Aurora-A在细胞有丝分裂中作用及与肿瘤关系医学论文.doc

Aurora-A在细胞有丝分裂中作用及与肿瘤关系_医学论文 【关键词】 Auror-A；有丝分裂；中心体；非整倍体；基因组不稳定性；肿瘤；综述 有丝分裂过程的偏差会造成中心体扩增、染色体异常分离以及非整倍体的产生，导致基因组不稳定，从而引发肿瘤为使姊妹染色单体和其他细胞成分能够均等地进入子细胞，需要一系列蛋白质的可逆的磷酸化作用，这其中包括Aurora激酶家族［1］Aurora-A属于Aurora激酶家族，是中心体相关激酶，在细胞有丝分裂中起重要作用，因为它与多种恶性肿瘤有关，所以引起众多研究者的关注阐明Aurora-A在有丝分裂中的作用将有助于深刻理解Aurora-A诱导肿瘤发生的分子机制，并为肿瘤治疗提供新的靶点 1 Aurora激酶家族概述 Aurora激酶家族是存在于真核细胞内、参与调节有丝分裂的一类丝氨酸-苏氨酸激酶哺乳动物细胞中迄今发现3个Aurora家族成员，分别是：Aurora-A（Aurora2）、Aurora-B（Aurora1）、Aurora-C(Aurora3)［1］Aurora激酶家族在结构上具有高度保守性［2］，其蛋白质的一级结构含有两个结构域，即可变区和催化区，人类Aurora家族三成员蛋白质一级结构序列的一致性大于55％，多集中在C末端的催化区，并且都具有活化环和降解框。

虽然三种人类Aurora激酶的氨基酸序列有很大一致性，但它们在细胞内的定位存在差异Aurora-A于S早期定位于复制的中心体和纺锤体两极，直到有丝分裂结束后退出，分布于子细胞核附近［1］Aurora-B是染色体过客蛋白，定位于有丝分裂早期的染色体着丝粒区域，后期则转移至纺锤体中间区，最终在胞质分裂期集中于中间体，这种定位使得Aurora-B有调节动粒的功能，是纠正染色体排列和分离、调整纺锤体检验点和胞质分裂所必需的［3］Aurora-C也是一种染色体过客蛋白［4］，与Aurora-B、内着丝粒蛋白及survivin等过客蛋白一样，在有丝分裂前期和中期分别定位于固缩的染色体及着丝粒上，后期转移到纺锤体的中间区，在胞质分裂期定位于中心体处，其功能与Aurora-B相互弥补，以满足细胞有丝分裂进程的需要因此Aurora激酶家族不同的亚细胞定位与各自的功能密不可分，它们在细胞内受到严格的时间和空间调控，参与调节中心体的成熟、染色体的正确分离和细胞分裂 2 Aurora-A的结构 人Aurora-A最早从乳癌组织中检测到，被称为BTAK，又名Aurora2、AIK1、STK15、STK6、HsAIRK1等［5］。

Aurora-A由403个氨基酸组成，蛋白质一级结构含有两个结构域，一个是可变区，一个是催化区催化区位于C末端，氨基酸序列具有高度保守性，催化区内含有活化环和降解框，活化环参与Aurora-A激酶活性的调节，降解框D-box参与Aurora-A激酶的降解可变区位于N末端，此区含有3个box，它们与Aurora-A的胞内定位以及识别、结合中心体的相关蛋白有关，其中A-box还负责激活D-box的降解功能［2］ 3 Aurora-A的周期性变化 Aurora-A激酶在细胞中的表达及分布呈现周期依赖性其mRNA及蛋白水平在G1和S期最低，从G2期开始逐渐升高，在G2/M期增至峰值，M期结束后迅速下降，激酶活性在有丝分裂早期达到最大［6］Aurora-A在细胞内呈周期性动态分布：G2期Aurora-A随复制的中心体移向细胞两极在有丝分裂前期，位于两极的Aurora-A逐渐靠近，并伴有核膜的增厚和内陷随着核膜的崩解消失，Aurora-A快速增加并进入纺锤体结构，分布于中心体及其附近的微管区域后期定位于中心体附近的量减少，另有少部分出现在中间区末期和胞质分裂期随着Aurora-A的逐渐降解，大部分无法检测到，直到G2期Aurora-A又重新分布到子细胞核附近［7］。

