Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Циклин зависимые киназы (Cdk) - это клеточные машины, которые запускают события клеточного цикла и являются своеобразными часами этих событий. Кроме того, они выполняют функцию информационных процессоров, которые интегрируют внеклеточные и внутриклеточные сигналы для тонкой координации событий клеточного цикла. Изучение Cdk необходимо для понимания фундаментальных механизмов контроля клеточного цикла. Каталитическая активность Cdk обеспечивается высокоспецифичными сайтами связывания, что позволяет двум субстратам правильно расположиться относительно друг друга и произвести перенос фосфата АТФ на кислород ОН группы белка-субстрата. Типичная каталитическая субъединица чуть больше, чем минимальный протеинкиназный домен. Члены семейства Cdk состоят из примерно 300 остатков аминокислот. Из них 35-65% идентичны прототипу cdc2/cdc28.      Каталитические субъединицы Cdk не действуют в одиночку. Их способность включать события клеточного цикла полностью зависит от взаимодействия с циклиновыми субъединицами. Отсюда и происходит название cyclin dependent kinase. Хотя связывание с циклином и является определяющим, существуют дополнительные регуляторные субъединицы и протеин киназы, которые модулируют активность CDK, распознавание субстрата и субклеточную локализацию. Cdk определяются как белковые киназные каталитические субъединицы. Продукт cdc2 гена, р34, считается прототипом циклин-киназной единицы и служит эталоном для сравнения других циклин-киназ.      В регуляции клеточного цикла дрожжей участвует всего одна циклин зависимая киназа - р34. В разные периоды клеточного цикла она активируется присоединением соответствующего циклина и фосфорилирует специфические для этого периода субстраты (рис. 32). Видно, что периоды активностей Cdk перекрываются. У позвоночных открыто более десяти белков подобных cdc2/cdc28. Большинство Cdk являются некритическими регуляторами клеточного цикла. Лишь Cdk1 и Cdk2, структурные гомологи cdc2/cdc28, выполняют в нем главную роль. В настоящее время известно восемь циклинов, обозначаемых латинскими буквами от А до Н. Все циклины имеют общую последовательность длиной 100-150 аминокислотных остатков, называемую циклиновым боксом, которая необходима для связывания с CDK. На основании анализа кристаллической структуры циклин А1 состоит из двух компактных центральных доменов, каждый из которых представлен пятью спиралями, и двух дополнительных спиралей у С- и N-конца. Рис. 32. Движение по клеточному циклу определяется последовательной активацией различных комплексов циклин-CdK. Большинство из них - мишени активирующего действия онкогенов или ингибирующего действия опухолевых супрессоров. Эти данные позволяют предположить, что пятиспиральный домен является ядром всех циклинов. Циклин подобные домены имеют некоторые pRb белки (р35) и фактор транскрипции TFIIB.

Регуляция активности Cdk

Известно по крайней мере четыре механизма регуляции активности Cdk: 1. Первичный механизм активации - связывание с субъединицей циклина. 2. Полная активация  Сdk путем фосфорилирования с помощью циклин активирующей киназы      CAK (cyclin activating kinase) 3. Ингибирование активной Cdk путем связывания с регуляторной субъединицей CKI      (cyclin kinase inhibitor). 4. Ингибирование Cdk фосфорилированием ингибирующего сайта. Рассмотрим эти механизмы.1.Связывание с циклином. По определению, активация Cdk требует его связывания с циклином. На рис. 33 представлен такой комплекс. Ясно, что все Cdk не связывают все циклины, так как в их взаимодействии есть значительная специфичность. Биохимические свойства Cdk-циклин взаимодействия варьируют в различных комплексах. Некоторые комплексы, как например циклин В - Cdk1, циклин А - Cdk2 и циклин Е - Cdk2, взаимодействуют с высокой активностью в отсутствии каких-либо дополнительных компонентов или модификаторов. Другие, например циклин А - Cdk2 и циклин Н - Cdk7, не взаимодействуют до тех пор, пока субъединица Cdk не будет фосфорилирована по треониновому остатку. В необычных случаях требуется третья субъединица - Mat1. Рис. 33. Структура Cdk2-циклин А1-АТФ комплекса человека. Cdk2 расположена слева. Циклин А - справа. Т-петля обозначена черной стрелкой. Связывание Cdk2 и циклина А включает взаимодействие между спиралью PSTAIRE Cdk-2 и спиралями 3 и 5 циклина А, а также между спиралью N циклина А и С-терминальной областью Cdk2. Связывание циклина вызывает значительные конформационные изменения в Cdk2. Спираль 1.12 Т-петли расположена в ?