Сик1
| Сик1 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Сик1 | ||
| Альт. символы | YLR079W, SDB25, SIC1_YEAST, ингибитор CDK p40 | ||
| ген NCBI | 850768 | ||
| ЮниПрот | P38634 | ||
| |||
Sic1, белок . , является стехиометрическим ингибитором [ 1 ] комплексов Cdk1 -Clb ( циклины B-типа ) в почкующихся дрожжах Saccharomyces cerevisiae . Поскольку комплексы циклин-Cdk1 B-типа являются драйверами инициации S-фазы , Sic1 предотвращает преждевременный переход в S-фазу. [ 2 ] многосайтовое фосфорилирование Считается, что Sic1 определяет время убиквитинирования и разрушения Sic1 и, как следствие, время входа в S-фазу. [ 3 ]
Контроль клеточного цикла
[ редактировать ]
В фазе G1 клеточного цикла Sic1 прочно связывается с комплексом Cdc28-Clb и ингибирует его. [ 4 ] Низкая активность Cdc28-Clb приводит к разборке митотического веретена , сборке пререпликативного комплекса и инициации образования почек у дрожжей.
В точке START дрожжевого клеточного цикла G1- циклины Cln3 , Cln1 и Cln 2 активируют Cdc28. Активированный комплекс будет фосфорилировать Sic1 по нескольким сайтам, что приводит к его деградации комплексом SCF . [ 5 ] Когда Sic1 разрушается, комплекс Cdc28-Clb больше не ингибируется, и клетка может войти в S/M-фазу. Таким образом, инактивация Sic1 необходима для перехода в S-фазу (рис.1).
Cdc28 в комплексе с циклином B-типа (Cdc28-Clb) фосфорилирует Swi5 , фактор транскрипции Sic1. Это способствует экспорту Swi5 из ядра в цитоплазму и позволяет избежать дальнейшей транскрипции ингибитора cdk. Cdc28-Clb также фосфорилирует все еще доступные молекулы Sic1 и запускает их убиквитин -зависимую деградацию, точно так же, как Cdc28-Cln. [ 4 ] Высокие уровни Cdc28-Clb также инициируют репликацию ДНК и дупликацию тел полюсов веретена (SPB). Затем метафазное веретено собирается и может произойти сегрегация хромосом . Транскрипция Sic1 начинается во время телофазы , опосредованная Swi5. Aca2 является еще одним фактором транскрипции Sic1, но остается неактивным до G1. [ 6 ] В конце митоза Sic1 участвует в инактивации Cdc28-Clb. [ 7 ]
Убиквитин-зависимая деградация
[ редактировать ]
Чтобы быть распознанным Cdc4 комплекса SCF , Sic1 должен быть фосфорилирован , часто комплексами Cyclin-Cdk, по крайней мере, в 6 из 9 сайтов cdk (рис. 2). [ 8 ] Sic1 также может фосфорилироваться другими киназами, такими как Pho85-Pc11 , киназа, которая становится необходимой, когда Cln1 и Cln2 отсутствуют. [ 9 ] Sic1 также играет роль в ответе на осмостресс. Активируемая стрессом протеинкиназа (SAPK) Hog1 фосфорилирует Sic1 по одному остатку на карбоксильном конце . Это приводит к снижению экспрессии циклина и стабилизации Sic1, что останавливает клеточный цикл. [ 10 ]
фосфорилирование
[ редактировать ]Sic1 необходимо фосфорилировать во многих сайтах для деградации, обусловленной убиквитинированием (рис. 2). Множественное фосфорилирование необходимо для привлечения Sic1 с помощью Cdc4 в комплекс SCF. [ 11 ] Механизм распознавания субстрата Cdc4 включает взаимодействие с консенсусными мотивами связывания на поверхности свернутого и фосфорилированного Sic1, так называемыми фосфодегронами Cdc4 (CPD). Было показано, что оптимальной консенсусной последовательностью для Cdc4 является фосфорилированный серин или треонин, за которым следуют пролин и основная аминокислота. Однако ни один из CPD на поверхности Sic1 не имеет такого состава. Следовательно, для достижения высокого сродства связывания с Cdc4 необходимо множественное фосфорилирование Sic1. [ 8 ] Хотя этот механизм выглядит неэффективным, он дает клетке преимущества, поскольку позволяет измерить концентрацию Cln/cdc28 в окружающей среде. Количество фосфорилированных сайтов соответствует концентрации Cln/cdc28, и Sic1 можно рассматривать как сенсор этого белка. В отличие от многих резких переходов петель обратной связи сверхчувствительных киназных каскадов, этот механизм позволяет точно настраивать регуляцию. [ 8 ] Более того, поскольку требуется множественное фосфорилирование, вероятность того, что Sic1 случайно деградирует, мала. Используя множественное фосфорилирование Sic1, клетка выработала стратегию жесткой регуляции начала репликации ДНК, что абсолютно необходимо для обеспечения генетической стабильности.
