Репликация днк: учебное пособие
Регуляция клеточного цикла у эукариот
жүктеу/скачать 2,57 Mb. Pdf көрінісі
|
|
6.3.Регуляция клеточного цикла у эукариот Различные клеточные процессы, необходимые для успешной репликации и деления клеток, управляются последовательной активаций и дезактивацией семейства циклин-зави- симых киназ (Cdks). Активация Cdks преимущественно управляется периодической экс- прессией циклинов и нуждается в активирующем фосфорилировании киназы. Инактивация контролируется во-первых, ингибирующим фосфорилированием киназ, во-вторых убикви- тин-опосредованной деградацией циклинов и в-третьих – взаимодействием всего комплекса с малыми белками-ингибиторами. Основные принципы, положенные в основу регуляции прохождения клетки по циклу таковы: 1) Активация Cdks управляется последовательно экспрессией и объединением с цик- линами; 2) Активность каждой пары Cdk-циклин необходима для активации последующей; 3) Разрушение циклинов приводит к однонаправленному клеточному циклу; 4) Ингибирование комплексов Cdks-циклины путем фосфорилирования или путем связывания с белками-ингибиторами задерживает активацию Cdks и замедляет движение клетки по циклу в неблагоприятных условиях. Рис. 30.Экспрессия циклинов втечение клеточного цикла. Как это следует из названия, Cdks являются протеин-киназами, которые для своей активации должны связаться с соответствующими циклинами. Процесс синтеза и деграда- ции циклинов высоко координирован, в то время как основной уровень контроля активности Cdks заключается в периодичности присутствия или отсутствия циклиновой субъединицы. Сравнение динамики экспрессии различных циклинов в течение клеточного цикла показано на рис. 30. Если покоящиеся клетки стимулировать к вхождению в клеточный цикл ростовыми факторами, то первым будет экспрессирован циклин D, который может объединяться с Cdk4 или Cdk6. Этот комплекс входит в ядро, где фосфорилирует белок ретинобластомы Rb и два других покет-белка р107 и р130. Фосфорилирование Rb приводит к высвобождению семей- ства транскрипционных факторов E2F, активирующих транскрипцию генов, вовлеченных в процесс репликации ДНК, и таким образом способствует экспрессии белков, необходимых для G1 и S-фаз клеточного цикла. Схема работы белка Rb показана на рис. 31. И. М. Спивак. «Репликация ДНК: учебное пособие» 80 Тот же митогенный сигнал, который вызвал экпрессию циклина D, также вызывает и экспрессию второго циклина – Е и двух ингибиторов Cdks – р21 cip1 и р27 kip1 . Экспрес- сия белков-ингибиторв в тот момент, когда клетка входит в новый цикл роста и деления, кажется контрпродуктивной. Тем не менее, р21 и р27 связываются с коплексом циклин D- Cdk4, не ингибируя его киназную активность, и на самом деле оказываются необходимыми для создания этого комплекса и его транспорта в ядро. Напротив, р21 и р27 являются эффек- тивными ингибиторами активности комплекса циклин Е-Cdk2. Таким образом, присутствие этих белков в ранней G1-фазе способствует образованию комплексов циклин D– Cdk4 и, в то же время, задерживает активацию циклин Е-Cdk2 комплексов. Циклин Е-Cdk2 взаимодействует с циклин D-Cdk4/6 в фосфорилировании и инакти- вации Rb и покет-белков. Двойное фосфорилирование Rb необходимо для полной актива- ции транскрипционной программы S-фазы. После этого с какого-то момента, называемого точкой рестрикции (restriction point) движение клетки по циклу происходит независимо от внеклеточных сигналов. Внутренние или внешние события могут замедлить или предотвра- тить продвижение клетки по циклу, но если никакого останавливающего это движение сиг- нала получено не будет, то инициированный клеточный цикл, включая рост, репликацию, сегрегацию и деление клетки, будет продолжаться сам по себе без дальнейших внеклеточ- ных посылов. И. М. Спивак. «Репликация ДНК: учебное пособие» 81 И. М. Спивак. «Репликация ДНК: учебное пособие» 82 И. М. Спивак. «Репликация ДНК: учебное пособие» 83 Рис. 31.