Frühe Studien an niederen Eukaryoten haben die Rolle von Mitgliedern der NimA-assoziierten Kinase (Nek) Protein-Kinase-Familie in der Zellzykluskontrolle identifiziert. Die Expansion der Nek-Familie im Laufe der Evolution war begleitet von ihrer umfangreichen Beteiligung an der Checkpoint-Regulation und der Ziliobiologie. Darüber hinaus wurden Mutationen in Mitgliedern der Nek-Familie als treibende Kräfte für die Entwicklung von Zilien und Krebs identifiziert. Jüngste Fortschritte in der Verwendung von Mausgenetik und RNAi-vermitteltem Knockout zur Untersuchung der physiologischen Rollen von Mitgliedern der Nek-Familie haben die komplexen Verbindungen der Nek-Familienmitglieder zu grundlegenden biologischen Prozessen offenbart.

NEK-Familie

Der filamentöse Pilz Aspergillus nidulans (Aspergillus nidulans) ist ein Gründungsmitglied der Serin-Threonin-Kinase (NEK) Familie und ein wichtiger Regulator der Mitose. NimA ist notwendig für den Transport von aktivem CDC2 in den Zellkern, damit er die Mitose einleiten kann. Darüber hinaus fördert NimA die Mitotische Chromosomenkondensation, indem es Histon H3 an Serin 10 phosphoryliert, und könnte die Spaltung der Kernmembran während des Mitose-Rückzugs regulieren. Die Schlüsselrolle von NimA bei der Förderung des Zellzyklusfortschritts von Aspergillus nidulans erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass NimA-Homologe in höheren Eukaryoten vorhanden sind. In Übereinstimmung damit induziert die Überexpression von NimA in S.pombe und menschlichen HeLa-Zellen Chromosomenagglutination in Abwesenheit anderer mitotischer Ereignisse, wie der Assemblierung des Mikrotubuli-Spindels oder der Aktivierung von Cdc2. Tatsächlich wurden NimA-verwandte Kinasen in höheren Eukaryoten identifiziert, und die Familie hat sich im Laufe der Evolution erheblich erweitert. Trotz der Anwesenheit eines einzigen NimA-Homologs in Hefen wurden 2, 4 und 11 NimA-verwandte Kinasen in Drosophila melanogaster, Nematoden und Säugetieren identifiziert. NimA besteht aus einer N-terminalen katalytischen Domäne, einer helicalen Coiled-Domäne, die die Oligomerisierung vermittelt, und einer PEST-Sequenz, die an der ubiquitinabhängigen Proteolyse beteiligt ist, die möglicherweise der Prozess ist, der notwendig ist, damit A. nidulans die Mitose verlässt. Die Kinaseaktivität von NimA zeigt eine Präferenz für phosphorylierte Reste (FR/KR/KS/T, unterstrichene Zielreste) für N-terminale hydrophobe Reste und Phenylalanin an der -3-Position. Trotz der geringen Gesamtsequenzhomologie werden die Gewebecharakteristika von NimA in Säugetier-Nek-Kinasen weitgehend beibehalten. Zum Beispiel enthalten alle Nek-Kinasen, mit Ausnahme von Nek10, eine N-terminale katalytische Domäne, während Nek4, 6 und 7 die einzigen Familienmitglieder sind, die kein Coiled-Coil-Motiv enthalten. Darüber hinaus haben 6 der 11 Säugetier-Nek-Kinasen putative PEST-Sequenzen.

Nek-Kinase und Checkpoint-Kontrolle

Neben den etablierten Funktionen während der Mitose nehmen bestimmte Nek-Kinasen auch an der Zellzyklusregulation nach genotoxischem Stress teil. Alle eukaryotischen Zellen haben mehrere molekulare Mechanismen, um beschädigte DNA zu identifizieren und zu reparieren und die genomische Integrität aufrechtzuerhalten. Ein wichtiger Aspekt dieses Prozesses ist die Aktivierung von Checkpoints und die Induktion eines Zellzyklusstopps, um den Zellen Zeit zu geben, den Schaden zu reparieren. Ein Zellzyklusstopp kann während der G1/S-, S- und S2/G2/M-Phasen des Zellzyklus aufgrund endogener (wie einem gestoppten Replikationsgabel) oder exogener Faktoren (einschließlich ultravioletter (UV) Strahlung, ionisierender Strahlung (IR), reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und bestimmten chemotherapeutischen Mitteln) ausgelöst werden. Nach erfolgreicher Reparatur werden die Zellen wieder in den Zellzyklus eintreten.

Schlussfolgerungen

Frühe phänotypische Analysen des mutierten Pilzes der Prototyp-Nek-Kinase zeigten, dass er an der Zellzyklusregulation beteiligt ist. Nachfolgende Forschungen an Hefen und Fröschen und mehr kürzlich an Mäusen fanden heraus, dass Mitglieder der Nek-Familie eine faszinierende Komplexität bei der Kontrolle des Zellzyklus und seiner Checkpoints aufweisen. Darüber hinaus wurden Mutationen in Mitgliedern der Nek-Familie als Treiber der Entwicklung von Zilien und Krebs identifiziert. Das jüngste Auftreten des umfassenden Krebsgenoms hebt hervor, dass bestimmte Mitglieder der Nek-Familie Ziele für häufige Mutationen sind. Trotz erheblicher Fortschritte im Verständnis der Biologie der Nek-Familie wurde die interessanteste Arbeit aufgrund von Gen-Knockouts, RNAi-vermittelten Knockouts, natürlich vorkommenden Mutationen und dem Auftreten von Xenotransplantat-Tumormodellen nicht abgeschlossen.

Referenz:

1. Moniz L; et al. Nek family of kinases in cell cycle, checkpoint control and cancer. Cell Division, 2011, 6(1):18-18.