Sykliiniriippuvainen kinaasi - Cyclin-dependent kinase
Sykliiniriippuvainen kinaasi | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Tunnisteet | |||||||||
EY -nro | 2.7.11.22 | ||||||||
Tietokannat | |||||||||
IntEnz | IntEnz -näkymä | ||||||||
BRENDA | BRENDA -merkintä | ||||||||
ExPASy | NiceZyme -näkymä | ||||||||
KEGG | KEGG -merkintä | ||||||||
MetaCyc | aineenvaihduntareitti | ||||||||
PRIAM | profiili | ||||||||
ATE -rakenteet | RCSB PDB PDBe ATE | ||||||||
|
Sykliiniriippuvaiset kinaasit ( CDK ) ovat proteiinikinaasiperheitä, jotka on ensin löydetty niiden roolista solusyklin säätelyssä . Ne osallistuvat myös transkription , mRNA -prosessoinnin ja hermosolujen erilaistumisen säätelyyn . Ne ovat läsnä kaikissa tunnetuissa eukaryooteissa , ja niiden säätelytoiminto solusyklisessä on säilynyt evoluutiossa. Itse asiassa hiivasolut voivat lisääntyä normaalisti, kun niiden CDK -geeni on korvattu homologisella ihmisen geenillä. CDK: t ovat suhteellisen pieniä proteiineja, joiden molekyylipainot ovat 34 - 40 kDa, ja sisältävät vähän enemmän kuin kinaasidomeeni . Määritelmän mukaan CDK sitoutuu säätelyproteiiniin, jota kutsutaan sykliiniksi . Ilman sykliiniä CDK: lla on vähän kinaasiaktiivisuutta; vain sykliini-CDK-kompleksi on aktiivinen kinaasi, mutta sen aktiivisuutta voidaan tyypillisesti edelleen moduloida fosforylaatiolla ja muilla sitovilla proteiineilla, kuten p27 . CDK: t fosforyloivat substraattejaan seriineillä ja treoniinilla, joten ne ovat seriini-treoniinikinaaseja . Konsensussekvenssi varten fosforylaatiokohta aminohapon sekvenssin CDK substraatti [S / T *] PX [K / R], jossa S / T * on fosforyloitu seriini tai treoniini , P on proliini , X on mikä tahansa amino- happo, K on lysiini ja R on arginiini .
Tyypit
CDK | ! Cyclin -kumppani | Toiminto | Poistamisen fenotyyppi hiirissä |
---|---|---|---|
Cdk1 | Sykliini B | M -vaihe | Ei mitään |
Cdk2 | Cyclin E. | G1/S -siirtymä | Pienempi koko, hermoston esisolujen lisääntyminen. Elinkelpoinen, mutta sekä urokset että naaraat steriilejä. |
Cdk2 | Sykliini A. | S -vaihe, G2 -vaihe | |
Cdk3 | Sykliini C. | G1 -vaihe | Ei vikoja. Elinkelpoinen, hedelmällinen. |
Cdk4 | Sykliini D. | G1 -vaihe | Pienennetty koko, insuliinin puutteellinen diabetes. Elinkelpoinen, mutta sekä mies että nainen hedelmättömiä. |
CDK: t ja sykliinit solusyklissä
Suurin osa tunnetuista sykliini-CDK-komplekseista säätelee solusyklin etenemistä . Eläinsolut sisältävät vähintään yhdeksän CDK: ta, joista neljä, CDK1, 2, 3 ja 4, osallistuvat suoraan solusyklin säätelyyn. Nisäkässoluissa CDK1 ja sen kumppanit sykliini A2 ja B1 voivat yksin ohjata solusykliä. Toinen, CDK7, liittyy epäsuorasti CDK: ta aktivoivaan kinaasiin. Sykliini-CDK-kompleksit fosforyloivat substraatteja, jotka sopivat tietylle solusyklin vaiheelle. Aikaisemman solusyklin vaiheen sykliini-CDK-kompleksit auttavat aktivoimaan sykliini-CDK-komplekseja myöhemmässä vaiheessa.
