Faza G2

Intrarea mitotică este determinată de un nivel de prag al complexului activ de ciclină-B1 / CDK1, de asemenea cunoscut sub numele de ciclină-B1 / Cdc2 sau factorul de promovare a maturării (MPF). Ciclina activă-B1 / CDK1 declanșează acțiuni ireversibile în mitoza timpurie, inclusiv separarea centrosomului, defalcarea anvelopei nucleare și asamblarea fusului. La vertebrate, există cinci izoforme ale ciclinei B (B1, B2, B3, B4 și B5), dar rolul specific al fiecăreia dintre aceste izoforme în reglarea intrării mitotice este încă neclar. Se știe că ciclina B1 poate compensa atât pierderea ciclinei B2 (și invers în Drosophila). Saccharomyces cerevisiae conține șase cicline de tip B (Clb1-6), Clb2 fiind cel mai esențial pentru funcționare. Atât la vertebrate, cât și la S. cerevisiae, se speculează că prezența mai multor cicline de tip B permite ciclinelor diferite să regleze porțiuni diferite ale tranziției G2 / M, făcând în același timp tranziția robustă la perturbații.

discuțiile se vor concentra asupra activării spațiale și temporale a ciclinei B1 / CDK în celulele de mamifere, dar căi similare sunt aplicabile atât în alte metazoane, cât și în S. cerevisiae.

Sinteza și degradarea ciclinei B1

Nivelurile de ciclină B1 sunt suprimate de-a lungul fazelor G1 și S de complexul de promovare a anafazei (APC), o E3 ubiquitin ligază care vizează ciclina B1 pentru proteoliză. Transcrierea începe la sfârșitul fazei S după replicarea ADN-ului, ca răspuns la fosforilarea factorilor de transcripție, cum ar fi NF-Y, FoxM1 și B-Myb, din complexele G1 și G1 / S ciclină-CDK din amonte.

Reglementare a activității ciclinei-B1 / CDK1 Editați

Nivelurile crescute ale ciclinei B1 determină creșterea nivelurilor de complexe ale ciclinei B1-CDK1 în G2, dar complexul rămâne inactiv înainte de tranziția G2 / M datorită fosforilării inhibitoare de către Wee1 și kinazele Myt1. Wee1 este localizat în principal în nucleu și acționează pe site-ul Tyr15, în timp ce Myt1 este localizat pe suprafața exterioară a ER și acționează predominant pe site-ul Thr14.

Efectele Wee1 și Myt1 sunt contracarate de fosfataze în familia cdc25, care elimină fosfații inhibitori de pe CDK1 și astfel convertesc complexul ciclinei B1-CDK1 în forma sa complet activată, MPF.

Ciclina activă B1-CDK1 fosforilează și modulează activitatea Wee1 și a izoformelor Cdc25 A și C. În mod specific, fosforilarea CDK1 inhibă activitatea kinazei Wee1, activează activitatea fosfatazei Cdc25C prin activarea kinazei intermediare PLK1 și stabilizează Cdc25A. Astfel, CDK1 formează o buclă de feedback pozitiv cu Cdc25 și o buclă de feedback negativă dublă cu Wee1 (în esență, o buclă de feedback pozitiv net).

Feedback pozitiv și activare de tip switchEdit

Aceste bucle de feedback pozitiv codifică un comutator isteretic bistabil în activitatea CDK1 relativ la nivelurile ciclinei B1 (vezi figura). Acest comutator este caracterizat de două echilibre stabile distincte pe o regiune bistabilă a concentrațiilor de ciclină B1. Un echilibru corespunde interfazei și se caracterizează prin inactivitatea Cyclin-B1 / CDK1 și Cdc25 și un nivel ridicat de activitate Wee1 și Myt1. Celălalt echilibru corespunde fazei M și se caracterizează printr-o activitate ridicată a ciclinei B1 / CDK1 și Cdc25 și o activitate scăzută Wee1 și Myt1. În intervalul de bistabilitate, starea unei celule depinde dacă a fost anterior în fază interfață sau fază M: concentrația prag pentru intrarea în faza M este mai mare decât concentrația minimă care va susține activitatea fazei M odată ce o celulă a ieșit deja din interfază .

Oamenii de știință au validat atât teoretic cât și empiric natura bistabilă a tranziției G2 / M. Modelul Novak-Tyson arată că ecuațiile diferențiale care modelează bucla de feedback cyclin-B / CDK1-cdc25-Wee1-Myt1 admit două echilibre stabile într-un interval de concentrații de ciclină-B. Experimental, bistabilitatea a fost validată prin blocarea sintezei ciclinei endogene B1 și titrarea celulelor interfazice și a fazei M cu concentrații variabile de ciclină B1 nedegradabilă.Aceste experimente arată că concentrația pragului pentru intrarea în faza M este mai mare decât pragul pentru ieșirea din faza M: defalcarea anvelopei nucleare are loc între 32-40 nm ciclină-B1 pentru celulele care ies din interfază, în timp ce nucleul rămâne dezintegrat la concentrații peste 16-24 nm în celule aflate deja în faza M. Acest comutator isteretic bistabil este necesar din punct de vedere fiziologic din cel puțin trei motive. În primul rând, tranziția G2 / M semnalează inițierea mai multor evenimente, cum ar fi condensarea cromozomilor și defalcarea anvelopei nucleare, care schimbă semnificativ morfologia celulei și sunt viabile doar în celulele care se divid. Prin urmare, este esențial ca activarea ciclinei-B1 / CDK1 să aibă loc într-o manieră asemănătoare unui comutator; adică celulele ar trebui să se așeze rapid într-o stare discretă de fază M după tranziție și nu ar trebui să persiste într-un continuum de stări intermediare (de exemplu, cu un anvelopă nucleară parțial descompusă). Această cerință este satisfăcută de discontinuitatea bruscă care separă nivelurile de echilibru ale fazei M și ale fazei M ale activității CDK1; deoarece concentrația de ciclină-B crește dincolo de pragul de activare, celula trece rapid la echilibrul fazei M.

