Кіріспе

Ұяшық циклын реттеуші кешен, APC/C – анафазаны ынталандырушы кешен (циклосома немесе APC/C деп те аталады) – 26S протеазома арқылы ыдырауға арналған мақсатты ұяшық циклының ақуыздарын таңбалайтын E3 убиквитин лигазасы. APC/C – 11-13 суббұрылған ақуыздардан тұратын ірі кешен, оның құрамында SCF сияқты куллин (Apc2) және RING (Apc11) суббұрылғандары бар. APC/C-нің басқа бөліктерінің функциялары белгісіз, бірақ олар жоғары сақталған. APC/C (және SCF) және эукариоттық ұяшық циклын реттеудегі олардың маңызды рөлінің ашылуы клеткалық биологияда убиквитинге байланысты протеолиздің маңыздылығын анықтады. Бұрын тек зақымдалған ақуыздарды жасушадан жоюмен байланысты жүйе ретінде қарастырылған убиквитиндеу және одан кейінгі ақуыздың протеазома арқылы ыдырауы қазір сигнал трандукциясының әмбебап реттеуші механизмі ретінде қарастырылады, оның маңыздылығы белокты фосфорилденуге шамалас. 2014 жылы APC/C үш өлшемді кеңістікте нанометрден кем резолюциямен картаға түсірілді, сондай-ақ оның екіншілік құрылымы анықталды. Бұл жаңалықтар қатерлі ісіктерді жақсырақ түсінуге көмектеседі және болашақта қолданылатын қатерлі ісікке қарсы препараттар үшін жаңа байланыс орындарын ашуға мүмкіндік береді.

Функция

APC/C-ның негізгі функциясы – метафазадан анафазаға өтуді бастау, үшін белгілі бір белоктарды ыдырауға белгілеу. APC/C-ның ыдыратуға арналған үш негізгі нысанасы – секюрин және S және M циклиндері. Секурин ыдырағанда сепаразаны, протеазаны босатады. Сепараза содан кейін когезиннің, яғни әпкелері хроматидаларды бірге ұстап тұратын протеин кешенінің ыдырауын қозғалысқа келтіреді. Метафаза кезінде әпкелері хроматидалар толық когезин кешендерімен байланысқан. Секурин APC/C арқылы убиквитинацияға ұшырап, сепаразаны босатқанда, ол когезинді ыдыратып, әпкелері хроматидалар анафаза үшін қарама-қарсы полюстерге жылжуға мүмкіндік алады. APC/C сонымен қатар митоздық циклиндерді деградация үшін нысаналайды, нәтижесінде M CDK (митоздық циклинге тәуелді киназа) кешендерінің белсенділігі жойылады, бұл митоз бен цитокинезден шығуға көмектеседі. APC/C-ның маңызды субстраттары секюрин және B типіндегі циклиндер болып көрінеді. Бұл сүтқоректілер мен ашытқы арасында сақталған. Шындығында, егер осы екі субстратты нысаналау қажеттілігі жойылса, ашытқылар APC/C болмаған жағдайда да тірі қалуы мүмкін.

