Cyklin-dependentní kináza - Cyclin-dependent kinase
Cyklin-dependentní kináza | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identifikátory | |||||||||
EC číslo | 2.7.11.22 | ||||||||
Databáze | |||||||||
IntEnz | IntEnz pohled | ||||||||
BRENDA | Vstup BRENDA | ||||||||
EXPASY | Pohled NiceZyme | ||||||||
KEGG | Vstup KEGG | ||||||||
MetaCyc | metabolická cesta | ||||||||
PRIAM | profil | ||||||||
PDB struktur | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
|


Cyklin-dependentní kinázy (CDK) jsou rodiny proteinové kinázy poprvé objeveny pro jejich roli při regulaci buněčný cyklus. Podílejí se také na regulaci transkripce, zpracování mRNA a diferenciace nervových buněk.[1] Jsou přítomny ve všech známých eukaryoty a jejich regulační funkce v buněčném cyklu byla evolučně zachována. Ve skutečnosti, droždí buňky mohou normálně proliferovat, když je jejich gen CDK nahrazen homologním lidským genem.[1][2] CDK jsou relativně malé proteiny s molekulovou hmotností v rozmezí od 34 do 40 kDa a obsahují o něco více než kinázová doména.[1] Podle definice se CDK váže na regulační protein zvaný a cyklin. Bez cyklinu má CDK malou kinázovou aktivitu; pouze komplex cyklin-CDK je aktivní kináza, ale její aktivitu lze obvykle dále modulovat fosforylace a další vazebné proteiny p27. CDK fosforylují své substráty na seriny a threoniny, takže jsou serin-threoninkinázy.[1] The konsensuální sekvence pro fosforylační místo v aminokyselina sekvence substrátu CDK je [S / T *] PX [K / R], kde S / T * je fosforylovaný serin nebo threonin, P je prolin, X je jakákoli aminokyselina, K je lysin a R je arginin.[1]
Typy
CDK | ! Cyklinový partner | Funkce | Fenotyp delece u myší |
---|---|---|---|
Cdk1 | Cyklin B | M fáze | Žádný |
CDK2 | Cyklin E | Přechod G1 / S | Zmenšená velikost, udělená proliferace nervových progenitorových buněk. Životaschopné, ale muži i ženy sterilní. |
CDK2 | Cyklin A | S fáze, G2 fáze | |
CDK3 | Cyklin C. | Fáze G1? | Bez závad. Životaschopné, plodné. |
CDK4 | Cyclin D | Fáze G1 | Snížená velikost, diabetes s nedostatkem inzulínu. Životaschopný, ale mužský i ženský neplodný. |
CDK a cykliny v buněčném cyklu
Většina známých komplexů cyklin-CDK reguluje postup skrz buněčný cyklus. Živočišné buňky obsahují alespoň devět CDK, z nichž čtyři, CDK1, 2, 3 a 4, jsou přímo zapojeny do regulace buněčného cyklu.[1] V savčích buňkách může samotný buněčný cyklus řídit CDK1 se svými partnery cyklinem A2 a Bl.[4] Další, CDK7, je nepřímo zapojen jako kináza aktivující CDK.[1] Cyklin-CDK komplexy fosforylují substráty vhodné pro konkrétní fázi buněčného cyklu.[3] Komplexy cyklin-CDK dřívější fáze buněčného cyklu pomáhají aktivovat komplexy cyklin-CDK v pozdější fázi.[1]
Fáze | Cyklin | CDK |
---|---|---|
G0 | C | CDK3 |
G1 | D, E | Cdk4, Cdk2, Cdk6 |
S | A, E | CDK2 |
G2 | A | Cdk2, Cdk1 |
M | B | Cdk1 |
Druh | název | Původní název | Velikost (aminokyseliny) | Funkce |
---|---|---|---|---|
Saccharomyces cerevisiae | Cdk1 | Cdc28 | 298 | Všechny fáze buněčného cyklu |
Schizosaccharomyces pombe | Cdk1 | Cdc2 | 297 | Všechny fáze buněčného cyklu |
Drosophila melanogaster | Cdk1 | Cdc2 | 297 | M |
CDK2 | Cdc2c | 314 | G1 / S, S, případně M | |
CDK4 | Cdk4 / 6 | 317 | G1, podporuje růst | |
Xenopus laevis | Cdk1 | Cdc2 | 301 | M |
CDK2 | 297 | S, případně M | ||
Homo sapiens | Cdk1 | Cdc2 | 297 | M |
CDK2 | 298 | G1, S, případně M | ||
CDK4 | 301 | G1 | ||
CDK6 | 326 | G1 |
Seznam CDK s jejich regulačním proteinem, cyklinem nebo jinými:
- CDK1; cyklin A, cyklin B
- CDK2; cyklin A, cyklin E
- CDK3; cyklin C.
