995; 15:6128-38・[9] Gra ndin N, Dam on C, Charb onn eau M. Tenl functions in telomere end protectio n and length regulati on in association with Stnl and Cdcl3. EMBO J 2001; 20:1173-83・[10] Grandin N, Reed SI, Charbonneau M. Stnl, a new Saccharomyces cerevisiaeprotein, is implicated in telomere size regulation in association with Cdcl3・ Genes Dev 1997; 11:512・27.[11] Li S, Makovets S, Matsuguchi Tz Blethrow JD, Shokat KM, Blackburn EH. Cdkl-dependent phosphorylation of Cdcl3 coordinates telomere elongation during cell 。