G2 단계

유사 분열 진입은 활성 사이클린 -B1 / CDK1 복합체의 임계 수준에 의해 결정됩니다. cyclin-B1 / Cdc2 또는 성숙 촉진 인자 (MPF)로 알려져 있습니다. 활성 cyclin-B1 / CDK1은 중심체 분리, 핵 외피 파괴 및 스핀들 조립을 포함하여 초기 유사 분열에서 비가 역적 행동을 유발합니다. 척추 동물에는 5 개의 cyclin B 동형 (B1, B2, B3, B4 및 B5)이 있지만 유사 분열 진입을 조절하는 이러한 동형 각각의 구체적인 역할은 아직 명확하지 않습니다. cyclin B1이 cyclin B2의 손실을 보상 할 수있는 것으로 알려져 있습니다 (Drosophila에서는 그 반대). Saccharomyces cerevisiae에는 6 개의 B 형 사이클린 (Clb1-6)이 포함되어 있으며, Clb2는 기능에 가장 필수적인 요소입니다. 척추 동물과 S. cerevisiae 모두에서 여러 B- 타입 사이클린이 존재하면 서로 다른 사이클린이 G2 / M 전환의 다른 부분을 조절하는 동시에 섭동에 강하게 전환 할 수 있다고 추측됩니다.

이후 논의는 포유류 세포에서 cyclin B1 / CDK의 공간적 및 시간적 활성화에 초점을 맞출 것이지만 유사한 경로가 다른 후생 동물과 S. cerevisiae 모두에 적용 가능합니다.

Cyclin B1 합성 및 분해 편집

Cyclin B1 수준은 단백질 분해를 위해 cyclin B1을 표적으로하는 E3 유비퀴틴 리가 제인 anaphase-promoting complex (APC)에 의해 G1 및 S 단계 전반에 걸쳐 억제됩니다. 전사는 상류 G1 및 G1 / S cyclin-CDK 복합체에 의한 NF-Y, FoxM1 및 B-Myb와 같은 전사 인자의 인산화에 대한 반응으로 DNA 복제 후 S 기 말기에 시작됩니다.

조절 cyclin-B1 / CDK1 활동의 증가 및 Myt1 키나제. Wee1은 주로 핵에 국한되어 Tyr15 부위에 작용하는 반면 Myt1은 ER의 외부 표면에 국한되어 주로 Thr14 부위에 작용합니다.

Wee1과 Myt1의 효과는 포스파타제에 의해 상쇄됩니다. CDK1에서 억제 성 인산염을 제거하여 cyclin B1-CDK1 복합체를 완전히 활성화 된 형태 인 MPF로 변환하는 cdc25 계열입니다.

활성 cyclinB1-CDK1이 인산화 및 조절됩니다. 특히, CDK1 인산화는 Wee1 키나아제 활성을 억제하고, 중간 키나아제 PLK1을 활성화하여 Cdc25C 포스 파타 아제 활성을 활성화하며, Cdc25A를 안정화시킵니다. 따라서 CDK1은 Cdc25와 함께 포지티브 피드백 루프를 형성하고 Wee1과 함께 이중 네거티브 피드백 루프 (본질적으로 순 포지티브 피드백 루프)를 형성합니다.

포지티브 피드백 및 스위치와 같은 활성화 편집

이러한 긍정적 인 피드백 루프는 cyclin B1 수준에 대한 CDK1 활동의 히스테리시스 쌍 안정 스위치를 인코딩합니다 (그림 참조). 이 스위치는 cyclin B1 농도의 쌍 안정 영역에 걸쳐 두 개의 뚜렷한 안정된 평형을 특징으로합니다. 하나의 평형은 간기에 해당하며 Cyclin-B1 / CDK1 및 Cdc25의 비활성과 높은 수준의 Wee1 및 Myt1 활동을 특징으로합니다. 다른 평형은 M 상에 해당하며 Cyclin-B1 / CDK1 및 Cdc25의 높은 활성과 낮은 Wee1 및 Myt1 활성을 특징으로합니다. bistability 범위 내에서 세포의 상태는 이전에 중간기인지 M 기인지에 따라 달라집니다. M 기 진입을위한 임계 농도는 세포가 이미 간기에서 나간 후 M 기 활동을 유지할 최소 농도보다 높습니다. .