- CDK4; cyklin D1, cyklin D2, cyklin D3
- CDK5; CDK5R1, CDK5R2. Viz také CDKL5.
- CDK6; cyklin D1, cyklin D2, cyklin D3
- CDK7; cyklin H
- CDK8; cyklin C.
- CDK9; cyklin T1, cyklin T2a, cyklin T2b, cyklin K.
- CDK10
- CDK11 (CDC2L2 ) ; cyklin L.
- CDK12; cyklin L.
- CDK13 (CDC2L5 ) ; cyklin L.
Regulace činnosti
Hladiny CDK zůstávají po celý buněčný cyklus relativně konstantní a většina regulace je posttranslační. Většina znalostí struktury a funkce CDK je založena na CDK z S. pombe (Cdc2), S. cerevisiae (CDC28) a obratlovců (CDC2 a CDK2). Čtyři hlavní mechanismy regulace CDK jsou vazba cyklinu, Dort fosforylace, regulační inhibiční fosforylace a vazba CDK inhibičních podjednotek (CKI).[5]
Vazba cyklinů
The Aktivní stránky nebo ATP-vazebné místo všech kináz je rozštěp mezi malým amino-terminálním lalokem a větším karboxy-terminálním lalokem.[1] Struktura lidského Cdk2 odhalila, že CDK mají modifikované ATP-vazebné místo, které lze regulovat vazbou cyklinu.[1] Fosforylace kinázou aktivující CDK (CAK) na Thr 161 na T-smyčce zvyšuje aktivitu komplexu. Bez cyklinu byla flexibilní smyčka nazývána aktivační smyčka nebo T-smyčka blokuje rozštěp a poloha několika klíčových aminokyselinových zbytků není optimální pro vazbu ATP.[1] S cyklinem dvě alfa helixy mění polohu, aby umožnily vazbu ATP. Jeden z nich, spirála L12, která přichází těsně před T-smyčkou v primární sekvenci, se stává řetězcem beta a pomáhá změnit uspořádání T-smyčky, takže již neblokuje aktivní místo.[1] Druhá alfa spirála zvaná PSTAIRE spirála přeskupuje a pomáhá měnit polohu klíčových aminokyselinových zbytků v aktivním místě.[1]
Existuje značná specificita, ve které se cyklin váže na CDK.[3] Kromě toho vazba cyklinu určuje specificitu komplexu cyklin-CDK pro konkrétní substráty.[3] Cykliny mohou přímo vázat substrát nebo lokalizovat CDK do subcelulární oblasti, kde se substrát nachází. Substrátová specificita S cyklinů je udělena hydrofobní dávkou (se středem na sekvenci MRAIL), která má afinitu k proteinům substrátu, které obsahují hydrofobní RXL (nebo Cy) motiv. Cyklin B1 a B2 mohou lokalizovat Cdk1 do jádra a Golgi, respektive prostřednictvím lokalizační sekvence mimo oblast vázající CDK.[1]
Fosforylace

Úplný kináza aktivita vyžaduje aktivaci fosforylace na threonin sousedící s CDK Aktivní stránky.[1] Identita kinázy aktivující CDK (CAK), která provádí tuto fosforylaci, se v různých modelových organismech liší.[1] Načasování této fosforylace se také liší. V savčích buňkách dochází k aktivační fosforylaci po navázání cyklinu.[1] V kvasinkových buňkách se vyskytuje před vazbou na cyklin.[1] Aktivita CAK není regulována známými cestami buněčného cyklu a vazba cyklinu je limitujícím krokem pro aktivaci CDK.[1]
Na rozdíl od aktivační fosforylace je pro regulaci buněčného cyklu životně důležitá inhibiční fosforylace CDK. Jejich stav fosforylace regulují různé kinázy a fosfatázy. Jednou z kináz, které umisťují tyrosin fosfát, je Wee1, kináza konzervovaná u všech eukaryot.[1] Štěpné droždí také obsahuje druhou kinázu Mikl, která může fosforylovat tyrosin.[1] Obratlovci obsahují jinou druhou kinázu zvanou Myt1, která souvisí Wee1 ale může fosforylovat jak threonin, tak tyrosin.[1] Fosfatázy z Cdc25 rodina defosforyluje jak threonin, tak tyrosin.[1]