Кіші бірліктер

Көбінесе адаптер ретінде қызмет ететін APC/C субъединицаларында кең көлемде зерттеулер жүргізілмеген. APC субъединицаларын зерттеу негізінен ашытқыда жүргізіледі, ал зерттеулер ашытқының көптеген APC субъединицалары омыртқалыларда да бар екенін көрсетеді, бұл эукариоттарда сақталуын көрсетеді. Омыртқалыларда он бір негізгі APC субъединицасы, ал ашытқыда он үш субъединица табылды. APC субъединицаларының негізгі мотивтері тетратрикопептидтік (TPR) мотивтері және WD40 қайталаулары болып табылады. Сондай-ақ, WD40 домендеріндегі өзгерістер субстраттың ерекшелігіне әсер етеді деп ұсынылады, бұл жақындағы нәтижелер әртүрлі APC субстраттарының Cdc20 және Cdh1/Hct1-ке тікелей және ерекше байланыса алатынын көрсетеді. Соңында, ерекшелік айырмашылықтары митоз кезінде бірнеше APC нысаналарының жойылған уақытына жауап береді. CDC20 метафазада бірнеше негізгі субстраттарды, ал Cdh1 кеш митоз және G1 фазасында субстраттардың кең ауқымын мақсат етеді. Ең бастысы, ашытқының 4 APC/C субъединицасы 34 аминқышқылынан тұратын тетратрикопептидтік (TPR) мотивінің көптеген қайталануынан тұрады. Бұл TPR субъединицалары – Cdc16, Cdc27, Cdc23 және Apc5 – негізінен басқа белок-белок өзара әрекеттесулерін оңайлату үшін мүкіяттік және қолдау қамтамасыз етеді. Cdc27 және Cdc23 Cdc20 және Cdh1 байланысын қолдайтыны көрсетілді, себебі осы субъединицалардың негізгі қалдықтарындағы мутациялар активаторлардың диссоциациялануының күшеюіне әкелді. Apc10/Doc1 олардың Cdh1 және Cdc20 өзара әрекеттесуін ортастау арқылы субстрат байланысын ынталандырады. Атап айтқанда, CDC20 (p55CDC, Fizzy немесе Slp1 деп те аталады) B-типі циклиндерін үбіквитиндеу арқылы CDK1-ді инактивациялайды. Бұл Cdh1-дің (a. k. a. Fizzy-ге қатысты, Hct1, Ste9 немесе Srw1) белсендірілуіне әкеледі, ол кеш митоз және G1/G0 кезінде APC-мен өзара әрекеттеседі. Cdh1 S, G2 және ерте M фазасында фосфорилирлеу арқылы инактивацияланады. Циклдің осы кезеңдерінде оны құрастыру мүмкін емес. Дәлелдер APC3 және APC7 Cdh1-ді анафазаны ынталандыратын кешенге тартуға қызмет ететінін көрсетеді. Бұл Cdh1 G1 кезінде APC белсенділігін сақтау үшін жауапты екенін растайды. Cdh1 АПК-ке байланысу үшін фосфорилирлеуді қажет етпейді, шын мәнінде, Cdks-тың Cdh1-ді фосфорилирлеуі оның S-ден M фазасына дейінгі АПК-ке байланысуына кедерес келтіреді. M Cdk-нің жойылғаннан кейін CDC20-нің APC-ден босатылуы және Cdh1-дің байланысуы жүзеге асырылып, G1 фазасына кіру кезінде APC белсенділігін жалғастыруға мүмкіндік береді.

CDC27/APC3

TPR мотивін көрсететін суббөлімдердің бірі – CDC27, Mad2, p55CDC және BUBR1 сияқты митоздық бақылау тіректерінің ақуыздарымен өзара әрекеттесетіні анықталды, бұл оның М фазасының уақытын реттеуге қатысы болуы мүмкін екенін көрсетеді. Дәлелдер CDC27-нің SMAD2/3 және Cdh1-мен үштік кешен құратынын көрсетеді, ол TGFβ сигналдауына жауап ретінде пайда болады. Әсіресе Cdh1-мен өзара әрекеттесуіне байланысты, ол APC және оның Cdc20 және Cdh1 активаторлары арасындағы байланысты анықтауда маңызды рөл атқарады. Бір зерттеуде TGFβ-мен шақырылған Cdc27 фосфорилирлеуі cdc27 мен Cdh1 арасындағы өзара әрекеттесуді күшейтетіні, ал бұл APC-ні белсендіруге тікелей қатысатыны көрсетілді. CDC27 TGFβ сигналдауы арқылы APC-ні белсендіруге мүмкіндік беретін механизм ретінде жұмыс істей алады. TGFβ әсерінен CDC27-нің жоғары фосфорилирленуі APC белсенділігінің артуын көрсетті.