Vaihe | Cyclin | CDK |
---|---|---|
G0 | C | Cdk3 |
G1 | D, E. | Cdk4, Cdk2, Cdk6 |
S | A, E. | Cdk2 |
G2 | A | Cdk2, Cdk1 |
M | B | Cdk1 |
Laji | Nimi | Alkuperäinen nimi | Koko (aminohapot) | Toiminto |
---|---|---|---|---|
Saccharomyces cerevisiae | Cdk1 | Cdc28 | 298 | Kaikki solusyklin vaiheet |
Schizosaccharomyces pombe | Cdk1 | Cdc2 | 297 | Kaikki solusyklin vaiheet |
Drosophila melanogaster | Cdk1 | Cdc2 | 297 | M |
Cdk2 | Cdc2c | 314 | G1/S, S, mahdollisesti M | |
Cdk4 | Cdk4/6 | 317 | G1, edistää kasvua | |
Xenopus laevis | Cdk1 | Cdc2 | 301 | M |
Cdk2 | 297 | S, mahdollisesti M | ||
Homo sapiens | Cdk1 | Cdc2 | 297 | M |
Cdk2 | 298 | G1, S, mahdollisesti M | ||
Cdk4 | 301 | G1 | ||
Cdk6 | 326 | G1 |
Luettelo CDK: ista, joissa on säätelijäproteiini, sykliini tai muu:
- CDK1 ; sykliini A , sykliini B
- CDK2 ; sykliini A , sykliini E.
- CDK3 ; sykliini C.
- CDK4 ; sykliini D1 , sykliini D2 , sykliini D3
- CDK5 ; CDK5R1 , CDK5R2 . Katso myös CDKL5 .
- CDK6 ; sykliini D1 , sykliini D2 , sykliini D3
- CDK7 ; sykliini H.
- CDK8 ; sykliini C.
- CDK9 ; sykliini T1 , sykliini T2a , sykliini T2b , sykliini K
- CDK10
- CDK11 ( CDC2L2 ); sykliini L.
- CDK12 ; sykliini L.
- CDK13 ( CDC2L5 ); sykliini L.
Toiminnan sääntely
CDK-tasot pysyvät suhteellisen vakioina koko solusyklin ajan ja suurin osa säätelystä on translaation jälkeinen. Suurin osa CDK: n rakenteesta ja toiminnasta perustuu S. pomben (Cdc2), S. cerevisiaen (CDC28) ja selkärankaisten (CDC2 ja CDK2) CDK -yhdisteisiin. CDK: n säätelyn neljä päämekanismia ovat sykliinin sitoutuminen, CAK -fosforylaatio, säätelyä estävä fosforylaatio ja CDK: n estävien alayksiköiden (CKI) sitoutuminen.
Sykliininsidonta
Aktiivinen kohta , tai ATP-sitoutumiskohdan, kaikki kinaasien on halkeama välillä pienen aminoterminaalisen lohko ja suurempi karboksiterminaalinen lohko. Ihmisen Cdk2: n rakenne paljasti, että CDK-levyillä on modifioitu ATP-sitoutumiskohta, jota voidaan säätää sykliinin sitoutumisella. Fosforylaatio CDK-aktivoivan kinaasin (CAK) avulla Thr 161: ssä T-silmukassa lisää kompleksiaktiivisuutta. Ilman sykliiniä joustava silmukka, jota kutsutaan aktivointisilmukkaa tai T-silmukkaa, estää halkeaman, ja useiden keskeisten aminohappotähteiden sijainti ei ole optimaalinen ATP-sitoutumiseen. Sykliinin avulla kaksi alfa -heliksiä muuttavat asentoa salliakseen ATP: n sitoutumisen. Yksi niistä, L12-kierre, joka tulee juuri ennen T-silmukkaa ensisijaisessa sekvenssissä, tulee beeta-juosteeksi ja auttaa järjestämään T-silmukan uudelleen, joten se ei enää estä aktiivista kohtaa. Toinen alfa -kierre, jota kutsutaan PSTAIRE -heliksiksi, järjestyy uudelleen ja auttaa muuttamaan keskeisten aminohappotähteiden sijaintia aktiivisessa kohdassa.