Inhibitory CDK
A inhibitor cyklin-dependentní kinázy (CKI) je protein, který interaguje s komplexem cyklin-CDK a blokuje aktivitu kinázy, obvykle během G1 nebo v reakci na signály z prostředí nebo z poškozené DNA.[1] Ve zvířecích buňkách existují dvě hlavní rodiny CKI: INK4 rodina a CIP / KIP rodina.[1] Proteiny rodiny INK4 jsou přísně inhibiční a vážou monomery CDK. Krystalové struktury komplexů CDK6-INK4 ukazují, že vazba INK4 zkroutí CDK, aby narušila vazbu cyklinu a aktivitu kinázy. Proteiny rodiny CIP / KIP vážou jak cyklin, tak CDK komplexu a mohou být inhibiční nebo aktivační. Proteiny rodiny CIP / KIP aktivují komplexy cyklinu D a CDK4 nebo CDK6 zesílením tvorby komplexu.[1]
U kvasinek a Drosophila jsou CKI silnými inhibitory S- a M-CDK, ale neinhibují G1 / S-CDK. Během G1 vysoké úrovně CKI zabraňují výskytu událostí buněčného cyklu mimo pořadí, ale nebrání přechodu přes kontrolní bod Start, který je iniciován prostřednictvím G1 / S-CDK. Jakmile je zahájen buněčný cyklus, vede fosforylace časnými G1 / S-CDK k destrukci CKI a zmírňuje inhibici pozdějších přechodů buněčného cyklu. V savčích buňkách funguje regulace CKI odlišně. Savčí protein p27 (Dacapo v Drosophile) inhibuje G1 / S- a S-CDK, ale neinhibuje S- a M-CDK.[1]
Suk1 nebo Cks
CDK, které se přímo podílejí na regulaci buněčného cyklu, se sdružují s malými 9 až 13kilovými proteiny Dalton zvanými Suk1 nebo Cks.[3] Tyto proteiny jsou vyžadovány pro funkci CDK, ale jejich přesná role není známa.[3]Cks1 váže karboxylový lalok CDK a rozpoznává fosforylované zbytky. Může pomoci komplexu cyklin-CDK se substráty, které mají více fosforylačních míst, zvýšením afinity k substrátu.[3]
Aktivátory bez cyklinu
Virové cykliny
Viry mohou kódovat proteiny se sekvenční homologií k cyklinům. Jeden hodně studovaný příklad je K-cyklin (nebo v-cyklin) z viru herpes viru Kaposiho sarkomu (viz Kaposiho sarkom ), který aktivuje CDK6. Virové komplexy cyklin-CDK mají různé substrátové specificity a regulační citlivost.[6]
Aktivátory CDK5
Proteiny p35 a p39 aktivují CDK5. I když jim chybí homologie cyklinové sekvence, krystalové struktury ukazují, že p35 se složí podobným způsobem jako cykliny. Aktivace CDK5 však nevyžaduje fosforylaci aktivační smyčky.[6]
RINGO / Speedy
Proteiny bez homologie s rodinou cyklinů mohou být přímými aktivátory CDK.[7] Jednou rodinou takových aktivátorů je rodina RINGO / Speedy,[7] který byl původně objeven v Xenopus. Všech pět dosud objevených členů přímo aktivuje Cdk1 a Cdk2, ale komplex RINGO / Speedy-CDK2 rozpoznává jiné substráty než komplex cyklin A-CDK2.[6]
Dějiny
Leland H. Hartwell J. Hoonhorst, R. Timothy Hunt, a Paul M. Sestra obdržel 2001 Nobelova cena za fyziologii nebo medicínu pro jejich úplný popis cyklin a cyklin-dependentní kinázové mechanismy, které jsou ústřední pro regulaci buněčného cyklu.