4 Aurora-A在有丝分裂中的作用 4.1 Aurora-A与中心体的分离与成熟 中心体作为细胞的微管组织中心，其重要功能是构成有丝分裂的纺锤体，在细胞间期调节微管的数量、稳定性、极性和空间分布；在有丝分裂期，中心体建立两极纺锤体，确保细胞分裂过程的对称性和双极性，而这一功能对染色体的精确分离是必需的 中心体在G1/S期或S早期开始复制，到S期末就形成两套未分离的中心体，Aurora-A于此时定位到中心体，阻止它再次复制并促进它的分离和成熟，这时中心体复制已完成，因此，Aurora-A并未直接参与中心体的复制直到G1期Aurora-A降解后重新分布到子细胞核附近，中心体才得以进行下一次复制，说明Aurora-A只允许中心体在一个细胞周期中复制1次［6］ Aurora-A对于中心体的分离非常重要有研究显示，利用RNAi技术干扰线虫胚胎中的Aurora-A后发现，在核膜破裂前，中心体能够正常分离，但在核膜破裂后，分离的中心体又聚在一起，说明Aurora-A对于中心体分离的启动不是必需的，而对分离的维持是必不可少的［8］还有研究结果表明，当果蝇中Aurora-A突变时，将导致中心体异常分离，从而引发单极纺锤体［9］。

中心体经历了复制和分离后还需要一个成熟的过程，此时就要募集一些蛋白质到中心体，以确保有丝分裂的正常进行通过对果蝇、线虫的研究发现，在细胞有丝分裂早期，γ-微管蛋白与两种中心粒周围物质——D-TACC和MSPS以依赖Aurora-A的方式聚集到中心体，其中D-TACC是一种中心体蛋白，起稳定中心体和微管的作用；MSPS是一种微管相关蛋白，在维持纺锤体的完整性方面发挥重要作用Aurora-A将D-TACC磷酸化后与微管结合蛋白MSPS/XMAP215形成复合物，并促进其聚集到中心体上，稳定中心体微管［8,10,11］ 4.2 Aurora-A与纺锤体装配 纺锤体微管在细胞分裂时牵引染色体到细胞两极，使每一子代细胞都具有完整的染色体Aurora-A在双极纺锤体的建立和维持过程中起关键作用，抑制Aurora-A活性，可导致单极纺锤体的形成, 而双极纺锤体才是染色体正确分离的前提［12］另有研究显示，在Aurora-A缺失的人类肿瘤细胞中，虽然形成了双极纺锤体，但染色体不能排列到赤道平面上［13］ Aurora-A激酶磷酸化后才具有活性在非洲爪蟾卵抽提物中发现，Aurora-A的磷酸化及活化通过Ran-GTP-TPX2途径被激活， Ran-GTP活化后，刺激TPX2从importin-α和importin-β中释放，Aurora-A与TPX2结合后被磷酸化，并帮助Aurora-A定位到中心体附近的微管上，当TPX2与Aurora-A过表达时，可导致纺锤体装配不协调和染色体分离错误［14］。

4.3 Aurora-A与G2/M期检验点 细胞周期中有两个关键的转折点：G1/S期及G2/M期G2/M期阻滞反应了细胞的自身保护机制，以提供细胞修复损伤DNA的时间若修复成功，细胞便可进入有丝分裂期，反之细胞进入凋亡阶段Aurora-A主要在G2/M期被激活，它对细胞能进入有丝分裂起非常重要的作用MARUMOTO等［15］将抗Aurora-A的抗体注入到G2晚期的Hela细胞中后，细胞延迟进入有丝分裂，但当Aurora-A过表达时，又可取消由于DNA损伤所引起的G2/M期阻滞，使细胞逃逸了G2/M期检验点，直接进入有丝分裂，造成染色体不稳定，说明Aurora-A参与了G2/M期检验点的调控 5 Aurora-A与恶性肿瘤 5.1 Aurora-A基因在20q13的扩增 人类Aurora-A基因位于染色体20q13，这个区域在许多恶性肿瘤中都存在基因扩增［16］在乳癌细胞系，20q11～q13区的扩增存在于40％的癌细胞中，而且20q13区扩增与过表达的乳癌病人预后差［17］在胃癌中用FISH法分析后，有约47%的病人出现20q13区扩增，其中有4例（5％）高度扩增，11例（15％）中度扩增，还有19例（28％）低度扩增［18］。