Упрощенное понимание регуляции деградации Sic1 включает фосфорилирование множественных сайтов CDK, которые состоят из оптимальных и субоптимальных консенсусных мотивов фосфорилирования. Недавние исследования, проведенные Койвомаги и соавт. выявили множество сложностей реакции мультифосфорилирования между комплексом циклин-CDK и белком Sic1. Эти исследования раскрывают важные характеристики сайтов фосфорилирования Sic1 CDK, которые включают сайты праймирования, сайты связывания, пары дегронов, расстояние между сайтами фосфорилирования и относительное расположение сайтов. Кроме того, исследования также подчеркивают влияние других факторов на фосфорилирование Sic1, включая Cks1 фосфосвязывающий карман Cdk1 , мотивы стыковки циклина и специфичность активного сайта . Все эти механизмы вносят вклад в динамику последовательности событий, приводящих к деградации Sic1 и инициации S-фазы . [ 12 ] [ 13 ]
Функция
[ редактировать ]является часто упускаемым из виду компонентом циклинового комплекса Cdk1, Помимо того, что Cks1 он имеет решающее значение для мультифосфорилирования и деградации Sic1. Фосфосвязывающий карман Cks1 способен независимо связываться с фосфорилированными сайтами CDK на Sic1. Кроме того, аффинность связывания Cks1 с фосфосеринами чрезвычайно слаба, что, по существу, делает связывание Cks1 зависимым только от присутствия фосфотреонинов. Таким образом, у мутантов Sic1 с одним сайтом фосфорилирования Cdk1 или наличием только фосфосеринов Cks1 не способен должным образом связываться с субстратом и способствовать мультифосфорилированию Sic1. Это дает веский аргумент в пользу механизма процессивного фосфорилирования вместо предыдущей теории модели случайного дистрибутивного фосфорилирования. [ 8 ] Помимо необходимости треонина, связывание Cks1 с Sic1 можно усилить введением остатка пролина в положение -2 относительно остатка треонина. [ 12 ] [ 13 ]
Позиционирование сайта
[ редактировать ]
Sic1 представляет собой молекулу с неупорядоченными участками, которая помогает манипулировать расстояниями сайтов фосфорилирования. Для следующих выводов Koivomagi et al. использовали конструкцию Sic1 с оптимальным консенсусным мотивом T33, действующим как первичный сайт фосфорилирования, и субоптимальным мотивом, действующим как вторичный сайт. [ 12 ] [ 13 ]
При ограничении наблюдений только дважды фосфорилированными конструкциями Sic1 наблюдался двухэтапный процесс фосфорилирования, где первым этапом было фосфорилирование первичного сайта. Однако для того, чтобы произошло фосфорилирование, вторичный сайт должен быть расположен ближе к С-концу белка относительно первичного сайта. Фосфорилирование вторичного сайта также чувствительно к позиционированию. Пиковые скорости фосфорилирования были обнаружены между аминокислотными расстояниями от +12 до +16, с отчетливым увеличением в диапазоне от +10 до +12 и постепенным снижением в диапазоне от +20 до +30. Введение остатка пролина -2 усиливает фосфорилирование как in vitro за счет расширения диапазона пиков фосфорилирования, но не увеличивает активность фосфорилирования на расстояниях менее +10. Это расширение диапазона пикового фосфорилирования, возможно, можно объяснить усилением связывания сайта прайминга с Cks1. [ 12 ] [ 13 ]
Простая конструкция Sic1, содержащая 5 остатков фосфорилирования (1 сайт прайминга и две пары фосфодегронов), показала, что любое незначительное перемещение сайта праймирования может оказывать существенное влияние на развитие клеточного цикла. Сайт праймирования должен находиться в диапазоне от +12 до +16 обоих остатков в паре фосфодегрона, чтобы максимизировать фосфорилирование. [ 12 ] [ 13 ]
