О.И. Епифанова - Лекции о клеточном цикле (1129781), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Грибы Высшие растеиия Насекомые Человек сИ«2 р34 ©,Ь 63% гомологии с белкам 4' бь ХрашЬе + (().Веасо) (Р.Иигзе) Амфибии ХрамЬе Б.сеге»й(ае Гомологи сдс73 сдс2 — сдс28 Х.!аеий М-амалиям 6 -Ииклиаы 1 Рис.44. Общность молекулярно-генетического контроля размножения клеток у эукариотов: сФс2 (сФ«283, сФс!3 — шны дрожжей, колирующие белки, которые входят в состав МРР (объяснения в тексте). цирован Нерсом как продукт активности гена сс(с2уделящихся дрохокей Х ра!лЬе (рис. 44). Оказалось, что ему принадлежит центральная роль в регуляции деления.
Возрастание активности белка р34ое служит непременным условием прохождения дрожжевой клетки через точку «старт», а вторичное возрастание обязательно предшествует митозу. Одновременно в лаборатории Рида было показано, чтоаналогичная картина наблюдается при прохождении клеточного цикла у дрожжей Х сегет(е(ае, размножающихся почкованием, только в этом случае белок р34 является продуктом активности гена сНс28 — гомолога гена сас2 у Х ро!иЬе.
Неожиданным оказалось то, что белок р34оы одновременно представляет собой катал итическую субъедини цу МРР. Другая субъединица, получившая исходное название «циклин», представляет собой белок-инициатор, точнее, группу регуляторных белков с мол. массой около 60 кД, аккумулирующихся в клетке на протяжении интерфазы и деградирующих в митозе. Циклины были открыты при изучении синтеза белка в процессе развития яиц у морских ежей, червей, моллюсков„осетровых рыб и лягушек Хантом (Нипц Кембридж, Англия), который обнаружил, что они подвергаются интенсивному фосфорилированию перед каждым митозом. Эти циклины получили название митотических циклинов (А и В). Они были идентифицированы в лаборатории Нерса у дрожжей Ь'.
ротЬе как продукты активности гена Ыс!3, а у о. сегеииае выявлены лишь позднее, что связано с методическими трудностями при изучении почкующихся дрожжей. Однако именно у этого вида дрожжей Ридом и его сотрудниками были впервые найдены циклины, участвучошие в регуляции прохождения клетками через точку «стар~., или О,-циклины, обозначенные применительно к о. сегег!лие символами С!п1, С!п2,С!п3...,.. и т.д. Но самым поразительными и многообещающими можно считать данные о высокой степени филогенетической консервативности белка р34""" в клетках эукариотических организмов.
В опытах с применением моноклональных антител Мюрреем в лаборатории Киршнера было показано, что М РГ проявляет себя как гомолог киназы, фосфорилирующей гистон Н ! у млекопитающихх, и что клетки человека содержат продукт гена сг/с2 нли очень близкий гомолог. Так, протеинкиназа, выделенная из клеток линии Нейа, оказалась по меньшей мере на 63% идентична белку р34'"" у дрожжей о.
РотЬе, а последний — полностью идентичен субъединице МРР из яиц лягушки. В этом фундаментальном исследовании участвовали совместно и независимо Неро, Бич, Ньюпорт (Нейрон, Сан-Диего, США) и Маллер (Ма!!ег, Денвер, США). Близкая гомология регуляторных белков с р34" вскоре была выявлена у грибов, насекомых и высших растений. Так была постулирована общность молекулярно-генетических механизмов размножения клеток у эукариотов (подробнее см. Мюррей, Киршнер, 199!). Взаимодействие р34'~ы н цнклннов нрн вступлении клетки в матов Как уже было сказано, в процессе эмбрионального развития митотические циклины (А и В) аккумулируются в клетке иа протяжении интерфазы и в дальнейшем разрушаются в митозе, причем деградация циклина А опережает деградацию циклина В.