在原发性结肠癌中，有52％的病人存在20q13区扩增［16］这些证据表明，Aurora-A是临床上一个重要癌基因 5.2 Aurora-A在mRNA与蛋白水平的过表达 通常在正常人体组织中，Aurora-A只在少数细胞增生活跃的器官中存在高表达，比如睾丸、胸腺和胎儿肝脏，但当它在其他组织细胞中高表达时，却可能促进肿瘤的发生［19］既往研究发现，Aurora-A在乳癌、前列腺癌、膀胱癌、卵巢癌、胰腺癌等多种肿瘤中都存在高表达，而且Aurora-A主要分布在细胞质，不局限于中心体［20］ 5.3 Aurora-A与非整倍体和中心体紊乱 以部分或整条染色体的获得或丢失为特征的非整倍体可导致基因组不稳定，从而促进肿瘤的发生有文献报道非整倍体可作为判断肿瘤进程和预后的指标［21,22］在胃癌和甲状腺乳头状癌等恶性肿瘤中，非整倍体是转移和预后差的标志关于Aurora-A和非整倍体的关系，有研究发现过表达的Aurora-A和非整倍体同时出现在胃癌中，并且有Aurora-A基因扩增和过表达的临床标本有非整倍体和预后差的特征［23］ 当中心体出现扩增等异常现象时，可导致错误的纺锤体装配和染色体分离，形成非整倍体，在几乎所有的肿瘤及肿瘤细胞系中都发现有中心体异常现象［24］。

Aurora-A作为中心体相关激酶，当它过表达时可导致中心体扩增、染色体不稳定和细胞恶性转化［25］这些都提示Aurora-A的过表达和中心体异常以及非整倍体的出现在肿瘤的发生、发展中存在必然联系，因此Aurora-A在有丝分裂中的调节作用可能是其引发肿瘤的原因之一 5.4 Aurora-A与p53 野生型p53(wt-p53)蛋白在维持基因组稳定方面同样发挥重要角色wt-p53在有丝分裂中起重要的检验点角色，一部分p53被发现在有丝分裂中分布于中心体，而wt-p53下调、缺失或突变会导致中心体扩增和基因组不稳定，这与Aurora-A过表达所诱导的结果相似［26,27］ 有文献报道， wt-p53蛋白对Aurora-A起负调控作用［27］，在细胞内以转录活化非依赖的方式直接结合在Aurora-A的N末端并抑制其活性，阻止Aurora-A过表达所诱导的中心体扩增和细胞转化；另一方面，Aurora-A高度活化又可抑制wt-p53所介导的负性调节，原因是Aurora-A对p53的Ser315磷酸化，从而促进Mdm2介导的p53通过泛素化途径降解，也可对p53的Ser215磷酸化，抑制p53的转录活性，最终使p53失去正常功能［28,29］。

这些发现提示Aurora-A引发肿瘤的原因之二是它能与一些底物蛋白相互作用，影响细胞凋亡和分裂之间的平衡，过表达或过度激活Aurora-A会打破细胞内的Aurora-A-p53平衡，造成细胞恶性增殖 5.5 Aurora-A与c-myc Aurora-A在肿瘤转化中具有枢纽作用最近研究发现,卵巢上皮细胞HIOSE118和乳腺上皮细胞MCF-10A中高表达的Aurora-A可以上调c-myc，并通过人端粒酶逆转录酶（hTERT)启动子上c-myc结合位点诱导端粒酶活性，RNAi干扰c-myc后，可以减弱Aurora-A所诱导的hTERT表达和端粒酶活性［30］此发现提供了细胞恶性转化的又一分子机制，即Aurora-A通过上调c-myc而诱导端粒酶活性 6 展望 Aurora-A作为中心体相关激酶，它与许多蛋白质通过磷酸化相互作用，参与细胞有丝分裂过程，当它过表达时，会导致中心体扩增，诱导细胞转化由于Aurora-A与肿瘤的发生有关，它所编码的基因也被认为是一种新的癌基因，因此,Aurora-A有可能成为肿瘤治疗的一个靶点目前，文献相继报道有3种小分子Aurora-A激酶抑制剂，它们分别为ZM447439、MLN8054和VX。