TESTO

La famiglia di proteine cell division cycle 25 (CDC25) sono fosfatasi a doppia specificità altamente conservate che attivano complessi di chinasi ciclina-dipendenti (CDK), che a loro volta regolano la progressione attraverso il ciclo di divisione cellulare. Le fosfatasi CDC25 sono anche componenti chiave dei percorsi di checkpoint che si attivano in caso di danno al DNA. Nelle cellule di mammifero sono state identificate 3 isoforme: CDC25A, CDC25B (116949) e CDC25C (157680). CDC25A attiva principalmente i complessi CDK2 (116953)-ciclina E (123837) e CDK2-ciclina A (123835) durante la transizione G1-S, ma ha anche un ruolo durante la transizione G2-M attivando i complessi CDK1 (116940)-ciclina B (123836), che si pensa avviino la condensazione cromosomica (sintesi di Boutros et al., 2007).

Galaktionov e Beach (1991) clonarono un cDNA corrispondente al gene CDC25A umano da una libreria di teratocarcinoma.

Galaktionov et al. (1995) ha dimostrato che nelle cellule di roditori, le fosfatasi CDC25A o CDC25B umane ma non CDC25C cooperano con la mutazione gly12-to-val del gene HRAS (190020.0001) o con la perdita di RB1 (614041) nella formazione di focus oncogenici. I trasformanti erano altamente aneuploidi, crescevano in agar morbido e formavano tumori di alto grado in topi nudi. La sovraespressione di CDC25B è stata rilevata nel 32% dei tumori al seno primari umani testati.

Per proteggere l’integrità del genoma e garantire la sopravvivenza, le cellule eucariotiche esposte allo stress genotossico cessano di proliferare per fornire tempo per la riparazione del DNA. Mailand et al. (2000) ha dimostrato che le cellule umane rispondono alla luce ultravioletta o alle radiazioni ionizzanti mediante degradazione proteica rapida, ubiquitina e proteasoma – dipendente di CDC25A, una fosfatasi necessaria per la progressione dalla fase G1 alla fase S del ciclo cellulare. Questa risposta ha coinvolto la chinasi proteica CHK1 attivata (603078) ma non la via p53 (191170) e la persistente fosforilazione inibitoria della tirosina di CDK2 (116953) ha bloccato l’ingresso nella fase S e nella replicazione del DNA. L’arresto del ciclo cellulare CDC25A-dipendente si verifica da 1 a 2 ore dopo la radiazione ultravioletta, mentre l’asse p53-p21 influisce sul ciclo cellulare solo diverse ore dopo il trattamento ultravioletto. Mailand et al. (2000) ha quindi concluso che la risposta del checkpoint al danno al DNA si verifica in 2 onde. La sovraespressione di CDC25A ha bypassato il meccanismo di arresto del ciclo cellulare, portando a un maggiore danno al DNA e una diminuzione della sopravvivenza cellulare. Mailand et al. (2000) ha concluso che i risultati hanno identificato la degradazione specifica di CDC25A come parte del meccanismo di checkpoint del danno al DNA e ha suggerito come la sovraespressione di CDC25A nei tumori umani possa contribuire alla tumorigenesi.

