Sykliini D - Cyclin D

sykliini D1
Ihmisen sykliini D1: n kiderakenne (sininen/vihreä) kompleksissa sykliiniriippuvaisen kinaasi 4: n (keltainen/punainen) kanssa.
Tunnisteet
Symboli	CCND1
Alt. symbolit	BCL1, D11S287E, PRAD1
NCBI -geeni	595
HGNC	1582
OMIM	168461
RefSeq	NM_053056
UniProt	P24385
Muut tiedot
Locus	Chr. 11 q13
Etsiä Rakenteet Sveitsiläinen malli Verkkotunnukset InterPro

Sykliini D on sykliiniproteiiniperheen jäsen, joka osallistuu solusyklin etenemisen säätelyyn . Sykliini D: n synteesi käynnistyy G1: n aikana ja ajaa G1/S -vaihesiirtymää . Sykliini D -proteiini on pituudeltaan 155 ( seepra -simpukka ) - 477 ( Drosophila ) -aminohappoa .

Kun solut saavuttavat kriittisen solukoko (ja jos hiivassa ei ole parittelukumppania) ja jos kasvutekijöitä ja mitogeenejä (monisoluiselle organismille) tai ravintoaineita (yksisoluiselle organismille) on läsnä, solut tulevat solusykliin. Yleensä kaikki solusyklin vaiheet ovat ihmisissä kronologisesti erillään, ja ne laukaisevat sykliini- Cdk- kompleksit, jotka ovat ajoittain ilmenneitä ja osittain redundantteja. Sykliinit ovat eukaryoottisia proteiineja, jotka muodostavat holoentsyymejä sykliiniriippuvaisten proteiinikinaasien (Cdk) kanssa, joita ne aktivoivat. Sykliinien runsautta säätelevät yleensä proteiinisynteesi ja hajoaminen APC/C- ja CRL -riippuvaisten reittien kautta.

Sykliini D on toiminnallisen merkityksensä vuoksi yksi tärkeimmistä sykliineistä. Se on vuorovaikutuksessa neljän CD -levyn kanssa: Cdk2 , 4 , 5 ja 6 . Lisääntyvissä soluissa sykliini D-Cdk4/6 -kompleksin kertyminen on erittäin tärkeää solusyklin etenemiselle. Nimittäin sykliini D-Cdk4/6 -kompleksi fosforyloi osittain retinoblastooman tuumorisuppressoriproteiinin ( Rb ), jonka esto voi aiheuttaa joidenkin S-vaiheen etenemiselle tärkeiden geenien (esimerkiksi sykliini E ) ilmentymisen .

Drosophilalla ja monilla muilla organismeilla on vain yksi sykliini D -proteiini. Hiirillä ja ihmisillä on tunnistettu vielä kaksi sykliini D -proteiinia. Kolme homologia, nimeltään sykliini D1 , sykliini D2 ja sykliini D3, ilmentyvät useimmissa lisääntyvissä soluissa ja ilmaistut suhteelliset määrät vaihtelevat eri solutyypeissä.

Homologit

Sykliini D: n tutkituimmat homologit löytyvät hiivasta ja viruksista .

Sykliini D : n hiivahomologi , jota kutsutaan nimellä CLN3 , on vuorovaikutuksessa Cdc28: n (solujakautumista kontrolloiva proteiini) kanssa G1: n aikana.

Viruksissa, kuten Saimiriine-herpesvirus 2 ( Herpesvirus saimiri ) ja ihmisen herpesvirus 8 ( HHV-8 / Kaposin sarkoomaan liittyvä herpesvirus ), sykliini D -homologit ovat saaneet uusia toimintoja isäntäsolun aineenvaihdunnan manipuloimiseksi virusten eduksi. Virussykliini D sitoo ihmisen Cdk6: ta ja estää Rb: tä fosforyloimalla sen, mikä johtaa vapaisiin transkriptiotekijöihin, jotka johtavat proteiinitranskriptioon, joka edistää solusyklin G1 -vaiheen läpi kulkemista. Muut kuin Rb, viruksen sykliini D-Cdk6 kompleksi kohdistuu myös p27 ^Kip , CDK-estäjä sykliini E ja A. Lisäksi, viruksen sykliini D-Cdk6 on resistentti Cdk-estäjät, kuten p21 ^{CIP1 / WAF1} ja p16 ^INK4a joka ihmisen solut estävät Cdk4: ää estämällä sitä muodostamasta aktiivista kompleksia sykliini D: n kanssa.

