Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 215
Текст из файла (страница 215)
В к»етках животных есть по крайней мере 10 различных циклинов (обозначаемых А, В и т. ц.) и как минимум восемь циклинзависимых протсипкиназ (С1)К1 — С()К8), которые работают в различных комбинациях на соответствующих фазах клеточного цикла. Растения также использусот семейство С()К лля регуляции деления клеток мсристемы корней и побегов — основных тканей, в которых происходит делснис.
В популяции животных клеток при синхронном делении наблюдаются колебания (осцилляции) активности некоторых С1)К (рис. 12-45). Эти колебания являются результатом регуляции активности С()К: фосфорилирования или дсфосфорилирования С()К, контролируемой деградации циклиновой субъелинццы, периодического синтеза С()-кинза и цпклинов и действия специфических, ингибирующих С1)К белков.
Обычно активны с С() К позволяют клетке войти в определенную стадию клеточного цикла. Регуляция СР-кинда посредством фосфорилирования. Активность СПК очень сильно зависит от фосфорилирования и лефосфорилирования двух ключевых остатков в белкс (рис. 12-4б, а). Фосфорилировапис Туг"' вблизи !Ч-конца делает С()К2 неактивнои; остаток ОР-Туг находится в АТР-связывающем цснтре киназы, и отрица- тельно заряженная фосфатная группа олокирус т вход АТР. Специфическая фосфатаза лсфосфорилпруст этот фосфотирозиновый остаток.
обеспечивая связывание АТР Фосфорилпроваиис Т]>г>сю в Т-петле С1)К, катализируелюе С()К- активпрующсй кипазой, вытесняет Т-пстлю из субстратсвязывающсй щели, делая возможными связывание субстрата и проявленис каталитпческой активности (рис. 12-44, в). Одним из стимулов, запускающих этот механизм регуляции, ящщется наличие однонптсвых разрывов ДНК, которые приводят к остановке клеточного цикла в фазе С2.
Специфическая протеипки паза (у дрожжей называется Нас13), активируемая олнонитевыми разрывами, запускает каскад, ведущий к инактивации фосфатазы, которая дефосфорилируст Суг>з в С1)К. СО-киназа остается неактивной, и клетка останавливается и фазе С2. Клетка не делится ло тех пор, пока ДНК не восстановится, и результаты действия каскада нс окажутся повернуты вспять. Контролируемая деградация циклина.
На протяжении клеточного цикла активность С1)К регулирует высокоспсцифический и рассчитанный во времени протсолитичсский распад митотичсских циклинов. Прохождение через митоз требует сначала активации, а потом деструкции циклинов А и В, которые активирук>т каталитичсску>о субъелиницу фазы М. Этп циклины содержат вблизи !Ч-конца последовательность Агй-Т!>г-А!а-(.сц-О!у-1!е-О!у-Аяп — блок деструкции», которь>й делает циклины мишенью для деградации.
(Термин «блок» (англ. Ьох) заимствован из общей практики представления послеловательности пуклеиновой кислоты или белка в виде лиаграммы, на которой в блок выделяют короткую последовательность пуклсотилных или амипокислотных остатков, обз>адаюпсих некоторой специфичсской функ- циси; при этом нс подразумевается никакой трехмерной структуры.) Белок 1)ВКР (от англ.
сгез1гпсг>оп Ьох тест>КптпК р>т>Се(п) узнает эту последовательность и инициирует процесс деградации циклпна, соединяя вместе циклпп и белок убиквитин. Циклин и актнвированный убиквитин связываются ковалептно с помощью фермента убиквитинлигазы (рис. 12-44, б). Затем присоединяк>тся несколько дополнительных молекул убиквптипа, давая сигнал про- Оз Комплекс цикдин-ССЗК цбраззтется, но фосфорилиронэиие по Тугс блокирует АТР-связывающий сайт; активность все еще отсутствует. Гр~ стэк "— — 1 ' ~дссцк О4 Фосфорилироээцие Тнгсээ вТ-цетлеи удаление фасфорильцой группы Туг" во много рьэ активирует цикдисьСТЗК.
Синтез циклицэ приводит к его накоплепи фосфоридирует фосфэтээу, рэя активирует еще больше кул СТЗК. О1 Цикдии отсутствуе СТЗК неактивна Р, ! г; — — — — — — — ь~ с 1!!! Фщ фэз1аа-ьФскфэгэээ'- лс) ~ ~ ~ ~ ( ~ '~ Ге ~ ~ (, «гм- спц От 1ЗВКР ээцускэет присоединение молекул убиквитинэ к цнклииу с помощью убиквитинлигээы.
оридируст Р активируя ~/ 'ш~ Цйкэия) (и)(:"ЯЯ Циклип Разлагается цротеасомой, оставляя СТЗК неактивной. Рис. 12-46. Регуляция СОК путем фосфорилирования и протеолиза. а) Циклинзависимая протеинкиназа (СВК), активированная во время митоза (фаза М), содержит Т-петлю, которая укладывается в субсгратсвязывающий сайт. Когда Тйги' в Т-петле фосфорилируется, петля выдвигается из субстратсвязывающего центра, многократно активируя СВК (стадия О4).
б) Активный комплекс циклии-СВК запускает процесс самоинактивации путем фосфорилироваиия ВВВР (белка, распознающего блок деструкции; стадия Ю). Затеи ВВЭР и убиквитинлигаза присоединяют несколько молекул убиквитииа (Щ к циклину (стадия Сб), делая его мишенью деструкции протеасомами — протеолитическими ферментными комплексами (стадия 'э'). тсолнтнческому ферментному колшлсксу, нлн протеасоме, деградировать цнклнн. Как регулируется время разрузпепия цнклнна? Цепь обратной связи црсклежннается лля всего процесса, изображенного на рнс.
