细胞周期的运动依赖于被称为细胞周期依赖性激酶(cdk)的催化蛋白的激活和失活。*为了促进细胞周期进展,cdk必须与其调控细胞周期蛋白伙伴形成活性复合物(有关综述,请参阅Ohi和Gould,1999年;Yang和Kornbluth,1999年). 细胞复制基因组的承诺发生在G1晚期的一个高度调控阶段,即限制点。为了理解细胞通过这个限制点的分子机制,人们花费了大量的精力。虽然大多数研究都集中于细胞周期蛋白D–cdk4/6–pRB–E2F级联在介导这种转换中的作用,但证据表明,视网膜母细胞瘤(RB)通路本身并不能解释G1/S对这个转换点的控制(Santoni-Rugiu等人,2000年). 越来越多的证据表明,通过原癌基因Myc运作的平行通路与pRB–E2F通路协同控制G1/S发病(Roussel等人,1995年;Leone等人,1997年;Beier等人,2000年). 重要的是,所有在通过限制点移动细胞中起作用的已知途径都集中在G1/S激酶cdk2的控制上。
因为cdk2在控制细胞增殖中起着核心作用,所以它受到多种水平的调控。虽然cdk2在整个细胞周期中相对普遍地表达,但它受到一系列活化和失活磷酸化的高度调节(Ekholm和Reed,2000年). 此外,cdk2活性受到cyclin结合伙伴可用性的限制。细胞周期蛋白在蛋白表达水平上受到调节,在整个细胞周期中以振荡方式合成和破坏,从而确保cdk激活的窗口很窄(Ekholm和Reed,2000年). 在哺乳动物细胞中,cdk2与细胞周期蛋白E和细胞周期蛋白A形成活性复合物(Fang和Newport,1991年; 有关审查,请参阅Ekholm和Reed,2000年). 晶体学研究表明,细胞周期蛋白结合允许在cdk分子的催化间隙内进行结构修饰,增强cdk对ATP和相关底物的接触(Jeffrey等人,1995年). 此外,cdk–cyclin复合物的形成和活性都受到小抑制蛋白(cdk抑制剂[CKIs];松树,1994). 尽管人们对调控cdk活化的调控机制了解很多,但所有这些调控机制发挥作用的确切时间和方式仍然存在疑问,尤其是在细胞应激、DNA损伤和肿瘤发生期间。
此前,我们的实验室报告了一部小说的鉴定爪蟾细胞周期调控基因X-Spy1(Lenormand等人,1999年). 在X-Spy1出版后不久,Ferby等人(1999)报告了一个爪蟾基因,p33林戈,与X-Spy1的同源性约为90%。微量注射X-Spy1或p33林戈mRNA导入爪蟾卵母细胞在缺乏激素的情况下可以快速成熟。此外,X-Spy1和p33林戈牌手表对黄体酮刺激的非洲爪蟾卵母细胞(Ferby等人,1999年;Lenormand等人,1999年). 此外,X-Spy1和p33林戈在成熟过程中,功能似乎是多余的,因为用反义寡核苷酸一次只抑制其中一种蛋白质并不能阻止成熟(Ferby等人,1999年). 有趣的是,在爪蟾卵母细胞、X-Spy1和p33林戈都被发现以p21无关的方式结合并过早激活cdk2(Ferby等人,1999年;Lenormand等人,1999年). 最近,有报道称p33激活cdk2林戈不依赖Thr161的磷酸化,提示cdk2活化的新机制(Karaskou等人,2001年). 因此,X-Spy1和p33林戈代表了一类新的细胞周期调控蛋白,其与cdk2直接相互作用并激活cdk2,独立于经典的调控机制。
在这里,我们报告了Spedy(Spy1)的人类同源物的鉴定和表征。与之类似爪蟾对应的,人类Speedy能够诱导成熟爪蟾显微注射后的卵母细胞,表明其在细胞周期进展中起作用。人类Speedy mRNA存在于一系列正常组织和永生化细胞系中,并以依赖细胞周期的方式进行调节。我们证明,Spy1与人类cdk2相互作用,不依赖于细胞周期蛋白结合,并刺激其在哺乳动物细胞中的激酶活性。此外,Spy1在各种细胞系中的过度表达会迅速诱导细胞周期进展,这一作用依赖于cdk2的激活。重要的是,我们表明耗尽内源性Spy1会显著降低细胞增殖,这表明Spy1具有生理功能。因此,人类Speedy是一种新型的、必不可少的细胞周期进程诱导剂,通过独特的cdk2激活途径发挥作用。