周期依赖性激酶 4 , 皮肤恶性黑色素瘤

细胞周期蛋白依赖性激酶 4（CDK4）是一种参与细胞周期的蛋白丝氨酸激酶。人类细胞分裂主要在细胞周期内的 G1-to-S 或 G2-to-M 边界进行调节。细胞周期蛋白依赖性激酶的顺序激活和它们随后对关键底物的磷酸化促进了细胞周期的有序进展。CDK4 和 D 型细胞周期蛋白（例如，D1，168461；D2，123833；D3，123834）形成的复合物参与 G1 期细胞增殖的控制。CDK4 被 p16 抑制，也称为细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂-2（CDKN2A; 600160 ）。

▼ 克隆与表达
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Hanks（1987）通过使用设计用于识别编码蛋白丝氨酸激酶的克隆的探针筛选 HeLa 细胞 cDNA 文库来分离 CDK4 基因。左等人（1996）指出 CDK4 蛋白包含 303 个氨基酸。

▼ 基因结构
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左等人（1996）确定 CDK4 基因包含 8 个外显子，跨度为 5 kb。

▼ 测绘
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德米特克等人（1994）通过荧光原位杂交将 CDK4 基因定位到染色体 12q13。CDK2 对应到同一频段。通过荧光原位杂交，Mitchell 等人（1995）将CDK4 对应到 12q14 并得出结论，它位于 GLI（ 165220 ）和 CHOP（ 126337 ）的远端，他们将其放置在 12q13.3-q14.1；并靠近 MDM2（ 164785 ），他们将其放置在 12q14.3-q15。

▼ 基因功能
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海港等（1999）提出的证据表明CDK4/CDK6（ 603368 ）对 RB1（ 614041 ）的 C 端区域的磷酸化引发了 C 端区域和中央口袋之间的连续分子内相互作用。最初的相互作用从口袋中置换了组蛋白脱乙酰酶，阻断了 RB对 E2F（ 189971 ）的主动转录抑制。这促进了导致袋被 CDK2（ 116953 ）磷酸化和袋结构破坏的第二次相互作用。这些分子内相互作用为 CDK4/CDK6 和 CDK2 连续磷酸化 RB 提供了分子基础。CDK4/CDK6 在 G1 早期被激活，阻断了 RB 的主动抑制。细胞周期蛋白 E（见123837）和 CDK2 在 G1 接近尾声时被激活。

斯捷潘诺娃等人（1996）发现 CDC37（ 605065 ）和 HSP90（见140571 ）优先与未与 D 型细胞周期蛋白结合的 CDK4 部分相关联。CDC37/HSP90 功能的药理学失活导致 CDK4 的稳定性降低。

莫迪亚诺等人（2000）发现 16 名健康个体中有 5 名在未受刺激的外周血 T 细胞中表达 CDK4 mRNA、蛋白质和活性，并且这些 T 细胞在没有丝裂原的情况下直接响应白细胞介素 2（IL2; 147680 ）增殖。在来自这些个体的细胞中，CDK4 的表达和活性对蛋白激酶抑制剂具有抗性，这与来自缺乏基础 CDK4 表达的个体的刺激细胞不同。这些个体的 T 细胞表型与在人类 IL2 依赖性 T 细胞系中观察到的表型相当。莫迪亚诺等人（2000）提出 CDK4 活性可能是 T 细胞中细胞因子反应性的有用标志物。

在原代表皮细胞中，Lazarov 等人（2002）发现致癌 RAS（ 190020 ）瞬时降低 CDK4 表达与 G1 期细胞周期停滞相关。CDK4 共表达绕过了 RAS 生长抑制并诱导了类似于鳞状细胞癌的侵袭性人类肿瘤。肿瘤发生依赖于 CDK4 激酶功能，需要细胞周期蛋白 D1 但不足以实现该过程。在促进摆脱 G1 生长限制的过程中，RAS 和 CDK4 改变了细胞周期蛋白 D 和细胞周期蛋白 E 复合物的组成，并促进了对 INK4 生长抑制的抵抗力（ 600160）细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂。这些数据确定了致癌 RAS 在 CDK4 调节中的新作用，并强调了 CDK4 抑制在防止不受控制的生长方面的功能重要性。