Rakenne

Sykliini D: llä on tertiäärinen rakenne, joka muistuttaa muita sykliinejä, joita kutsutaan sykliinitaitokseksi. Tämä sisältää ytimen kahdesta kompaktista verkkotunnuksesta, joissa kussakin on viisi alfa -heliksiä. Ensimmäinen viiden kierukan nippu on säilynyt sykliinilaatikko, joka on noin 100 aminohappotähteen alue kaikissa sykliineissä ja jota tarvitaan Cdk: n sitoutumiseen ja aktivointiin. Toinen viiden kierukan nippu koostuu samasta kierteiden järjestelystä, mutta kahden aliverkkotunnuksen ensisijainen sekvenssi on erilainen. Kaikilla kolmella D-tyypin sykliinillä (D1, D2, D3) on sama alfa-1-helix-hydrofobinen laastari. Se koostuu kuitenkin eri aminohappotähteistä kuin sama laastari sykliineissä E, A ja B.

Toiminto

Kasvutekijät stimuloivat Ras / Raf / ERK: ta, jotka indusoivat sykliini D: n tuotantoa. Yksi reittien jäsenistä MAPK aktivoi transkriptiotekijän Myc , joka muuttaa solusyklin kannalta tärkeiden geenien transkriptiota, muun muassa sykliini D. Tällä tavalla sykliini D syntetisoidaan niin kauan kuin kasvutekijä on läsnä.

Sykliini D -tasot lisääntyvissä soluissa säilyvät niin kauan kuin kasvutekijöitä on läsnä, G1/S-siirtymän avaintoimija on aktiiviset sykliini D-Cdk4/6 -kompleksit. Sykliini D ei vaikuta G1/S -siirtymiseen, ellei se muodosta kompleksia Cdk 4: n tai 6: n kanssa.

G1/S -siirtymä

Yksi sykliini D/Cdk4: n ja -6: n tunnetuimmista substraateista on retinoblastooman tuumorisuppressoriproteiini ( Rb ). Rb on tärkeä geenien säätelijä, joka vastaa solusyklin etenemisestä, erityisesti G1/S -vaiheen kautta.

Yksi malli ehdottaa, että sykliini D: n määrät ja siten sykliini D -Cdk4 ja -6 -aktiivisuus lisääntyvät vähitellen G1: n aikana sen sijaan, että heilahtelivat määrätyssä mallissa kuten S- ja M -sykliinit. Tämä tapahtuu vastauksena ulkoisten kasvua säätelevien signaalien ja solujen kasvun antureihin, ja Rb fosforyloituu tämän seurauksena. Rb vähentää sitoutumistaan ​​E2F: ään ja mahdollistaa siten E2F-välitteisen sykliini E: n ja sykliini A: n transkription aktivoinnin, jotka sitoutuvat vastaavasti Cdk1: een ja Cdk2: een muodostaen komplekseja, jotka jatkavat Rb-fosforylaatiota. Sykliini A: sta ja E: stä riippuvaiset kinaasikompleksit toimivat myös estämään E3 -ubikvitiiniligaasin APC/C -aktivoivaa alayksikköä Cdh1 fosforylaation kautta, mikä stabiloi substraatteja, kuten sykliini A. sitoutuminen solujen jakautumiseen G1/S -tarkistuspisteeseen ja sen jälkeen.