-цепи, позволяя спирали PSTAIRE двигаться вовнутрь, чтобы корректировать расположение участка цепей, участвующих в ориентировке фосфата АТФ. Т-петля является уплощенной относительно ее позиции в мономере. 2.Активирующее фосфорилирование Cdk. Связывание циклина А с Cdk2 увеличивает киназную активность последней на несколько порядков. Это объясняется конформационными измененими Cdk. В основном изменения касаются Т-петли Cdk. В несвязанном состоянии Т-петля закрывает сайт связывания с белком-субстратом, что препятствует его взаимодействию с АТФ. Кроме того, небольшая спираль на конце петли (Helix L12) вызывает конформационные изменения АТФ-связывающего сайта, что не позволяет фосфату ориентироваться правильно относительно белка субстрата (Рис. 33). Образование циклин-киназного комплекса происходит благодаря взаимодействию спирали PSTAIRE киназы со спиралями 3 и 5 циклина, а также С-концевой доли киназы и спирали N циклина. При этом спираль L12 распрямляется и превращается в бета-складку, что позволяет спирали PSTAIRE переместиться ближе к АТФ связывающему центру. Перемещение спирали PSTAIRE исправляет конформацию АТФ - связывающего сайта, делая его активным, так как теперь фосфат ориентирован правильно. Кроме того, Т-петля выравнивается, становясь плоской, и сайт связывания с белком-субстратом становится доступным. Дополнительное фосфорилирование треонина-161 Т-петли CAK (cyclin activating kinase) приводит к дополнительной активации Cdk2 в 80-300 раз. Механизм этой активации следующий: фосфат треонина-161 встроен в катионный карман под Т-петлей и действует как центральный узел для сети водородных связей, стабилизирующих взаимодействие Cdk2 и циклина А. При этом Т-петля выравнивается в одной плоскости еще сильнее и приближается к циклину, что приводит к конформационным изменениям формы связывающего белок центра. Других конформационных изменений не происходит. Следовательно, фосфорилирование Cdk необходимо лишь для улучшения связывания с белковым субстратом.      К CAK (cyclin activating kinase) высших эукариот относится тримерный комплекс Cdk7-циклин Н-Mat1. Он способен связываться с TFIIH - фактором репарации, а также фактором транскрипции, участвующим в работе РНК полимеразы II. Активность Cdk7 не является регулятором клеточного цикла у позвоночных. 3 Ингибиторы Cdk. Существует два основных семейства CKI (cyclin kinase inhibitor) белков, осуществляющих ингибирование Cdk. Представители первого семейства Cip/Kip (CDK inhibitory protein) - р21, р27 и р57, ингибируют Cdk2 и Cdk4/6 циклиновые комплексы, осуществляя G1 и G1/S контроль. Представители второго семейства INK4 (inhipitor of kinase 4) - р15, р16, р18 и р19, узкоспецифичны для CDK4/6-цD комплексов и осуществляют аналогичные функции. Лучше всего изучена структура молекул семейства Cip/Kip. Эти белки содержат два мотива: короткий мотив на N-конце для связывания с циклином и более сложный сегмент у С-конца для связывания с CDK. Получена кристаллическая структура комплекса Cdk2-циклин А-р27. Структура р27, связанного с комплексом Cdk2-цА, представлена на рис. 34. Малая спираль на С-конце р27 помещается в центр связывания АТФ, чем и объясняется его ингибирующая активность. Рис. 34. Структура связи комплекса cdk2-циклин А1 с усеченным пептидом р27. Циклин А1 и cdk2 расположены как на рис. 33. Пептид р27 (затемнен) протянут через вершину комплекса, причем N-конец связан с циклином А1, а С-концевая область на некотором протяжении взаимодействует с субъединицей Сdk2, разрывая ?-складку малой доли и внедряя малую спираль в АТФ-связывающий сайт. Сdk2 в этом комплексе фосфорилирована киназой CAK по Thr160 Т-петли. Представленная структура иллюстрирует эффект фосфорилирования, что приводит к дальнейшему сплющиванию Т-петли относительно ее позиции в нефосфорилированном комплексе. Последовательности, близкие к циклин связывающим мотивам для р21 и р27, были найдены в факторе транскрипции E2F и pRb, которые взаимодействуют с циклином А. Таким образом, Cip/Kip, по-видимлму, ингибируют фосфорилирование этих субстратов, конкурируя с ними за связывание с циклином.      Как следует из функциональных особенностей CKI, их активация происходит, когда дальнейшее продолжение клеточного цикла нежелательно. Так, например, лишение клеток питательных веществ приводит к увеличению уровня р27, а внеклеточный ингибитор роста TGF- вызывает увеличение уровня р15. Повреждения ДНК активирует транскрипцию р21 под действием белка р53. Белок p21 способен ингибировать белок PCNA, принимающий участие в репликации ДНК. Таким образом, осуществляется остановка клетки в сверочной точке G1 фазы, что позволяет клетке репарировать повреждения ДНК.