Направленность
[ редактировать ]Фосфорилирование Sic1 инициируется циклинами G1, Cln1,2, а затем завершается циклинами S-фазы, Clb5,6 (рис. 1). Стыковочные мотивы циклина участвуют в динамике фосфорилирования Sic1. Циклины S-фазы используют стыковку RXL, тогда как циклины G1 используют стыковку LLPP. Фосфорилирование Sic1 увеличивается, когда мотив RXL Clb5 находится в положениях от +16 до +20 относительно оптимального мотива CDK. Позиционирование RXL, расположенного на N-конце мотива, приводило к незначительному фосфорилированию. Напротив, перемещение мотива LLPP от сайта прайминга увеличивает фосфорилирование Cln2, независимо от направленности. [ 12 ] [ 13 ]
Процессивность
[ редактировать ]
Cks1-зависимое мультифосфорилирование происходит процессивным или полупроцессивным образом, о чем свидетельствует отсутствие промежуточных состояний фосфорилирования Sic1 в нормальных клетках. Эта процессивность также зависит от присутствия сайта стыковки циклина, поскольку увеличение количества мутаций в этом сайте снижает чистую скорость фосфорилирования. Процессивное фосфорилирование имеет два возможных механизма, при которых одно событие связывания приводит к фосфорилированию двух или более сайтов. Первый механизм предполагает, что без диссоциации от ферментного комплекса первичный сайт фосфорилируется и немедленно перемещается из активного сайта в карман связывания Cks1, чтобы обеспечить дополнительное фосфорилирование других сайтов CDK. Второй механизм предполагает, что фосфорилированный первичный сайт связывается с другим местом и постоянно связывается, в то время как другие сайты CDK связываются с активным сайтом последовательным образом для мультифосфорилирования. Моделирование предсказывает, что вероятность второго события фосфорилирования после первого, без диссоциации, составляет 40% и 20-40% для первого и второго механизма соответственно. [ 12 ] [ 13 ]
Sic1 подвергается деградации с помощью SCF (Cdc4), который распознает пары фосфодегрона Sic1. Эти пары фосфодегронов представляют собой близко расположенные парные остатки фосфорилирования, каждый из которых имеет сильное сродство к Cdc4. В конструкции Sic1 с кластером S69/S76/S80 процессивное фосфорилирование этих пар фосфодегронов зависит от сайтов Cdk1. Процессивность Clb5 зависит от сайтов T5 и T33, тогда как процессивность Cln2 зависит от T5. Реинтродукция различных остатков привела к открытию остатка Т33, служащего местом стыковки пары фосфодегронов Т45/Т48, который способен в определенной степени способствовать деградации Sic1 в отсутствие других пар фосфодегронов. [ 12 ] [ 13 ]
Механизм
[ редактировать ]Ниже приводится механизм, предложенный Койвомаги и др. каскада in vivo, способствующего фосфорилированию и деградации Sic1.
В конце G1 Sic1 ингибирует комплекс Clb5-Cdk1, одновременно ингибируя собственную деградацию. Каскад фосфорилирования протекает путем фосфорилирования Cln2-Cdk1 сайта праймирования Т5. После этого остатки T33, T45 и S76 фосфорилируются с помощью Cln2-Cdk1, но пары дегронов не фосфорилируются. Однако эти фосфорилированные сайты усиливают стыковку Clb5-Cdk1, что приводит к усилению фосфорилирования Sic1 в субоптимальных сайтах и петле положительной обратной связи, при которой ингибирование Clb5-Cdk1 постоянно снижается, в то время как деградация Sic1 увеличивается. [ 12 ] [ 13 ]
Гомолог Sic1 у человека и болезней
[ редактировать ]Белок p27Kip1 является человеческим гомологом Sic1, оба имеют консервативный ингибирующий домен, [ 14 ] но p27Kip1 ингибирует циклины G1, а не циклин B.
