Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Sic1
Идентификаторы
СимволSic1
Альт. символыYLR079W, SDB25, SIC1_YEAST, ингибитор CDK p40
Ген NCBI850768
UniProtP38634
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Sic1, белок , представляет собой стехиометрическое ингибитор [1] из CDK1 -Clb ( циклины В-типа ) комплексов в многообещающих дрожжах Saccharomyces CEREVISIAE . Поскольку комплексы cyclin-Cdk1 B-типа являются драйверами инициации S-фазы , Sic1 предотвращает преждевременное вступление в S-фазу. [2] Мультисайтовое фосфорилирование Sic1, как полагают, синхронизирует убиквитинирование и разрушение Sic1 и, соответственно, время вступления в S-фазу. [3]

Контроль клеточного цикла [ править ]

Рис. 1 Диаграмма показывает роль Sic1 в ингибировании Clb5,6-Cdk1 и его полиубиквитинирование и разрушение, опосредованное фосфорилированием. Уничтожение допускает активность Clb5,6-Cdk1 и вход в S-фазу.

В фазе G1 клеточного цикла Sic1 прочно связывается с комплексом Cdc28-Clb и ингибирует его. [4] Низкая активность Cdc28-Clb приводит к разборке митотического веретена , сборке пререпликативного комплекса и инициации образования почек у дрожжей.

В начальной точке цикла дрожжевых клеток G1- циклины Cln3 , Cln1 и ​​Cln 2 активируют Cdc28. Активированный комплекс фосфорилирует Sic1 по множеству сайтов, что приводит к его деградации комплексом SCF . [5] Когда Sic1 разрушается, комплекс Cdc28-Clb больше не ингибируется, и клетка может переходить в S / M-фазу. Таким образом, инактивация Sic1 необходима для перехода в S-фазу (рис.1).

Cdc28 в комплексе с циклином B-типа (Cdc28-Clb) фосфорилирует Swi5 , фактор транскрипции Sic1. Это способствует экспорту Swi5 из ядра в цитоплазму и позволяет избежать дальнейшей транскрипции ингибитора cdk. Cdc28-Clb также фосфорилирует все доступные молекулы Sic1 и запускает их убиквитин- зависимую деградацию, точно так же, как Cdc28-Cln. [4] Высокие уровни Cdc28-Clb также инициируют репликацию ДНК и дупликацию тел полюсов веретена (SPB). Затем происходит сборка метафазного веретена и может произойти сегрегация хромосом . Транскрипция Sic1 начинается во время телофазы., при посредничестве Swi5. Aca2 - еще один фактор транскрипции Sic1, но остается неактивным до G1. [6] В конце митоза Sic1 участвует в инактивации Cdc28-Clb. [7]

Убиквитин-зависимая деградация [ править ]

Рис. 2 Первым этапом деградации Sic1 является его фосфорилирование с помощью Cdc28-Cln с последующим разложением с помощью SCF.

Чтобы распознаваться Cdc4 комплекса SCF , Sic1 должен быть фосфорилирован , часто с помощью комплексов Cyclin-Cdk, по крайней мере, по 6 из 9 сайтов cdk (Fig. 2). [8] Sic1 также может фосфорилироваться другими киназами, такими как Pho85-Pc11 , киназа, которая становится необходимой при отсутствии Cln1 и ​​Cln2. [9] Sic1 также играет роль в реакции на осмостресс. Активируемая стрессом протеинкиназа (SAPK) Hog1 фосфорилирует Sic1 по одному остатку на карбоксильном конце . Это приводит к подавлению экспрессии циклина и стабилизации Sic1, что останавливает клеточный цикл. [10]

Фосфорилирование [ править ]

Sic1 нуждается в фосфорилировании по множеству сайтов для вызываемой убиквитинированием деградации (Fig. 2). Множественные фосфорилирования необходимы для того, чтобы Sic1 рекрутировался с помощью Cdc4 в комплекс SCF. [11] Механизм распознавания субстрата Cdc4 включает взаимодействие с консенсусными связывающими мотивами на поверхности свернутого и фосфорилированного Sic1, так называемых фосфо-дегронов Cdc4 (CPD). Было показано, что оптимальной консенсусной последовательностью для Cdc4 является фосфорилированный серин или треонин, за которым следует пролин.и основная аминокислота. Однако ни один из CPD на поверхности Sic1 не имеет такого состава. Следовательно, множественное фосфорилирование Sic1 необходимо для получения высокоаффинного связывания с Cdc4. [8] Хотя этот механизм выглядит неэффективным, он обеспечивает преимущества для клетки, поскольку позволяет измерить концентрацию Cln / cdc28 в окружающей среде. Количество фосфорилированных сайтов соответствует концентрации Cln / cdc28, и Sic1 можно рассматривать как сенсор для этого белка. В отличие от множества резких переходов петель обратной связи каскада сверхчувствительных киназ, этот механизм обеспечивает тонкую регулировку. [8]Более того, поскольку требуется множественное фосфорилирование, вероятность того, что Sic1 разлагается случайным образом, мала. Используя множественное фосфорилирование Sic1, клетка выработала стратегию строгой регуляции начала репликации ДНК, которая абсолютно необходима для обеспечения генетической стабильности.

