细胞周期蛋白依赖性激酶 9； CDK9

PITALRE
CTK1，酵母，同源物； CTK1

HGNC 批准的基因符号：CDK9

细胞遗传学位置：9q34.11 基因组坐标（GRCh38）：9:127,786,034-127,790,792（来自 NCBI）

▼ 说明

正转录因子 b（P-TEFb）控制 RNA 聚合酶 II 的转录延伸期（参见 POLR2A；180660）。 P-TEFb 是 CDK9 和 4 个细胞周期蛋白伴侣之一、细胞周期蛋白 T1（CCNT1; 143055）、细胞周期蛋白 K（CCNK; 603544）或细胞周期蛋白 T2a 或 T2b 的异二聚体，它们是 CCNT2（603862）的亚型（Shore 等人，2014）。，2003）。

▼ 克隆与表达

为了识别 CDC2（116940）家族成员，Grana 等人（1994）使用基于 CDC2 相关蛋白保守区域的简并寡核苷酸对小鼠胚胎 cDNA 文库进行 PCR。他们使用所得 PCR 产物筛选人类 cDNA 文库并分离出 CDK9 cDNA。预测的 372 个氨基酸蛋白包含 11 个蛋白激酶催化结构域特征的保守区域、一个推定的核定位信号和一个推定的 ATP 结合位点。作者将这种蛋白质称为 PITALRE，因为它含有一个 pro-ile-thr-ala-leu-arg-glu 基序，类似于原型 CDC2 激酶中发现的 PSTAIRE 基序。 CDK9 与 CDC2、CDK2（116953）、CDK3（123828）和 CDK5（123831）具有 41% 至 43% 的氨基酸序列同一性。亚细胞分级分离和蛋白质印迹分析表明 CDK9 的分子量为 43 kD，主要位于细胞核中。 Northern 印迹分析表明，CDK9 在所有测试组织中均以 2.8 kb 和 3.2 kb mRNA 的形式表达，其中在肝脏和胎盘中的水平最高。

贝斯特等人孤立地（1995）克隆了人类 CDK9 cDNA，并将其命名为基因 C-2k。

通过 HeLa 细胞总 RNA 的 RT-PCR，Shore 等人（2003）克隆了源自上游启动子区域的 CDK9 剪接变体。推导的蛋白质 CDK9-55 的计算分子量为 53.4 kD，包含 117 个氨基酸的 N 端延伸，具有富含脯氨酸的区域和富含甘氨酸的区域。 Shore 等人使用 N 端延伸特异性抗体（2003）表明CDK9-55的表观分子质量为55 kD。 HeLa 细胞核提取物和小鼠成纤维细胞中 CDK9-55 与较短的 CDK9 亚型 CDK9-42 的比例不同，但 CDK9-42 是两者中的主要亚型。

▼ 基因功能

格拉纳等人（1994）发现 3 种细胞蛋白与 CDK9 共免疫沉淀，并且 CDK9 免疫复合物具有 RB1（614041）激酶活性。

加里加等人（1996）发现单体 CDK9 与其他 CDK 相比具有活性。 CDK9 与其他蛋白质的结合可调节其活性和/或其识别体内底物的能力。

杨等人（2001）将 7SK snRNA（606515）鉴定为特定的 P-TEFb 相关因子。 7SK 通过抑制 CDK9 的激酶活性并阻止 P-TEFb 募集到 HIV-1 启动子，从而在体内和体外抑制 P-TEFb 的一般和人类免疫缺陷病毒（HIV）-1 Tat 特异性转录活性。通过用紫外线照射和放线菌素 D 处理细胞，7SK 可以有效地从 P-TEFb（CDK9/细胞周期蛋白 T1 异二聚体）解离。由于这两种药物已被证明可以显着增强 HIV-1 转录和 RNA 聚合酶 II 的磷酸化，Yang 等人等人（2001）得出的结论是，他们的数据为这种刺激效应提供了机械解释。杨等人（2001）进一步表明7SK/P-TEFb相互作用可以作为在应激相关反应期间诱导细胞和HIV-1病毒基因表达的主要控制点。该研究证明了 snRNA 参与控制 CDK/细胞周期蛋白激酶的活性。