Toinen malli ehdottaa, että sykliini D -tasot pysyvät lähes vakioina G1: n ajan. Rb monofosforyloitu G1: n alkuvaiheessa ja puolivälissä sykliini D-Cdk4,6: n kanssa, vastustaen ajatusta, että sen aktiivisuus kasvaa vähitellen. Sykliini D: stä riippuvainen monofosforyloitu Rb on edelleen vuorovaikutuksessa E2F -transkriptiotekijöiden kanssa tavalla, joka estää G1/S -siirtymistä ohjaavien entsyymien transkription. Pikemminkin E2F: stä riippuvainen transkriptioaktiivisuus kasvaa, kun Cdk2: n aktiivisuus kasvaa ja hyperfosforyloi Rb: n G1: n loppua kohti. Rb ei ehkä ole sykliini D: n ainoa kohde solujen lisääntymisen ja etenemisen edistämiseksi solusyklin aikana. Sykliini D-Cdk4,6, monimutkainen fosforylaation ja metabolisten entsyymien inaktivoinnin kautta, vaikuttaa myös solujen eloonjäämiseen. Eri Rb-telakointikierukkien tarkan analyysin avulla tunnistettiin yksimielisen kierre-sekvenssimotiivi, jota voidaan käyttää tunnistamaan mahdolliset ei-kanoniset substraatit, joita sykliini D-Cdk4,6 voisi käyttää proliferaation edistämiseen.

Telakointi Rb: hen

RxL- ja LxCxE-pohjaiset telakointimutaatiot vaikuttavat laajasti sykliini-Cdk-komplekseihin. Keskeisten Rb -tähteiden mutaatiot, joita aiemmin havaittiin tarvittavan Cdk -kompleksin telakointivuorovaikutuksille, johtavat kokonaiskinaasiaktiivisuuden vähenemiseen kohti Rb: tä. LxCxE: tä sitovassa halkeamassa Rb-taskutunnuksessa, jonka on osoitettu olevan vuorovaikutuksessa proteiinien, kuten sykliini D: n ja viruksen onkoproteiinien kanssa, on vain marginaalinen 1,7-kertainen fosforylaation väheneminen sykliini D-Cdk4,6: n avulla, kun se poistetaan. Samoin, kun RxL-motiivi, jonka on osoitettu olevan vuorovaikutuksessa S-vaiheen sykliinien E ja A kanssa, poistetaan, sykliini D-Cdk4,6 -aktiivisuus vähenee 4,1-kertaiseksi. Siten RxL- ja LxCxE-pohjaisilla telakointialueilla on vuorovaikutusta sykliini D-Cdk4,6: n kanssa, kuten niillä on muiden sykliinien kanssa, ja niiden poistamisella on vaatimaton vaikutus G1: n etenemiseen.

Cyclin D-Cdk 4,6 -kompleksit kohdistavat Rb: tä fosforylaatioon telakoimalla C-terminaalinen kierre. Kun lopulliset 37 aminohappotähdettä katkaistaan, oli aiemmin osoitettu, että Rb -fosforylaatiotasot ovat pienentyneet ja G1 -pysäytys indusoituu. Kineettiset määritykset ovat osoittaneet, että samalla katkaisulla sykliini D1-Cdk4,6: n Rb-fosforylaation väheneminen on 20-kertainen ja Michaelis-Menten-vakio (Km) lisääntynyt merkittävästi. Sykliini A-Cdk2, sykliini B-Cdk1 ja sykliini E-Cdk2 eivät vaikuta Rb: n fosforylaatioon.

C-päässä on 21 aminohappoa, joilla on alfa-helix-taipumus. Tämän kierukan poistaminen tai sen häiritseminen proliinitähteiden substituutioiden kautta osoittaa myös merkittävää Rb -fosforylaation vähenemistä. Jäännösten suunta sekä happo-emäsominaisuudet ja napaisuudet ovat kaikki kriittisiä telakoinnin kannalta. Siten LxCxE-, RxL- ja helix -telakointialueet ovat vuorovaikutuksessa sykliini D: n eri osien kanssa, mutta minkä tahansa kahden kolmen mekanismin häiriö voi häiritä Rb: n fosforylaatiota in vitro. Helix -sidonta, ehkä tärkein, toimii rakenteellisena vaatimuksena. Se vaikeuttaa kehitystä, jolloin sykliini D-Cdk4/6 -kompleksissa on suhteellisen pieni määrä substraatteja verrattuna muihin sykliini-Cdk-komplekseihin. Lopulta tämä edistää Rb: n keskeisen kohteen riittävää fosforylaatiota.

