Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Циклинзависимая киназа
Идентификаторы
Номер ЕС2.7.11.22
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Третичная структура человеческого Cdk2, определенная с помощью рентгеновской кристаллографии. Как и другие протеинкиназы, Cdk2 состоит из двух долей: меньшей аминоконцевой доли (вверху), которая состоит в основном из бета-листа и спирали PSTAIRE, и большой карбоксиконцевой доли (внизу), которая в основном состоит из альфа спирали. Субстрат АТФ показан в виде шарообразной модели, расположенной глубоко в щели активного центра между двумя долями. Фосфаты ориентированы наружу, к устью щели, которая заблокирована в этой структуре Т-образной петлей (выделена зеленым). (PDB 1hck)
Схема клеточного цикла. внешнее кольцо: I = интерфаза , M = митоз ; внутреннее кольцо: M = митоз; G1 = разрыв фазы 1 ; S = Синтез ; G2 = разрыв фазы 2 .

Циклинзависимые киназы ( CDK ) - это семейства протеинкиназ, впервые обнаруженные благодаря их роли в регуляции клеточного цикла . Они также участвуют в регуляции транскрипции , процессинга мРНК и дифференцировки нервных клеток. [1] Они присутствуют во всех известных эукариотах , и их регуляторная функция в клеточном цикле эволюционно сохранена. Фактически, дрожжевые клетки могут нормально пролиферировать, если их ген CDK был заменен гомологичным геном человека. [1] [2] CDK - это относительно небольшие белки с молекулярной массой от 34 до 40 кДа, которые содержат немногим болеекиназный домен . [1] По определению, CDK связывает регуляторный белок, называемый циклином . Без циклина CDK имеет небольшую киназную активность; только комплекс циклин-CDK является активной киназой, но его активность обычно может дополнительно модулироваться фосфорилированием и другими связывающими белками, такими как p27 . CDK фосфорилируют свои субстраты по серинам и треонинам, поэтому они представляют собой серин-треониновые киназы . [1] консенсусную последовательность для сайта фосфорилирования в аминокислотной последовательности с CDK субстрата [S / T *] PX [K / R], где S / T * является фосфорилированным серин или треонин , Рпролин , X - любая аминокислота, K - лизин , R - аргинин . [1]

Типы [ править ]

Таблица 1: Известные CDKs, их циклин партнеры, а также их функция в человеческом [3] и последствие удаления у мышей [4]
CDK! Партнер CyclinФункцияДелеционный фенотип у мышей
Cdk1Циклин БФаза MНикто
Cdk2Циклин EПереход G1 / SУменьшение размера, усиление пролиферации нейральных клеток-предшественников. Жизнеспособны, но бесплодны как самцы, так и самки.
Cdk2Циклин АФаза S, фаза G2
Cdk3Циклин СФаза G1Дефектов нет. Жизнеспособный, плодородный.
Cdk4Циклин DФаза G1Уменьшение размеров, инсулино-дефицитный диабет. Жизнеспособны, но бесплодны как по мужскому, так и по женскому признаку.

CDK и циклины в клеточном цикле [ править ]

Большинство известных комплексов циклин-CDK регулируют прохождение клеточного цикла . Клетки животных содержат по крайней мере девять CDK, четыре из которых, CDK1, 2, 3 и 4, непосредственно участвуют в регуляции клеточного цикла. [1] В клетках млекопитающих CDK1 и его партнеры циклин А2 и В1 сами по себе могут управлять клеточным циклом. [4] Другой, CDK7, косвенно участвует в качестве киназы, активирующей CDK. [1] Комплексы циклин-CDK фосфорилируют субстраты, подходящие для конкретной фазы клеточного цикла. [3] Комплексы циклин-CDK на более ранней фазе клеточного цикла помогают активировать комплексы циклин-CDK на более поздней фазе. [1]