阮等人（2001）孤立表明，在人类 HeLa 细胞中，超过一半的 P-TEFb 被隔离在也含有 7SK RNA 的较大复合物中。 P-TEFb 和 7SK 以特定且可逆的方式结合。与具有高激酶活性的较小的 P-TEFb 复合物相比，较大的 7SK/P-TEFb 复合物显示出非常弱的激酶活性。化学试剂或紫外线照射对细胞转录的抑制会触发 P-TEFb/7SK 复合物的完全破坏，并增强 CDK9 活性。阮等人（2001）得出结论，P-TEFb 与 7SK 的转录依赖性相互作用可能有助于调节 RNA Pol II 活性的重要反馈回路。

Fong 和 Zhou（2001）证明剪接因子直接促进转录延伸。剪接体 U 小核核糖核蛋白（snRNP）与人转录延伸因子 TAT-SF1（300346）相互作用，当针对无内含子的 HIV-1 模板时，会强烈刺激聚合酶延伸。 Fong 和 Zhou（2001）认为这种效应可能是通过 TAT-SF1 与延伸因子 P-TEFb 的结合来介导的。在新生转录物中包含剪接信号进一步刺激转录，支持了延伸聚合酶附近 U snRNP 的募集对于转录很重要的观点。由于 TAT-SF1-U snRNP 复合物也在体外刺激剪接，Fong 和 Zhou（2001）提出它可以作为双功能因子来耦合转录和剪接并促进它们的相互激活。

通过免疫沉淀分析，Shore 等人（2003）表明 CDK9-55 与 HeLa 细胞核提取物中的细胞周期蛋白 T1、细胞周期蛋白 T2a 和细胞周期蛋白 T2b 进行免疫沉淀。 CDK9-55 可以磷酸化果蝇 Polr2a 的 C 端结构域。尺寸分级的 HeLa 细胞 P-TEFb 复合物的差异提取表明，与 CDK9-42 一样，CDK9-55 与含有 7SK RNA 的高分子质量复合物相关，并且与缺乏 7SK RNA 的低分子量复合物相关。 Western blot分析显示，未经处理的人巨噬细胞表达的CDK9-55多于CDK9-42，但被脂多糖激活或感染HIV的巨噬细胞表达的CDK9-42多于CDK9-55。

萨诺等人（2004）发现，与对照相比，来自扩张型心肌病导致的心力衰竭患者的 8 个心室样本显示，针对 POLR2A C 末端结构域的 CDK9 活性增加。少数患者样本中 CDK7 活性也有所增加。在衰竭心脏中，CDK9 位点内源 POLR2A 的显着过度磷酸化比 CDK7 位点更常见。萨诺等人（2004）指出，小鼠心肌细胞限制性表达细胞周期蛋白 T1，使 Cdk9 活性维持在较高的胚胎水平。他们发现，通过细胞周期蛋白 T1 表达维持小鼠心脏中的 Cdk9 会导致心肌细胞增大，并选择性抑制 Pgc1（PPARGC1A；604517）（线粒体生物发生和功能的主要调节因子），从而导致线粒体缺陷、心肌细胞凋亡增强、心力衰竭的易感性和早逝。

张等人（2005）发现表位标记的小鼠 Brd4（608749）与 HeLa 细胞核提取物中包含的 P-TEFb 复合物中的细胞周期蛋白 T1 和 CDK9 相互作用。 Brd4 的溴结构域是相互作用所必需的。 Brd4 过表达增加了 RNA 聚合酶 II C 端结构域的 P-TEFb 依赖性磷酸化，并刺激由 HIV-1 启动子驱动的报告质粒的转录。相反，通过小干扰RNA减少小鼠成纤维细胞中Brd4的表达会减少RNA聚合酶II C末端结构域的磷酸化和转录。染色质免疫沉淀测定表明，P-TEFb 向启动子的募集依赖于 Brd4，并且通过增加染色质乙酰化而增强。