В лаборатории Киршнера был разработан метод получения экстрактов яиц лягушки, способных проходить несколько клеточных циклов в пробирке, что позволило установить особен- и1паре«з«м и««ерфвэа м Ф4Ф4ФЖ х«««ва««» де«ор«««« А ности флюктуации со- держания циклинов от пр р - одного цикла кдругому. Было показано, что в Ц«вен отличие от всех остальных белков, содержание которых нарастает равномерно с увеличением Б ыы массы эмбриона, уровень циклина осциллирует по принципу «зубцов пилы» (рис.
45А). Молекула р34'""' инертна на всем протяжении клеточного цикла, то есть не обладает протеинкиназной активностью. В начале цикла она мономерна и нефосфорилирована, но Рис. 45 (А) — осцилляции уровня постепеннофосфорилициклина в клеточных циклах экстрактов руется в периодах Я и яиц лягушки по принципу «зубцов пилы' С( Перед началом ми(ло Киршнеру и Ханту, 1989). М вЂ” митоз; тоза происходит физи- (Б) — соотношение уровня циклина и МРР на протяжении нескольких эмбрио- ческое взаимодействие «л«»р пальпых клеточных циклов лягушки. Р " '" с циклином, которое вызывает конфор- мационное изменение молекулы р34"а', способствующее ее дальнейшему фосфорилированию, главным образом, по остаткам тирозина и треонина.
Однако такой комплекс представляетсобой неактивную (латентную) форму МРГ (пре-МРР). Для активации МРР и вступления клетки в митоз необходимо дефосфорилирование р34мц по 15-му остатку тирозина и 14-му остатку треонина. В тоже время он должен оставаться фосфорилированным по 161-му остатку треонина (у дрожжей) или 167-му остатку треонина(у позвоночных). При этом активность МРГ возрастает перед митозом очень резко.
Соотношения уровней циклина и МРР на протяжении нескольких эмбриональных клеточных циклов яиц лягушки иллюстрирует рис. 45Б. Для завершения митоза необхо- Время Лагр нернеа дима деградация ци клинов А рееуанруееен и В под влиянием протеолитических ферментов, зависи- — Цняянн мых от убиквити нов — малых белковых молекул, активируюших протеолиз (см. К)пя ег а!., 1996). Следует подчеркнуть, что в действительности процесс активации-инактивации МРГ регулируется значительно более совершенным образом, а именно, тончайшим балан- Ннненна сом между активностью протеинки паз и фосфатаз с включением механизмов положи- Рис.46.
Выявление в и ет °вЂ” тельной и отрицательной об- ного ингибитора (1)ЧН), улержиннратной связи. Так, в лабора- юшего МРГ в неактипном состолтории Киршнера было обна- нни (по данным лаборатории кншружено (Зо)стоп ег а!., 1991), нева, !990-1991), что в этом процессе принимает участие негативный регулятор (1ХН), представляющий собой фосфатазу типа 2А.
В опытах на экстрактах яиц лягушки было показано, что внезапной активации МРГ всегда предшествует лаг-период, продолжительность которого не зависит от достижения пороговой концентрации циклина (рис. 46). Первоначально было высказано предположение, что 1НН дефосфорилирует циклин н удерживает его в неактивном состоянии до тех пор, пока потенциальная активность М РГ не станет такой, чтобы обеспечить все события митоза (разрушение ядерной оболочки, конденсацию хромосом, реорганизацию веретена деления и др,). В дальнейшем оказалось, что роль !ОН далеко не так однозначна, и что в активации МРГ принимают участие многочисленные регуляторные молекулы, причем особая роль в этом процессе принадлежит циклину А. Благодаря блестяшим исследованиям на развиваюшихся яйцах лягушки, выполненным, главным образом, в лаборатории Дорэ (е)огсе, Ренн, Франция), удалось воссоздать последовательность и взаимосвязь событий, предшествующих инициации митоза. Ее схематически иллюстрирует рис.