Kaikki kuusi sykliini D-Cdk4,6 -kompleksia (sykliini D1/D2/D3 ja Cdk4/6) kohdistavat Rb: n fosforylaatioon kierrepohjaisen telakoinnin kautta. Kaikkien sykliini D: iden jaettu α 1-kierukan hydrofobinen laastari ei ole vastuussa C-terminaalisen kierukan tunnistamisesta. Pikemminkin se tunnistaa lineaariset RxL -sekvenssit, mukaan lukien Rb: n sekvenssit. Puhdistetun sykliini D1-Cdk2: n kanssa tehdyissä kokeissa pääteltiin, että heliksin telakointikohta sijaitsee todennäköisesti sykliini D: llä eikä Cdk4,6: lla. Tämän seurauksena todennäköisesti toinen sykliini D: n alue tunnistaa Rb-C-terminaalisen kierukan.

Koska Rb: n C-terminaalinen kierre sitoo yksinomaan sykliini D-Cdk4,6: ta eikä muita solusyklikriippuvaisia ​​sykliini-Cdk-komplekseja, kokeiden avulla, jotka mutatoivat tämän heliksin HMEC-soluissa, on kiistatta osoitettu, että sykliini D-Rb-vuorovaikutus on kriittinen seuraavat roolit (1) edistävät G1/S -siirtymistä (2) mahdollistavat Rb: n dissosiaation kromatiinista ja (3) E2F1 -aktivaation.

Säätö

Selkärankaisilla

Sykliini D: tä säätelevät mitogeenireseptoreiden alavirtausreitti Ras/ MAP -kinaasin ja β -kateniini -Tcf/ LEF -reittien ja PI3K: n kautta . MAP-kinaasi ERK aktivoi alavirran transkriptiotekijät Myc, AP-1 ja Fos, jotka puolestaan ​​aktivoivat Cdk4- , Cdk6- ja sykliini D -geenien transkription ja lisäävät ribosomien biogeneesiä. Rho -perheen GTPaasit , integriiniin liittyvä kinaasi ja fokusalinen adheesiokinaasi ( FAK ) aktivoivat sykliini D -geenin vasteena integriinille .

p27 ^kip1 ja p21 ^Cip1 ovat sykliinistä riippuvaisen kinaasin estäjät ( CKIs ), joka säädellä negatiivisesti CDK. Ne ovat kuitenkin myös sykliini D-CDK4/6 -kompleksin promoottoreita. Ilman p27: tä ja p21: tä sykliini D -tasot pienenevät ja kompleksi ei muodostu havaittavilla tasoilla.

Eukaryooteissa translaation aloitustekijän 4E ( eIF4E ) yliekspressio johtaa sykliini D -proteiinin lisääntymiseen ja sykliini D mRNA: n lisääntymiseen ytimen ulkopuolella. Tämä johtuu siitä, että eIF4E edistää sykliini D mRNA: iden vientiä ytimestä.

Sykliini D: n estäminen inaktivoinnin tai hajoamisen kautta johtaa solusyklin poistumiseen ja erilaistumiseen. Inaktivointi sykliini D laukaisee useita sykliinikinaasi-inhibiittorin proteiinin (CKIs) kuten INK4 perhe (esim p14 , p15 , p16 , p18 ). INK4 -proteiinit aktivoituvat vasteena hyperproliferatiiviselle stressivasteelle, joka estää solujen lisääntymistä esim. Ras- ja Myc -yliekspressiosta. Näin ollen INK4 sitoutuu sykliini D -riippuvaisiin CDK: iin ja inaktivoi koko kompleksin. Glykogeenisyntaasikinaasi -kolme beeta, GSK3β , aiheuttaa sykliini D: n hajoamista estämällä fosforylaatiota sykliini D -proteiinin treoniinilla 286. GSK3β: tä ohjaa negatiivisesti PI3K -reitti fosforylaation muodossa, mikä on yksi monista tavoista, joilla kasvutekijät säätelevät sykliiniä D. ydin ja sen kokoonpano Cdk4: llä ja Cdk6: lla.

