POLO 样激酶 1； PLK1

POLO样激酶；PLK
丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶13；STPK13

HGNC 批准的基因符号：PLK1

细胞遗传学定位：16p12.2 基因组坐标（GRCh38）：16:23,678,888-23,690,366（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

果蝇polo基因的产物是参与有丝分裂的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。果蝇 polo 与酵母 CDC5 基因有关。Lake 和 Jelinek（1993）、Holtrich 等人孤立克隆了 polo 基因的人类同源物（1994）和Hamanaka 等人（1994）。所有人都报告说，人类 Polo 样激酶（PLK）基因编码 603 个氨基酸的多肽。在已发表的序列中注意到了几个核苷酸序列差异，但 Hamanaka 等人（1994）指出这些差异编码氨基酸序列的保守变化并且很可能是多态性。滨中等人（1994）报道PLK蛋白的分子量为66 kD。通过Northern印迹分析，他们表明PLK在除胎盘之外的任何成人组织中均不表达。在小鼠组织中，在成人胸腺组织和卵巢以及胎儿中观察到表达。在培养的细胞系中，在所有生长的细胞系中均检测到 PLK 信息。滨中等人（1994）指出 PLK 信息的水平不是由血清刺激诱导的。Lake和Jelinek（1993）检查了同步NIH 3T3细胞的细胞周期期间PLK mRNA的水平，发现该mRNA在G1期缺失或表达水平非常低，在S期开始重新积累，并在G2/M期达到最高水平。霍尔特里奇等人（1994）观察到 PLK 转录物在各种来源的肿瘤中以高水平存在（1994）指出 PLK 信息的水平不是由血清刺激诱导的。Lake和Jelinek（1993）检查了同步NIH 3T3细胞的细胞周期期间PLK mRNA的水平，发现该mRNA在G1期缺失或表达水平非常低，在S期开始重新积累，并在G2/M期达到最高水平。霍尔特里奇等人（1994）观察到 PLK 转录物在各种来源的肿瘤中以高水平存在（1994）指出 PLK 信息的水平不是由血清刺激诱导的。Lake和Jelinek（1993）检查了同步NIH 3T3细胞的细胞周期期间PLK mRNA的水平，发现该mRNA在G1期缺失或表达水平非常低，在S期开始重新积累，并在G2/M期达到最高水平。霍尔特里奇等人（1994）观察到 PLK 转录物在各种来源的肿瘤中以高水平存在。

▼ 基因功能

戈尔斯坦等人（1995）在昆虫细胞中表达重组人 PLK1，发现它在丝氨酸和苏氨酸残基上磷酸化酪蛋白（参见 115450）。PLK1 还磷酸化髓磷脂碱性蛋白（MBP; 159430）和微管相关蛋白 2（MAP2; 157130），但程度低于酪蛋白。在同步 HeLa 细胞中，PLK1 活性在间期期间较低，在有丝分裂期间较高。共聚焦显微镜显示，PLK1 在有丝分裂的所有阶段都结合有丝分裂纺锤体的成分，但随着细胞从中期到后期的进展，它会重新分布。具体来说，PLK1 与纺锤体极相关直到中期，但当细胞进入后期时，它重新定位到赤道面，纺锤体微管重叠。戈尔斯坦等人。

史密斯等人（1997）表明显微注射 PLK mRNA 可诱导静止的 NIH 3T3 细胞有丝分裂。PLK 的组成型表达导致 NIH 3T3 细胞在低血清培养基中增殖，但增殖速度低于用 v-Ras（179555）或 v-Src（190090）转化的细胞。用 PLK 转化的细胞在软琼脂中生长并在裸鼠中产生肿瘤。史密斯等人（1997）得出结论，PLK 可能参与癌症的促进或进展。