Упрощенное понимание регуляции деградации Sic1 включает фосфорилирование множества сайтов CDK, которые состоят из оптимальных и субоптимальных консенсусных мотивов фосфорилирования. Недавние исследования, проведенные Koivomagi et al. раскрыли множество тонкостей реакции мультифосфорилирования между комплексом циклин-CDK и белком Sic1. Эти исследования раскрывают важные характеристики сайтов фосфорилирования Sic1 CDK, которые включают сайты прайминга, сайты связывания, дегронные пары, расстояние между сайтами фосфорилирования и относительное расположение сайтов. Кроме того, исследования также подчеркивают влияние других факторов на фосфорилирование Sic1, включая фосфо-связывающий карман Cks1 , мотивы стыковки циклинов и Cdk1.специфика активного сайта. Все эти механизмы вносят вклад в динамику последовательности событий, ведущих к деградации Sic1 и инициации S-фазы . [12] [13]

Функция [ править ]

Помимо того, что Cks1 является часто упускаемым из виду компонентом циклинового комплекса Cdk1, он является критическим для мультифосфорилирования и деградации Sic1. Фосфосвязывающий карман Cks1 способен независимо связываться с фосфорилированными сайтами CDK на Sic1. Кроме того, аффинность связывания Cks1 с фосфосеринами чрезвычайно слаба, что по существу делает связывание Cks1 зависимым только от присутствия фосфотреонинов. Таким образом, у мутантов Sic1 с одним сайтом фосфорилирования Cdk1 или присутствующими только фосфосеринами Cks1 неспособен должным образом связываться с субстратом и способствовать мультифосфорилированию Sic1. Это обеспечивает сильный аргумент в пользу механизма процессивного фосфорилирования вместо предыдущей теории модели случайного распределенного фосфорилирования. [8]Помимо треонина, связывание Cks1 с Sic1 может быть усилено введением остатка пролина в положение -2 относительно остатка треонина. [12] [13]

Позиционирование сайта [ править ]

Рис. 3 Белок Sic1, отличающийся разными белковыми цепями. Белок имеет неупорядоченные участки, что позволяет ему быть полезным инструментом при изучении участков фосфорилирования и манипулировании ими.

Sic1 представляет собой молекулу с неупорядоченными участками, которая помогает управлять расстояниями между сайтами фосфорилирования. Для следующих выводов Koivomagi et al. использовали конструкцию Sic1 с оптимальным консенсусным мотивом Т33, действующим как первичный сайт фосфорилирования, и субоптимальным мотивом, действующим как вторичный сайт. [12] [13]

При ограничении наблюдений только дважды фосфорилированными конструкциями Sic1 наблюдался двухступенчатый процесс фосфорилирования, где первой стадией было фосфорилирование первичного сайта. Однако вторичный сайт должен быть расположен ближе к С-концу белка относительно первичного сайта, чтобы произошло фосфорилирование. Фосфорилирование вторичного сайта также чувствительно к позиционированию. Пиковые скорости фосфорилирования были обнаружены между аминокислотными расстояниями от +12 до +16, с отчетливым увеличением в диапазоне от +10 до +12 и постепенным снижением в диапазоне от +20 до +30. Введение остатка пролина -2 усиливает фосфорилирование как in vitro.за счет расширения диапазона пикового фосфорилирования, но не увеличивает активность фосфорилирования на расстояниях менее +10. Это расширение диапазона пикового фосфорилирования может быть связано с усилением связывания праймингового сайта с Cks1. [12] [13]