Sykliini sitoutuu CDK: n kanssa merkittävästi. Lisäksi sykliinin sitoutuminen määrittää sykliini-CDK-kompleksin spesifisyyden tietyille substraateille. Sykliinit voivat sitoa suoraan substraatin tai lokalisoida CDK: n solunalueen alueelle, josta substraatti löytyy. S -sykliinien substraattispesifisyys saadaan hydrofobisesta erästä (keskitetty MRAIL -sekvenssiin), jolla on affiniteetti substraattiproteiineihin, jotka sisältävät hydrofobisen RXL (tai Cy) -motiivin. Sykliini B1 ja B2 voivat lokalisoida Cdk1: n ytimeen ja vastaavasti Golgiin CDK-sitoutumisalueen ulkopuolisen lokalisointisekvenssin kautta.
Fosforylaatio
Koko kinaasi toiminta edellyttää aktivoivan fosforylaation on treoniini vieressä CDK aktiivisen . Tämän fosforylaation suorittavan CDK-aktivoivan kinaasin (CAK) identiteetti vaihtelee malliorganismien välillä. Myös tämän fosforylaation ajoitus vaihtelee. Nisäkässoluissa aktivoiva fosforylaatio tapahtuu sykliinin sitoutumisen jälkeen. Hiivasoluissa se tapahtuu ennen sykliinin sitoutumista. CAK-aktiivisuutta eivät säätele tunnetut solusyklireitit, ja sykliinin sitoutuminen on CDK-aktivaation rajoittava vaihe.
Toisin kuin fosforylaation aktivointi, CDK: ta estävä fosforylaatio on elintärkeä solusyklin säätelemiseksi. Eri kinaasit ja fosfataasit säätelevät niiden fosforylaatiotilaa. Yksi kinaaseista, jotka asettavat tyrosiinifosfaatin, on Wee1 , kinaasi, joka on säilynyt kaikissa eukaryooteissa. Fission hiiva on myös toinen kinaasi MIK1-, joka voi fosforyloida tyrosiini. Selkärankaisten sisältävät toisen, erilaisen kinaasin kutsutaan MYT1, joka liittyy WEE1- mutta voi fosforyloida sekä treoniinin ja tyrosiinin. Fosfataasit päässä CDC25 perheen defosforyloivat sekä treoniinin ja tyrosiinin.
CDK -estäjät
Sykliinikinaasi-inhibiittori (CKI) on proteiini, joka toimii yhdessä sykliini-CDK-kompleksin estää kinaasiaktiivisuutta, yleensä aikana G1 tai vastauksena signaaleihin ympäristöstä tai vaurioitunut DNA. Eläinsoluissa on kaksi suurta CKI -perhettä: INK4 -perhe ja CIP/KIP -perhe. INK4 -perheen proteiinit estävät ehdottomasti ja sitovat CDK -monomeerejä. CDK6-INK4-kompleksien kiderakenteet osoittavat, että INK4-sitoutuminen kiertää CDK: ta vääristääkseen sykliinin sitoutumista ja kinaasiaktiivisuutta. CIP/KIP -perheen proteiinit sitovat sekä kompleksin sykliinin että CDK: n ja voivat olla inhiboivia tai aktivoivia. CIP/KIP -perheen proteiinit aktivoivat sykliini D- ja CDK4- tai CDK6 -komplekseja tehostamalla kompleksin muodostumista.