在脊椎动物细胞中，有丝分裂促进因子（MPF；参见细胞周期蛋白 B1，123836）在前期进入核被认为对于 M 期事件的诱导和协调至关重要。细胞周期蛋白 B1 的磷酸化对其核转位至关重要。丰岛森本等人（2001）从非洲爪蟾 M 期提取物中纯化了一种蛋白激酶，该蛋白激酶使细胞周期蛋白 B1 核输出信号中间的关键丝氨酸（S147）磷酸化。他们将该激酶鉴定为 Plx1，是 PLK1 的爪蟾同源物。在 HeLa 细胞的细胞周期进展过程中，内源 PLK1 的激酶活性向 S147 和/或 S133 的变化与细胞提取物中的激酶活性相关。抗 PLK1 抗体耗尽了 M 期提取物对 S147 和/或 S133 的激酶活性。抗磷酸化 S147 抗体仅在 G2/M 期与细胞周期蛋白 B1 发生特异性反应。S133和S147被丙氨酸取代的突变细胞周期蛋白B1保留在细胞质中，而野生型细胞周期蛋白B1在前期积累在细胞核中。组成型活性 PLK1 的共表达刺激细胞周期蛋白 B1 进入核。丰岛森本等人（2001）得出结论，PLK1 可能参与前期 MPF 靶向细胞核的过程。

埃利亚等人（2003）使用蛋白质组学筛选将 PLK1 的 polo框结构域鉴定为特定的磷酸丝氨酸或磷酸苏氨酸结合结构域，并确定其最佳结合基序。该基序存在于 PLK1 底物中，例如 CDC25（157680），并且含有该基序的最佳磷酸肽会破坏 polo框结构域与底物的结合以及 polo框结构域到中心体的定位。埃利亚等人（2003）得出的结论是，他们的观察揭示了 PLK1 如何定位到细胞内的特定位点以响应这些位点的 CDK 磷酸化，并提供了将 PLK1 激酶结构域靶向其底物的结构机制。

减数分裂是一种特殊的细胞分裂，其中 2 个染色体分离阶段跟随一个 DNA 复制阶段。Lee 和 Amon（2003）研究了酿酒酵母 Polo 样激酶 CDC5（其人类同源物是 PLK），并发现它有助于建立减数分裂 I 染色体分离程序。CDC5 需要磷酸化并从染色体上去除减数分裂粘连蛋白。此外，在缺乏 CDC5 的情况下，着丝粒在减数分裂 I 期间是双向的，而 Mam1（一种对共向定向至关重要的酵母蛋白）无法与着丝粒结合。因此，减数分裂 I 期间姐妹动粒共向和染色体分离通过它们对 CDC5 的依赖性而耦合。

PLK1 表达升高出现在许多不同类型的癌症中，并且 PLK1 已被提议作为多种肿瘤的诊断标记物。Liu 和 Erikson（2003）使用基于载体的小干扰 RNA（siRNA）技术特异性地消耗癌细胞中的 PLK1。他们发现，这种耗竭会显着抑制细胞增殖，降低活力，并导致细胞周期停滞，DNA 含量为 4 N。哑铃状染色质结构的形成表明这些细胞在后期开始时无法完全分离姐妹染色单体。荧光激活细胞分选仪（FACS）分析中亚基因组 DNA 的出现、半胱天冬酶-3（600636）的激活以及碎片化细胞核的形成表明，PLK1 耗尽会诱导细胞凋亡。p53 通路（191170）被证明参与 PLK1 耗竭诱导的细胞凋亡。DNA 损伤发生在 PLK1 耗尽的细胞中，而 ATM（607585）的抑制会强烈增强 PLK1 耗尽的致命性。这些数据支持了这样的观点，即破坏 PLK1 功能可能是癌症治疗中的一个重要应用。

尤等人（2004）表明，在检查点响应期间，非洲爪蟾 claspin（605434）在 thr906 上磷酸化，为 Plx1 创建对接位点。这种相互作用促进 Plx1 对 ser934 上的 claspin 进行磷酸化。尤等人（2004）指出，在长时间的间期停滞后，尽管存在不完全复制的 DNA，但经 aphidicolin 处理的鸡蛋提取物通常会经历适应并进入有丝分裂。在此过程中，claspin 从染色质解离，Chk1（603078）失活。相比之下，含有 thr906-to-ala 或 ser934-to-ala 取代的 claspin 突变体的阿非迪霉素处理的提取物无法进行适应。在这种适应缺陷的条件下，claspin 在染色质上大量积累，而 Chk1 的活性并未降低。