Простая конструкция Sic1, содержащая 5 остатков фосфорилирования (1 сайт праймирования и две пары фосфодегронов), показала, что любое небольшое перемещение сайта праймирования может иметь значительные эффекты на развитие клеточного цикла. Сайт праймирования должен находиться в диапазоне от +12 до +16 обоих остатков в паре фосфодегронов для максимального фосфорилирования. [12] [13]

Направленность [ править ]

Фосфорилирование Sic1 инициируется циклинами G1, Cln1,2, а затем завершается циклинами S-фазы, Clb5,6 (рис. 1). Докинг-мотивы циклина участвуют в динамике фосфорилирования Sic1. Циклины S-фазы используют стыковку RXL, в то время как циклины G1 используют стыковку LLPP. Фосфорилирование Sic1 увеличивается, когда мотив RXL Clb5 находится в положениях от +16 до +20 относительно оптимального мотива CDK. Позиционирование RXL, расположенного на N-конце мотива, привело к незначительному фосфорилированию. Напротив, перемещение мотива LLPP от сайта прайминга увеличивает фосфорилирование Cln2 независимо от направленности. [12] [13]

Процессивность [ править ]

Рис. 4 Механизм фосфорилирования Sic1 1. В механизме 1 Koivomagi предполагает, что фосфорилированный первичный сайт немедленно перемещается в другое место, так что другой сайт CDK может фосфорилироваться во время того же события связывания.
Рис. 5 Механизм фосфорилирования Sic1 2. Koivomagi предполагает, что фосфорилированный первичный сайт не диссоциирует от комплекса, так что промежуточные сайты CDK последовательно фосфорилируются в единственном событии связывания.

Cks1-зависимое мультифосфорилирование происходит процессивным или полупроцессивным образом, о чем свидетельствует отсутствие промежуточных состояний фосфорилирования Sic1 в нормальных клетках. Эта процессивность также зависит от присутствия сайта стыковки циклина, поскольку увеличение количества мутаций в этом сайте снижает чистую скорость фосфорилирования. Процессивное фосфорилирование имеет два вероятных механизма, когда одно событие связывания приводит к фосфорилированию двух или более сайтов. Первый механизм предполагает, что без диссоциации от ферментного комплекса первичный сайт фосфорилируется и немедленно перемещается из активного сайта в карман связывания Cks1, чтобы обеспечить дополнительное фосфорилирование других сайтов CDK.Второй механизм предполагает, что фосфорилированный первичный сайт связывается с другим местом и постоянно связывается, в то время как другие сайты CDK связываются с активным сайтом последовательным образом для мультифосфорилирования. Моделирование предсказывает, что вероятность второго события фосфорилирования после первого, без диссоциации, составляет 40% и 20-40% для первого и второго механизма, соответственно.[12] [13]

Sic1 нацелен на деградацию с помощью SCF (Cdc4), который распознает пары фосфодегронов Sic1. Эти пары фосфодегронов представляют собой близко расположенные парные остатки фосфорилирования, каждый из которых имеет сильное сродство к Cdc4. В конструкции Sic1 с кластером S69 / S76 / S80 процессивное фосфорилирование этих пар фосфодегронов зависит от сайтов Cdk1. Процессивность Clb5 зависит от сайтов T5 и T33, в то время как процессивность Cln2 зависит от T5. Повторное введение различных остатков привело к открытию остатка T33, служащего сайтом стыковки для пары фосфодегронов T45 / T48, который способен в определенной степени способствовать деградации Sic1 в отсутствие других пар фосфодегронов. [12] [13]

Механизм [ править ]

Ниже приводится механизм, предложенный Koivomagi et al. из в естественных условиях каскада способствовать sic1 фосфорилирование и деградацию.

В конце G1 Sic1 ингибирует комплекс Clb5-Cdk1, одновременно ингибируя его собственную деградацию. Каскад фосфорилирования происходит за счет фосфорилирования Cln2-Cdk1 сайта прайминга T5. После этого остатки T33, T45 и S76 фосфорилируются с помощью Cln2-Cdk1, но ни одна пара дегрон не фосфорилируется. Однако эти фосфорилированные сайты усиливают стыковку Clb5-Cdk1, что приводит к увеличению фосфорилирования Sic1 в субоптимальных сайтах и ​​петле положительной обратной связи, где ингибирование Clb5-Cdk1 постоянно снижается, в то время как деградация Sic1 увеличивается. [12] [13]

Гомолог Sic1 у человека и болезней [ править ]

Белок p27Kip1 является человеческим гомологом Sic1, оба имеют консервативный ингибирующий домен [14], но p27Kip1 ингибирует циклины G1, а не циклин B.