Hiivassa ja Drosophilassa CKI: t ovat voimakkaita S- ja M-CDK: n estäjiä, mutta eivät estä G1/S-CDK: ita. G1: n aikana korkeat CKI-arvot estävät solusyklin tapahtumien tapahtuvan epäkunnossa, mutta eivät estä siirtymistä G1/S-CDK: n kautta käynnistetyn käynnistystarkistuspisteen kautta. Kun solusykli on aloitettu, varhaisten G1/S-CDK: iden fosforylaatio johtaa CKI: iden tuhoutumiseen, mikä helpottaa myöhempien solusyklin siirtymien estämistä. Nisäkässoluissa CKI -asetus toimii eri tavalla. Nisäkkään proteiini p27 (Dacapo in Drosophila) estää G1/S- ja S-CDK: ita, mutta ei estä S- ja M-CDK: ita.
Molekyylitelakkaustulosten perusteella ligandit-3, 5, 14 ja 16 seulottiin 17 eri pyrroloni-fuusioituneen bentsosubereeniyhdisteen joukosta tehokkaina ja spesifisinä estäjinä ilman ristireaktiivisuutta eri CDK-isomuotoja vastaan. MD-simulaatioiden ja MM-PBSA-tutkimusten analyysi paljasti kaikkien valittujen kompleksien sitomisenergiaprofiilit. Valitut ligandit toimivat paremmin kuin kokeellinen lääkekandidaatti (roskovitiini). Ligandit-3 ja 14 osoittavat spesifisyyttä CDK7: lle ja ligandit-5 ja 16 olivat spesifisiä CDK9: ää vastaan. Näillä ligandeilla odotetaan olevan pienempi sivuvaikutusten riski niiden luonnollisen alkuperän vuoksi.
Dynaamisten simulaatioiden tulkinta ja sitovat vapaan energian tutkimukset paljastivat, että Ligand2: lla (17: stä syntetisoidusta pyrrolonifuusioidusta bentsosubereeniyhdisteestä) on vakaa ja vastaava vapaa energia kuin flavopiridoli-, SU9516- ja CVT-313-estäjillä. Ligand2 tutkittiin CDK2: n selektiivisenä estäjänä ilman sitoutumista (CDK1 ja CDK9) ligandin tehokkuuden ja sitoutumisaffiniteetin perusteella.
Suk1 tai Cks
CDK: t, jotka osallistuvat suoraan solusyklin säätelyyn, liittyvät pieniin, 9-13 kilon Dalton-proteiineihin, joita kutsutaan Suk1: ksi tai Cks: ksi . Näitä proteiineja tarvitaan CDK -toimintaan, mutta niiden tarkkaa roolia ei tunneta. Cks1 sitoo CDK: n karboksilohkoa ja tunnistaa fosforyloidut tähteet. Se voi auttaa sykliini-CDK-kompleksia substraateilla, joilla on useita fosforylaatiokohtia lisäämällä affiniteettia substraattiin.
Ei-sykliiniaktivaattorit
Virukselliset sykliinit
Virukset voivat koodata proteiineja, joilla on sekvenssien homologia. Yksi paljon tutkittu esimerkki on K-sykliini (tai v-sykliini) Kaposin sarkooman herpesviruksesta (ks. Kaposin sarkooma ), joka aktivoi CDK6: n. Viruksisilla sykliini-CDK-komplekseilla on erilaiset substraattispesifisyydet ja säätelyherkkyydet.
CDK5 -aktivaattorit
Proteiinit p35 ja p39 aktivoivat CDK5: tä. Vaikka heiltä puuttuu sykliinisekvenssin homologia, kiderakenteet osoittavat, että p35 taittuu samalla tavalla kuin sykliinit. CDK5: n aktivointi ei kuitenkaan vaadi aktivointisilmukan fosforylaatiota.
RINGO/Nopea
Proteiinit, joilla ei ole homologiaa sykliiniperheeseen, voivat olla CDK: iden suoria aktivaattoreita. Yksi tällaisten aktivaattorien perhe on RINGO/Speedy -perhe, joka löydettiin alun perin Xenopuksesta. Kaikki tähän mennessä löydetyt viisi jäsentä aktivoivat suoraan Cdk1: n ja Cdk2: n, mutta RINGO/Speedy-CDK2 -kompleksi tunnistaa erilaiset substraatit kuin sykliini A-CDK2 -kompleksi.
