Циклин-зависимые киназы (CDKC): құрылымы, активациясы, реттелуі. Биологиялық маңыздылықтары, зерттеу тарихы туралы маңызды ақпарат. CDKC, циклиндер, протеин киназалар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Циклинге тәуелді киназа кешені (CDKC, циклин CDK) – протеин киназасының белсенді емес каталитикалық бөлігінің, циклинге тәуелді киназаның (CDK) реттеуші бөлігі – циклинмен қосылу арқылы құралатын ақуыз кешені. Циклинге тәуелді киназалар циклинмен байланысқаннан кейін, пайда болған кешен белсенді күйге енеді. Белсенді кешеннің субстратқа қатысты таңдаулылығы негізінен кешен құрамындағы циклинмен анықталады. CDKC-нің активтілігі мақсатты белоктардың фосфорилирленуімен, сондай-ақ тежеуші белоктарға байланысу арқылы реттеледі.
A cyclin dependent kinase complex (CDKC, cyclin CDK) is a protein complex formed by the association of an inactive catalytic subunit of a protein kinase, cyclin dependent kinase (CDK), with a regulatory subunit, cyclin. Once cyclin dependent kinases bind to cyclin, the formed complex is in an activated state. Substrate specificity of the activated complex is mainly established by the associated cyclin within the complex. Activity of CDKCs is controlled by phosphorylation of target proteins, as well as binding of inhibitory proteins.
Құрылымы мен ережелері
Циклин суббұйымдарымен (CDKC) кешендегі CDK-лардың құрылымы 1990 жылдары Браун және әріптестері байланыстырылмаған циклин А құрылымын шешкеннен бастап, құрылымдық және жасушалық биологтардың ұзақ жылдар бойғы мақсаты болды. Сол жылы Джеффри және әріптестері адам циклин А CDK2 кешенінің құрылымын 2,3 Ангстрем ажыратымдылықпен анықтады. Осы уақыттан бері көптеген CDK құрылымдары жоғары ажыратымдылықпен анықталды, оның ішінде CDK2 және әртүрлі субстраттарға байланысқан CDK2 құрылымдары, 1-суретте көрсетілгендей. Ақуыз деректер банкінде (Protein Data Bank) барлығы шамамен 25 CDK циклин кешенінің жоғары ажыратымды құрылымдары бар. Функционалдық белгілеріне сәйкес, CDK циклин кешенді құрылымдарының екі негізгі түрі бар: ашық және жабық формалар. Формалардың арасындағы айырмашылық циклиндік серіктестердің байланысуында, жабық форма кешендері CDK циклинін CDK белсендіру циклының C және N ұштарында байланыстырса, ашық форма серіктестері тек N ұшында ғана байланысады. Ашық форма құрылымдары көбінесе транскрипциялық реттеуге қатысқан кешендерге (CDK 8, 9, 12 және 13) сәйкес келеді, ал жабық форма CDK циклин кешендері көбінесе жасуша циклының дамуы мен реттелуіне қатысады (CDK 1, 2, 6). Дегенмен, бұл ерекше рөлдер CDK компоненттерінің тізбектік гомологиясымен айтарлықтай ерекшеленбейді. Атап айтқанда, осы белгілі құрылымдардың арасында төрт негізгі сақталған аймақ бар: N-ұшындағы глицинге бай цикл, Буыстық аймақ, αC спиралі және T циклінің реттелу орны.
The structure of CDKs in complex with a cyclin subunits (CDKC) has long been a goal of structural and cellular biologists starting in the 1990s when the structure of unbound cyclin A was solved by Brown et al. and in the same year Jeffery et al. solved the structure of human cyclin A CDK2 complex to 2.3 Angstrom resolution. Since this time, many CDK structures have been determined to higher resolution, including the structures of CDK2 and CDK2 bound to a variety of substrates, as seen in Figure 1. High resolution structures exist for approximately 25 CDK cyclin complexes in total within the Protein Data Bank. Based on function, there are two general populations of CDK cyclin complex structures, open and closed form. The difference between the forms lies within the binding of cyclin partners where closed form complexes have CDK cyclin binding at both the C and N termini of the activation loop of the CDK, whereas the open form partners bind only at the N terminus. Open form structures correspond most often to those complexes involved in transcriptional regulation (CDK 8, 9, 12, and 13), while closed form CDK cyclin complex are most often involved in cell cycle progression and regulation (CDK 1, 2, 6). These distinct roles, however, do not significantly differ with the sequence homology between the CDK components. In particular, among these known structures there appear to be four major conserved regions: a N terminal Glycine rich loop, a Hinge Region, an αC helix, and a T loop regulation site.