Lékařský význam
CDK jsou považovány za potenciální cíl pro protinádorovou léčbu. Pokud je možné selektivně přerušit regulaci buněčného cyklu v rakovinných buňkách interferencí s působením CDK, buňka zemře. V současné době některé Inhibitory CDK jako seliciclib procházejí klinickými testy. Ačkoli byl původně vyvinut jako potenciální protinádorový lék, seliciclib se také osvědčil apoptóza v neutrofilní granulocyty, které zprostředkovávají zánět.[8] To znamená, že nová léčiva pro léčbu chronický zánětlivá onemocnění, jako je artritida a cystická fibróza mohl být vyvinut.
Flavopiridol (alvocidib ) je prvním inhibitorem CDK, který byl testován v klinických studiích poté, co byl identifikován při screeningu protinádorových látek v roce 1992. Soutěží o místo ATP u CDK.[9] Palbociclib a abemaciclib byly schváleny pro léčbu hormonálního receptoru (estrogenový receptor / progestogenový receptor) exprimujícího metastatický karcinom prsu v kombinaci s endokrinní terapií.[10][11]
Je však zapotřebí dalšího výzkumu, protože narušení dráhy zprostředkované CDK má potenciálně vážné důsledky; zatímco inhibitory CDK se zdají slibné, je třeba určit, jak lze omezit vedlejší účinky, aby byly ovlivněny pouze cílové buňky. Jako takové nemoci jsou v současné době léčeny glukokortikoidy, které mají často závažné vedlejší účinky, by i menší úspěch znamenal zlepšení.[10]
Komplikace vývoje léku na CDK zahrnují skutečnost, že mnoho CDK není zapojeno do buněčného cyklu, ale jiné procesy, jako je transkripce, nervová fyziologie a homeostáza glukózy.[12]
Lék | Inhibice CDK |
---|---|
Flavopiridol (alvocidib ) | 1, 2, 4, 6, 7, 9 |
Olomoucine | 1, 2, 5 |
Roskovitin (Seliciclib ) | 1, 2, 5, 7, 9[13][14][15] |
Purvalanol | 1, 2, 5 |
Paullones | 1, 2, 5 |
Butryolakton | 1, 2, 5 |
Palbociclib | 4, 6 |
Thio /oxoflavopiridoly | 1 |
Oxindoly | 2 |
Aminothiazoly | 4 |
Benzokarbazoly | 4 |
Pyrimidiny | 4 |
Reference
- ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó str q r s t u proti w X y z aa ab Morgan DO (2007). Buněčný cyklus: Principy kontroly (1. vyd.). London: New Science Press. ISBN 978-0-87893-508-6.
- ^ Lee MG, sestra P (1987). "Komplementace použitá ke klonování lidského homologu genu pro štěpení kvasinkového buněčného cyklu cdc2". Příroda. 327 (6117): 31–5. Bibcode:1987 Natur.327 ... 31L. doi:10.1038 / 327031a0. PMID 3553962. S2CID 4300190.
- ^ A b C d E F G Morgan DO (1997). "Cyklin-dependentní kinázy: motory, hodiny a mikroprocesory". Roční přehled buněčné a vývojové biologie. 13: 261–91. doi:10.1146 / annurev.cellbio.13.1.261. PMID 9442875.