CDC23, CDC16, CDC27

CDC23, тағы бір TPR суббірлігі SWM1-мен өзара әрекеттесіп, CLB2-нің D қорабына байланысады. In vivo гибридтік тәжірибелер мен in vitro ко-иммунопреципитация нәтижелеріне сүйене отырып, Cdc16p, Cdc23p және Cdc27p (Saccharomyces cerevisiae аналогтары) өзара әрекеттесіп, макромолекулалық кешен құрайды деген болжам жасалады. Олардың ортақ ТПР мотиві осы өзара әрекеттесулерді қамтамасыз етеді деп саналады. Drosophila-дағы Cdc27 және Cdc16 функциялары РНҚ-ның интерференциясы (RNAi) арқылы тексерілді. Нәтижелер олардың әртүрлі механизмдер арқылы, әртүрлі орындарда кешеннің қызметін реттеуі мүмкін екенін көрсетеді. Drosophila-дағы қосымша зерттеулерде Cdk16 және cdk23, Polo-тәрізді киназа 1 (Plk1) және оның бөлінуші ашытқыдағы аналогы арқылы фосфорилдену арқылы белсендіріледі, және олар ерекше Cdc23-ке байланысады. Кешен митоз кезінде CDC20 және Cdh1 активаторларымен реттеледі. Cyclin B деградациясындағы олардың ролі, cyclin B деградациясында кемшіліктері бар Saccharomyces cerevisiae мутанттарын скринингтеу арқылы көрсетілді, онда CDC16 және CDC23 гендерінде мутациялар табылды. CDC27, CDC23 және CDC27 мутанттары метафазада жасуша циклының тоқтауына алып келді.

Субстратты тану

APC/C субстраттарының танылу аминоқышқылдары тізбегі болады, бұл APC/C-ге оларды анықтауға мүмкіндік береді. Ең көп таралған тізбек – жойылмалы қорап немесе D қорабы деп аталады. APC/C аралық ковалентті тасымалдаушы болудың орнына E2 убиквитин конъюгациялаушы фермент пен D қорабын біріктіреді. D қорабында келесі аминоқышқылдар тізбегі болуы керек: RXXLXXXXN, мұнда R – аргинин, X – кез келген аминоқышқыл, L – лейцин, ал N – аспарагин. Кен қорабы – тағы бір маңызды мотив. Оның тізбегі келесіге ұқсас болуы керек: KENXXXN, мұнда K – лизин, E – глутамат. Кен қорабындағы соңғы аминоқышқыл позициясы өте өзгермелі. Тізбектегі мутациялар ақуыздардың "in vivo" жойылмауын тежейтіні көрсетілгенімен, APC/C ақуыздарды қалай нысаналайтыны туралы әлі де көп нәрсе білу керек. Көптеген APC субстраттарында D және KEN қораптары бар, олардың убиквитинделуі APC/CCdc20 немесе APC/CCdh1 арқылы екі тізбекке тәуелді, бірақ кейбір субстраттарда тек D қорабы немесе KEN қорабы болады, бір немесе бірнеше көшірмеде. Екі бөлек ыдырау тізбегінің болуы APC/C-де субстраттың жоғары ерекшелігін қамтамасыз етеді, APC/CCdc20 D қорабына көбірек тәуелді, ал APC/CCdh1 KEN қорабына көбірек тәуелді. Мысалы, APC/CCdh1 тек Tome 1 және Sororin сияқты KEN қорабын ғана қамтитын субстраттарды убиквитиндеуге қабілетті. Осы алғашқы байқаулардан G2 және ерте митоз кезінде Emi1 Cdc20-ны байланыстырып, APC субстраттарымен байланысуын болдырмау арқылы тежейтіні анықталды. Cdc20 әлі де фосфорилденіп, APC/C-мен байланыса алады, бірақ Emi1-мен байланыс Cdc20-ның APC нысаналарымен өзара әрекеттесуін бұзады. Emi1-нің жойылмауы APC/CCdc20-ның белсенділігіне әкеледі, бұл ерте митоз кезінде циклин А-ның жойылмауына мүмкіндік береді. G фазасында Emi1 деңгейі қайтадан көтеріле бастайды, бұл APC/CCdh1-ді тежеуге көмектеседі. APC/CCdc20 белсенділігін секюрин және циклин B сияқты метафазалық субстраттарға қатысты реттеу клеткаішілік локализацияның нәтижесі болуы мүмкін. Гипотеза бойынша, APC/CCdc20-ны тежейтін шпиндельдік бақылау нүктесі ақуыздары митоздық шпиндельге жақын орналасқан Cdc20 популяциясының бір бөлігімен ғана байланысады. Осылайша, циклин А ыдырайды, ал циклин B және секюрин тек бауырлас хроматидтер би-ориентацияға жеткеннен кейін ғана ыдырайды.