Quando esposti a radiazioni ionizzanti, le cellule eucariotiche attivano percorsi di checkpoint per ritardare la progressione del ciclo cellulare. Difetti nel checkpoint di fase S indotta da radiazioni ionizzanti causano “sintesi del DNA radioresistente”, un fenomeno che è stato identificato in pazienti inclini al cancro affetti da atassia-telangiectasia. La fosfatasi CDC25A attiva CDK2, necessaria per la sintesi del DNA, ma diventa degradata in risposta al danno al DNA o alla replicazione bloccata. Falck et al. (2001) ha riportato un collegamento funzionale tra ATM (607585), checkpoint che segnala la chinasi CHK2 (604373) e CDC25A e ha implicato questo meccanismo nel controllo del checkpoint di fase S. Falck et al. (2001) ha dimostrato che la distruzione indotta da radiazioni ionizzanti di CDC25A richiede sia ATM che la fosforilazione mediata da CHK2 di CDC25A su serina-123. Una perdita indotta da radiazioni ionizzanti della proteina CDC25A impedisce la defosforilazione di CDK2 e porta ad un blocco transitorio della replicazione del DNA. Falck et al. (2001) ha anche dimostrato che gli alleli CHK2 associati al tumore non possono legarsi o fosforilare CDC25A e che le cellule che esprimono questi alleli CHK2, CDC25A elevato o un mutante CDK2 incapace di subire la fosforilazione inibitoria (CDK2AF) non riescono a inibire la sintesi del DNA quando irradiati. Falck et al. (2001) ha concluso che i loro risultati supportano CHK2 come soppressore del tumore candidato e identificano la via ATM CH CHK2 CD CDC25A CD CDK2 come un checkpoint di integrità genomica che impedisce la sintesi del DNA radioresistente.

Falck et al. (2002) ha dimostrato che il blocco sperimentale della funzione NBS1 (602667)-MRE11 (600814) o degli eventi innescati da CHK2 porta a un fenotipo parziale di sintesi del DNA radioresistente nelle cellule umane. Al contrario, l’interferenza concomitante con NBS1-MRE11 e le vie CHK2-CDC25A-CDK2 abolisce completamente l’inibizione della sintesi del DNA indotta dalle radiazioni ionizzanti, con conseguente sintesi completa del DNA radioresistente analoga a quella causata da ATM difettoso. Inoltre, il caricamento dipendente da CDK2 di CDC45 (603465) sulle origini di replicazione, un prerequisito per il reclutamento della DNA polimerasi, è stato impedito dopo l’irradiazione di cellule normali o NBS1/MRE11-difettose ma non di cellule con ATM difettoso. Falck et al. (2002) ha concluso che in risposta alle radiazioni ionizzanti, la fosforilazione di NBS1 e CHK2 da parte di ATM innesca 2 rami paralleli del checkpoint di fase S dipendente dal danno del DNA che cooperano inibendo fasi distinte della replicazione del DNA.

Nella Drosophila, l’espressione della fosfatasi cdc25 “spago”, che promuove la progressione attraverso la meiosi, è regolata da “Boule” (vedere 606165), che codifica un fattore chiave della meiosi nelle cellule germinali maschili. Luetjens et al. (2004) ha studiato se un meccanismo comune è alla base del blocco di maturazione delle cellule germinali osservato nei pazienti azoospermici idiopatici e nonidiopatici con arresto meiotico (270960). Hanno esaminato, mediante immunoistochimica, l’espressione di BOULE e CDC25A fosfatasi, l’omologo umano di spago, in 47 uomini con arresto meiotico, atrofia mista o spermatogenesi normale. L’espressione della proteina BOULE negli uomini con spermatogenesi completa è stata limitata a stadi da leptotene fino a stadi di spermatociti tardivi, mentre l’espressione di CDC25A variava da spermatociti di leptotene a spermatidi allunganti. Sebbene gli spermatociti fossero presenti in tutte le biopsie testicolari con arresto meiotico (28 testicoli), l’espressione della proteina BOULE era completamente carente. Inoltre, in quasi tutte le biopsie in cui BOULE era assente, CDC25A era in concomitanza carente. Tuttavia, non sono state identificate mutazioni o polimorfismi nel gene BOULE che potrebbero spiegare la mancanza di espressione di BOULE o CDC25A. Gli autori hanno concluso che un importante gruppo di uomini infertili con arresto meiotico manca della proteina BOULE e del suo presunto bersaglio, l’espressione CDC25A. Hanno anche concluso che il fallimento spermatogenico sembra derivare da fattori a monte di BOULE, che sono eventualmente coinvolti nella regolazione della trascrizione e/o traduzione di BOULE.

