G2期

有糸分裂の開始は、活性サイクリン-B1 / CDK1複合体の閾値レベルによっても決定されます。サイクリンB1 / Cdc2または成熟促進因子（MPF）として知られています。アクティブなサイクリンB1 / CDK1は、中心体の分離、核膜の破壊、紡錘体の組み立てなど、初期の有糸分裂において不可逆的な作用を引き起こします。脊椎動物には、5つのサイクリンBアイソフォーム（B1、B2、B3、B4、およびB5）がありますが、有糸分裂の開始の調節におけるこれらのアイソフォームのそれぞれの特定の役割はまだ不明です。サイクリンB1は両方のサイクリンB2の喪失を補うことができることが知られています（ショウジョウバエではその逆）。 Saccharomyces cerevisiaeには6つのB型サイクリン（Clb1-6）が含まれており、Clb2が機能に最も重要です。脊椎動物とS.cerevisiaeの両方で、複数のB型サイクリンの存在により、異なるサイクリンがG2 / M遷移の異なる部分を制御できると同時に、遷移を摂動に対してロバストにすることが推測されます。

議論は哺乳類細胞におけるサイクリンB1 / CDKの空間的および時間的活性化に焦点を当てますが、同様の経路が他の後生動物とS.cerevisiaeの両方に適用可能です。

サイクリンB1の合成と分解編集

サイクリンB1レベルは、タンパク質分解のためにサイクリンB1を標的とするE3ユビキチンリガーゼであるアナフェーズ促進複合体（APC）によって、G1およびSフェーズ全体で抑制されます。転写は、上流のG1およびG1 / Sサイクリン-CDK複合体によるNF-Y、FoxM1、B-Mybなどの転写因子のリン酸化に応答して、DNA複製後のS期の終わりに始まります。

規制サイクリンB1 / CDK1活性の低下編集

サイクリンB1のレベルが上昇すると、G2全体でサイクリンB1-CDK1複合体のレベルが上昇しますが、Wee1によるリン酸化の阻害により、複合体はG2 / M移行前は不活性のままです。およびMyt1キナーゼ。 Wee1は主に核に局在し、Tyr15部位に作用しますが、Myt1はERの外表面に局在し、主にThr14部位に作用します。

Wee1とMyt1の効果は、ホスファターゼによって打ち消されます。 CDK1の阻害性リン酸を除去し、サイクリンB1-CDK1複合体を完全に活性化された形態のMPFに変換するcdc25ファミリー。

アクティブなサイクリンB1-CDK1はリン酸化および調節します。 Wee1およびCdc25アイソフォームAおよびCの活性。具体的には、CDK1リン酸化はWee1キナーゼ活性を阻害し、中間キナーゼPLK1を活性化することによりCdc25Cホスファターゼ活性を活性化し、Cdc25Aを安定化します。したがって、CDK1はCdc25と正のフィードバックループを形成し、Wee1と二重の負のフィードバックループ（本質的に正味の正のフィードバックループ）を形成します。

正のフィードバックとスイッチのようなアクティベーション編集

これらの正のフィードバックループは、サイクリンB1レベルと比較したCDK1活性のヒステリックな双安定スイッチをエンコードします（図を参照）。このスイッチは、サイクリンB1濃度の双安定領域での2つの異なる安定した平衡によって特徴付けられます。 1つの平衡は間期に対応し、サイクリンB1 / CDK1とCdc25の不活性、および高レベルのWee1とMyt1の活性を特徴とします。もう1つの平衡はM相に対応し、サイクリンB1 / CDK1とCdc25の高い活性、および低いWee1とMyt1の活性を特徴としています。双安定性の範囲内で、セルの状態は、以前に間期にあったかM期にあったかによって異なります。M相に入るしきい値濃度は、セルがすでに間期を出た後、M相の活動を維持する最小濃度よりも高くなります。 。

科学者は、G2 / M遷移の双安定性を理論的および経験的に検証しました。 Novak-Tysonモデルは、サイクリンB / CDK1-cdc25-Wee1-Myt1フィードバックループをモデル化する微分方程式が、サイクリンB濃度の範囲にわたって2つの安定した平衡を認めることを示しています。実験的に、双安定性は、内因性サイクリンB1合成をブロックし、さまざまな濃度の非分解性サイクリンB1で間期およびM期細胞を滴定することによって検証されています。これらの実験は、M期に入る際の閾値濃度が、M期を出るための閾値よりも高いことを示しています。核膜破壊は、間期を出る細胞の32〜40 nmのサイクリンB1で発生しますが、核はそれ以上の濃度で崩壊したままです。すでにM期にある細胞では16〜24nm。