47. Неввтввныя (фесфвтввв) яре-мрр мир Рис.47. Участие циклинв А в активации МРР (по данным лаборатории Дора, !993). %ее!/Мйс1 — тирозинкинвзы (продукты генов дрожжей Х ромбе); Сдс2 — квтвлитяческая субъединица МРР (р34""'); С„М вЂ” периоды клеточного цикла (объяснения и тексте). Главным позитивным регулятором превращения неактивного пре-МРР в активный МРР является продукт одного из семейства генов сНс25 — тирозннфосфатаза, дефосфорилирующая р34""' по 15-му остатку тирозина и ! 4-му остатку треонина, оставляя при этом ! 61-й остаток треонина в фосфорилированном состоянии, что необходимо для прочной связи р34""' с цикпином. Превращению пре-МРР в МРР препятствует мошный заслон негативных регуляторов — тирозинкиназ %ее! и Мрк1.
Они активны только в дефосфорилированном состоянии, в котором их поддерживает уже известный нам !)в)Н. Их нейтрализацию путем фосфорилирования осушествляет циклин А, находяшийся в комплексе с р34""'. Этот комплекс активируется раньше, чем комплекс р34""'/циклин В; образно говоря, циклин А прокладывает путь циклину В, «навешивая» фосфор на регуляторные молекулы, препятствующие активации МРР. На самом же деле число молекул, тормозящих или стимулирующих переход О,-М, значительно больше, чем изображено на схеме. Это усиливает регуляционные возможности клетки в случае неполной готовности к митозу и в то же время способствует его правильному протеканию в нормальных условиях.
В свете новых данных существен но дополнились предста вления о функционировании автономного осциллятора в эмбриогенезе Х. !аеу!з (см. рис. 42). Помимо детального раскрытия активации МРГ и роли циклинов А и В в этом процессе, стало известно, что анти-МРР— это группа убиквитин-зависимых протеолитических ферментов, обеспечивающих разрушение циклинов и выход клетки из митоза. Изучена также природа цитостатического фактора СБР, одним из активных компонентов которого оказался продукт протоонкогена тот, способсз вующий блокированию клеток в метафазе второго мейоза зрелого ооцита, благодаря связыванию с кинетохорами (ууапа е! а1., 1994).
Другой компонент — МЕК, относящийся к категории МАР-киназ, препятствуетдегралации циклинов и, следовательно, завершению митоза (Ма!!ег, 1994), Действие обоих компонентов преодолевается при оплодотворении яйца. Роль циклинов и зависимьюс от ннх протеининааз (СОКв) в регуляции переходов 6,/6, н 6,/8 Как уже было сказано, прохождение точки «старт» и переход в Б-период у дрожжей зависит от активации генов сдг2 (у Х ротЬе) и сдс2В (у Ю. сегеилае), в результате чего образуются гетеромультимерные комплексьп содержащие белок р34"" и нестабильные регуляторные белки — 6,-циклины (С1пз), обнаруживающие ограниченную гомологию с митотическими циклинами.
Дальнейшие исследования показали, что у высших эукариотов, наряду с митотическим циклинами А и В, существуют также и О,-циклины, получившие в алфавитном порядке названия С, О, Е и т.д. Входящие с ними в комплекс протеинкиназы — гомологи белка р34'" — стали обозначать символом СОК (сус!!и-берепдеп1 Ыпаае), что отражает их тесную взаимозависимость с циклинами. В соответствии с этой терминологией, символ СОК1 у позвоночных соответствует символу СОС2 у дрожжей (рис. 48). Киназа СОК! образует комплексы с митотическими цнклинами, киназа СОК2 (гомолог киназы СОС2, мол.
масса 33 кД) — с циклинами А и Е, а близкие по гомологии киназы СОК4 и СОКб — с циклином О. Эти комплексы выполняют роль позитивных регуляторов клеточного цикла, в 1 сос г =СОК) сок г сок 4/б А,В Е (А) 0 О, - чиклины Иитетичеекие цнклины Рис.48. Циклины в комплексе с циклин-зависимыми киназами (СРК) (объяснения в тексте). Рис.49. Расположение комплексов СОК/цикл ин в клеточном цикле. М, Он Б, О, — периоды цикла, бт -состояние покоя, гпункт — пункт ограничения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