Таблица 2: Циклины и CDK по фазам клеточного цикла
ФазаЦиклинCDK
G0CCdk3
G1D, ECdk4, Cdk2, Cdk6
SА, ЕCdk2
G2АCdk2, Cdk1
MBCdk1
Таблица 3: Циклинзависимые киназы, которые контролируют клеточный цикл в модельных организмах [1]
РазновидностьИмяОригинальное названиеРазмер (аминокислоты)Функция
Saccharomyces cerevisiaeCdk1Cdc28298Все стадии клеточного цикла
Schizosaccharomyces pombeCdk1Cdc2297Все стадии клеточного цикла
Drosophila melanogasterCdk1Cdc2297M
Cdk2Cdc2c314G1 / S, S, возможно M
Cdk4Cdk4 / 6317G1, способствует росту
Xenopus laevisCdk1Cdc2301M
Cdk2297S, возможно M
Homo sapiensCdk1Cdc2297M
Cdk2298G1, S, возможно M
Cdk4301G1
Cdk6326G1

Список CDK с их регуляторным белком, циклином или другим:

  • CDK1 ; циклин A , циклин B
  • CDK2 ; циклин A , циклин E
  • CDK3 ; циклин С
  • CDK4 ; циклин D1 , циклин D2 , циклин D3
  • CDK5 ; CDK5R1 , CDK5R2 . См. Также CDKL5 .
  • CDK6 ; циклин D1 , циклин D2 , циклин D3
  • CDK7 ; циклин H
  • CDK8 ; циклин С
  • CDK9 ; циклин T1 , циклин T2a , циклин T2b , циклин K
  • CDK10
  • CDK11 ( CDC2L2 ); циклин L
  • CDK12 ; циклин L
  • CDK13 ( CDC2L5 ); циклин L

Регулирование деятельности [ править ]

Уровни CDK остаются относительно постоянными на протяжении клеточного цикла, и большая часть регуляции является посттрансляционной. Большинство сведений о структуре и функции CDK основано на CDK S. pombe (Cdc2), S. cerevisiae (CDC28) и позвоночных (CDC2 и CDK2). Четыре основных механизма регуляции CDK - это связывание циклина, фосфорилирование CAK , регуляторное ингибирующее фосфорилирование и связывание ингибирующих субъединиц CDK (CKI). [5]

Привязка циклина [ править ]

Активный сайт или АТФ-связывающий сайт, все киназ является расщелиной между небольшой аминой-концевой долей и большей карбокси-концевой долей. [1] Структура человеческого Cdk2 показала, что CDK имеют модифицированный сайт связывания АТФ, который может регулироваться связыванием циклина. [1] Фосфорилирование CDK-активирующей киназой (CAK) по Thr 161 на Т-петле увеличивает активность комплекса. Без циклина гибкая петля, называемая петлей активации или Т-петлей, блокирует щель, и положение нескольких ключевых аминокислотных остатков не является оптимальным для связывания АТФ. [1]С циклином две альфа-спирали меняют положение, позволяя связываться с АТФ. Одна из них, спираль L12, которая идет непосредственно перед Т-петлей в первичной последовательности, становится бета-цепью и помогает перестроить Т-петлю, так что она больше не блокирует активный сайт. [1] Другая альфа-спираль, называемая спиралью PSTAIRE, перестраивает и помогает изменить положение ключевых аминокислотных остатков в активном сайте. [1]

Существует значительная специфичность связывания циклина с CDK. [3] Кроме того, связывание циклина определяет специфичность комплекса циклин-CDK в отношении определенных субстратов. [3] Циклины могут напрямую связывать субстрат или локализовать CDK в субклеточной области, где находится субстрат. Субстратная специфичность S-циклинов придается гидрофобной партии (с центром в последовательности MRAIL), которая имеет сродство к субстратным белкам, которые содержат гидрофобный мотив RXL (или Cy). Циклин B1 и B2 могут локализовать Cdk1 в ядре и Гольджи, соответственно, посредством последовательности локализации вне области связывания CDK. [1]

Фосфорилирование [ править ]

Связывание циклина само по себе вызывает частичную активацию Cdks, но для полной активации также требуется активация фосфорилирования с помощью CAK. В клетках животных CAK фосфорилирует субъединицу Cdk только после связывания циклина, как показано здесь. Бутонирующие дрожжи содержат другую версию CAK, которая может фосфорилировать Cdk даже в отсутствие циклина, и поэтому две стадии активации могут происходить в любом порядке.

