Войти
| Циклинзависимая киназа | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер EC | 2.7.11.22 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | BRENDA entry | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | KEGG entry | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
Третичная структура человеческого Cdk2, определенная с помощью рентгеновской кристаллографии. Как и другие протеинкиназы, Cdk2 состоит из двух долей: меньшей аминоконцевой доли (вверху), которая состоит в основном из бета-листа и спирали PSTAIRE, и большой карбоксиконцевой доли (внизу), которая в основном состоит из альфа спирали. Субстрат АТФ показан в виде шарообразной модели, расположенной глубоко в щели активного центра между двумя долями. Фосфаты ориентированы наружу, к устью щели, которая заблокирована в этой структуре Т-образной петлей (выделена зеленым). (PDB 1hck) 
Схема клеточного цикла. внешнее кольцо: I = Interphase, M = Mitosis ; внутреннее кольцо: M = митоз; G1 = Промежуток между фазой 1 ; S = Синтез ; G2 = Gap-фаза 2.Циклинзависимые киназы (CDK ) - это семейства протеинкиназ, впервые обнаруженные благодаря их роли в регуляции клеточный цикл. Они также участвуют в регуляции транскрипции, процессинга мРНК и дифференцировки нервных клеток. Они присутствуют во всех известных эукариотах, и их регуляторная функция в клеточном цикле эволюционно сохранена. Фактически, дрожжевые клетки могут нормально пролиферировать, когда их ген CDK заменен гомологичным геном человека. CDK - это относительно небольшие белки с молекулярной массой от 34 до 40 кДа, содержащие немногим больше, чем киназный домен. По определению, CDK связывает регуляторный белок, называемый циклин. Без циклина CDK имеет небольшую киназную активность; только комплекс циклин-CDK является активной киназой. CDK фосфорилируют свои субстраты по серинам и треонинам, поэтому они представляют собой серин-треониновые киназы. Консенсусная последовательность для сайта фосфорилирования в аминокислотной последовательности субстрата CDK представляет собой [S / T *] PX [K / R], где S / T * представляет собой фосфорилированный серин или треонин, P представляет собой пролин, X представляет собой любую аминокислоту, K представляет собой лизин и R представляет собой аргинин.
| CDK | ! Партнер циклина | Функция | Делеционный фенотип у мышей |
|---|---|---|---|
| Cdk1 | Циклин B | M-фаза | Нет |
| Cdk2 | Циклин E | G1 / S переход | Уменьшение размера, что способствует пролиферации нервных клеток-предшественников. Жизнеспособны, но бесплодны как самцы, так и самки. |
| Cdk2 | Циклин A | фаза S, фаза G2 | |
| Cdk3 | Циклин C | фаза G1? | Дефектов нет. Жизнеспособный, плодородный. |
| Cdk4 | Циклин D | фаза G1 | Уменьшенный размер, инсулино-дефицитный диабет. Жизнеспособны, но бесплодны как по мужскому, так и по женскому признаку. |
Большинство известных комплексов циклин-CDK регулируют прохождение через клеточный цикл. Клетки животных содержат по крайней мере девять CDK, четыре из которых, CDK1, 2, 3 и 4, непосредственно участвуют в регуляции клеточного цикла. В клетках млекопитающих CDK1 вместе со своими партнерами циклином A2 и B1 по отдельности может управлять клеточным циклом. Другой, CDK7, косвенно участвует в качестве киназы, активирующей CDK. Комплексы циклин-CDK фосфорилируют субстраты, подходящие для конкретной фазы клеточного цикла. Комплексы циклин-CDK на более ранней фазе клеточного цикла помогают активировать комплексы циклин-CDK на более поздних стадиях.
| Фаза | Циклин | CDK |
|---|---|---|
| G0 | C | Cdk3 |
| G1 | D, E | Cdk4, Cdk2, Cdk6 |
| S | A, E | Cdk2 |
| G2 | A | Cdk2, Cdk1 |
| M | B | Cdk1 |
| Виды | Название | Исходное название | Размер (аминокислоты) | Функция |
|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae | Cdk1 | Cdc28 | 298 | Все стадии клеточного цикла |
| Schizosaccharomyces pombe | Cdk1 | Cdc2 | 297 | Все стадии клеточного цикла |
| Drosophila melanogaster | Cdk1 | Cdc2 | 297 | M |
| Cdk2 | Cdc2c | 314 | G1 / S, S, возможно M | |
| Cdk4 | Cdk4/6 | 317 | G1, способствует росту | |
| Xenopus laevis | Cdk1 | Cdc2 | 301 | M |
| Cdk2 | 297 | S, возможно M | ||
| Homo sapiens | Cdk1 | Cdc2 | 297 | M |
| Cdk2 | 298 | G1, S, возможно M | ||
| Cdk4 | 301 | G1 | ||
| Cdk6 | 326 | G1 |
Список CDK с их регуляторным белком, циклином или другим:
Уровни CDK остаются относительно постоянными на протяжении клеточного цикла, и большая часть регуляции является посттрансляционной. Большинство сведений о структуре и функции CDK основано на CDK S. pombe (Cdc2), S. cerevisiae (CDC28) и позвоночных (CDC2 и CDK2). Четырьмя основными механизмами регуляции CDK являются связывание циклина, фосфорилирование CAK, регуляторное ингибирующее фосфорилирование и связывание ингибирующих субъединиц CDK (CKI).