Роль бкелка Rb в регуляции клеточного цикла. Активация циклин Е-Cdk2 ведет к инициации репликации ДНК, причем описано боль- шое число белков, необходимых для осуществления задачи удвоения и сегрегации кле- точного содержимого. Циклин Е-Cdk2 также фосфорилирует белок-ингибитор р27. Это делает р27 мишенью для распознавания убиквитин-лигазой, а убиквитинированная форма белка затем идет путем протеосомной деградации. Таким образом, циклин Е-Cdk2 включает диструкцию своего отрицательного регулятора. Циклин Е-Сdk2 также сам фосфорилирует свою циклиновую субъединицу (циклин Е), что тоже делает его мишенью для деградации. И. М. Спивак. «Репликация ДНК: учебное пособие» 84 Это свойство подготавливать к деградации как ингибитор, так и сам циклин, делает киназ- ный комплекс одновременно самоактивирующим и самоограничивающим. Циклин А экспрессируется сразу же после циклина Е на границе G1 и S фаз. Актив- ность обоих комплексов – циклин Е-Cdk2 и циклин А-Cdk2 необходима для инициации и правильного протекания ДНК-репликации, а также для гарантии того, что репликация ДНК инициируется и проходит в течение каждого клеточного цикла только один раз. К тому же циклин А-Cdk2 способствует эффективному протеканию S-фазы, повышая транскрипцию гистоновых и других генов, необходимых для согласованной репликации. После роста и удвоения клетка оказывается перед необходимостью делиться на две жизнеспособные дочерние клетки. Все завершается митозом, который начинается профа- зой с конденсацией хромосом и формированием веретена деления. В прометафазе микро- трубочки веретена прикрепляются к кинетохорам двух сестринских хроматид, а оболочка ядра растворяется. Если все произошло правильно, то в анафазе веретено деления растас- кивает сестринские хроматиды в разные стороны. Вслед за разделением удвоенного генома в телофазе деконденсируются хроматиды и начинают образовываться новые ядерные обо- лочки. Наконец, при цитокинезе образование двух дочерних клеток завершается разделе- нием цитоплазмы. Эти драматические морфологические изменения происходят под контро- лем Cdk1 (Cdc2), ассоциированной с циклинами А и В. Экспрессия циклина В запаздывает по отношению к экспрессии циклина А, возрастая в поздней S-фазе и сохраняя высокий уровень в фазах G2 и М. Так как комплекс циклин В-Cdk1 преимущественно пребывает в неактивной фосфорилированной форме, то постепенное возрастание количества циклина В не сопровождается таким же постепенным возрастанием киназной активности этого ком- плекса. Дефосфорилирование и активация циклин В-Cdk1 строго коррелирует с морфоло- гическими изменениями, сопровождающими митоз. Ядерные ламины, белки ядрышек, цен- тросомные белки и Eg5 (белок, связанный с движением кинезинов) являются субстратами циклин В-Cdk1 комплекса. Многокопийные органеллы, такие как митохондрии, распреде- лены по цитоплазме равномерно, так, что дочерние клетки наследуют их вероятностно, слу- чайным образом. С другой стороны, органеллы, существующие в единственном числе, такие как аппарат Гольджи, должны быть разделены активно. Cdk1 при ассоциации с другой субъ- единицей циклина В – В2 и, локализуясь преимущественно в зоне эндоплазматического ретикулума, может играть ведущую роль при диспергировании аппарата Гольджи и гаранти- ровать его разделение при цитокинезе таким образом, чтобы в обеих дочерних клетках ока- зались компоненты, достаточные для построения заново этого секреторного комплекса. Раз- ные стадии митоза характеризуются очень быстрым и скоординированным исчезновением циклинов А и В. Разрушение митотических циклинов необходимо для того, чтобы гаран- тировать переход клеток в интерфазу до инициации следующего раунда ДНК-репликации. Это разрушение опосредуется специальным белковым комплексом АРС (anaphase promoting complex). жүктеу/скачать 2,57 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|