Полная киназы активность требует активирующего фосфорилирования на треонине , примыкающего к CDK в активном сайте . [1] Идентичность CDK-активирующей киназы (CAK), которая выполняет это фосфорилирование, варьируется в зависимости от модельных организмов. [1] Время этого фосфорилирования также варьируется. В клетках млекопитающих активирующее фосфорилирование происходит после связывания циклина. [1] В дрожжевых клетках это происходит до связывания циклина. [1] Активность САК не регулируется известными путями клеточного цикла, и связывание циклина является лимитирующим этапом для активации CDK. [1]

В отличие от активирующего фосфорилирования, ингибирующее фосфорилирование CDK жизненно важно для регуляции клеточного цикла. Состояние фосфорилирования регулируется различными киназами и фосфатазами. Одной из киназ, которые размещают тирозинфосфат, является Wee1 , киназа, консервативная у всех эукариот. [1] Делящиеся дрожжи также содержат вторую киназу Mik1, которая может фосфорилировать тирозин. [1] Позвоночные животные содержат другую вторую киназу Myt1, которая родственна Wee1, но может фосфорилировать как треонин, так и тирозин. [1] Фосфатазы семейства Cdc25 дефосфорилируют как треонин, так и тирозин. [1]

Ингибиторы CDK [ править ]

Ингибитор киназы циклин-зависимая (CKI) представляет собой белок , который взаимодействует с комплексом циклин-CDK , чтобы блокировать активность киназы, как правило , в течение G1 или в ответ на сигналы из окружающей среды или из поврежденной ДНК. [1] В клетках животных существует два основных семейства CKI: семейство INK4 и семейство CIP / KIP . [1] Белки семейства INK4 строго ингибируют и связывают мономеры CDK. Кристаллические структуры комплексов CDK6-INK4 показывают, что связывание INK4 перекручивает CDK, искажая связывание циклина и активность киназы. Белки семейства CIP / KIP связывают как циклин, так и CDK комплекса и могут быть ингибирующими или активирующими. Белки семейства CIP / KIP активируют циклин D и комплексы CDK4 или CDK6, усиливая образование комплексов.[1]

У дрожжей и дрозофилы CKI являются сильными ингибиторами S- и M-CDK, но не ингибируют G1 / S-CDK. Во время G1 высокие уровни CKI предотвращают нарушение порядка событий клеточного цикла, но не препятствуют переходу через контрольную точку Start, которая инициируется через G1 / S-CDK. Как только клеточный цикл инициирован, фосфорилирование ранними G1 / S-CDK приводит к разрушению CKI, снимая ингибирование более поздних переходов клеточного цикла. В клетках млекопитающих регуляция CKI работает иначе. Белок млекопитающих p27 (Dacapo у Drosophila) ингибирует G1 / S- и S-CDK, но не ингибирует S- и M-CDK. [1]

Suk1 или Cks [ править ]

CDK, непосредственно участвующие в регуляции клеточного цикла, связаны с небольшими белками размером от 9 до 13 килодальтон, называемыми Suk1 или Cks . [3] Эти белки необходимы для функции CDK, но их точная роль неизвестна. [3] Cks1 связывает карбоксильную долю CDK и распознает фосфорилированные остатки. Это может помочь комплексу циклин-CDK с субстратами, имеющими несколько сайтов фосфорилирования, за счет увеличения сродства к субстрату. [3]

Нециклиновые активаторы [ править ]

Вирусные циклины [ править ]

Вирусы могут кодировать белки с последовательностью, гомологичной циклинам. Одним из хорошо изученных примеров является K-циклин (или v-циклин) из вируса герпеса саркомы Капоши (см. Саркома Капоши ), который активирует CDK6. Комплексы вирусный циклин-CDK обладают различной субстратной специфичностью и чувствительностью к регуляции. [6]

Активаторы CDK5 [ править ]

Белки p35 и p39 активируют CDK5. Хотя у них отсутствует гомология последовательностей циклинов, кристаллические структуры показывают, что p35 укладывается таким же образом, как и циклины. Однако активация CDK5 не требует фосфорилирования петли активации. [6]