この双安定のヒステリシススイッチは、少なくとも3つの理由で生理学的に必要です。まず、G2 / M遷移は、染色体凝縮や核膜破壊など、細胞の形態を著しく変化させ、分裂中の細胞でのみ実行可能ないくつかのイベントの開始を示します。したがって、サイクリンB1 / CDK1の活性化がスイッチのように発生することが不可欠です。つまり、細胞は遷移後に離散的なM相状態に急速に落ち着くはずであり、中間状態の連続体で存続するべきではありません（たとえば、部分的に分解された核膜を伴う）。この要件は、CDK1活性の中間期とM期の平衡レベルを分離する急激な不連続性によって満たされます。サイクリンB濃度が活性化しきい値を超えて増加すると、細胞は急速にM期平衡に切り替わります。

次に、G2 / M遷移が一方向に、または細胞ごとに1回だけ発生することも重要です。サイクル生物学的システムは本質的にノイズが多く、G2 / M遷移のしきい値近くのサイクリンB1濃度の小さな変動によって、細胞が間期状態とM期状態の間で前後に切り替わることはありません。これは、スイッチの双安定性によって保証されます。セルがMフェーズ状態に移行した後、サイクリンBの濃度がわずかに減少しても、セルは間期に戻りません。

最後に、細胞周期の継続には、細胞とその子孫がM期に出入りするときに、サイクリンB / CDK1活性の持続的な振動が必要です。負のフィードバックは、この長期的な振動の1つの重要な要素を提供します。サイクリンB / CDKはAPC / Cを活性化し、中期以降のサイクリンBの分解を引き起こし、CDK1を非アクティブ状態に戻します。ただし、単純な負帰還ループは減衰振動につながり、最終的には定常状態に落ち着きます。速度論モデルは、双安定の正のフィードバックモチーフと結合した負のフィードバックループが、長期の細胞サイクリングに必要な種類の持続的な非減衰振動（弛緩発振器を参照）につながる可能性があることを示しています。

正のフィードバック編集

サイクリンB1 / CDK1がWee1とMyst1を阻害し、cdc25を活性化することによって自身の活性化を促進する、上記の正のフィードバックループには、本質的に「トリガー」が含まれていません。 」フィードバックループを開始するメカニズム。最近、このスイッチの開始の調節におけるサイクリンA2 / CDK複合体のより重要な役割を示唆する証拠が現れました。サイクリンA2 / CDK2活性は、S期初期に始まり、G2中に増加します。Cdc25Bは前述のCDK1メカニズムと同様の方法で、初期から中期のG2でCDK2上のTyr15を脱リン酸化することが示されています。U2OS細胞でのサイクリンA2のダウンレギュレーションは、Wee1活性を増加させ、Plk1およびCdc25C活性を低下させることにより、サイクリンB1 / CDK1の活性化を遅らせます。サイクリンA2 / CDK複合体は、G2のサイクリンB1 / CDK1の活性化因子として厳密には機能しません。これは、CDK2が、おそらくCのリン酸化の安定化を通じて、p53非依存性G2チェックポイント活性の活性化に必要であることが示されているためです。 dc6。 CDK2-/-細胞にも異常に高いレベルのCdc25Aがあります。サイクリンA2 / CDK1は、Cdc25Bのプロテアソーム破壊を仲介することも示されています。これらの経路は、癌では規制緩和されることがよくあります。

空間調節編集

サイクリンB1-CDK1活性化の双安定でヒステリシスのある側面に加えて、細胞内タンパク質局在の調節もG2 /に寄与します。 M遷移。不活性なサイクリンB1-CDK1は細胞質に蓄積し、細胞質のcdc25によって活性化され始め、前期に急速に核に隔離されます（さらに活性化されるため）。哺乳類では、核へのサイクリンB1 / CDK1転座は、サイクリンB1の細胞質保持部位（CRS）の5つのセリン部位（S116、S26、S128、S133、およびS147）のリン酸化によって活性化されます。Xenopuslaevisでは、サイクリンB1には4つ含まれています類似のCRSセリンリン酸化部位（S94、S96、S101、およびS113）は、このメカニズムが高度に保存されていることを示しています。核輸出は、サイクリンB1の核輸出シグナル（NES）のリン酸化によっても不活性化されます。これらのリン酸化部位の調節因子はまだほとんどわかっていませんが、細胞外シグナル調節キナーゼ（ERK）、PLK1、CDK1自体など、いくつかの要因が特定されています。リン酸化のある閾値レベルに達すると、サイクリンB1 / CDK1の核への移行は非常に迅速になります。核に入ると、サイクリンB1 / CDK1は、有糸分裂に備えて、ヒストンH1、核ラミン、中心体タンパク質、微小管関連タンパク質（MAP）など、多くの標的をリン酸化します。

cdc25の細胞内局在も 前期中の核への細胞質ゾル。 これは、核局在化配列（NLS）を覆い隠すリン酸塩の除去と、核外輸送シグナルのリン酸化によって達成されます。 cdc25とサイクリンB1 / CDK1の核への同時輸送は、タンパク質の有効濃度を増加させることにより、遷移のスイッチのような性質を増幅すると考えられています。