吉田等人（2006）发现在酿酒酵母中，小 GTP 结合蛋白 RhoA（165390）刺激 2 型肌球蛋白收缩性和细胞因子肌节蛋白收缩环的福尔马林（FMN1; 136535）依赖性组装。吉田等人（2006）发现出芽酵母 Polo 样激酶 Cdc5 通过 Rho1 鸟嘌呤核苷酸交换因子控制 RhoA 在分裂位点的靶向和激活。吉田等人（2006）得出结论，Cdc5（Polo 样激酶）在调节 Rho1 中的作用可能与其他生物体中的胞质分裂和不对称细胞分裂有关。

彼得罗茨基等人（2007）指出，ECT2（600586）在后期定位于中央纺锤体会促进 RhoA GTPase（165390）的局部激活，从而诱导收缩环的组装和进入。他们表明 PLK1 以相同的途径发挥作用来启动胞质分裂。HeLa 细胞中 PLK1 的抑制消除了 ECT2 与其激活剂和中区锚定物 CYK4（RACGAP1；604980）的相互作用，从而阻止 ECT2 定位于中央纺锤体并导致早期胞质分裂缺陷。

王等人（2007）表明，果蝇 Polo 是一种关键的细胞周期调节因子，其哺乳动物对应物被认为是癌基因和肿瘤抑制因子，在幼虫大脑中起着肿瘤抑制因子的作用。在 polo 突变体中，多余的神经母细胞是以神经元为代价产生的。Polo 直接磷酸化 Numb（Pon）的伴侣，Numb 是果蝇的接头蛋白（参见 603728），这种磷酸化事件对于 Pon 定位 Numb 非常重要。在 Polo 突变体中，Pon、Numb 和非典型蛋白激酶 C 的不对称定位被破坏，而其他极性标记基本上不受影响。Numb 的过度表达会抑制 Polo 突变引起的神经母细胞过度增殖，这表明 Numb 在介导 Polo 的这种效应中发挥着重要作用。王等人。

关等人（2008）报道 BORA（610510）和激酶 Aurora A（603072）的协同作用控制 G2-M 转变。BORA 在 G2 期积累并促进 Aurora A 介导的 PLK1 激活，从而导致细胞周期蛋白依赖性激酶 1（CDK1；116940）的激活和有丝分裂进入。从机制上讲，BORA 与 PLK1 相互作用，并控制其激活环的可及性，以实现 Aurora A 的磷酸化和激活。因此，Seki 等人（2008）得出结论，BORA 和 Aurora A 控制有丝分裂进入。

马库雷克等人（2008）证明，在人类细胞中，PLK1 激活发生在进入有丝分裂前几个小时，并且需要 thr210 的 Aurora A 依赖性磷酸化。他们发现Aurora A可以直接磷酸化PLK1的thr210，并且Aurora A对PLK1的活性被BORA（Aurora A. Macurek等人的已知辅助因子）大大增强（2008）表明 BORA/Aurora-A 依赖性磷酸化是 PLK1 在检查点依赖性停滞后促进有丝分裂进入的先决条件。重要的是，PLK1-T210D 磷酸化突变体的表达部分克服了检查点恢复中对 Aurora A 的要求。马库雷克等人（2008）得出的结论是，综合起来，他们的数据表明 PLK1 的初始激活是 Aurora A 的主要功能。

有丝分裂期间染色体的缩合由缩合蛋白（参见 611230）促进，缩合蛋白是一种进化上保守的多亚基 ATP 酶。使用芽殖酵母，St-Pierre 等人（2009）表明凝缩蛋白在后期受到磷酸化的调节，并且这种磷酸化需要 Cdc5。Cdc5 直接磷酸化所有 3 个酵母调节凝缩蛋白亚基，导致凝缩蛋白 DNA 超螺旋活性过度激活。