Есть несколько заболеваний человека, которые связаны с p27Kip1 и другими ингибиторами циклинкиназы:

  • Все папиллярные микрокарциномы (PMC) щитовидной железы имеют более низкую экспрессию p27Kip1, чем нормальная ткань щитовидной железы. Кроме того, экспрессия p27Kip1 в более агрессивных, метастазирующих папиллярных микрокарциномах сильно снижена по сравнению с неметастазирующими микрокарциномами. Эти результаты предполагают, что p27Kip1 действует как опухолевый супрессор . [15]
  • Саркома Капоши - это тип рака, который возникает в сочетании со СПИДом и предположительно вызывается вирусом герпеса человека 8 (HHV8) . Этот вирус экспрессирует вирусный циклин, который образует комплекс с Cdk6. Этот комплекс KSHV-циклин-Cdk6 фосфорилирует и дестабилизирует p27Kip1, что приводит к низкому уровню p27Kip1. Это предполагает, что деградация p27Kip1 связана с развитием опухолей. [16]
  • Пациенты с аденокарциномой желудка ( рак желудка ) имеют более высокие шансы на выживание, если опухоль имеет высокую экспрессию p27Kip1. Низкая экспрессия p27Kip1 может приводить к де-дифференцировке опухоли, увеличению проникновения через стенку желудка, метастазированию в лимфатические узлы и продвинутой стадии опухоли. [17]

Таким образом, человеческий ингибитор Cdk p27Kip1 является потенциальным белком-супрессором опухоли. Если его экспрессия снижена, результатом может быть нерегулируемый переход от G1 к S-фазе, что нарушает регуляцию деления клеток и упрощает образование опухолей.

См. Также [ править ]

  • стр. 27
  • CDKN1B

Ссылки [ править ]