Шеңбер аймағы
Эукариоттық жасушалардағы CDK-ның сақталған икемді аймағы Gly-ға бай цикл мен белсендіру циклы арасындағы маңызды байланыс ретінде қызмет етеді. CDK-ға негізінен бұрылған бета-парақтары бар N-терминальді бөлігі тән, ол осы икемді аймақ арқылы альфа-спиральдар басым C-терминальді бөлігіне жалғанады. T-цикл және Gly-ға бай цикл туралы сөз кезінде, осы аймақтар биохимиялық функцияларын орындау үшін кеңістікте өзара әрекеттесе алатынын, ал CDK-ның қарама-қарсы бөліктерінде орналасқанын атап өту маңызды. Осылайша, CDK түріне және CDK-циклин кешеніне қарай ұзындығы сәл өзгере алатын бұл икемді аймақ, CDK-ның маңызды реттеуші аймақтарын осы бөліктерді байланыстыру арқылы қосады және жиналған кешеннің фосфорилдеу реакцияларын оңай катализдеуі үшін ATP-ны дұрыс бағыттап, CDK-циклин кешендерінің түзілуіне маңызды рөл атқарады.
The conserved hinge region of CDK within eukaryotic cells acts as an essential bridge between the Gly rich loop and the activation loop. CDK are characterized by a N terminal lobe that is primarily twisted beta sheet connected via this hinge region to an alpha helix dominated C terminal lobe. In discussion of the T loop and the Gly rich loop, it is important to note that these regions, which must be able to spatially interact in order to carry out their biochemical functions, lie on opposite lobes of the CDK itself. Thus, this hinge region, which can vary in length slightly between CDK type and CDK cyclin complex, connects essential regulatory regions of the CDK by connecting these lobes, and plays key roles in the resulting structure of CDK cyclin complexes by properly orienting ATP for easy catalysis of phosphorylation reactions by the assembled complex.
Ашытқы клеткалық циклы
Бұл кешендердің әр түрлі функциялары болғанымен, CDKC-лер жасушалық циклдағы рөлімен көбірек танымал. Алғашқы зерттеулер Schizosaccharomyces pombe және Saccharomyces cerevisiae (ашытқы) түрлерінде жүргізілді. S. pombe және S. cerevisiae бір ғана Cdk, Cdc2 және Cdc28-мен байланысы үшін белгілі, олар бірнеше түрлі циклиндермен кешен құрайды. Циклинге байланысты жасуша циклының әртүрлі бөліктеріне әсер етеді. Мысалы, S. pombe-да Cdc2 Cdk13-пен байланысып, Cdk13-Cdc2 кешенін құрайды. S. cerevisiae-да Cdc28 циклиндермен, Cln1, Cln2 немесе Cln3-пен байланысу нәтижесінде G1 фазасынан S фазасына өту жүзеге асырылады. S фазасына кіргеннен кейін Cln1 және Cln2 Cdc28-ден ажырасады және Cdc28 пен Clb5 немесе Clb6 арасында кешендер пайда болады. G2 фазасында Cdc28 және Clb1, Clb2, Clb3 немесе Clb4 арасындағы байланыстан түзілген кешендер G2 фазасынан M (митоздық) фазаға өтуге ықпал етеді. Бұл кешендер ерте M фазасында да кездеседі.
Although these complexes have a variety functions, CDKCs are most known for their role in the cell cycle. Initially, studies were conducted in Schizosaccharomyces pombe and Saccharomyces cerevisiae (yeast). S. pombe and S. cerevisiae are most known for their association with a single Cdk, Cdc2 and Cdc28 respectively, which complexes with several different cyclins. Depending on the cyclin, various portions of the cell cycle are affected. For example, in S. pombe, Cdc2 associates with Cdk13 to form the Cdk13 Cdc2 complex. In S. cerevisiae, the association of Cdc28 with cyclins, Cln1, Cln2, or Cln3, results in the transition from G1 phase to S phase. Once in the S phase, Cln1 and Cln2 dissociates with Cdc28 and complexes between Cdc28 and Clb5 or Clb6 are formed. In G2 phase, complexes formed from the association between Cdc28 and Clb1, Clb2, Clb3, or Clb4, results in the progression from G2 phase to M (Mitotic) phase. These complexes are present in early M phase as well.