Ut et al. (2004) ha trovato Xenopus Chk1, ma non Chk2, Xenopus Cdc25a fosforilato a thr504 e lo ha inibito dall’interazione con vari complessi Cdk-ciclina attraverso il suo terminale C. Questa inibizione, non la degradazione Cdc25a, era essenziale per l’arresto del ciclo cellulare indotto da Chk1 e il checkpoint di replicazione del DNA negli embrioni precoci. I siti C-terminali equivalenti a thr504 esistono in tutti i membri noti della famiglia Cdc25 dal lievito all’essere umano e la loro fosforilazione da parte di Chk1 ha inibito tutti i membri della famiglia Cdc25 esaminati dall’interazione con i loro substrati di Cdk-ciclina.

Madlener et al. (2009) ha mostrato che uno shock termico moderato di 42 gradi C ha causato una rapida degradazione della proteina CDC25A e una riduzione della progressione del ciclo cellulare. La degradazione di CDC25A dipendeva dalla fosforilazione di Ser75-CDC25A da parte di p38-MAPK (MAPK14; 600289) e dalla fosforilazione di Ser177-CDC25A da parte di CHK2, che forma un sito di legame per 14-3-3 (vedere 113508). In caso di shock termico, CDC25A rapidamente colocalizzato con 14-3-3 nello spazio perinucleare che è stato accompagnato con una diminuzione dei livelli di proteina CDC25A nucleare. Coerentemente, un doppio mutante CDC25A con deficit di legame 14-3-3 che non può essere fosforilato a Ser177 e Tyr506 non è stato degradato in risposta allo shock termico e non vi è stata alcuna evidenza di una maggiore colocalizzazione di CDC25A con 14-3-3 nel citosol. Pertanto, in caso di shock termico, p38-MAPK, CHK2 e 14-3-3 erano antagonisti della stabilità CDC25A. Tuttavia, CDC25A è stato protetto da Hsp90AA1 (140571) nelle cellule HEK293, perché l’inibizione specifica di HSP90 con geldanamicina ha causato la degradazione di CDC25A nelle cellule HEK293, implicando che CDC25A è una proteina cliente HSP90. L’inibizione specifica di HSP90, insieme allo shock termico, ha causato e accelerato la degradazione di CDC25A ed è risultata altamente citotossica. Madlener et al. (2009) ha concluso che CDC25A è degradato da shock termico moderato e protetto da HSP90.

Le fosfatasi CDC25 attivano le chinasi di divisione cellulare durante tutto il ciclo cellulare. Fauman et al. (1998) ha determinato la struttura 2.3-angstrom del dominio catalitico umano CDC25A. La struttura cristallina ha rivelato un piccolo dominio alfa / beta con una piega a differenza delle strutture fosfatasi precedentemente descritte ma identica a rhodanese, una proteina di trasferimento dello zolfo. Solo il ciclo del sito attivo, contenente il motivo cys-(X)-5-arg, ha mostrato somiglianza con le tirosin fosfatasi. In alcuni cristalli, il catalitico cys430 ha formato un legame disolfuro con l’invariante cys384, suggerendo che CDC25 può essere auto-inibito durante lo stress ossidativo. Asp383, precedentemente proposto per essere l’acido generale, invece serve un ruolo strutturale, formando un ponte di sale sepolto conservato. Fauman et al. (1998) ha proposto che glu431 possa agire come un acido generale.

Demetrick e Beach (1993) hanno mappato il gene CDC25A a 3p21 mediante ibridazione in situ a fluorescenza con conferma mediante analisi PCR di DNA ibridi criceto / cellule somatiche umane. Un’area vicino a 3p21 è spesso coinvolta in anomalie cariotipiche nei carcinomi renali, nei carcinomi a piccole cellule del polmone e nei tumori benigni della ghiandola salivare.