松浦等（2004）表明 SMAD3（ 603109 ）是 G1 细胞周期蛋白依赖性激酶 CDK4 和 CDK2 的主要生理底物。除了视网膜母细胞瘤蛋白家族，SMAD3 是当时唯一被证明的 CDK4 底物。松浦等（2004）将CDK4 和 CDK2 磷酸化位点对应到 SMAD3 中的 thr8、thr178 和 ser212。CDK 磷酸化位点的突变增加了 Smad3 的转录活性，导致 CDK 抑制剂 p15（ 600431 ）的更高表达。Smad3 的 CDK 磷酸化位点的突变也增加了其下调 c-myc 表达的能力（ 190080 ）。使用 Smad3 基因敲除小鼠胚胎成纤维细胞和其他上皮细胞系，松浦等（2004）进一步表明 Smad3 抑制了细胞周期从 G1 期到 S 期的进程，并且 Smad3 中 CDK 磷酸化位点的突变增加了这种能力。他们得出结论，SMAD3 的 CDK 磷酸化会抑制其转录活性和抗增殖功能。

李等人（2014）报道，在小鼠中，胰岛素激活 Ccnd1（ 168461 ）/Cdk4，进而增加 Gcn5（KAT2A；602301 ）乙酰转移酶活性并抑制肝葡萄糖的产生，与细胞周期进程无关。通过基于细胞的高通量化学筛选，Lee 等人（2014）鉴定了一种 Cdk4 抑制剂，可有效降低 Pgc1a（PPARGC1A; 604517 ）乙酰化。胰岛素/ Gsk3b（ 605004）信号通过在细胞核中隔离 Ccnd1 来诱导 Ccnd1 蛋白稳定性。同时，膳食氨基酸会增加肝脏 Ccnd1 mRNA 的转录。激活的 Ccnd1/Cdk4 激酶磷酸化并激活 Gcn5，然后乙酰化并抑制 Pgc1a 对糖异生基因的活性。肝脏 Ccnd1 的缺失导致糖异生增加和高血糖。在糖尿病模型中，Ccnd1/Cdk4 长期升高，并且对禁食/进食过渡难以控制；尽管如此，该激酶的进一步激活可使血糖正常化。李等人（2014）得出的结论是，胰岛素使用有丝分裂后细胞中细胞周期机制的成分来孤立于细胞分裂来控制葡萄糖稳态。

张等人（2018）表明 PDL1（ 605402 ）蛋白质丰度受细胞周期蛋白 D-CDK4 和滞蛋白 3（ 603136 ）-SPOP（ 602650 ） E3 连接酶通过蛋白酶体介导的降解调节。体内 CDK4 和 CDK6 的抑制通过阻止细胞周期蛋白 D-CDK4 介导的 SPOP 磷酸化来增加 PDL1 蛋白水平，从而促进后期促进复合激活剂 FZR1（ 603619 ）的SPOP 降解。SPOP 中的功能丧失突变会损害泛素化介导的 PDL1 降解，导致小鼠肿瘤和原发性人类前列腺癌标本中 PDL1 水平增加和肿瘤浸润淋巴细胞数量减少。值得注意的是，结合 CDK4/6 抑制剂治疗与抗 PD1（ 600244）免疫疗法可增强肿瘤消退并显着提高小鼠肿瘤模型的总体存活率。张等人（2018）得出的结论是，他们的研究揭示了一种通过细胞周期激酶调节 PDL1 蛋白稳定性的新分子机制，并揭示了使用 CDK4/6 抑制剂和 PD1-PDL1 免疫检查点阻断联合治疗来增强人类癌症治疗效果的潜力。

▼ 分子遗传学
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在人皮肤恶性黑色素瘤（CMM3; 609048 ）细胞系中，Wolfel 等人（1995）鉴定了 CDK4 基因（R24C; 123829.0001 ）中的突变。在分析的 28 种黑色素瘤中的另外 1 种黑色素瘤中发现了相同的突变。

左等人（1996）在 2 个不相关的恶性黑色素瘤家族的受影响成员中发现了生殖系 R24C 突变。

苏菲尔等人（1998）在一个患有恶性黑色素瘤的法国家庭中发现了 R24H（ 123829.0002 ）突变。

在Grimstvedt（1969）首次报道的大型挪威谱系中，Molven 等人（2005）确定了 R24H 突变。莫尔文等人（2005）指出，虽然大约 20% 的黑色素瘤易感家族在 CDKN2A 基因座（ 600160 ）中发生突变，但 CDK4 基因座的突变要罕见得多，全世界只有 6 个家族与该疾病有关。

▼ 动物模型
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邹等人（2002）指出 Cdk4-null 小鼠是可行的，但由于胰腺 β 细胞的退化而表现出糖尿病，以及由于垂体严重发育不全和功能障碍导致的生长迟缓和不育。来自 Cdk4-null 小鼠的胚胎成纤维细胞最初以正常速率增殖，但它们在静止后重新进入细胞周期显示 4 到 5 小时延迟。邹等人（2002）发现Cdk4的是所需的Ras介导的转化和Cdk4的破坏导致衰老，这是孤立的东盟地区论坛（600160）或p53（191170）。衰老与 Cdkn1a（ 116899 ）稳定性的增加有关。