과학자들은 G2 / M 전환의 쌍 안정 특성을 이론적으로 그리고 경험적으로 검증했습니다. Novak-Tyson 모델은 cyclin-B / CDK1-cdc25-Wee1-Myt1 피드백 루프를 모델링하는 미분 방정식이 다양한 cyclin-B 농도에 걸쳐 두 개의 안정된 평형을 인정한다는 것을 보여줍니다. 실험적으로, 내인성 사이클린 B1 합성을 차단하고 다양한 농도의 비 분해성 사이클린 B1을 사용하여 간기 및 M- 기 세포를 적정함으로써 bistability가 검증되었습니다.이 실험은 M 상 진입에 대한 역치 농도가 M 상 출구에 대한 역치보다 높다는 것을 보여줍니다. 핵 외피 분해는 간기에서 나가는 세포에 대해 32-40nm cyclin-B1 사이에서 발생하고 핵은 위의 농도에서 분해 된 상태로 유지됩니다. 이미 M 단계에있는 세포에서 16-24 nm.

이 쌍 안정, 히스테리시스 스위치는 적어도 세 가지 이유로 생리 학적으로 필요합니다. 첫째, G2 / M 전이는 세포의 형태를 현저하게 변화시키고 분열 세포에서만 생존 할 수있는 염색체 응축 및 핵 외피 파괴와 같은 여러 이벤트의 시작을 신호합니다. 따라서 cyclin-B1 / CDK1 활성화가 스위치와 같은 방식으로 발생하는 것이 필수적입니다. 즉, 세포는 전환 후 불연속적인 M 상 상태로 빠르게 정착해야하며 중간 상태의 연속체 (예 : 부분적으로 분해 된 핵 외피)에서 지속되지 않아야합니다. 이 요구 사항은 CDK1 활동의 중간 단계와 M 단계 평형 수준을 분리하는 급격한 불연속성에 의해 충족됩니다. cyclin-B 농도가 활성화 임계 값을 넘어서 증가함에 따라 세포는 빠르게 M 상 평형으로 전환됩니다.

둘째, G2 / M 전이가 단방향 또는 세포 당 한 번만 발생하는 것도 중요합니다. 주기 생물학적 시스템은 본질적으로 시끄럽고 G2 / M 전이에 대한 임계 값 근처의 cyclin B1 농도의 작은 변동으로 인해 세포가 간기 및 M 기 상태 사이에서 앞뒤로 전환되지 않아야합니다. 이는 스위치의 쌍 안정 특성에 의해 보장됩니다. 세포가 M 상 상태로 전환 된 후 사이클린 B의 농도가 약간 감소해도 세포가 간기 상태로 다시 전환되지는 않습니다.

마지막으로, 세포주기의 지속은 세포와 그 후손이 M 단계 안팎으로 전환함에 따라 cyclin-B / CDK1 활동의 지속적인 진동을 필요로합니다. 부정적인 피드백은 이러한 장기적 진동의 필수 요소 중 하나를 제공합니다. cyclin-B / CDK는 APC / C를 활성화하여 중기에서 cyclin-B를 분해하여 CDK1을 비활성 상태로 복원합니다. 그러나 단순한 네거티브 피드백 루프는 결국 안정된 상태로 안정되는 감쇠 진동으로 이어집니다. 운동 모델은 쌍 안정 포지티브 피드백 모티프와 결합 된 네거티브 피드백 루프가 장기 세포 사이클링에 필요한 종류의 지속적이고 감쇠되지 않은 진동 (이완 발진기 참조)을 유발할 수 있음을 보여줍니다.