сүтқоректілердің жасушалық циклі
Ашытқы клеткалық циклы зерттеулері арқылы алынған мәліметтерді пайдаланып, сүтқоректілердің клеткалық циклі саласында маңызды прогресс жасалды. Клеткалық циклдардың ұқсас екендігі анықталды және CDKC-лер тікелей немесе жанама түрде клеткалық циклдің дамуына әсер етеді. Бұрыңғыдай айтқандай, ашытқыда бір ғана циклинге тәуелді киназа (CDK) бірнеше түрлі циклиндермен байланысады. Дегенмен, сүтқоректілердің жасушаларында бірнеше CDK әртүрлі циклиндермен бірігіп, CDKC-лерді құрайды. Мысалы, Cdk1 (ішінде адамның Cdc2 деп те аталады), адамда алғаш анықталған CDK, циклиндер A немесе B-мен байланысады. Циклин A/B Cdk1 кешендері G2 фазасы мен M фазасы арасындағы өтуді, сондай-ақ M фазасының бастапқы кезеңдерін қамтамасыз етеді. Тағы бір сүтқоректілер CDK, Cdk2, циклиндер D1, D2, D3, E немесе A-мен кешендер құра алады. Cdk4 және Cdk6 циклиндер D1, D2 және D3-пен өзара әрекеттеседі. Зерттеулер CDKC циклин D1 Cdk4/6 арасында ешқандай айырмашылық жоқ екенін көрсетті, сондықтан кез келген ерекше қасиеттер субстратқа қатысты ерекшелікпен немесе белсендірумен байланысты болуы мүмкін. 2-кестеде сүтқоректілердің жасушалық циклына қатысатын CDKC-лердің шолуы келтірілген. 2-кесте. Сүтқоректілер жасуша циклінің фазаларымен байланысты CDKC-лер. Фосфорилендіру орын алғаннан кейін, транскрипция факторлары pRB-ні қайтымсыз деактивациялау үшін босатылады және жасуша циклінің S фазасына өту басталады. G1 фазасында қалыптасқан циклин E Cdk2 CDKC кейін S фазасында ДНК репликациясын бастауға көмектеседі және транскрипцияға әсер етеді. Сонымен қатар, циклин H Cdk7 кешендері еркек жыныс жасушаларының мейозында рөл атқаруы мүмкін, сондай-ақ олар транскрипциялық белсенділікке де қатысты екені көрсетілген.
Using the information discovered through yeast cell cycle studies, significant progress has been made regarding the mammalian cell cycle. It has been determined that the cell cycles are similar and CDKCs, either directly or indirectly, affect the progression of the cell cycle. As previously mentioned, in yeast, only one cyclin dependent kinase (CDK) is associated with several different cyclins. However, in mammalian cells, several different CDKs bind to various cyclins to form CDKCs. For instance, Cdk1 (also known as human Cdc2), the first human CDK to be identified, associates with cyclins A or B. CyclinA/B Cdk1 complexes drive the transition between G2 phase and M phase, as well as early M phase. Another mammalian CDK, Cdk2, can form complexes with cyclins D1, D2, D3, E, or A. Cdk4 and Cdk6 interact with cyclins D1, D2, and D3. Studies have indicated that there is no difference between CDKCs cyclin D1 Cdk4/6, therefore, any unique properties can possibly be linked to substrate specificity or activation. See Table 2 for a summary of mammalian cell CDKCs involved in the cell cycle. Table 2. CDKCs Associated with Cell Cycle Phases in Mammalian Cells Once phosphorylation occurs, transcription factors are then released to irreversibly inactivate pRB and progression into the S phase of the cell cycle ensues. The cyclin E Cdk2 CDKC formed in the G1 phase then aids in the initiation of DNA replication during S phase. and influence transcription. Additionally, cyclin H Cdk7 complexes may play a role in meiosis in male germ cells, and has been shown to be involved in transcriptional activities as well.