马伦布雷斯等人（2004）发现 Cdk6-null 小鼠是有活力的并且发育正常，尽管造血功能轻微受损。由于严重贫血，Cdk4 和 Cdk6 缺陷的胚胎在胚胎发育后期死亡。然而，这些胚胎显示正常的器官发生，并且大多数细胞类型正常增殖。在体外，缺乏 Cdk4 和 Cdk6 的胚胎成纤维细胞增殖并在连续传代后变得不朽。静止的 Cdk4/Cdk6-null 细胞对血清刺激有反应，并以正常动力学进入 S 期，但效率较低。这些结果表明 D 型细胞周期蛋白依赖性激酶对于细胞周期进入不是必需的，并表明存在替代机制以在有丝分裂刺激后启动细胞增殖。

▼ 等位基因变体（ 2 精选示例）：
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.0001 黑色素瘤，皮肤恶性肿瘤，易感性，3
CDK4、ARG24CYS
在皮肤恶性黑色素瘤-3（CMM3; 609048 ）细胞系中，Wolfel 等人（1995）在 CDK4 基因中鉴定了 arg24 到 cys（R24C）突变。突变的 CDK4 等位基因存在于自体培养的黑色素瘤细胞和转移组织中，但不存在于患者的淋巴细胞中，表明存在体细胞突变。R24C 突变是溶细胞性 T 淋巴细胞识别的 CDK4 肽的一部分，并阻止了 CDK4 抑制剂 p16（INK4A）（ 600160 ）的结合，但不是 p21（ 300237 ）或 p27（KIP1; 600778）的结合）。结果表明，CDK4 的突变破坏了肿瘤抑制因子 p16 施加的细胞周期调节，导致黑色素瘤的遗传易感性。在分析的 28 个黑色素瘤中，在另外 1 个黑色素瘤中发现了相同的突变，这是典型的紫外线病变。突变的 CDK4 蛋白已被鉴定为人类黑色素瘤组织中 HLA-A 2.1 限制性自体溶细胞 T 淋巴细胞识别的肿瘤特异性抗原。沃尔菲尔等人（1995）建议该患者的 R24C 突变定义的肿瘤特异性抗原成为肿瘤排斥反应的靶标，因为该患者已经 7 年没有可检测到的疾病。

左等人（1996）将 R24C 突变鉴定为 2 个恶性黑色素瘤家族的种系突变。在 11 名黑色素瘤患者中的 11 名、17 名未受影响的个体中的 2 名以及 5 名配偶中均未检测到该突变。尽管 R24C 突变对 CDK4 p16（INK4A）结合域有特定影响，但它对 CDK4 结合细胞周期蛋白 D 并形成功能性激酶的能力没有影响。左等人（1996）得出结论，生殖系 R24C 突变产生显性癌基因，该基因对 p16（INK4A）的正常生理抑制具有抗性。他们指出，以前在人类生殖系中遗传的显性癌基因的唯一例子是 RET（ 164761 ）基因，它产生了 MEN2A（ 171400 ）、MEN2B（ 162300 ））和甲状腺髓样癌（ 171400 ）。

.0002 黑色素瘤，皮肤恶性肿瘤，易感性，3
CDK4、ARG24HIS
在 48 个（2%）患有皮肤恶性黑色素瘤（CMM3; 609048 ）的法国家庭中的 1 个中，Soufir 等人（1998）在 CDK4 基因中鉴定了 arg24-to-his（R24H）种系突变。

在Grimstvedt（1969）首次报道的具有多个非典型痣和恶性黑色素瘤的大型挪威谱系中，Molven 等人（2005）确定了 R24H 突变。追踪6代100余人，查证黑色素瘤20例。其中一名家庭成员患有眼部黑色素瘤，但在该受试者的档案组织样本中无法检测到 CDK4 突变。作者得出结论，该家族的眼部黑色素瘤是散发性的，这表明其病因与皮肤肿瘤不同。莫尔文等人（2005）引用了澳大利亚和英国黑色素瘤家族的未发表数据，两者都具有 R24H 突变。尽管挪威家族中的 CDK4 突变与法国、澳大利亚和英国的黑色素瘤家族中的相同，但使用 CDK4 基因侧翼的微卫星标记和基因内的 SNP 进行的单倍型分析并不支持共同创始人的可能性，而是表明至少 2 个孤立的突变事件。莫尔文等人（2005）指出，迄今为止报告的所有 CDK4 黑色素瘤家族都有氨基酸 24 的取代，这可能是选择压力的结果。他们认为密码子 24 的 CG 二核苷酸可能代表 CDK4 基因中的一个突变热点。