大约一半的细胞 P-TEFb 存在于与 7SK 和 HEXIM1 蛋白（607328）形成的无活性复合物中。杨等人（2005）证明剩下的一半与 BRD4 相关。在应激诱导的 HeLa 细胞中，7SK/HEXIM1 结合的 P-TEFb 转化为 BRD4 相关形式。 P-TEFb 与 BRD4 的结合对于形成转录活性 P-TEFb、将 P-TEFb 募集至启动子以及使 P-TEFb 能够接触介体复合物而言是必要的（参见 602984）。 BRD4 的 P-TEFb 募集功能可以被 HIV-1 Tat 的募集功能取代，后者直接募集 P-TEFb 来激活 HIV-1 转录。

易克等人（2005）发现人 HEXIM1 或 HEXIM2（615695）与 7SK RNA 结合抑制 CDK9 激酶活性和 P-TEFb 依赖性转录。

Rother 和 Strasser（2007）发现酵母 CDK9 同源物 Ctk1 通过增强解码保真度在翻译中发挥作用。 Ctk1 与体内核糖体翻译相关，是有效翻译所必需的。 Ctk1 磷酸化小核糖体亚基 Rps2（603624），Rps2 磷酸化的缺失会因错误编码频率增加而导致翻译延伸缺陷。

瓦格纳等人（2008）发现将 microRNA miR1（参见 MIRN1-1；609326）注射到受精的小鼠卵母细胞中会导致心脏肥大的早期出现。实验小鼠心室壁的异常生长与 miR1 靶标 Cdk9 mRNA 水平的显着增加有关。 Cdk9 蛋白含量甚至更高，并且 RNA 聚合酶 II 的磷酸化增加。实验小鼠中miR1表达没有显着变化，其他miR1靶标的表达也没有显着变化。在受精小鼠卵母细胞发育的胚胎中也发现了类似的心脏肥大和生化变化，这些胚胎被显微注射了从 Cdk9 编码序列中随机选择的 20 个核苷酸序列。

RNA 聚合酶 II 最大的亚基 POLR2A（180660）包含一个 C 末端结构域（CTD），具有多达 52 个 Tyr（1）-Ser（2）-Pro（3）-Thr（4）-Ser（5）- Pro（6）-Ser（7）一致重复。已知丝氨酸 2、5 和 7 被磷酸化，这些修饰有助于协调 mRNA 前体的转录和加工之间的相互作用。辛等人（2011）提供的证据表明，CTD Thr（4）残基的磷酸化是组蛋白 mRNA 3-prime 末端加工所必需的，其功能是促进 3-prime 加工因子向组蛋白基因的募集。与 Ser（2）一样，Thr（4）磷酸化需要 CTD 激酶 CDK9，并且从酵母到人类在进化上是保守的。辛等人（2011）得出的结论是，他们的数据说明了 CTD 修饰如何在促进高效基因表达方面发挥高度特定的作用。

▼ 基因结构

Liu and Rice（2000）确定CDK9基因含有7个外显子。 RNase 保护和引物延伸分析表明 CDK9 基因的主要转录位点位于核苷酸 -79。进一步的启动子分析表明，核苷酸-219和-89之间的区域包含其他重要的调控元件。

▼ 生化特征

晶体结构

塔希罗夫等人（2010）描述了 HIV Tat-P-TEFb 复合物的晶体结构，该复合物由 HIV-1 Tat、人 CDK9 和人细胞周期蛋白 T1（CCTN1; 143055）组成。 Tat采用与P-TEFb表面互补的结构并进行广泛接触，主要与P-TEFb的细胞周期蛋白T1亚基接触，但也与CDK9亚基的T环接触。该结构为 Tat 对某些位点序列变异的耐受性提供了合理的解释。重要的是，Tat 会诱导 P-TEFb 发生显着的构象变化。

▼ 测绘

通过对体细胞杂交体的分析，Bullrich 等人（1995）将 CDK9 基因定位到 9q34.1，该区域与多种恶性肿瘤的异常和等位基因丢失相关。