Ran (Ras-related nuclear protein) is a small GTP binding protein belonging to the RAS superfamily and is essential for nuclear transport and microtubule polymerization during mitosis. RCC1 (guanine nucleotide exchange factor for Ran) releases Bub1, BubR1, Mad2 and CENP-E from kinetochores in the presence of excess sperm nuclei and nocodazole in Xenopus.
Here, I found that overexpression of vectors expressing Ran GTP form in HeLa cells induced the premature exit from mitosis even in the presence of nocodazole and accelerates normal mitotic progression. Ran GTP also dissociated the spindle checkpoint proteins including Bub1, BubR1, Mad2 and CENP-E away from kinetochores. Furthermore, both overexpression of Ran’s guanine nucleotide exchange factor (RCC1) and depletion of Ran’s GTPase activating protein (Ran GAP1) by small interfering RNA (siRNA) similarly accelerated normal mitotic progression of the cell cycle. Finally, downregulation of endogenous Ran GTPase by siRNA resulted in the significant delay of the mitotic progression in HeLa cells. Therefore, these results suggest that Ran GTPase regulates the spindle checkpoint and normal mitotic progression in mammalian cells.
Ran (Ras-related nuclear protein) 단백질은 RAS superfamily에 속하는 small GTP 결합 단백질의 일종으로 핵 세포질 간 물질 수송과 유사 분열 동안 방추사 형성에 중요한 기능을 한다고 알려져 있다. Ran에 결합해 있는 GDP를 GTP로 전환시키는 역할을 하는 것으로 알려진 RCC1 단백질에 의해, 과량의 sperm nuclei와 nocodazole에 의해서 세포 주기가 정지되어 있는 Xenopus egg 추출물에서, 방추사 형성 체크 포인트를 조절하는 Bub1, BubR1, Mad2 및 CENP-E 단백질이 염색체 상의 동원체에 제대로 위치하지 못한다는 보고가 있었다. 이러한 Ran 단백질의 세포 주기에서의 기능은 최근 계속 보고 되고 있으나 포유류 세포에서의 자세한 기작은 아직 규명되어 있지 않다.
본 연구는 Ran 단백질의 GTP 결합 형태를 HeLa 세포에서 과 발현 시키면 nocodazole이 있는 상태에서 세포 주기의 정지를 무시하고 유사 분열을 조기에 종료하며 전반적인 유사 분열 진행을 가속화함을 밝혔다. 이는 세포분열 중기에서 말기로 진행하는데 기능을 하는 cyclin B 단백질의 분해를 가속화 시킴으로써 발생되는 것으로 여겨진다. 또한 이때 Ran 단백질의 GTP 결합 형태는 방추사 형성 체크 포인트를 조절하는 Bub1, BubR1, Mad2 및 CENP-E 단백질을 동원체로 부터 분리시켜 Ran 단백질이 포유류 세포의 방추사 형성 주기 조절에 관여하고 있음을 보였다. 이러한 결과들을 바탕으로 Ran 단백질이 포유류 세포에서 방추사 형성 주기 조절을 무시하고 cyclin B 단백질의 분해를 촉진하여 유사 분열 진행을 가속화함을 알 수 있었다. Ran에 결합해 있는 GDP를 GTP로 전환시키는 역할을 하는 RCC1 단백질을 과 발현 시키거나 Ran에 결합해 있는 GTP를 GDP로 가부분해 시키는 GTPase 활성을 촉진하는 Ran GAP1 단백질을 small interfering RNA (siRNA)로 저발현 시켜 endogenous한 Ran 단백질의 GTP 결합 형태를 증가시켰을 때에도 유사하게 전반적인 유사 분열 진행을 가속화함을 보였다. Ran 단백질을 siRNA 를 이용해 저발현 시켰을 때에는 HeLa 세포의 유사 분열 진행에 상당한 지연을 보였다.
결론적으로, Ran 단백질이 방추사 형성 주기를 조절함으로써 전반적인 유사 분열의 진행 조절에 기능 함을 유추할 수 있다. 이는 지금까지 Xenopus를 통해서 알려져 있는 결과들과 최근 보고 되고 있는 포유류 세포에서의 결과들과 함께 Ran 단백질이 포유류 세포에서도 이미 알려진 바와 같은 핵과 세포질 간의 물질 수송 및 방추사 형성 조절 뿐 아니라 방추사 형성 시기 조절과 유사 분열 조절에서 중요한 기능을 한다는 것을 의미한다.