162>активный сайт или сайт связывания АТФ всех киназ представляет собой щель между небольшой долей на амино-конце и большей долей на карбокси-конце. Структура человеческого Cdk2 показала, что CDK имеют модифицированный сайт связывания АТФ, который может регулироваться связыванием циклина. Фосфорилирование CDK-активирующей киназой (CAK) по Thr 161 на Т-петле увеличивает активность комплекса. Без циклина гибкая петля, называемая активационной петлей или Т-петлей, блокирует щель, и положение нескольких ключевых аминокислотных остатков не является оптимальным для связывания АТФ. С циклином две альфа-спирали меняют положение, позволяя связываться с АТФ. Одна из них, спираль L12, которая идет непосредственно перед Т-петлей в первичной последовательности, становится бета-цепью и помогает перестроить Т-петлю, так что она больше не блокирует активный сайт. Другая альфа-спираль, называемая спиралью PSTAIRE, перестраивает и помогает изменить положение ключевых аминокислотных остатков в активном сайте.
Циклин связывается с CDK со значительной специфичностью. Кроме того, связывание циклина определяет специфичность комплекса циклин-CDK для конкретных субстратов. Циклины могут напрямую связывать субстрат или локализовать CDK в субклеточной области, где находится субстрат. Субстратная специфичность S-циклинов придается гидрофобной партией (с центром в последовательности MRAIL), которая имеет сродство к субстратным белкам, которые содержат гидрофобный мотив RXL (или Cy). Циклин B1 и B2 могут локализовать Cdk1 в ядре и Гольджи, соответственно, посредством последовательности локализации вне области связывания CDK.
Связывание циклина само по себе вызывает частичную активацию Cdks, но также и полную активацию требует активации фосфорилирования САК. В клетках животных CAK фосфорилирует субъединицу Cdk только после связывания циклина, как показано здесь. Бутонированные дрожжи содержат другую версию CAK, которая может фосфорилировать Cdk даже в отсутствие циклина, поэтому две стадии активации могут происходить в любом порядке. Полная активность киназы требует активирующей фосфорилирование по треонину, смежному с активным сайтом CDK. Идентичность CDK-активирующей киназы (CAK), которая выполняет это фосфорилирование, варьируется в зависимости от модельных организмов. Время этого фосфорилирования также варьируется. В клетках млекопитающих активирующее фосфорилирование происходит после связывания циклина. В дрожжевых клетках это происходит до связывания циклина. Активность САК не регулируется известными путями клеточного цикла, и связывание циклина является лимитирующим этапом для активации CDK.
В отличие от активации фосфорилирования, ингибирующее фосфорилирование CDK жизненно важно для регуляции клеточного цикла. Состояние фосфорилирования регулируют различные киназы и фосфатазы. Одной из киназ, которые размещают тирозинфосфат, является Wee1, киназа, консервативная у всех эукариот. Делящиеся дрожжи также содержат вторую киназу Mik1, которая может фосфорилировать тирозин. Позвоночные животные содержат другую вторую киназу, называемую Myt1, которая связана с Wee1, но может фосфорилировать как треонин, так и тирозин. Фосфатазы из семейства Cdc25 дефосфорилируют как треонин, так и тирозин.
A ингибитор циклин-зависимой киназы (CKI) представляет собой белок, который взаимодействует с циклином- Комплекс CDK блокирует активность киназы, обычно во время G1 или в ответ на сигналы из окружающей среды или от поврежденной ДНК. В клетках животных существует два основных семейства CKI: семейство INK4 и семейство CIP / KIP. Белки семейства INK4 строго ингибируют и связывают мономеры CDK. Кристаллические структуры комплексов CDK6-INK4 показывают, что связывание INK4 перекручивает CDK, искажая связывание циклина и активность киназы. Белки семейства CIP / KIP связывают как циклин, так и CDK комплекса и могут быть ингибирующими или активирующими. Белки семейства CIP / KIP активируют комплексы циклина D и CDK4 или CDK6, усиливая образование комплексов.
