G2-vaihe

Mitoottisen pääsyn määrää aktiivisen sykliini-B1 / CDK1 -kompleksin kynnysarvo, myös tunnetaan nimellä sykliini-B1 / Cdc2 tai kypsymistä edistävä tekijä (MPF). Aktiivinen sykliini-B1 / CDK1 laukaisee peruuttamattomia toimia varhaisessa mitoosissa, mukaan lukien sentrosomien erottaminen, ydinvaipan hajoaminen ja karan kokoonpano. Selkärankaisilla on viisi sykliini B -muotoa (B1, B2, B3, B4 ja B5), mutta näiden isoformien erityinen rooli mitoottisen pääsyn säätelyssä on edelleen epäselvä. Tiedetään, että sykliini B1 voi kompensoida sekä sykliini B2: n menetyksen (ja päinvastoin Drosophilassa). Saccharomyces cerevisiae sisältää kuusi B-tyyppistä sykliiniä (Clb1-6), Clb2: n ollessa tärkein toiminnalle. Sekä selkärankaisissa että S. cerevisiaessa spekuloidaan, että useiden B-tyyppisten sykliinien läsnäolo sallii eri sykliinien säätää G2 / M-siirtymän eri osia ja samalla tehdä siirtymisestä vakaat häiriöihin.

Seuraava Keskusteluissa keskitytään sykliini B1 / CDK: n spatiaaliseen ja ajalliseen aktivaatioon nisäkässoluissa, mutta samanlaisia reittejä voidaan käyttää sekä muissa metatsoaaneissa että S. cerevisiaessa.

Sykliini B1: n synteesi ja hajoaminenEdit

Sykliini B1 -tasot vaimennetaan koko G1- ja S-vaiheissa anafaasia edistävällä kompleksilla (APC), E3-ubikitiiniligaasilla, joka kohdistaa sykliini B1: n proteolyysiin. Transkriptio alkaa S-vaiheen lopusta DNA-replikaation jälkeen vastauksena transkriptiotekijöiden, kuten NF-Y, FoxM1 ja B-Myb, fosforylaatioon ylävirran G1- ja G1 / S-sykliini-CDK-komplekseilla.

Asetus sykliini-B1 / CDK1-aktiivisuuden muokkausMuokkaa

Sykliini B1: n lisääntynyt taso aiheuttaa sykliini B1-CDK1 -kompleksien nousun koko G2: ssa, mutta kompleksi pysyy passiivisena ennen G2 / M-siirtymää Wee1: n estävän fosforylaation vuoksi ja Myt1-kinaasit. Wee1 on lokalisoitu ensisijaisesti ytimeen ja vaikuttaa Tyr15-kohtaan, kun taas Myt1 on lokalisoitu ER: n ulkopintaan ja toimii pääasiassa Thr14-kohdalla.

Wee1: n ja Myt1: n vaikutuksia kompensoivat fosfataasit cdc25-perhe, joka poistaa estävät fosfaatit CDK1: ltä ja muuntaa siten sykliini B1-CDK1 -kompleksin täysin aktivoiduksi muodoksi MPF: ksi.

Aktiivinen sykliiniB1-CDK1 fosforyloi ja moduloi Wee1: n ja Cdc25-isoformien A ja C. aktiivisuus. Erityisesti CDK1: n fosforylaatio estää Wee1-kinaasiaktiivisuuden, aktivoi Cdc25C-fosfataasiaktiivisuuden aktivoimalla välituotekinaasin PLK1 ja stabiloi Cdc25A: ta. Siten CDK1 muodostaa positiivisen takaisinkytkentäsilmukan Cdc25: n kanssa ja kaksinkertaisen negatiivisen takaisinkytkentäsilmukan Wee1: n kanssa (olennaisesti nettopositiivinen palautesilmukka).

