15.4: Активація та інактивація комплексу циклін-cdk

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3670

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Оскільки більш мутантні дріжджі були скринінговані на зміни їх клітинного циклу, були виявлені два інших гени, в яких мутації породили подібні фенотипи. Нефункціональні cdc25 або надмірно активні мутанти wee1 генерували надмірно великі клітини з одним ядром, і навпаки, надмірно активні cdc25 або неактивні wee1 породили багато сильно низькорослі клітини. Як cdc25, так і wee1 генні продукти взаємодіють з cdk, і по суті, вони є позитивними і негативними регуляторами cdk відповідно. Діючи разом з ще одним ферментом, CAK (cdk-активує кіназою), вони активують кдк (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Знімок екрана 2019-01-08 о 7.09.40 PM.png — Малюнок\(\PageIndex{3}\). Активація мітотичного комплексу циклін/cdk

Використовуючи комплекс мітотичного циклін/cdk як приклад, циклін (cdc13) і cdk (cdc2) об'єднуються, утворюючи неактивний комплекс. Потім cdk фосфорилюється wee1, кіназою. Фосфат, який він кладе на тирозин-15, необхідний для решти послідовності активації, але він є інгібуючим: він фактично запобігає остаточній активації. Але як тільки Tyr-15 фосфорилюється, CAK може фосфорилювати сусідній треонін (Thr-161), який необхідний для активації. Нарешті, cdc25, білкова фосфатаза, видаляє фосфат на Tyr-15, дозволяючи активувати cdk фосфорильованим Thr-161, і MPF нарешті на своєму шляху. Існує також самопосилення активації, оскільки однією з мішеней MPF є cdc25, тому існує позитивний контур зворотного зв'язку, в якому активність cdc25 регулюється фосфорилуванням.

Як ви побачите в більш пізньому розділі цієї глави, MPF виконує багато функцій, деякі з яких запобігають прогресу мітозу минулої анафази. Тому повинен бути спосіб швидко і повністю вимкнути MPF (а якщо на те пішло, будь-який комплекс циклін/cdk), коли клітина досягне відповідної стадії клітинного циклу. Це підтверджується часовими дослідженнями активності MPF, які показують стрімке падіння активності в анафазі. Це збігається з виснаженням цикліну В (cdc13 в S. pombe) внаслідок поєднання відключення транскрипції гена та специфічної протеолітичної деградації. Шляхи деградації зараз добре зрозумілі і є цікавим прикладом свого роду регулювання зворотного зв'язку.

Знімок екрана 2019-01-08 о 7.09.52 PM.png — Малюнок\(\PageIndex{4}\). Активність MPF та експресія білка цикліну В підвищуються, коли клітина входить в мітоз, але падають безпосередньо перед анафазою. Однак рівні cdk залишаються стабільними протягом усього клітинного циклу.

По суті, MPF забезпечує власне руйнування: однією з його мішеней фосфорилювання є cdc20. При фосфорилюванні cdc20 активується, а потім активує комплекс, що сприяє анафазі (APC). APC - це убіквітин-лігаза (тип E3), яка поліубіквітинує циклін комплексу MPF, роблячи його мішенню для протеолітичної деградації протеосомою. Відзначимо, що руйнується тільки циклін, в той час як кіназа залишається в спокої. Без цикліну кіназа неактивна і повинна чекати, поки рівень цикліну знову підніметься, перш ніж він може бути повторно активований свіжим раундом фосфорилювання та дефосфорилювання.

Знімок екрана 2019-01-08 в 7.10.23 PM.png — Малюнок\(\PageIndex{5}\). MPF та інші комплекси циклін/cdk інактивуються шляхом руйнування цикліну.