池田等人（2012）发现通过 siRNA 去除 HeLa 细胞中的 FRY（614818）会导致有丝分裂过程中由于中心粒分裂而导致染色体错位。FRY 敲低降低了 PLK1 的激酶活性，并减少了有丝分裂细胞中纺锤体极处 thr210 磷酸化 PLK1 的积累。小鼠 Fry 在体外和细胞内与 PLK1 相互作用，并且这两种蛋白在早期有丝分裂中共定位于中心体。突变分析表明，这种相互作用是由 Fry 的 C 端结构域和 PLK1 的 C 端 polo框结构域介导的。这种相互作用增加了 PLK1 的激酶活性，并且依赖于 CDK1 的 Fry 磷酸化。磷酸化的 Fry 还与 Aurora A 相互作用，导致 PLK1 thr210 的 Aurora A 依赖性磷酸化增加，但不是全局 Aurora A 激活。池田等人。

沉等人（2013）发现同步 HeLa 细胞中中心粒卫星蛋白 FOR20（FOPNL; 617149）的敲除会导致 S 期进展缺陷并抑制细胞增殖。在 S 期，FOR20 的敲低会抑制 PLK1 的中心体定位，但不会抑制其他中心体相关蛋白。在 T98G 人胶质母细胞瘤细胞中，PLK1 首先在 G1/S 转变时与中心体 γ-微管蛋白（参见 191135）和 FOR20 相关，但 FOR20 在整个细胞周期中持续定位于中心体。蛋白质下拉和免疫沉淀分析表明，FOR20 在体外和培养细胞中与 PLK1 相互作用。FOR20 和 PLK1 在后期的 G1、S、G2 和 M 期相互作用。突变分析表明 PLK1 中心体定位需要 PLK1 中的保守残基，而不是其激酶活性。将激酶死亡的 PLK1 与中心体连接可逆转 FOR20 耗尽的细胞中的 S 期缺陷。沉等人（2013）得出结论，FOR20 在有丝分裂期间将 PLK1 靶向中心体，并且 PLK1 在 S 期进展中具有激酶孤立的作用。

MIS18A（618137）是 MIS18 复合体的一个组成部分，从末期末期到 G1 期早期定位于着丝粒，并在 CENPA（117139）沉积中起启动作用。李等人（2017）发现 MIS18A 在 HeLa 细胞有丝分裂期间被 Aurora B 激酶（AURKB; 604970）在 ser36 位点磷酸化。Aurora B 激酶对 MIS18A 的磷酸化对于有丝分裂过程中染色体的忠实分离是必要的，但对于 MIS18A 着丝粒定位或 CENPA 着丝粒加载而言并不重要。HeLa 细胞中的敲低实验表明，MIS18A 是有丝分裂早期将 PLK1 招募到着丝粒所必需的，并且 Aurora B 激酶对 MIS18A 的磷酸化是 PLK1 着丝粒定位所必需的。293T 细胞提取物中的免疫沉淀测定表明 PLK1 通过其 polo box 结构域与磷酸化的 MIS18A 结合，

▼ 动物模型

为了确定斑马鱼心脏再生过程中新形成的心肌细胞的来源，Jopling 等人（2010）基于广泛应用于小鼠的 Cre/lox 系统，建立了一种追踪成鱼心肌细胞谱系的遗传策略。他们利用这个系统表明再生的心肌细胞源自分化的心肌细胞的增殖。此外，增殖的心肌细胞经历有限的去分化，其特征在于其肌节结构的分解、彼此分离以及细胞周期进展调节因子的表达。具体来说，乔普林等人（2010）表明 Polo 样激酶 1（plk1）的基因产物是心脏再生过程中心肌细胞增殖的重要组成部分。乔普林等人。