Positiivinen palaute ja kytkimen kaltainen activationEdit

Nämä positiiviset takaisinkytkentäsilmukat koodaavat hystereettisen bistabiilin kytkimen CDK1-aktiivisuudessa suhteessa sykliini B1 -tasoihin (katso kuva). Tälle kytkimelle on ominaista kaksi erillistä stabiilia tasapainoa sykliini B1: n pitoisuuksien bistabiililla alueella. Yksi tasapaino vastaa interfaasia ja sille on ominaista sykliini-B1 / CDK1: n ja Cdc25: n passiivisuus sekä korkea Wee1- ja Myt1-aktiivisuuden taso. Toinen tasapaino vastaa M-vaihetta ja sille on tunnusomaista sykliini-Bl / CDK1: n ja Cdc25: n korkea aktiivisuus sekä matala Wee1- ja Myt1-aktiivisuus. Hajoamisalueella solun tila riippuu siitä, oliko se aiemmin ollut vaiheessa vai M-vaiheessa: M-vaiheeseen pääsyn kynnyspitoisuus on korkeampi kuin minimipitoisuus, joka ylläpitää M-vaiheen aktiivisuutta, kun solu on jo poistunut interfaasista .

Tutkijat ovat sekä teoreettisesti että empiirisesti vahvistaneet G2 / M-siirtymän bistabiilin luonteen. Novak-Tyson-malli osoittaa, että sykliini-B / CDK1-cdc25-Wee1-Myt1-takaisinkytkentäsilmukkaa mallintavat differentiaaliyhtälöt myöntävät kaksi stabiilia tasapainoa sykliini-B-pitoisuuksien alueella. Kokeellisesti bistabiilisuus on validoitu estämällä endogeenisen sykliini B1 -synteesi ja titraamalla faasi- ja M-faasisolut vaihtelevilla pitoisuuksilla hajoamattomasta sykliini B1: stä.Nämä kokeet osoittavat, että kynnyspitoisuus M-vaiheeseen siirtymiseen on korkeampi kuin kynnys M-vaiheesta poistumiselle: ydinkuoren hajoaminen tapahtuu 32–40 nm: n sykliini-B1: n välillä interfaasista poistuville soluille, kun taas ydin pysyy hajoavana pitoisuuksilla yli 16–24 nm soluissa, jotka ovat jo M-vaiheessa.

Tämä bistabiili, hystereettinen kytkin on fysiologisesti välttämätön ainakin kolmesta syystä. Ensinnäkin G2 / M-siirtymä merkitsee useiden tapahtumien, kuten kromosomikondensaation ja ydinkatteen hajoamisen, aloittamista, jotka muuttavat huomattavasti solun morfologiaa ja ovat elinkelpoisia vain jakautuvissa soluissa. Siksi on olennaista, että sykliini-Bl: n / CDK1: n aktivaatio tapahtuu kytkimen kaltaisella tavalla; toisin sanoen solujen tulisi nopeasti asettua erilliseen M-vaihetilaan siirtymisen jälkeen, eivätkä ne saisi jatkua välitilojen jatkuvuudessa (esim. osittain hajonnut ydinkuori). Tämä vaatimus täyttyy jyrkällä epäjatkuvuudella, joka erottaa CDK1-aktiivisuuden vaiheiden ja M-vaiheiden tasapainotasot; kun sykliini-B-pitoisuus nousee aktivointikynnyksen yli, solu siirtyy nopeasti M-vaihetasapainoon.

Toiseksi on myös tärkeää, että G2 / M-siirtymä tapahtuu yksisuuntaisesti tai vain kerran solua kohden. sykli Biologiset järjestelmät ovat luonnostaan meluisia, ja sykliini B1: n pitoisuuksien pienet vaihtelut lähellä G2 / M-siirtymän kynnystä eivät saisi aiheuttaa solun siirtymistä edestakaisin faasitilojen ja M-vaiheiden välillä. Tämä varmistetaan kytkimen bistabiililla luonteella: solun siirtyessä M-vaihetilaan pienet sykliini B: n pitoisuuden pienenemiset eivät saa solua siirtymään takaisin interfaasiin.

Lopuksi, solusyklin jatkaminen vaatii jatkuvia värähtelyjä sykliini-B / CDK1-aktiivisuudessa, kun solu ja sen jälkeläiset siirtyvät M-vaiheeseen ja siitä pois. Negatiivinen palaute tarjoaa yhden olennaisen osan tästä pitkäaikaisesta värähtelystä: sykliini-B / CDK aktivoi APC / C: n, mikä aiheuttaa sykliini-B: n hajoamisen metafaasista eteenpäin palauttaen CDK1: n inaktiiviseen tilaansa. Yksinkertaiset negatiiviset takaisinkytkentäsilmukat johtavat kuitenkin vaimennettuihin värähtelyihin, jotka lopulta asettuvat vakaan tilaan. Kineettiset mallit osoittavat, että negatiiviset takaisinkytkentäsilmukat yhdistettynä pysyviin positiivisiin takaisinkytkentämotiiveihin voivat johtaa pysyviin, vaimentamattomiin värähtelyihin (katso rentoutumisoskillaattorit), sellaisia, joita tarvitaan pitkäaikaiseen solujen kiertoon.

