Cdc14 y Cdc14 son un gen y su producto proteico respectivamente. [1] Cdc14 se encuentra en la mayoría de los eucariotas. Cdc14 fue definido por Hartwell en su famoso análisis de loci que controlan el ciclo celular de Saccharomyces cerevisiae . [1] Más tarde se demostró que Cdc14 codifica una proteína fosfatasa . Cdc14 tiene especificidad dual, lo que significa que tiene actividad dirigida por serina/treonina y tirosina. Se ha informado de una preferencia por las serinas junto a la prolina. [2] Muchos estudios tempranos, especialmente en la levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae, demostraron que la proteína desempeña un papel clave en la regulación de los procesos mitóticos tardíos . [3] Sin embargo, trabajos más recientes en una variedad de sistemas sugieren que su función celular es más compleja.
En Saccharomyces cerevisiae, la especie en la que la actividad de Cdc14 se entiende mejor y más estudiada, la actividad de Cdc14 (ScCdc14) conduce a la salida mitótica al desfosforilar los objetivos de Cdk1 , una proteína quinasa dependiente de ciclina bien estudiada. [4] Cdc14 antagoniza a Cdk1 al estimular la proteólisis de su pareja ciclina (ciclina B), a través de la desfosforilación de Cdh1, un regulador del complejo promotor de anafase . Cdc14 también desfosforila a Swi5 para mejorar la transcripción de Sic1, un inhibidor de Cdk1. [3]
Este modelo "simple" de salida mitótica se complicó a medida que se le atribuyeron a ScCdc14 funciones adicionales en la mitosis. [3] [5] Estas incluían la estabilización del huso y la regulación de la citocinesis y la segregación de ADNr/telómero. En consonancia con estas múltiples funciones, se ha descubierto que ScCdc14 se une a varias proteínas que regulan el ciclo celular y la replicación del ADN, o que se asocian con el huso o el cinetocoro. [6] [7] [8]
El trabajo en otras levaduras complicó aún más la comprensión del papel de Cdc14. Los mutantes en el ortólogo de la fisión Schizosaccharomyces pombe salen de la mitosis normalmente (a diferencia de S. cerevisiae) pero están alterados en la septación y la citocinesis. [9] Además, mientras que la proteína regula el ortólogo Cdk1 de S. pombe, esto ocurre a través de un proceso diferente al de S. cerevisiae; no desfosforila los ortólogos Sic1 o Cdh1, pero promueve la inactivación de Cdc2 al regular negativamente la fosfatasa Cdc25. [10] Cdc14 de Candida albicans también está involucrado en la septación y la citocinesis, pero no en la salida mitótica. [9]
Los estudios de Cdc14 en sistemas animales han enturbiado aún más la historia de Cdc14. Los animales tienen hasta tres genes Cdc14 divergentes, con múltiples variantes de empalme, que parecen divergir en función y ubicación. Además, varios estudios cruciales han arrojado resultados contradictorios. El nematodo Caenorhabditis elegans produce un Cdc14 (CeCdc14), que se localiza en el huso y los centrosomas en la mitosis, y en el citoplasma en la interfase. Un estudio de ARNi con CeCdc14 causó defectos de citocinesis, lo que fue consistente con un trabajo similar en Xenopus laevis . [11] [12] Sin embargo, un segundo estudio de ARNi no mostró defectos, y se sugirió que el primer experimento utilizó demasiados oligonucleótidos que causaron efectos fuera del objetivo. [13] [14] También existen datos contradictorios con Cdc14 humano. A diferencia de CeCdc14, hCdc14A no es centrosómico en la mitosis, pero es citoplasmático y centrosómico durante la interfase. [15] En un estudio se demostró que HCdc14B era principalmente nucleolar como ScCdc14 (pero a diferencia de CeCdc14), pero otros detectaron hCdc14B en filamentos nucleares y en el huso [16] [17] [18]
Mientras que la depleción de hCdc14A y hCdc14B mediante RNAi condujo a defectos en la duplicación de centriolos, la progresión del ciclo celular y la salida mitótica, las células eliminadas de los genes no mostraron defectos en el crecimiento o la mitosis, y también se mostró una falla similar de un defecto del ciclo celular en células humanas cultivadas utilizando knockouts condicionales de hCdc14A y hCdc14B. [15] [19] Finalmente, en el pollo, las líneas knockout carecían totalmente de defectos en la progresión del ciclo celular, la entrada o salida mitótica, la citocinesis o el comportamiento del centrosoma. [15] [19] Hay evidencia de que Cdc14 puede participar en un punto de control de daño del ADN. [20]