긍정적 인 피드백 편집

cyclin-B1 / CDK1이 Wee1 및 Myst1을 억제하고 cdc25를 활성화하여 자체 활성화를 촉진하는 위에서 언급 한 긍정적 인 피드백 루프는 본질적으로 “트리거”를 포함하지 않습니다. ”피드백 루프를 시작하는 메커니즘입니다. 최근에는이 스위치의 시작을 조절하는 데있어 cyclin A2 / CDK 복합체가 더 중요한 역할을한다는 증거가 나타났습니다. Cyclin A2 / CDK2 활동은 초기 S 단계에서 시작되고 G2 중에 증가합니다. Cdc25B는 앞서 언급 한 CDK1 메커니즘과 유사한 방식으로 CDK2상의 Tyr15를 초기-중기 G2에서 탈 인산화하는 것으로 나타났습니다 .U2OS 세포에서 cyclin A2의 하향 조절은 Wee1 활성을 증가시키고 Plk1 및 Cdc25C 활성을 낮추어 cyclin-B1 / CDK1 활성화를 지연시킵니다. cyclin A2 / CDK 복합체는 G2에서 cyclin B1 / CDK1의 활성화 제로 엄격하게 기능하지 않습니다. CDK2는 아마도 C에서 안정화 인산화를 통해 p53- 독립적 인 G2 체크 포인트 활성의 활성화에 필요한 것으로 나타났기 때문입니다. dc6. CDK2-/-세포는 또한 비정상적으로 높은 수준의 Cdc25A를 가지고 있습니다. Cyclin A2 / CDK1은 또한 Cdc25B의 프로 테아 좀 파괴를 매개하는 것으로 나타났습니다. 이러한 경로는 종종 암에서 탈 조절됩니다.

공간 조절 편집

사이클린 B1-CDK1 활성화의 쌍 안정 및 히스테리시스 측면 외에도 세포 내 단백질 위치 조절의 조절은 G2 /에 기여합니다. M 전환. 비활성 cyclin B1-CDK1은 세포질에 축적되고 세포질 cdc25에 의해 활성화되기 시작하고 전립 기 동안 핵으로 빠르게 격리됩니다 (추가 활성화됨에 따라). 포유류에서 cyclin B1 / CDK1의 핵으로의 전위는 cyclin B1의 세포질 체류 부위 (CRS)에있는 5 개의 세린 부위 (S116, S26, S128, S133 및 S147)의 인산화에 의해 활성화됩니다. Xenopus laevis에서 cyclin B1은 유사한 CRS 세린 인산화 부위 (S94, S96, S101 및 S113)는이 메커니즘이 매우 보존되어 있음을 나타냅니다. 핵 수출은 cyclin B1 의 핵 수출 신호 (NES)의 인산화에 의해 비활성화됩니다. 이러한 인산화 부위의 조절자는 아직 많이 알려지지 않았지만 세포 외 신호 조절 키나제 (ERK), PLK1 및 CDK1 자체를 포함하여 몇 가지 요인이 확인되었습니다. 인산화의 임계 수준에 도달하면 cyclin B1 / CDK1의 핵으로의 전위가 매우 빠릅니다.일단 핵에 들어가면 cyclin B1 / CDK1은 유사 분열에 대비하여 히스톤 H1, 핵 라민, 중심체 단백질 및 미세 소관 관련 단백질 (MAP)을 포함하여 많은 표적을 인산화합니다.

cdc25의 세포 하 위치도 다음과 같이 이동합니다. 전립 기 동안 세포질을 핵으로. 이는 NLS (nuclear localization sequence)-모호한 인산염의 제거와 핵 수출 신호의 인산화를 통해 이루어집니다. cdc25와 cyclin-B1 / CDK1의 핵으로의 동시 수송은 단백질의 유효 농도를 증가시킴으로써 전환의 스위치와 같은 특성을 증폭시키는 것으로 생각됩니다.