Кіріспе

Энзимдер класы Циклинге тәуелді киназалар (CDK) – жасуша циклын реттеу және оның дамуына қатысатын серин/треонин протеин киназаларының басым тобы, жасушалық құрылымның тұтастығы мен қызметін қамтамасыз етеді. Бұл реттегіш ферменттер эукариоттық жасуша циклын және транскрипцияны реттеуде, сондай-ақ жасушадан тыс және ішкі сигналдарға жауап ретінде ДНҚ жөндеуде, метаболизмде және эпигенетикалық реттеуде маңызды рөл атқарады. Олар барлық белгілі эукариоттарда кездеседі және жасуша циклындағы реттеуші функциялары эволюциялық тұрғыдан сақталған. CDK-ның каталитикалық белсенділігі CDK ингибиторлары (CKI) және циклиндер деп аталатын реттегіш субъединицалармен өзара әрекеттесу арқылы реттеледі. Циклиндердің өздері ферменттік белсенділігі жоқ, бірақ CDK-мен байланысқаннан кейін белсенді болады. Циклинсіз CDK, циклинді CDK гетеродимер кешеніне қарағанда аз белсенді болады. CDK-лар серин (S) немесе треонин (T) қалдықтарындағы белоктарды фосфорилирлейді. CDK-лардың субстраттарға қатысты ерекшелігі S/T P X K/R тізбегімен анықталады, мұнда S/T – фосфорильдеу орны, P – пролин, X – кез келген аминқышқылы, ал тізбек лизинмен (K) немесе аргининмен (R) аяқталады. Бұл мотив CDK-лардың жасуша циклын және басқа да функцияларды реттеу үшін маңызды белоктарды дәл нысанаға алуын және өзгертуін қамтамасыз етеді. CDK белсенділігінің бұзылуы қатерлі ісік, нейродегенеративті аурулар және инсульт сияқты әртүрлі патологиялармен байланысты. CDK-ның эволюциялық жолы жасуша циклының фазаларына немесе транскрипциялық бақылауға арналған нақты мүшелері бар әртүрлі отбасыға әкелді. Мысалы, қабыршақ дрожжасында алты түрлі CDK экспрессленеді, олардың кейбіреулері жасуша циклын бақылау үшін бірнеше циклинмен, ал басқалары транскрипцияны реттеу үшін бір циклинмен байланысады. Адамда 20 CDK және 29 циклинге дейін кеңеюі олардың күрделі реттеуші рөлдерін көрсетеді. CDK1 сияқты негізгі CDK-лар жасуша циклын бақылау үшін қажет, ал CDK2 және CDK3 сияқты басқалары қажет емес. Сонымен қатар, адамдағы CDK7 сияқты транскрипциялық CDK-лар РНК полимераза II (RNAPII) фосфорилирлеу арқылы транскрипцияны бастауда маңызды рөл атқарады, бұл жасуша циклын реттеу мен транскрипциялық басқару арасындағы күрделі байланысты көрсетеді. Бұл эволюциялық кеңею қарапайым регуляторлардан көпфункционалды ферменттерге дейін эукариоттық жасушалардың күрделі реттеуші желілерінде CDK-ның маңыздылығын көрсетеді. Лиланд Х. Хартвелл (туған ж. 1929): 1971 жылы дрожжаны зерттеу арқылы Хартвелл жасушаның бөлінуіне қажетті маңызды гендерді анықтап, жасуша циклының кезеңдерін және қатерлі жасушаның бөлінуін болдырмау үшін қажетті бақылау бекеттерін белгіледі. Тим Хант (туған ж. 1943): 1980-ші жылдары теңіз егіздерін зерттеу арқылы Хант циклиндердің циклдық синтез және ыдырау арқылы жасуша циклының фазаларын реттеудегі рөлін анықтады. Сэр Пол М. Нерс (туған ж. 1949): 1970-ші жылдардың ортасында Нерс зерттеулері арқылы бөлінетін дрожжадағы cdc2 генін анықтады, ол жасуша циклының G1 фазасынан S фазасына және G2 фазасынан M фазасына өтуі үшін маңызды. 1987 жылы ол адамда CDK1 генін анықтап, түрлер арасындағы жасуша циклын бақылау механизмдерінің сақталуын көрсетті.