12-46. Увеличение активности СВК активирует протеолнз цнклнна. Вновь синтезированный цнклнн связывается с СГ1К н активирует ее. СЛ-кнншза фосфорнлнруст н активирует Г)ВКР активный Г)ВКР вызывает протсолнз циктнна. Пониженная концентрация цнклина нызываст падение активности 12.11 Регуляция клеточного цикла протеинкиназаии (ббЗ] С Г) К, а активность Г) ВВР также умен ыпастся н результате меллешюго непрерывного лес)юсфоршнн ровання н инактннацин посредством (1ВКР-фосфатазы. Наконссс, уровень цнклнна восстанавливается путем синтеза новых молекул цнклц на.
Роль убиквнтнна н протеасом не ограничивается регуляцией уровня цнклнна; как мы уцыднм в гл. 27, опн принимают участие и мстабо:шамс и обновлении клеточных белков — процессах, фундаментальных лля поддержания жизненно важных клеточных функций. 1664] Часть1. 12. Бноснгнализация Регулируемьгй синтез СРК и цнклинов. Третий механизм изменения активности СРК заклю- чается в регуляции скорости синтсза циклина и (или) СРК. Например, циклин Р, циклин Е, СРК2 и СРК4 синтезируются, только когда для активации транскрипции соответствующих генов в ядре присутствует специфический фактор транскрипции Е2Е Синтез Е2Р в свою очередь регулируется внсклеточными сигналами, такими как факторы роста н цитокины (индукторы клеточного деления) — веществами, которые необходимы лля лсления клеток млекопитаюших в культуре.
Эти ростовыс факторы индуцируют синтез специфических ялерных факторов транскрипции, необходимых при продуцировании ферментов для синтеза ДН К. Факторы роста запускают фосфорилирование ядерных белков)нп н Роз — фак- Факгоры роста, цн сокнны МАРК каскад Фосфорнлнронанне 1цп н Гоз н ядре рссЗ'аяцяя раяскрнццн Фактор транскрипция Е2Г Цнкянцы, СЕЗКнназы регуаяцяя транскрипции енты арык 1!ерехол от С1- к Б-фазе Рис. 12-42. Регуляция клеточного деления факторамм роста.
Путь от ростовых факторов к клеточному делению проходит через ферментативный каскад, который активирует каскад МАРК фосфорнлнрованне ядерных факторов транскрипции Жп и Гоз н активность фактора транскрипции Е2Е который способствует синтезу нескольких ферментов, необходимых для синтеза ДНК. то)юв транскрипции, которые способствуют синтезу продуктов болыпого числа генов, в том числе цикаинов, СР-киназ и Е2Е В свою очередь Е2Р регулирует производство нескольких ферментов, необходимых 1шя синтсза дезоксинуклсотидов и ДНК, способствуя переходу клетки в фазу В (рис.
12-47). Ингибирование СРК. Наконец, специфические белковые ингибиторы связываются со специфическими СРК и инактивируют их. Одним нз таких белков является р21, который мы опишем ниже. Эти четыре рсгуляторных механизма ъюдулируют активность специфических СРК, которые в свою очередь определяют, будет клетка политься либо дифференцироваться, постоянно находиться в состоянии покоя или жс после периода покоя начнет новый цикл. Детали регуляции клеточного цикла (число различных циклинов, киназ и их комбинацийз) отличаются от вича к виду но общий механизм в основном сложился и сохранился в процессе эволюции всех эукариотических клеток.
СОК регулируют клеточное деление путем фосфорилированил важных белков Мы увидели, что клетки обеспечивают строгий контроль активности СРК. Но как активность СРК регулирует клеточный цикл? Список белков, известных как мишени действия СРК, продолжает расти, и еще многое предстоит узнать. Тем не менее мы можем представить себе обзций механизм регуляции СРК„проследив действие СРК на строение ламинина и мпозина и на активность белка ретинобластомы. Структура ядерной оболочки частично поддерживается высокоорганизованными сетями промежуточных филаментов, состоящих нз белка ламинина.
Разрушение ядерной оболочки перед расхождением сестринских хроматил в митозс в какой-то мере обусловлено фосфорилированием ламинина посредством СЕ1К, которое заставляет ламининовые филаменты деполимеризоваться. Второй мишенью киназы является приволимая в действие с помогцью АТР актомиозиновая сократительная система, которая пережимает делящуюся клетку, разделяя ее в процессе 12Л Регуляция клеточного цикла протеннхнназамн (665! цитокинсза на две равные части.
После деления клетки С1)-киназа фосфорнлирует небольшую рсгуляторную субъсдиницу миознна, вызывая отделение мпозина от актиновых филаментов и инактивируя сократительный механизм. Последующее дсфосфорилнрование позволяет вновь осу/цествить сборку сократительного аппарата для следующего раунда цитокинеза. Третьим и очень важным субстратом СГ)К является белок ретииобластомы рКЬ; когда обнаруживается повреждение ДНК, этот белок участвует в механизме, который останавливает деление клетки в фазе С1 (рис.
12-48). Названный от клеточной линии из опухоли сетчатки„ где он был открыл, рКЪ функционирует если нс во всех, то в болыпинстве клеток, регулируя клеточное деление в ответ на множество стимулов. Нефосфорилированный рКЬ связывается с фактором транскрипции Е2Г и после связывания с рНЪ Е2Г не может стимулировать транскрипцию группы генов, необходимых для синтеза ДНК (гены для ДНК-полимеразы о, рнбонуклеотидрсдуктазы и других белков; гл. 25).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