Существует несколько заболеваний человека, связанных с p27Kip1 и другими ингибиторами циклинкиназы:
- Все папиллярные микрокарциномы (ПМК) щитовидной железы имеют более низкую экспрессию p27Kip1, чем нормальная ткань щитовидной железы. Кроме того, экспрессия p27Kip1 в более агрессивных метастазирующих папиллярных микрокарциномах сильно снижена по сравнению с неметастазирующими микрокарциномами. Эти результаты позволяют предположить, что p27Kip1 действует как супрессор опухоли . [ 15 ]
- Саркома Капоши — это тип рака, который появляется в сочетании со СПИДом и предположительно вызывается вирусом герпеса человека 8 (HHV8) . Этот вирус экспрессирует вирусный циклин , который образует комплекс с Cdk6. Этот комплекс KSHV-циклин-Cdk6 фосфорилирует и дестабилизирует p27Kip1, что приводит к низкому уровню p27Kip1. Это позволяет предположить, что деградация p27Kip1 связана с развитием опухолей. [ 16 ]
- Пациенты с аденокарциномой желудка ( раком желудка ) имеют более высокие шансы на выживание, если опухоль имеет высокую экспрессию p27Kip1. Низкая экспрессия p27Kip1 может привести к дедифференцировке опухоли, повышенному проникновению через стенку желудка, метастазам в лимфатические узлы и поздней стадии опухоли. [ 17 ]
Таким образом, ингибитор Cdk человека p27Kip1 является потенциальным белком-супрессором опухоли. Если его экспрессия снижается, результатом может стать нерегулируемый переход от G1 к S-фазе, что дерегулирует деление клеток и упрощает образование опухолей.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Швоб Э., Бём Т., Менденхолл, доктор медицинских наук, Нэсмит К. (октябрь 1994 г.). «Ингибитор циклинкиназы B-типа p40SIC1 контролирует переход G1 в S у S. cerevisiae». Клетка . 79 (2): 233–44. дои : 10.1016/0092-8674(94)90193-7 . ПМИД 7954792 . S2CID 34939988 .
- ^ Морган Д.О. (1997). Клеточный цикл: принципы управления . Лондон: New Science Press. стр. 200–1. ISBN 978-0-87893-508-6 .
- ^ Триподи Ф, Зинзалла В, Ванони М, Альбергина Л, Кокчетти П (август 2007 г.). «В клетках, инактивированных CK2, ингибитор циклин-зависимой киназы Sic1 участвует в остановке клеточного цикла до наступления S-фазы». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 359 (4): 921–7. дои : 10.1016/j.bbrc.2007.05.195 . ПМИД 17574209 .
- ^ Jump up to: а б Кросс Ф.Р., Шредер Л., Бин Дж.М. (июль 2007 г.). «Фосфорилирование ингибитора Sic1 циклинов B-типа в Saccharomyces cerevisiae не является необходимым, но способствует устойчивости клеточного цикла» . Генетика . 176 (3): 1541–55. дои : 10.1534/genetics.107.073494 . ЧВК 1931548 . ПМИД 17483408 .
- ^ Верма Р., Аннан Р.С., Хаддлстон М.Дж., Карр С.А., Рейнард Дж., Деше Р.Дж. (октябрь 1997 г.). «Фосфорилирование Sic1p с помощью G1 Cdk, необходимое для его деградации и перехода в S-фазу». Наука . 278 (5337): 455–60. Бибкод : 1997Sci...278..455V . дои : 10.1126/science.278.5337.455 . ПМИД 9334303 .
- ^ Тойн Дж.Х., Джонсон А.Л., Донован Дж.Д., Тун В.М., Джонстон Л.Х. (январь 1997 г.). «Транскрипционный фактор Swi5 Saccharomyces cerevisiae играет роль в выходе из митоза посредством индукции ингибитора cdk Sic1 в телофазе» . Генетика . 145 (1): 85–96. дои : 10.1093/генетика/145.1.85 . ПМЦ 1207787 . ПМИД 9017392 .
- ^ Кальсада А., Сакристан М., Санчес Э., Буэно А. (июль 2001 г.). «Cdc6 взаимодействует с Sic1 и Hct1, инактивируя митотические циклин-зависимые киназы». Природа . 412 (6844): 355–8. Бибкод : 2001Natur.412..355C . дои : 10.1038/35085610 . ПМИД 11460169 . S2CID 4410112 .
- ^ Jump up to: а б с д Нэш П., Тан Х, Орлики С., Чен К., Гертлер Ф.Б., Менденхолл М.Д., Сичери Ф., Поусон Т., Тайерс М. (ноябрь 2001 г.). «Мультисайтовое фосфорилирование ингибитора CDK устанавливает порог начала репликации ДНК». Природа . 414 (6863): 514–21. Бибкод : 2001Natur.414..514N . дои : 10.1038/35107009 . ПМИД 11734846 . S2CID 16924667 .