Клеткалық циклдегі CDK және циклиндер

CDK – 800-ге жуық адам протеинкиназаларының бірі. CDK-лардың молекулалық салмағы төмен, және олар өздері белсенді емес екені белгілі. Олардың циклиннің реттеуші кішібірлігіне тәуелділігімен сипатталатынымен ерекшеленеді. CDK-ларды белсендіру үшін фосфорилдеу реакцияларын қамтитын трансляциядан кейінгі модификациялар қажет. Бұл фосфорилдеу әдетте белгілі бір треонин қалдығында жүреді, бұл CDK-да конформациялық өзгеріске алып келіп, оның киназалық белсенділігін арттырады. Активация нәтижесінде циклин-CDK кешені құрылады, ол жасушалық циклдағы қадамдарды бастау үшін қажетті нақты реттеуші ақуыздарды фосфорилдейді. Циклинмен екі альфа-спираль АТФ байланысуына мүмкіндік беру үшін орналасады. Олардың бірі – бастапқы тізбектегі Т-ілмекке дейін орналасқан L12 спиралі, бета-қапталға айналып, Т-ілмекті қайта ұйымдастыруға көмектеседі, соның салдарынан ол белсенді орынды бұғаттамайды. Екінші альфа-спираль, PSTAIRE спиралі деп аталады, қайта ұйымдастырылып, белсенді орындағы маңызды аминқышқылдарының орналасуын өзгертуге көмектеседі. Циклиндер субстратқа тікелей байланыса алады немесе CDK-ны субстраттың табылған субклеткалық аймағына орналастырады. RXL байланысу орны CDK-лардың субстратты сүйемелдеу арқылы нақты субстраттарға қатысты белсенділігін қалай таңдаулы түрде арттыратынын анықтауда маңызды рөл атқарды. S циклиндердің субстратқа қатысты ерекшелігі гидрофобтық бөлік арқылы беріледі, ол гидрофобтық RXL (немесе Cy) мотивін қамтитын субстрат ақуыздарына жақындыққа ие. Бұл фосфорилдеуді жүзеге асыратын CDK-активациялық киназаның (CAK) идентификациясы әртүрлі модельді организмдерде әртүрлі болады. Бұл фосфорилдеудің уақыты да өзгереді; сүтқоректілер жасушаларында активтеуші фосфорилдеу циклинмен байланысқаннан кейін, ал ашытқы жасушаларында циклинмен байланысқанға дейін жүреді. CAK белсенділігі белгілі жасушалық циклдық жолдармен реттелмейді, және CDK белсенділігінің шектеулі кезеңі – циклинмен байланыс болып табылады.

CDK (CKS) кіші бірліктері

CDK-лер жасушалық циклді бақылау және реттеу үшін қажет. Олар кішкентай реттеуші субъектілермен (CKS) байланысты. Сүтқоректілер жасушаларында екі CKS белгілі: CKS1 және CKS2. Бұл ақуыздар CDK-лердің қалыпты жұмыс істеуі үшін қажет, бірақ олардың нақты қызметтері әлі толыққанды анықталған жоқ. CKS1 және CDK-лердің карбоксильдік терминалдық бөлігі арасында өзара әрекеттесу болады, онда олар бірігіп байланысады. Бұл байланыс циклин-CDK кешенінің өз субстраттарына, әсіресе көптеген фосфорильдеу орындары бар субстраттарға деген туыстығын арттырады, соның нәтижесінде жасуша көбеюіне көмектеседі.

Вирустық циклиндер

Вирустар циклиндермен гомологиясы бар ақуыздарды кодтай алады. Көп зерттелген мысалдың бірі – Капоси саркомасы герпес вирусынан (Капоси саркомасын қараңыз) алынған К циклин (немесе v циклин), ол CDK6-ны белсендіреді. vCyclin CDK6 кешені клеткада G1 фазасынан S фазасына өтуді жеделдетеді, pRb-ді фосфорилдеу арқылы E2F-ті босатады. Бұл Cyclin E–CDK2 ферментінің активтілігіне бұрынғы тежеуді алып тастайды. vCyclin трансформацияны және ісік пайда болуын ықпалдастырады, негізінен p27 pSer10 фосфорилирлеуіне және цитоплазмалық секвестрацияға тигізетін әсері арқылы.

CDK5 белсенділері

Нейрондардың постнатальді даму кезінде CDK5 белсенділігін арттыратын екі ақуыз түрі – p35 және p39. p35 және p39 нейрондық даму мен желі құруда CDK5 белсенділігін реттеудің ерекше механизмінде маңызды рөл атқарады. Осы кофакторлармен (p35 және p39) CDK-ны белсендіру үшін белсендіру циклының фосфорилирленуі қажет емес, бұл көптеген басқа кинезалардың дәстүрлі белсендіру жолынан өзгеше. Бұл дұрыс нейрондық даму, дендриттік омыртқалар мен синапстардың қалыптасуы үшін, сондай-ақ эпилепсиялық оқиғаларға жауап ретінде CDK5 белсенділігін белсендірудің маңыздылығын көрсетеді.

RINGO/Speedy

RINGO/Speedy тобындағы ақуыздар циклиндер отбасымен аминқышқылдық тізбекте гомологиясы жоқ ақуыздардың арасында ерекше көзге түседі. Олар CDK-ларды белсендіруде маңызды рөл атқарады. Алғаш рет Xenopus-та анықталған бұл ақуыздар циклиндерге ұқсамайтындықтарына қарамастан, негізінен CDK1 және CDK2-ге байланысып, оларды белсендіреді. Ерекше қызықтысы, RINGO/Speedy белсендірген CDK-лар циклиндер белсендірген CDK-лар фосфорилдейтін жерлерден өзгеше жерлерді фосфорилдей алады, бұл осы циклиндерге жатпайтын CDK активаторларының ерекше әрекет ету механизмін көрсетеді.

Қиындықтар мен болашақ мүмкіндіктер

CDK препараттарын жасаудың қиындықтарында CDK-лардың көптегені жасуша циклына қатыспай, транскрипция, нейрофизиология және глюкоза гомеостазы сияқты басқа да процестерде қатысады. Дегенмен, тағы да зерттеулер қажет, себебі CDK-мен қатысты жолдың бұзылуы қауқапты салдарларға алып келуі мүмкін; CDK тежегіштері үміт беретін болғанымен, тек қана мақсатты жасушаларға әсер ететіндей етіп, жанама әсерлерді қалай шектеуге болатынын анықтау қажет. Қазіргі таңда мұндай аурулар глюкокортикоидтармен емделеді. Глюкокортикоидтармен салыстыру CDK тежегіштерінің потенциалды пайдасын көрсетуге мүмкіндік береді, егер олардың жанама әсерлерін нақтырақ бағыттап немесе азайтуға болатын болса.