Ｃｄｃ１４

Cdc14とCdc14 は、それぞれ遺伝子とそのタンパク質産物です。 ^[1] Cdc14 はほとんどの真核生物に見られます。Cdc14 は、サッカロミセス・セレビシエの細胞周期を制御する遺伝子座の有名なスクリーニングでハートウェルによって定義されました。 ^[1] Cdc14 は後にタンパク質ホスファターゼをコードすることが示されました。Cdc14 は二重特異性であり、セリン/スレオニンとチロシンに対する活性を持っています。プロリンの隣にあるセリンが優先することが報告されています。 ^{[2]多くの初期の研究、特に出芽酵母サッカロミセス・セレビシエでは、このタンパク質が後期有}糸分裂プロセス の調節に重要な役割を果たすことが実証されました。 ^[3] しかし、より最近のさまざまなシステムでの研究では、その細胞機能はより複雑であることが示唆されています。

Cdc14 の活性が最もよく理解され、最も研究されている種であるサッカロミセス・セレビシエでは、Cdc14 (ScCdc14) の活性は、よく研究されているサイクリン依存性タンパク質キナーゼであるCdk1の標的を脱リン酸化することで有糸分裂終了につながります。 ^{[4] Cdc14 は}、後期促進複合体 の調節因子である Cdh1 の脱リン酸化を介して、サイクリンパートナー (サイクリン B) のタンパク質分解を刺激することでCdk1 に拮抗します。Cdc14 はまた、Swi5 を脱リン酸化して、Cdk1 の阻害剤である Sic1 の転写を促進します。^[3]

この「単純な」有糸分裂終了モデルは、有糸分裂における追加の役割がScCdc14に起因するとされ、複雑になりました。^{[3] [5]} これらには、紡錘体の安定化、細胞質分裂およびrDNA/テロメア分離の調節が含まれます。このような複数の役割と一致して、ScCdc14は、細胞周期とDNA複製を制御する、または紡錘体またはキネトコアに関連するいくつかのタンパク質に結合することがわかっています。^{[6] [7] [8]}

他の酵母の研究により、Cdc14 の役割の理解はさらに複雑になりました。分裂酵母Schizosaccharomyces pombeの相同遺伝子の変異体は、S. cerevisiae とは異なり、正常に有糸分裂を終了しますが、隔壁形成と細胞質分裂が変化します。^[9] また、このタンパク質は S. pombe の Cdk1 相同遺伝子を制御しますが、これは S. cerevisiae とは異なるプロセスで発生します。Sic1 または Cdh1 相同遺伝子を脱リン酸化せず、Cdc25 ホスファターゼをダウンレギュレーションすることで Cdc2 の不活性化を促進します。^[10] Candida albicans の Cdc14 も隔壁形成と細胞質分裂に関与しますが、有糸分裂終了には関与しません。^[9]

動物系における Cdc14 の研究により、Cdc14 のストーリーはさらに混乱しています。動物は最大 3 つの分岐した Cdc14 遺伝子を持ち、複数のスプライスバリアントがあり、機能と場所が異なるようです。また、いくつかの重要な研究から矛盾する結果が得られています。線虫Caenorhabditis elegans は1 つの Cdc14 (CeCdc14) を作り、これは有糸分裂では紡錘体と中心体に、間期には細胞質に局在します。CeCdc14 を使用した 1 つの RNAi 研究では、細胞質分裂の欠陥が発生しましたが、これはXenopus laevisでの同様の研究と一致していました。^{[11] [12]} しかし、2 つ目の RNAi 研究では欠陥は見られず、最初の実験ではオリゴヌクレオチドを多用しすぎてオフターゲット効果が発生したことが示唆されました。^{[13] [14]} ヒトの Cdc14 についても矛盾するデータがあります。 CeCdc14とは異なり、hCdc14Aは有糸分裂時には中心体ではないが、間期には細胞質と中心体に存在する。^[15] HCdc14Bは、ある研究ではScCdc14と同様に主に核小体に存在することが示されたが（ただしCeCdc14とは異なる）、他の研究ではhCdc14Bが核フィラメントと紡錘体上に検出された^{[16] [17] [18]}

hCdc14AとhCdc14BのRNAi欠損は中心小体の複製、細胞周期の進行、有糸分裂からの離脱に欠陥をもたらしたが、遺伝子を欠損した細胞では成長や有糸分裂に欠陥は見られず、条件付きhCdc14AとhCdc14Bノックアウトを用いた培養ヒト細胞でも同様の細胞周期欠陥の失敗が示された。^{[15] [19]} 最後に、ニワトリでは、ノックアウト系統では細胞周期の進行、有糸分裂の開始または終了、細胞質分裂、または中心体の挙動に欠陥が全く見られなかった。^{[15] [19]} Cdc14がDNA損傷チェックポイントに関与している可能性があるという証拠がある。^[20]