On osoitettu, että inhibitio sykliini D (sykliini D1 ja 2, erityisesti) johtaa induktiosta WAF1 / CIP1 / p21-proteiinin PDT. Estämällä sykliini D: tä tämä induktio estää myös Ckd2: ta ja 6. Kaikki nämä prosessit yhdessä johtavat solun pysähtymiseen G0/G1 -vaiheessa.

On kaksi tapaa, joilla DNA -vauriot vaikuttavat Cdks -levyihin. DNA-vaurion jälkeen, sykliini D (sykliini D1) on nopeasti ja ohimenevästi hajottaa proteasomin , kun sen ubiquitylation jonka CRL4 -AMBRA1 ubikitiini -ligaasia . Tämä hajoaminen aiheuttaa p21: n vapautumisen Cdk4-komplekseista, mikä inaktivoi Cdk2: n p53-riippumattomalla tavalla. Toinen tapa, jolla DNA-vaurioita kohdistuu Cdk on p53 : sta riippuvaista induktio p21, joka inhiboi sykliini E-cdk2-kompleksi. Terveissä soluissa villityypin p53 hajoaa nopeasti proteasomin vaikutuksesta. Kuitenkin DNA -vaurio saa sen kerääntymään tekemällä siitä vakaamman.

Hiivassa

Hiivan yksinkertaistaminen on, että kaikki sykliinit sitoutuvat samaan Cdc -alayksikköön, Cdc28: een. Sykliinien hiivassa ohjataan ilmentymisen inhibitio kautta CKIs kuten Far1, ja hajoamiselle ubikitiini -välitteisen proteolyysin .

Rooli syövässä

Koska monet ihmisen syövät tapahtuvat vastauksena solusyklisäätelyn virheisiin ja kasvutekijästä riippuvaisiin solunsisäisiin reitteihin, sykliini D: n osallistuminen solusyklin säätelyyn ja kasvutekijän signalointiin tekee siitä mahdollisen onkogeenin . Normaaleissa soluissa sykliini D: n ylituotanto lyhentää vain G1 -vaiheen kestoa, ja kun otetaan huomioon sykliini D: n merkitys kasvutekijän signaloinnissa, sen säätelyn puutteet voivat olla vastuussa syöpäsolujen kasvun säätelyn puuttumisesta. Sykliini D: n hallitsematon tuotanto vaikuttaa muodostuviin sykliini D-Cdk4 -kompleksin määriin, jotka voivat ajaa solun G0/S-tarkistuspisteen läpi, vaikka kasvutekijöitä ei olisi.

Todisteita siitä, että sykliini D1: tä tarvitaan tuumorigeneesiin, on havainto, että sykliini D1: n inaktivointi antisensen tai geenin deleetion avulla vähensi rintasyövän ja ruoansulatuskanavan kasvaimen kasvua in vivo. Sykliini D1: n yliekspressio riittää rintasyövän tuumorigeneesin indusoimiseen, mikä johtuu solujen lisääntymisen indusoimisesta, solujen eloonjäämisen lisääntymisestä, kromosomaalisen epävakauden indusoimisesta, autofagian hillitsemisestä ja mahdollisesti ei-kanonisista toiminnoista.

Yliekspressio indusoituu geenien monistumisen, kasvutekijän tai onkogeenin indusoiman Src-, Ras-, ErbB2-, STAT3-, STAT5 -proteiinin, heikentyneen proteiinin hajoamisen tai kromosomaalisen translokaation seurauksena. Geenivahvistus on vastuussa muun muassa sykliini D -proteiinin ylituotannosta virtsarakon syövässä ja ruokatorven karsinoomassa .