Un nuevo papel para Cdc14 en eucariotas fue sugerido por estudios de Phytophthora infestans , un microbio eucariota conocido mejor como la causa de la Gran Hambruna de Irlanda . Cabe destacar que, si bien las especies mencionadas anteriormente son todas parientes taxonómicamente relativamente cercanos (en el grupo Fungi/Metazoa), P. infestans tiene una historia evolutiva distinta; está clasificado como un oomiceto y es miembro del Reino Stramenopila (los Heterokonts en algunos esquemas) junto con las diatomeas y las algas pardas. El único gen Cdc14 de P. infestans (PiCdc14) se expresa de manera distinta a los de los hongos y metazoos; en lugar de transcribirse a lo largo del ciclo celular y regularse postraduccionalmente, PiCdc14 está bajo un fuerte control transcripcional y no se expresa en las hifas, donde tiene lugar la mayor parte de la mitosis. En cambio, PiCdc14 se produce durante la formación de esporas asexuales, incluidas sus zoosporas biflageladas . [21] Se encontró que PiCdc14 se acumula cerca de los cuerpos basales, en la base de los flagelos. [22] A la luz de los diferentes roles de Cdc14 en hongos y animales, se sugirió que los datos de P. infestans implicaban que un rol ancestral de Cdc14 involucraba la etapa de flagelos de los eucariotas. [22] Más tarde se obtuvieron datos adicionales en apoyo de esta teoría a partir de estudios en pez cebra, donde también se encontró que sus proteínas Cdc14 se localizan en el cuerpo basal y desempeñan roles en la formación de cilios, que son formas cortas de flagelos. [23]
Cdc14 también está involucrado en la regulación de pasos clave durante la meiosis en levaduras en ciernes. Cdc55, una subunidad reguladora de la proteína fosfatasa 2 (PP2A), secuestra Cdc14 en el nucléolo durante la etapa temprana de la meiosis. El secuestro de Cdc14 es necesario para ensamblar el huso de meiosis I. Aunque, el secuestro de Cdc14 en la etapa temprana no es esencial para la separación de cromosomas. [24] Las proteínas del complejo FEAR (Cdc Fourteen Early Anaphase Release), SLK19 y SPO12 regulan la liberación de Cdc14. [25] La liberación de Cdc14 del nucléolo resulta en la inactivación de cdk1 y finalmente en el desmontaje del huso durante la anafase de la meiosis I. Las células privadas de Cdc14 o SLK19 y SPO12 tienen una meiosis anormal. Tienen solo una división durante la meiosis. Los cromosomas también se segregan anormalmente. La anomalía surge debido a un retraso en la separación del huso durante la anafase I. Sin embargo, la segregación de cromosomas continúa y ambas fases de segregación meiótica tienen lugar en el huso de meiosis I prolongado. Cdc14 junto con SPO12 y SLK19 desempeñan un papel fundamental para garantizar que las dos fases de segregación cromosómica tengan lugar consecutivamente durante la meiosis. [26]
Cdc14 está ampliamente distribuido, se encuentra en la mayoría de los reinos eucariotas. Sin embargo, no se encuentra en todas las especies según las búsquedas de genomas secuenciados. Uno o más genes Cdc14 se encuentran en alveolados, animales, hongos, tripanosomas y plantas inferiores. [22] Sin embargo, los genes Cdc14 aparentemente se han perdido en algunos linajes, incluidas las plantas superiores, los rodofitos y los mohos mucilaginosos. Existe una correlación positiva bastante estrecha entre la presencia de Cdc14 en una especie y si esa especie produce flagelos o cilios . [22] Esto puede estar relacionado con el papel ancestral de Cdc14. Se ha debatido si los cuerpos basales de anclaje de flagelos o los centriolos involucrados en la mitosis aparecieron primero durante la evolución, pero una teoría es que los flagelos evolucionaron primero como un orgánulo sensorial y de motilidad, y el cuerpo basal luego fue cooptado en un papel mitótico. [27] [28] La función de Cdc14 puede haberse adaptado a diferentes funciones durante la evolución de esos orgánulos.
La mayor parte de la información sobre la función bioquímica de Cdc14 proviene de estudios de S. cerevisiae. En esa especie, un objetivo importante es Cdh1/Hct1. Cdh1 se asocia con la APC y conduce a la actividad de la APC (complejo promotor de anafase); [29] la APC activada es un impulsor clave en la salida mitótica. Además, Cdc14 desfosforila el inhibidor estequiométrico de las ciclinas mitóticas, Sic1 , estabilizando la proteína Sic1. La actividad de Cdc14 también conduce a la estabilización del factor de transcripción Swi5, lo que conduce a una regulación positiva de la transcripción de Sic1. Es posible que Cdc14 actúe como una fosfatasa en todos los objetivos de Clb-Cdk1, actuando para revertir los efectos de las ciclinas mitóticas.
Los objetivos de Cdc14 son aparentemente bastante diversos. Los métodos de captura por afinidad y de doble híbrido en levadura han identificado muchas proteínas que potencialmente interactúan con ScCdc14, incluidas aquellas que se sabe que regulan el ciclo celular y la replicación del ADN, o que se asocian con el huso o el cinetocoro. [6] [7] [8] Cdc14 también parece inhibir la ARN polimerasa I, lo que ayuda a permitir la disyunción cromosómica completa al eliminar las transcripciones del ARN ribosómico (ARNr) que de otro modo bloquearían la unión de la condensina al ADNr. [30]
En S. cerevisiae, Cdc14 está regulada por su inhibidor competitivo Cfi/Net1, que localiza Cdc14 en el nucléolo. [31] Durante la anafase, Cdc14 se "libera" y se propaga al resto de la célula. Dos redes median la liberación de Cdc14 del nucléolo: FEAR (CDC Fourteen Early Anaphase Release) y MEN (Mitotic Exit Network); si bien estas redes son complejas, se cree que dan como resultado la fosforilación de Cfi/Net1 y/o Cdc14, lo que resulta en la disociación del complejo. En S. pombe, se sabe que la fosforilación del ortólogo de Cdc14 por Cdk1 inhibe directamente la actividad catalítica de la fosfatasa. [32]