RINGO / Speedy [ править ]

Белки, не имеющие гомологии с семейством циклинов, могут быть прямыми активаторами CDK. [7] Одно семейство таких активаторов - это семейство RINGO / Speedy, [7] которое было первоначально обнаружено у Xenopus. Все пять членов, обнаруженных на данный момент, непосредственно активируют Cdk1 и Cdk2, но комплекс RINGO / Speedy-CDK2 распознает разные субстраты, чем комплекс cyclin A-CDK2. [6]

История [ править ]

Лиланд Х. Хартвелл , Р. Тимоти Хант и Пол М. Нерс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2001 г. за полное описание циклин и циклин-зависимых киназных механизмов, которые играют центральную роль в регуляции клеточного цикла.

Медицинское значение [ править ]

Основная статья: ингибитор CDK

CDK считаются потенциальной мишенью для противораковых препаратов. Если можно избирательно прервать регуляцию клеточного цикла в раковых клетках, вмешиваясь в действие CDK, клетка погибнет. В настоящее время некоторые ингибиторы CDK, такие как селициклиб , проходят клинические испытания. Несмотря на то, что первоначально была разработана в качестве потенциального лекарства против рака, seliciclib также доказано , чтобы индуцировать апоптоз в нейтрофильных гранулоцитов , что опосредованное воспаление . [8] Это означает, что могут быть разработаны новые лекарства для лечения хронических воспалительных заболеваний, таких как артрит и кистозный фиброз .

Флавопиридол ( альвоцидиб ) - первый ингибитор CDK, который будет протестирован в клинических испытаниях после того, как был идентифицирован в ходе скрининга противораковых агентов в 1992 году. Он конкурирует за сайт АТФ в CDK. [9] Палбоциклиб и абемациклиб были одобрены для лечения гормональных рецепторов (рецепторов эстрогенов / гестагенов), вызывающих метастатический рак груди, в сочетании с эндокринной терапией. [10] [11]

Однако необходимы дополнительные исследования, поскольку нарушение CDK-опосредованного пути имеет потенциально серьезные последствия; Хотя ингибиторы CDK кажутся многообещающими, необходимо определить, как можно ограничить побочные эффекты, чтобы затронуть только клетки-мишени. Поскольку такие заболевания в настоящее время лечатся глюкокортикоидами , которые часто имеют серьезные побочные эффекты, даже незначительный успех может быть улучшением. [10]

Осложнения разработки препарата CDK включают тот факт, что многие CDK не участвуют в клеточном цикле, а участвуют в других процессах, таких как транскрипция, нервная физиология и гомеостаз глюкозы. [12]

Таблица 4: Препараты ингибиторов циклин-зависимых киназ [12]
Препарат, средство, медикаментCDK заблокированы
Флавопиридол ( альвоцидиб )1, 2, 4, 6, 7, 9
Olomoucine1, 2, 5
Росковитин ( Селициклиб )1, 2, 5, 7, 9 [13] [14] [15]
Пурваланол1, 2, 5
Пауллонес1, 2, 5
Бутриолактон1, 2, 5
Палбоциклиб4, 6
Тио / оксофлавопиридолы1
Оксиндолы2
Аминотиазолы4
Бензокарбазолы4
Пиримидины4