- ^ Нисидзава М., Кавасуми М., Фуджино М., Тох-е А. (сентябрь 1998 г.). «Фосфорилирование sic1, ингибитора циклин-зависимой киназы (Cdk), с помощью Cdk, включая киназу Pho85, необходимо для его быстрой деградации» . Молекулярная биология клетки . 9 (9): 2393–405. дои : 10.1091/mbc.9.9.2393 . ПМК 25506 . ПМИД 9725902 .
- ^ Эскоте X, Сапатер М, Клоте Дж, Посас Ф (октябрь 2004 г.). «Hog1 опосредует остановку клеточного цикла в фазе G1 за счет двойного нацеливания Sic1». Природная клеточная биология . 6 (10): 997–1002. дои : 10.1038/ncb1174 . ПМИД 15448699 . S2CID 19846318 .
- ^ Кокчетти П., Зинзалла В., Тедески Г., Руссо Г.Л., Фантинато С., Марин О., Пинна Л.А., Ванони М., Альбергина Л. (август 2006 г.). «Sic1 фосфорилируется CK2 по Ser201 в почкующихся дрожжевых клетках». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 346 (3): 786–93. дои : 10.1016/j.bbrc.2006.05.171 . ПМИД 16777072 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Кыйвомяги М, Орд М, Иофик А, Валк Е, Вента Р, Фаустова И, Киви Р, Балог ЭР, Рубин С.М., Луг М (декабрь 2013 г.). «Многосайтовые сети фосфорилирования как процессоры сигналов для Cdk1» . Структурная и молекулярная биология природы . 20 (12): 1415–24. дои : 10.1038/nsmb.2706 . ПМЦ 3855452 . ПМИД 24186061 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Кыйвомяги М, Валк Э, Вента Р, Иофик А, Лепику М, Балог ЭР, Рубин С.М., Морган Д.О., Луг М (октябрь 2011 г.). «Каскады многосайтового фосфорилирования контролируют разрушение Sic1 в начале S-фазы» . Природа . 480 (7375): 128–31. Бибкод : 2011Natur.480..128K . дои : 10.1038/nature10560 . ПМЦ 3228899 . ПМИД 21993622 .
- ^ Барберис М., Де Джоя Л., Руцене М., Сарно С., Кокчетти П., Фантуччи П., Ванони М., Альбергина Л. (май 2005 г.). «Ингибитор циклин-зависимой киназы дрожжей Sic1 и p27Kip1 млекопитающих являются функциональными гомологами со структурно консервативным ингибирующим доменом» . Биохимический журнал . 387 (Часть 3): 639–47. дои : 10.1042/BJ20041299 . ПМК 1134993 . ПМИД 15649124 .
- ^ Ху М.Л., Фриман Дж.Л., Виттерик И.Дж., Айриш Дж.К., Ротштейн Л.Е., Галлейн П.Дж., Аса С.Л. (март 2002 г.). «Недостаточная экспрессия p27/Kip в папиллярных микрокарциномах щитовидной железы с грубыми метастатическими поражениями» . Архив отоларингологии – хирургии головы и шеи . 128 (3): 253–7. дои : 10.1001/archotol.128.3.253 . ПМИД 11886339 .
- ^ Манн Д.Д., Чайлд Э.С., Суонтон С., Ламан Х., Джонс Н. (февраль 1999 г.). «Модуляция уровней p27 (Kip1) с помощью циклина, кодируемого герпесвирусом, ассоциированным с саркомой Капоши» . Журнал ЭМБО . 18 (3): 654–63. дои : 10.1093/emboj/18.3.654 . ПМЦ 1171158 . ПМИД 9927425 .
- ^ Нитти Д., Беллуко С., Маммано Е., Марше А., Амбрози А., Менкарелли Р., Сегато П., Лиз М. (декабрь 2002 г.). «Низкий уровень экспрессии белка p27 (Kip1) при аденокарциноме желудка связан с прогрессированием заболевания и плохим исходом». Журнал хирургической онкологии . 81 (4): 167–75, обсуждение 175–6. дои : 10.1002/jso.10172 . ПМИД 12451619 . S2CID 5877623 .