Historia
Leland H. Hartwell , R. Timothy Hunt , ja Paul M. Nurse sai 2001 Nobelin fysiologian tai lääketieteen niiden täydellinen kuvaus sykliini ja sykliini-riippuvaisen kinaasin mekanismeja, jotka ovat keskeisiä säätelyn solusyklin.
Lääketieteellinen merkitys
CDK: n sairaudet
Huumeiden kohteina
CDK: itä pidetään mahdollisena syöpälääkkeiden kohteena. Jos syöpäsolujen solusyklisäätely on mahdollista keskeyttää selektiivisesti häiritsemällä CDK -toimintaa, solu kuolee. Tällä hetkellä joitakin CDK: n estäjiä , kuten selisiklibiä, tutkitaan kliinisesti. Vaikka se on alun perin kehitetty mahdollisena syöpälääkettä, seliciclib on myös osoittautunut aiheuttavan apoptoosia in neutrofiiligranulosyyttien , jotka välittävät tulehdusta . Tämä tarkoittaa, että voitaisiin kehittää uusia lääkkeitä kroonisten tulehdussairauksien, kuten niveltulehduksen ja kystisen fibroosin, hoitoon .
Flavopiridoli ( alvosidibi ) on ensimmäinen CDK: n estäjä, joka on testattu kliinisissä tutkimuksissa sen jälkeen, kun se on tunnistettu syöpälääkkeiden seulonnassa vuonna 1992. Se kilpailee CDK: iden ATP-paikasta. Palbosiklibi ja abemasiklibi on hyväksytty metastaattista rintasyöpää ilmentävän hormonireseptorin (estrogeenireseptori/progestogeenireseptori) hoitoon yhdessä endokriinisen hoidon kanssa.
Lisää tutkimusta tarvitaan kuitenkin, koska CDK-välitteisen reitin katkeamisella voi olla vakavia seurauksia; Vaikka CDK: n estäjät näyttävät lupaavilta, on määritettävä, miten sivuvaikutuksia voidaan rajoittaa niin, että vain kohdesolut vaikuttavat. Koska tällaisia sairauksia hoidetaan tällä hetkellä glukokortikoideilla , joilla on usein vakavia sivuvaikutuksia, pienikin menestys olisi parannus.
CDK -lääkkeen kehittämisen komplikaatioita ovat se, että monet CDK: t eivät osallistu solusykliin, mutta muut prosessit, kuten transkriptio, hermofysiologia ja glukoosin homeostaasi.
Huume | CDK: t estetty |
---|---|
Flavopiridoli ( alvosidibi ) | 1, 2, 4, 6, 7, 9 |
Olomoucine | 1, 2, 5 |
Roscovitine ( Seliciclib ) | 1, 2, 5, 7, 9 |
Purvalanoli | 1, 2, 5 |
Paullones | 1, 2, 5 |
Butryolaktoni | 1, 2, 5 |
Palbociclib | 4, 6 |
Tio / oksoflavopiridolit | 1 |
Oksindolit | 2 |
Fadraciclib | 2, 9 |
Aminotiatsolit | 4 |
Bentsokarbatsolit | 4 |
Pyrimidiinit | 4 |
Viitteet
Lue lisää
- Loyer P, Trembley JH, Katona R, Kidd VJ, Lahti JM (syyskuu 2005). "CDK/sykliinikompleksien rooli transkriptiossa ja RNA -silmukoinnissa". Cellular Signaling . 17 (9): 1033–51. doi : 10.1016/j.cellsig.2005.02.005 . PMID 15935619 .
Ulkoiset linkit
- Sykliiniriippuvaiset+kinaasit US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- EY 2.7.11.22
- KEGG - ihmisen solusykli