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р Q R сек т у V ш х у г аа аб Morgan DO (2007). Клеточный цикл: принципы управления (1-е изд.). Лондон: New Science Press. ISBN 978-0-87893-508-6.
  2. Перейти ↑ Lee MG, Nurse P (1987). «Комплементация, используемая для клонирования человеческого гомолога гена контроля клеточного цикла делящихся дрожжей cdc2». Природа . 327 (6117): 31–5. Bibcode : 1987Natur.327 ... 31L . DOI : 10.1038 / 327031a0 . PMID 3553962 . S2CID 4300190 .  
  3. ^ Б с д е е г Morgan DO (1997). «Циклинзависимые киназы: двигатели, часы, микропроцессоры». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 13 : 261–91. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.13.1.261 . PMID 9442875 . 
  4. ^ a b Сатьянараяна А., Калдис П. (август 2009 г.). «Регуляция клеточного цикла млекопитающих: несколько Cdks, многочисленные циклины и различные компенсаторные механизмы» . Онкоген . 28 (33): 2925–39. DOI : 10.1038 / onc.2009.170 . PMID 19561645 . 
  5. ^ Морган Д.О. (март 1995 г.). «Принципы регулирования CDK». Природа . 374 (6518): 131–4. Bibcode : 1995Natur.374..131M . DOI : 10.1038 / 374131a0 . PMID 7877684 . S2CID 4323623 .  
  6. ^ a b c Небреда AR (апрель 2006 г.). «Активация CDK нециклиновыми белками». Текущее мнение в клеточной биологии . 18 (2): 192–8. DOI : 10.1016 / j.ceb.2006.01.001 . PMID 16488127 . 
  7. ^ a b Моурон С., де Карсер Дж., Секо Е., Фернандес-Миранда Дж., Малумбрес М., Небреда А. Р. (август 2010 г.). «RINGO C требуется для поддержки контрольной точки сборки шпинделя» . Журнал клеточной науки . 123 (Pt 15): 2586–95. DOI : 10,1242 / jcs.059964 . PMID 20605920 . 
  8. ^ Росси А.Г., Савацки Д.А., Уокер А., Уорд С., Шелдрейк Т.А., Райли Н.А. и др. (Сентябрь 2006 г.). «Ингибиторы циклинзависимой киназы улучшают разрешение воспаления, способствуя апоптозу воспалительных клеток». Природная медицина . 12 (9): 1056–64. DOI : 10.1038 / nm1468 . PMID 16951685 . S2CID 5875865 .  
  9. ^ Senderowicz AM (1999). «Флавопиридол: первый ингибитор циклин-зависимой киназы в клинических испытаниях на людях». Новые исследуемые препараты . 17 (3): 313–20. DOI : 10.1023 / а: 1006353008903 . PMID 10665481 . S2CID 23551260 .  
  10. ^ a b «FDA предоставляет Palbociclib ускоренное одобрение для лечения рака молочной железы на поздних стадиях» . Национальный институт рака . Проверено 30 ноября 2017 .
  11. ^ Исследования, Центр оценки лекарственных средств и. «Одобренные лекарства - FDA одобряет абемациклиб для лечения HR-положительного и HER2-отрицательного рака груди» . www.fda.gov . Проверено 30 ноября 2017 .
  12. ^ a b Sausville EA (2002). «Сложности в разработке препаратов ингибиторов циклинзависимых киназ». Тенденции молекулярной медицины . 8 (4 доп.): S32-7. DOI : 10.1016 / s1471-4914 (02) 02308-0 . PMID 11927285 . 
  13. ^ Kolodziej M, Goetz C, Di Fazio P, Montalbano R, Ocker M, Strik H, Quint K. Росковитин оказывает антипролиферативное и проапоптотическое действие на клеточные линии глиобластомы: пилотное исследование. Отчеты онкологии. 2015 1 сентября; 34 (3): 1549-56.
  14. ^ Otyepka M, Bártová I, Kříž Z, Koča J. Различные механизмы активации CDK5 и CDK2, выявленные динамикой CDK5 / p25 и CDK2 / cyclin A. Журнал биологической химии. 2006 17 марта; 281 (11): 7271-81.
  15. ^ Сингх Р., Бхардвай В., Дас П., Пурохит Р. Природные аналоги, ингибирующие селективные изоформы белка циклин-зависимой киназы: вычислительная перспектива. J Biomol Struct Dyn [Интернет]. 6 декабря 2019 г .; 1–10. Доступно по ссылке : https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/07391102.2019.1696709

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Loyer P, Trembley JH, Katona R, Kidd VJ, Lahti JM (сентябрь 2005 г.). «Роль комплексов CDK / циклин в транскрипции и сплайсинге РНК». Сотовая связь . 17 (9): 1033–51. DOI : 10.1016 / j.cellsig.2005.02.005 . PMID  15935619 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Cyclin-Dependent + Kinases в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • EC 2.7.11.22
  • KEGG - цикл человеческих клеток