- ^ A b Satyanarayana A, Kaldis P (srpen 2009). „Regulace buněčného cyklu savců: několik Cdks, mnoho cyklinů a různé kompenzační mechanismy“. Onkogen. 28 (33): 2925–39. doi:10.1038 / dne 2009.170. PMID 19561645.
- ^ Morgan DO (březen 1995). "Zásady regulace CDK". Příroda. 374 (6518): 131–4. Bibcode:1995 Natur.374..131M. doi:10.1038 / 374131a0. PMID 7877684. S2CID 4323623.
- ^ A b C Nebreda AR (duben 2006). "Aktivace CDK pomocí necyklinových proteinů". Současný názor na buněčnou biologii. 18 (2): 192–8. doi:10.1016 / j.ceb.2006.01.001. PMID 16488127.
- ^ A b Mourón S, de Cárcer G, Seco E, Fernández-Miranda G, Malumbres M, Nebreda AR (srpen 2010). „K udržení kontrolního bodu sestavy vřetena je zapotřebí RINGO C“. Journal of Cell Science. 123 (Pt 15): 2586–95. doi:10,1242 / jcs.059964. PMID 20605920.
- ^ Rossi AG, Sawatzky DA, Walker A, Ward C, Sheldrake TA, Riley NA a kol. (Září 2006). „Inhibitory kinázy závislé na cyklinu zvyšují rozlišení zánětu podporou apoptózy zánětlivých buněk“. Přírodní medicína. 12 (9): 1056–64. doi:10,1038 / nm1468. PMID 16951685. S2CID 5875865.
- ^ Senderowicz AM (1999). „Flavopiridol: první inhibitor cyklin-dependentní kinázy v klinických studiích na lidech“. Investigational New Drugs. 17 (3): 313–20. doi:10.1023 / a: 1006353008903. PMID 10665481. S2CID 23551260.
- ^ A b „FDA uděluje Palbociclib zrychlené schválení pro pokročilou rakovinu prsu“. Národní onkologický institut. Citováno 2017-11-30.
- ^ Výzkum, Centrum pro hodnocení drog a. „Schválené léky - FDA schvaluje abemaciklib pro HR-pozitivní, HER2-negativní karcinom prsu“. www.fda.gov. Citováno 2017-11-30.
- ^ A b Sausville EA (2002). "Složitosti ve vývoji léků na inhibici cyklin-dependentních kináz". Trendy v molekulární medicíně. 8 (4 doplňky): S32-7. doi:10.1016 / s1471-4914 (02) 02308-0. PMID 11927285.
- ^ Kolodziej M, Goetz C, Di Fazio P, Montalbano R, Ocker M, Strik H, Quint K. Roskovitin má antiproliferativní a pro-apoptotické účinky na buněčné linie glioblastomu: pilotní studie. Onkologické zprávy. 2015 1. září; 34 (3): 1549-56.
- ^ Otyepka M, Bártová I, Kříž Z, Koča J. Různé mechanismy aktivace CDK5 a CDK2 odhalené dynamikou CDK5 / p25 a CDK2 / cyklin A. Journal of Biological Chemistry. 2006 17. března; 281 (11): 7271-81.
- ^ Singh R, Bhardwaj V, Das P, Purohit R. Přírodní analogy inhibující selektivní cyklin-dependentní kinázové proteinové izoformy: výpočetní perspektiva. J Biomol Struct Dyn [Internet]. 2019 6. prosince; 1. – 10. Dostupný z: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/07391102.2019.1696709
Další čtení
- Loyer P, Trembley JH, Katona R, Kidd VJ, Lahti JM (září 2005). "Role komplexů CDK / cyklin v transkripci a RNA sestřihu". Mobilní signalizace. 17 (9): 1033–51. doi:10.1016 / j.cellsig.2005.02.005. PMID 15935619.
externí odkazy
- Cyklin-závislé + kinázy v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)
- ES 2.7.11.22
- KEGG - Lidský buněčný cyklus