真核生物における Cdc14 の新しい役割は、アイルランド大飢饉の原因として最もよく知られている真核微生物Phytophthora infestansの研究によって示唆されました。特に、上記の種はすべて分類上比較的近い同族種 (菌類/後生動物グループ) ですが、P. infestans は独特の進化の歴史を持っています。卵菌類に分類され、珪藻類や褐藻類とともに Stramenopila 界 (一部の分類では異質界) に属しています。P. infestans の単一の Cdc14 遺伝子 (PiCdc14) は、菌類や後生動物の遺伝子とは明確に発現します。PiCdc14 は、細胞周期を通じて転写され、翻訳後に制御されるのではなく、強力な転写制御下にあり、ほとんどの有糸分裂が行われる菌糸では発現しません。代わりに、PiCdc14は、二鞭毛の遊走子を含む無性胞子の形成中に作られます。^[21] PiCdc14は、鞭毛の基部にある基底小体の近くに蓄積することがわかりました。^[22] 真菌と動物におけるCdc14のさまざまな役割を考慮すると、P. infestansのデータは、Cdc14の祖先の役割が真核生物の鞭毛段階に関係していることを示唆していると示唆されました。^[22] この理論を支持する追加データは、後にゼブラフィッシュの研究から得られ、そのCdc14タンパク質も基底小体に局在し、鞭毛の短縮形である繊毛の形成に役割を果たすことがわかりました。^[23]

Cdc14 は出芽酵母の減数分裂の重要な段階の調節にも関与している。タンパク質ホスファターゼ 2 (PP2A) の調節サブユニットである Cdc55 は、減数分裂の初期段階で Cdc14 を核小体に隔離する。Cdc14 の隔離は、減数分裂 I 紡錘体の組み立てに必要である。しかし、Cdc14 の初期段階の隔離は染色体の分離に必須ではない。^[24] FEAR (Cdc Fourteen Early Anaphase Release) 複合タンパク質、SLK19 および SPO12 は、Cdc14 の放出を調節する。^[25] 核小体からの Cdc14 の放出は、cdk1 の不活性化をもたらし、最終的には減数分裂 I のアナフェーズ中に紡錘体の分解をもたらす。Cdc14 または SLK19 と SPO12 を欠乏した細胞は異常な減数分裂を起こす。減数分裂中に分裂するのは1回だけです。染色体も異常に分離します。この異常は、後期I中の紡錘体の分解の遅れによって生じます。しかし、染色体の分離は継続し、減数分裂分離の両段階は、延長された減数分裂I紡錘体で起こります。Cdc14は、SPO12およびSLK19とともに、減数分裂中に染色体分離の2段階が連続して起こることを保証する上で重要な役割を果たします。^[26]

Cdc14 は広く分布しており、ほとんどの真核生物界で見つかっている。しかし、ゲノム配列の調査に基づくと、すべての種で見つかるわけではない。1 つまたは複数の Cdc14 遺伝子が、胞子虫、動物、菌類、トリパノソーマ、下等植物で見つかっている。^[22] しかし、Cdc14 遺伝子は、高等植物、紅藻類、粘菌などの一部の系統では明らかに失われている。種における Cdc14 の存在と、その種が鞭毛または繊毛を作るかどうかとの間には、かなり密接な正の相関関係がある。^[22]これは、Cdc14 の祖先の役割に関係している可能性がある。鞭毛を固定する基底小体と有糸分裂に関与する中心小体のどちらが進化の過程で最初に現れたかは議論されてきたが、1 つの理論では、鞭毛が最初に運動性と感覚器官として進化し、基底小体が後に有糸分裂の役割に転用されたとされている。^{[27] [28]} Cdc14の機能は、これらの細胞小器官の進化の過程で異なる機能に適応した可能性がある。

Cdc14 の生化学的機能に関する情報のほとんどは、S. cerevisiae の研究から得られています。この種では、重要なターゲットの 1 つが Cdh1/Hct1 です。Cdh1 は APC と関連し、APC 活性 (分裂後期促進複合体) を引き起こします。^{[29]活性化された APC は有糸分裂終了の重要な推進力です。さらに、Cdc14 は有糸分裂サイクリン}Sic1の化学量論的阻害剤を脱リン酸化して、Sic1 タンパク質を安定化します。Cdc14 の活性は転写因子 Swi5 の安定化にもつながり、Sic1 転写のアップレギュレーションにつながります。Cdc14 はすべての Clb-Cdk1 ターゲットに対してホスファターゼとして作用し、有糸分裂サイクリンの効果を逆転させる可能性があります。

Cdc14 の標的は明らかに非常に多様です。酵母ツーハイブリッド法とアフィニティーキャプチャー法によって、細胞周期や DNA 複製を制御することが知られているタンパク質や、紡錘体やキネトコアと関連するタンパク質など、ScCdc14 と相互作用する可能性のある多くのタンパク質が特定されています。^{[6] [7] [8]} Cdc14 はまた、RNA ポリメラーゼ I を阻害するようで、これにより、コンデンシンが rDNA に結合するのを妨げるリボソーム RNA (rRNA) 転写産物が除去され、染色体の完全な分離が可能になります。^[30]

S. cerevisiae では、Cdc14 は競合阻害剤 Cfi/Net1 によって制御され、Cdc14 を核小体に局在させます。^[31] 分裂後期には、Cdc14 は「解放」され、細胞の他の部分に広がります。核小体からの Cdc14 の放出を仲介する 2 つのネットワークは、FEAR (CDC Fourteen Early Anaphase Release) と MEN (Mitotic Exit Network) です。これらのネットワークは複雑ですが、Cfi/Net1 および/または Cdc14 のリン酸化を引き起こし、複合体の解離につながると考えられています。S. pombe では、Cdk1 による Cdc14 相同遺伝子のリン酸化が、ホスファターゼの触媒活性を直接阻害することが知られています。^[32]