Tapauksissa sarkoomat , peräsuolen syövät ja melanoomat , sykliini D ylituotanto on kuitenkin huomattava, ilman vahvistusta kromosomaalisen alueen, joka koodaa sitä ( kromosomi 11q 13, otaksuttu onkogeenin PRAD1 , joka on tunnistettu translokaation tapahtuman tapauksessa manttelisolulymfooman lymfooma). In paratyroidiadenoomana , sykliini D hyper-tuotanto johtuu kromosomaalisesta translokaatio, joka asettaisi ilmentymisen sykliini D (tarkemmin sanottuna sykliini D1) alle sopimaton promoottorin , mikä johtaa yli-ilmentymiseen. Tässä tapauksessa, sykliini D-geeni on translokoituu lisäkilpirauhasen hormoni -geenin, ja tämä tapahtuma aiheutti epätavallisen korkeat sykliini D. samoja mekanismeja yliekspression sykliini D on havaittu joillakin kasvainten vasta- tuottavia B-soluja . Samoin sykliini D -proteiinin yliekspressio geenin siirtymisen vuoksi havaitaan ihmisen rintasyövässä .

Lisäksi syövän kehittymistä tehostaa myös se tosiasia, että retinoblastooman tuumorisuppressoriproteiini (Rb), joka on yksi sykliini D-Cdk 4/6 -kompleksin keskeisistä substraateista, on melko usein mutatoitunut ihmisen kasvaimissa . Aktiivisessa muodossaan Rb estää G1 -tarkistuspisteen ylittämisen estämällä solusyklin etenemisestä vastuussa olevien geenien transkription. Cyclin D/Cdk4 -kompleksi fosforyloi Rb: n, joka inaktivoi sen ja sallii solun käydä tarkistuspisteen läpi. Jos Rb epänormaalisti inaktivoituu, syöpäsolut menettävät tärkeän solusyklin etenemisen säätelyn. Kun Rb on mutatoitunut, sykliini D- ja p16INK4 -tasot ovat normaaleja.

Toinen G1 -restriktiopisteen läpäisyn säätelijä on Cdk -inhibiittori p16, jota koodaa INK4 -geeni. P16 toimii sykliini D/Cdk 4 -kompleksin inaktivoinnissa. Siten INK4 -geenin transkription estäminen lisäisi sykliini D/Cdk4 -aktiivisuutta, mikä puolestaan ​​johtaisi Rb: n epänormaaliin inaktivointiin. Toisaalta sykliini D: n tapauksessa syöpäsoluissa (tai p16INK4: n häviäminen) villityypin Rb säilyy. Koska p16INK/sykliini D/Cdk4- tai 6/Rb -reitti ovat tärkeitä kasvutekijän signaloinnissa, minkä tahansa asianomaisen toimijan mutaatiot voivat aiheuttaa syöpää.

Mutanttifenotyyppi

Mutanteilla tehdyt tutkimukset viittaavat siihen, että sykliinit ovat positiivisia säätelijöitä solusyklin tulolle. Hiivassa minkä tahansa kolmen G1 -sykliinin ilmentyminen laukaisee solusyklin tulon. Koska solusyklin eteneminen liittyy solun kokoon, sykliini D: n ja sen homologien mutaatiot osoittavat viivästymistä solusyklin sisäänpääsyssä ja siten soluilla, joilla on variantteja sykliini D: ssä, on normaalia suurempi solukoko solunjakautumisessa.

p27 ^- / ^- knockout -fenotyyppi osoittaa solujen ylituotantoa, koska sykliini D: tä ei enää estetä, kun taas p27 ^- / ^- ja sykliini D ^- / ^- tyrmäykset kehittyvät normaalisti.

Katso myös

• CDK
• Sykliinit
• Solusykli

Viitteet

Ulkoiset linkit

• Cyclin+D Yhdysvaltain kansallisen kirjaston lääketieteellisissä aihealueissa (MeSH)
• Drosophila Cyclin D - Interaktiivinen perho