Positiivinen feedbackEdit

Edellä mainittu positiivinen takaisinkytkentäsilmukka, jossa sykliini-B1 / CDK1 edistää omaa aktivointiaan estämällä Wee1: tä ja Myst1: tä ja aktivoimalla cdc25: n, ei sisällä luonnostaan ”laukaisinta” ”Mekanismi palautesilmukan aloittamiseksi. Viime aikoina on saatu näyttöä siitä, että sykliini A2 / CDK-komplekseille on annettu tärkeämpi rooli tämän kytkimen aloituksen säätelyssä. Sykliini A2 / CDK2 -aktiivisuus alkaa varhaisessa S-vaiheessa ja kasvaa G2: n aikana. Cdc25B on ollut osoitetaan defosforyloivan Tyr15 CDK2: lla varhaisesta puoliväliin G2: ssä samalla tavalla kuin edellä mainittu CDK1-mekanismi. Sykliini A2: n alireaktio U2OS-soluissa viivästyttää sykliini-B1 / CDK1: n aktivaatiota lisäämällä Wee1-aktiivisuutta ja alentamalla Plk1- ja Cdc25C-aktiivisuutta. sykliini A2 / CDK-kompleksit eivät toimi tiukasti sykliini B1 / CDK1: n aktivaattoreina G2: ssa, koska CDK2: n on osoitettu tarvitsevan p53: sta riippumattoman G2-tarkistuspisteaktiviteetin aktivointia, ehkä stabiloivan fosforylaation C dc6. CDK2 – / – -soluilla on myös poikkeuksellisen korkea Cdc25A-taso. Sykliinin A2 / CDK1 on myös osoitettu välittävän Cdc25B: n proteasomaalista tuhoutumista. Nämä reitit on usein vapautettu syövästä. M-siirtymä. Passiivinen sykliini B1-CDK1 kerääntyy sytoplasmaan, alkaa aktivoitua sytoplasman cdc25: llä ja erottuu sitten nopeasti ytimeen propaasin aikana (koska se aktivoituu edelleen). Nisäkkäissä sykliini B1 / CDK1: n translokaatio ytimeen aktivoituu fosforyloimalla viisi seriinikohtaa sykliini B1: n sytoplasman retentioalueella (CRS): S116, S26, S128, S133 ja S147. Xenopus laeviksessa sykliini B1 sisältää neljä analogiset CRS-seriinifosforylaatiokohdat (S94, S96, S101 ja S113) osoittavat, että tämä mekanismi on erittäin konservoitunut. Ydinvienti inaktivoituu myös fosforyloimalla sykliini B1: n ”ydinvientisignaali (NES). Näiden fosforylaatiokohtien säätelijöitä ei ole vielä suurelta osin tiedossa, mutta useita tekijöitä on tunnistettu, mukaan lukien solunulkoiset signaalin säätelemät kinaasit (ERK), PLK1 ja itse CDK1. Saatuaan jonkin verran fosforylaatiokynnystä sykliini B1 / CDK1: n siirtyminen ytimeen on erittäin nopea.Kun ydin on, sykliini B1 / CDK1 fosforyloi monia kohteita valmistautuessaan mitoosiin, mukaan lukien histoni H1, ydinlamiinit, sentrosomaaliset proteiinit ja mikrotubulukseen liittyvät proteiinit (MAP). sytosoli ytimeen profaasin aikana. Tämä saavutetaan poistamalla ydinlokalisointisekvenssi (NLS) -varmistavat fosfaatit ja ydinvoiman vientisignaalin fosforylaatio. Uskotaan, että cdc25: n ja sykliini-B1 / CDK1: n samanaikainen kulkeutuminen ytimeen vahvistaa siirtymän kytkinmaista luonnetta lisäämällä proteiinien tehokkaita pitoisuuksia.