  1. ^ Schwob E, Бем T, Менденхалл MD, Нэсмит K (октябрь 1994). «Ингибитор циклинкиназы B-типа p40SIC1 контролирует переход G1 в S у S. cerevisiae». Cell . 79 (2): 233–44. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (94) 90193-7 . PMID  7954792 . S2CID  34939988 .
  2. ^ Морган Д.О. (1997). Клеточный цикл: принципы управления . Лондон: New Science Press. С. 200–1. ISBN 978-0-87893-508-6.
  3. ^ Триподи Р, Zinzalla В, Vanoni М, Alberghina л, Coccetti Р (август 2007 г.). «В клетках, инактивированных СК2, циклинзависимый ингибитор киназы Sic1 участвует в остановке клеточного цикла перед началом S-фазы». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 359 (4): 921–7. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2007.05.195 . PMID 17574209 . 
  4. ^ a b Cross FR, Schroeder L, Bean JM (июль 2007 г.). «Фосфорилирование ингибитора Sic1 циклинов B-типа в Saccharomyces cerevisiae не является существенным, но способствует устойчивости клеточного цикла» . Генетика . 176 (3): 1541–55. DOI : 10.1534 / genetics.107.073494 . PMC 1931548 . PMID 17483408 .  
  5. Перейти ↑ Verma R, Annan RS, Huddleston MJ, Carr SA, Reynard G, Deshaies RJ (октябрь 1997 г.). «Фосфорилирование Sic1p с помощью G1 Cdk, необходимое для его деградации и перехода в S-фазу». Наука . 278 (5337): 455–60. Bibcode : 1997Sci ... 278..455V . DOI : 10.1126 / science.278.5337.455 . PMID 9334303 . 
  6. ^ Toyn JH, Джонсон Л., Донован JD, Тун WM, Джонстон LH (январь 1997). «Фактор транскрипции Swi5 Saccharomyces cerevisiae играет роль в выходе из митоза посредством индукции cdk-ингибитора Sic1 в телофазе» . Генетика . 145 (1): 85–96. DOI : 10.1093 / генетика / 145.1.85 . PMC 1207787 . PMID 9017392 .  
  7. ↑ Calzada A, Sacristán M, Sánchez E, Bueno A (июль 2001 г.). «Cdc6 взаимодействует с Sic1 и Hct1 для инактивации митотических циклин-зависимых киназ». Природа . 412 (6844): 355–8. Bibcode : 2001Natur.412..355C . DOI : 10.1038 / 35085610 . PMID 11460169 . S2CID 4410112 .  
  8. ^ a b c d Нэш П., Тан Х, Орлики С., Чен К., Гертлер Ф. Б., Менденхолл, М. Д., Сичери Ф., Поусон Т., Тайерс М. (ноябрь 2001 г.). «Мультисайтовое фосфорилирование ингибитора CDK устанавливает порог начала репликации ДНК». Природа . 414 (6863): 514–21. Bibcode : 2001Natur.414..514N . DOI : 10.1038 / 35107009 . PMID 11734846 . S2CID 16924667 .  
  9. ^ Нишизав М, Kawasumi М, Фуджино М, Toh-е А (сентябрь 1998). «Фосфорилирование sic1, ингибитора циклин-зависимой киназы (Cdk), с помощью Cdk, включая киназу Pho85, необходимо для его быстрой деградации» . Молекулярная биология клетки . 9 (9): 2393–405. DOI : 10.1091 / mbc.9.9.2393 . PMC 25506 . PMID 9725902 .  
  10. ^ Escoté X, Сапатер M, Clotet J, Posas F (октябрь 2004). «Hog1 опосредует остановку клеточного цикла в фазе G1 посредством двойного нацеливания на Sic1». Природа клеточной биологии . 6 (10): 997–1002. DOI : 10.1038 / ncb1174 . PMID 15448699 . S2CID 19846318 .  
  11. ^ Coccetti Р, Zinzalla В, Тедеши G, GL Руссо, Fantinato S, Марин О, Пина Л.А., Vanoni М, Alberghina л (август 2006 г.). «Sic1 фосфорилируется СК2 по Ser201 в почкующихся дрожжевых клетках». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 346 (3): 786–93. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2006.05.171 . PMID 16777072 . 
  12. ^ a b c d e f g h i Kõivomägi M, Ord M, Iofik A, Valk E, Venta R, Faustova I, Kivi R, Balog ER, Rubin SM, Loog M (декабрь 2013 г.). «Мультисайтовые сети фосфорилирования как сигнальные процессоры для Cdk1» . Структурная и молекулярная биология природы . 20 (12): 1415–24. DOI : 10.1038 / nsmb.2706 . PMC 3855452 . PMID 24186061 .  
  13. ^ a b c d e f g h i Кыйвомяги М., Валк Е., Вента Р., Иофик А., Лепику М., Балог Э. Р., Рубин С. М., Морган Д. О., Луг М. (октябрь 2011 г.). «Каскады мультисайтового фосфорилирования контролируют разрушение Sic1 в начале S-фазы» . Природа . 480 (7375): 128–31. Bibcode : 2011Natur.480..128K . DOI : 10,1038 / природа10560 . PMC 3228899 . PMID 21993622 .  
  14. ^ Barberis M, De Gioia L, Ruzzene M, S Сарно, Coccetti P, Fantucci P, Vanoni M, L Alberghina (май 2005). «Ингибитор дрожжевой циклин-зависимой киназы Sic1 и p27Kip1 млекопитающих являются функциональными гомологами со структурно консервативным ингибиторным доменом» . Биохимический журнал . 387 (Pt 3): 639–47. DOI : 10.1042 / BJ20041299 . PMC 1134993 . PMID 15649124 .  
  15. ^ Khoo ML, Freeman JL, Witterick IJ, ирландский JC, Ротштейн LE, Gullane PJ, Аса SL (март 2002). «Недостаточная экспрессия p27 / Kip в папиллярных микрокарциномах щитовидной железы с макроскопическими метастазами» . Архивы отоларингологии – хирургии головы и шеи . 128 (3): 253–7. DOI : 10,1001 / archotol.128.3.253 . PMID 11886339 . 
  16. ↑ Mann DJ, Child ES, Swanton C, Laman H, Jones N (февраль 1999 г.). «Модуляция уровней p27 (Kip1) циклином, кодируемым вирусом герпеса, ассоциированным с саркомой Капоши» . Журнал EMBO . 18 (3): 654–63. DOI : 10.1093 / emboj / 18.3.654 . PMC 1171158 . PMID 9927425 .  
  17. ^ Нитти D, Belluco С, Mammano Е, Marchet А, Амброси А, Менкарелли Р, SEGATO Р, М Lise (декабрь 2002 г.). «Низкий уровень экспрессии белка p27 (Kip1) при аденокарциноме желудка связан с прогрессированием заболевания и плохим исходом». Журнал хирургической онкологии . 81 (4): 167–75, обсуждение 175–6. DOI : 10.1002 / jso.10172 . PMID 12451619 . S2CID 5877623 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Страница Sic1 на yeastgenome.org