У дрожжей и дрозофилы CKI являются сильными ингибиторами S- и M-CDK, но не ингибируют G1 / S-CDK.. Во время G1 высокие уровни CKI предотвращают нарушение порядка событий клеточного цикла, но не препятствуют переходу через контрольную точку Start, которая инициируется через G1 / S-CDK. Как только клеточный цикл инициирован, фосфорилирование ранними G1 / S-CDK приводит к разрушению CKI, снимая ингибирование более поздних переходов клеточного цикла. В клетках млекопитающих регуляция CKI работает иначе. Белок p27 млекопитающих (Dacapo у Drosophila) ингибирует G1 / S- и S-CDK, но не ингибирует S- и M-CDK.
CDK, непосредственно участвующие в регуляция клеточного цикла связана с небольшими белками размером от 9 до 13 килодальтон, называемыми Suk1 или Cks. Эти белки необходимы для функции CDK, но их точная роль неизвестна. Cks1 связывает карбоксильную долю CDK и распознает фосфорилированные остатки. Это может помочь комплексу циклин-CDK с субстратами, которые имеют несколько сайтов фосфорилирования, за счет увеличения сродства к субстрату.
Вирусы могут кодировать белки с последовательностью гомологий циклинам. Одним из хорошо изученных примеров является K-циклин (или v-циклин) из вируса герпеса саркомы Капоши (см. саркома Капоши ), который активирует CDK6. Комплексы вирусный циклин-CDK обладают различной субстратной специфичностью и чувствительностью к регуляции.
Белки p35 и p39 активируют CDK5. Хотя у них отсутствует гомология последовательностей циклинов, кристаллические структуры показывают, что p35 укладывается таким же образом, как и циклины. Однако активация CDK5 не требует фосфорилирования петли активации.
Белки, не гомологичные семейству циклинов, могут быть прямыми активаторами CDK. Одно из семейств таких активаторов - это семейство RINGO / Speedy, которое первоначально было обнаружено у Xenopus. Все пять членов, обнаруженных до сих пор, непосредственно активируют Cdk1 и Cdk2, но комплекс RINGO / Speedy-CDK2 распознает субстраты, отличные от комплекса циклин A-CDK2.
Leland H. Hartwell, J. Хунхорст, Р. Тимоти Хант и Пол М. Нерс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2001 года за полное описание циклина и механизмов циклинзависимой киназы., которые играют центральную роль в регуляции клеточного цикла.
CDK считаются потенциальной мишенью для противораковых препаратов. Если можно избирательно прервать регуляцию клеточного цикла в раковых клетках, вмешиваясь в действие CDK, клетка погибнет. В настоящее время некоторые ингибиторы CDK, такие как селициклиб, проходят клинические испытания. Хотя изначально селициклиб был разработан как потенциальное противораковое лекарственное средство, доказано, что он также вызывает апоптоз в нейтрофильных гранулоцитах, которые опосредуют воспаление. Это означает, что могут быть разработаны новые лекарства для лечения хронических воспалительных заболеваний, таких как артрит и кистозный фиброз.
Флавопиридол (альвоцидиб ) является первым ингибитором CDK, который будет протестирован в клинических испытаниях после того, как был идентифицирован при скрининге противораковых агентов в 1992 году. Он конкурирует за сайт АТФ в CDK. Палбоциклиб и абемациклиб были одобрены для лечения гормонального рецептора (рецептор эстрогена / рецептора прогестагена), вызывающего метастатический рак молочной железы, в сочетании с эндокринной терапией.
Однако необходимы дополнительные исследования, поскольку нарушение CDK-опосредованного пути имеет потенциально серьезные последствия; Хотя ингибиторы CDK кажутся многообещающими, необходимо определить, как можно ограничить побочные эффекты, чтобы затронуть только клетки-мишени. Поскольку такие заболевания в настоящее время лечат с помощью глюкокортикоидов, которые часто имеют серьезные побочные эффекты, даже незначительный успех может привести к улучшению.
Осложнения разработки препарата CDK включают тот факт, что многие CDK не участвуют в клеточном цикле, но не участвуют в других процессах, таких как транскрипция, нервная физиология и гомеостаз глюкозы.
| Лекарственное средство | Ингибированные CDK |
|---|---|
| Флавопиридол (альвоцидиб ) | 1, 2, 4, 6, 7, 9 |
| оломоуцин | 1, 2, 5 |
| росковитин (селициклиб ) | 1, 2, 5, 7, 9 |
| 1, 2, 5 | |
| 1, 2, 5 | |
| 1, 2, 5 | |
| Палбоциклиб | 4, 6 |
| Тио / | 1 |
| 2 | |
| 4 | |
| 4 | |
| Пиримидины | 4 |