În al doilea rând, este vital ca tranziția G2 / M să aibă loc unidirecțional, sau doar o dată pe celulă ciclu Sistemele biologice sunt inerent zgomotoase și mici fluctuații ale concentrațiilor ciclinei B1 în apropierea pragului pentru tranziția G2 / M nu ar trebui să determine comutarea celulei înainte și înapoi între stările de fază și fazele M. Acest lucru este asigurat de natura bistabilă a comutatorului: după ce celula trece la starea de fază M, micile scăderi ale concentrației de ciclină B nu determină celula să revină la interfază.

În cele din urmă, continuarea ciclului celular necesită oscilații persistente în activitatea ciclinei-B / CDK1 pe măsură ce celula și descendenții săi trec în și din faza M. Feedback-ul negativ oferă un element esențial al acestei oscilații pe termen lung: ciclina-B / CDK activează APC / C, ceea ce determină degradarea ciclinei-B de la metafază încoace, restabilind CDK1 la starea sa inactivă. Cu toate acestea, buclele simple de feedback negativ conduc la oscilații amortizate care, în cele din urmă, se stabilesc pe o stare stabilă. Modelele cinetice arată că buclele de feedback negativ, împreună cu motivele de feedback pozitiv bistabil, pot duce la oscilații persistente, neamortizate (a se vedea oscilatorul de relaxare) de genul necesar ciclului celular pe termen lung.

Feedback pozitivEdit

Bucla de feedback pozitiv menționată mai sus, în care cyclin-B1 / CDK1 își promovează propria activare prin inhibarea Wee1 și Myst1 și activarea cdc25, nu include în mod inerent un „trigger” „Mecanism de inițiere a buclei de feedback. Recent, au apărut dovezi care sugerează un rol mai important pentru complexele ciclinei A2 / CDK în reglarea inițierii acestui comutator. Activitatea ciclinei A2 / CDK2 începe în faza S timpurie și crește în timpul G2. Cdc25B a fost s-a arătat că defosforilează Tyr15 pe CDK2 în G2 timpuriu-mijlociu într-un mod similar mecanismului CDK1 menționat anterior. Reglarea descendentă a ciclinei A2 în celulele U2OS întârzie activarea ciclinei-B1 / CDK1 prin creșterea activității Wee1 și scăderea activității Plk1 și Cdc25C. complexele ciclinei A2 / CDK nu funcționează strict ca activatoare ale ciclinei B1 / CDK1 în G2, deoarece CDK2 s-a dovedit a fi necesar pentru activarea activității punctului de control G2 independent de p53, poate printr-o fosforilare stabilizantă pe C dc6. Celulele CDK2 – / – au, de asemenea, niveluri aberant de ridicate de Cdc25A. Ciclina A2 / CDK1 s-a dovedit, de asemenea, că mediază distrugerea proteazomală a Cdc25B. Aceste căi sunt adesea dereglate în cancer.

Reglementarea spațială

Pe lângă aspectele bistabile și isteretice ale activării ciclinei B1-CDK1, reglarea localizării proteinei subcelulare contribuie, de asemenea, la G2 / M tranziție. Ciclina inactivă B1-CDK1 se acumulează în citoplasmă, începe să fie activată de cdc25 citoplasmatic și apoi este sechestrată rapid în nucleu în timpul profazei (deoarece este activată în continuare). La mamifere, translocația ciclinei B1 / CDK1 către nucleu este activată prin fosforilarea a cinci situri de serină pe situsul de retenție citoplasmatică al ciclinei B1 (CRS): S116, S26, S128, S133 și S147. În Xenopus laevis, ciclina B1 conține patru site-uri analoge de fosforilare a serinei CRS (S94, S96, S101 și S113) indicând faptul că acest mecanism este foarte conservat. Exportul nuclear este, de asemenea, inactivat prin fosforilarea semnalului de export nuclear (NES) al ciclinei B1. Regulatorii acestor site-uri de fosforilare sunt încă în mare parte necunoscuți, dar au fost identificați mai mulți factori, inclusiv kinazele extracelulare reglementate de semnal (ERK), PLK1 și CDK1 în sine. La atingerea unui anumit nivel prag de fosforilare, translocarea ciclinei B1 / CDK1 către nucleu este extrem de rapidă.Odată ajuns în nucleu, ciclina B1 / CDK1 fosforilează multe ținte în pregătirea pentru mitoză, inclusiv histona H1, lamine nucleare, proteine centrosomale și proteine asociate microtubulilor (MAP).

Localizarea subcelulară a cdc25 se schimbă de asemenea citozolul către nucleu în timpul profazei. Acest lucru se realizează prin îndepărtarea secvenței de localizare nucleară (NLS) -obscurând fosfații și fosforilarea semnalului de export nuclear. Se crede că transportul simultan al CDC25 și al ciclinei-B1 / CDK1 în nucleu amplifică natura tranziției de tip comutator prin creșterea concentrațiilor efective ale proteinelor.