Kinaza cyklinozależna 2 - Cyclin-dependent kinase 2
Kinaza zależna od cykliny 2 , znana również jako kinaza białkowa podziału komórki 2 lub Cdk2 jest enzymem, który u ludzi jest kodowany przez gen CDK2 . Białko kodowane przez ten gen jest członkiem kinazy zależnej od cykliny rodziny kinaz białkowych Ser / Thr . Ta kinaza białkowa jest bardzo podobna do produktów genów S. cerevisiae cdc28 i S. pombe cdc2, znanych również jako Cdk1 u ludzi. Jest to podjednostka katalityczna kompleksu kinazy zależnej od cyklin , której aktywność ogranicza się do fazy G1-S cyklu komórkowego , gdzie komórki wytwarzają białka niezbędne do mitozy i replikują swoje DNA. Białko to wiąże się i jest regulowane przez podjednostki regulatorowe kompleksu, w tym cyklinę E lub A . Cyklina E wiąże fazę G1 Cdk2, która jest wymagana do przejścia z fazy G1 do fazy S, podczas gdy wiązanie z cykliną A jest wymagane do przejścia przez fazę S. Jego aktywność regulowana jest również przez fosforylację . Opisano wiele wariantów alternatywnego splicingu i wiele miejsc inicjacji transkrypcji tego genu. Rola tego białka w przejściu G1-S była ostatnio kwestionowana, ponieważ doniesiono, że komórki pozbawione Cdk2 nie mają problemu podczas tej przemiany.
Zbywalność w normalnie funkcjonującej tkance
Oryginalne eksperymenty oparte na hodowli komórkowej wykazały zatrzymanie cyklu komórkowego przy przejściu G1-S wynikające z delecji Cdk2. Późniejsze doświadczenia wykazały, że delecje Cdk2 wydłużył G 1 fazy cyklu komórkowego w fibroblastach embrionów myszy. Jednak po tym okresie nadal weszły w fazę S i były w stanie ukończyć pozostałe fazy cyklu komórkowego. Po usunięciu Cdk2 u myszy zwierzęta pozostawały żywotne pomimo zmniejszenia wielkości ciała. Jednak funkcja mejotyczna zarówno samców, jak i samic myszy była zahamowana. Sugeruje to, że Cdk2 nie jest niezbędna dla cyklu komórkowego zdrowych komórek, ale jest niezbędna dla mejozy i reprodukcji. Komórki myszy z nokautem Cdk2 prawdopodobnie przechodzą mniej podziałów, co przyczynia się do zmniejszenia rozmiaru ciała. Komórki rozrodcze również przestają się dzielić w profazie mejozy, prowadząc do bezpłodności rozrodu. Obecnie uważa się, że Cdk1 kompensuje wiele aspektów delecji Cdk2, z wyjątkiem funkcji mejotycznej.
Mechanizm aktywacji
Kinaza zależna od cykliny 2 jest zbudowana z dwóch płatów. Płat rozpoczynający się na końcu N (płat N) zawiera wiele arkuszy beta, podczas gdy płat końca C (płat C) jest bogaty w helisy alfa. Cdk2 jest zdolny do wiązania wielu różnych cyklin, w tym cyklin A, B, E i prawdopodobnie C. Ostatnie badania sugerują, że Cdk2 wiąże się preferencyjnie z cyklinami A i E, podczas gdy Cdk1 preferuje cykliny A i B.
Cdk2 staje się aktywny, gdy białko cyklinowe (albo A lub E) wiąże się w miejscu aktywnym zlokalizowanym pomiędzy płatami N i C kinazy. Ze względu na lokalizację miejsca aktywnego, cykliny partnerskie oddziałują z obydwoma płatami Cdk2. Cdk2 zawiera ważną helisę alfa zlokalizowaną w płacie C kinazy, zwaną helisą C lub helisą PSTAIRE. Oddziaływania hydrofobowe powodują, że helisa C łączy się z inną helisą w aktywującej cyklinie. Aktywacja wywołuje zmianę konformacyjną, w której spirala obraca się i zbliża do płata N. Pozwala to kwasowi glutaminowemu znajdującemu się na helisie C utworzyć parę jonową z pobliskim łańcuchem bocznym lizyny. Znaczenie tego ruchu polega na tym, że przenosi łańcuch boczny Glu 51, który należy do triady reszt miejsc katalitycznych zachowanych we wszystkich kinazach eukariotycznych, do miejsca katalitycznego. Ta triada (Lys 33, Glu 51 i Asp 145) jest zaangażowana w orientację fosforanu ATP i koordynację magnezu i uważa się, że jest kluczowa dla katalizy. Ta zmiana konformacyjna przenosi również pętlę aktywacyjną do płata C, ujawniając miejsce wiązania ATP, które jest teraz dostępne dla nowych interakcji. Wreszcie reszta treoniny-160 jest eksponowana i fosforylowana, gdy segment aktywacji płata C jest wypierany z miejsca katalitycznego, a reszta treoniny nie jest już zawadą przestrzenną. Fosforylowana reszta treoniny zapewnia stabilność końcowej konformacji enzymu. Należy zauważyć, że podczas tego procesu aktywacji cykliny wiążące Cdk2 nie ulegają żadnej zmianie konformacyjnej.
Rola w replikacji DNA
Powodzenie procesu podziału komórek zależy od precyzyjnej regulacji procesów zarówno na poziomie komórkowym, jak i tkankowym. Złożone interakcje między białkami a DNA w komórce umożliwiają przekazanie genomowego DNA do komórek potomnych. Interakcje między komórkami a białkami macierzy zewnątrzkomórkowej umożliwiają włączanie nowych komórek do istniejących tkanek. Na poziomie komórkowym proces jest kontrolowany przez różne poziomy kinaz zależnych od cyklin (Cdk) i towarzyszących im cyklin. Komórki wykorzystują różne punkty kontrolne jako środek opóźniający progresję cyklu komórkowego, dopóki nie będą w stanie naprawić defektów.
CDK2 jest aktywny podczas G 1 i S fazy cyklu komórkowego, a więc działa jako G 1 -S faza regulacji punktu kontrolnego. Przed G 1 fazie poziomy z CDK4 i CDK6 wzrostu wraz z cyklina D. Pozwala to na częściowym fosforylacji Rb, i częściowej aktywacji E2F na początku G 1 fazie, która promuje cyklina E syntezy i zwiększenie aktywności CDK2. Na koniec G 1 fazy funkcjonowania CDK2 / cyklina E złożone osiągnięcia maksymalnej aktywności, a także odgrywa istotną rolę w zapoczątkowaniu fazy S. Inne białka nie Cdk również stają się aktywne w G 1 przemiany fazowej -S. Na przykład białka siatkówczaka (Rb) i p27 są fosforylowane przez kompleksy Cdk2 – cyklina A/E, całkowicie je dezaktywując. Pozwala to czynnikom transkrypcyjnym E2F na ekspresję genów, które promują wejście w fazę S, gdzie DNA ulega replikacji przed podziałem. Dodatkowo, NPAT, znany substrat kompleksu Cdk2-cyklina E, działa w celu aktywacji transkrypcji genu histonów po ufosforylowaniu. Zwiększa to syntezę białek histonowych (głównego składnika białkowego chromatyny), a następnie wspiera etap replikacji DNA w cyklu komórkowym. Wreszcie, pod koniec fazy S, proteasom ubikwityny rozkłada cyklinę E.
Proliferacja komórek rakowych
Chociaż Cdk2 jest w większości zbędny w cyklu komórkowym normalnie funkcjonujących komórek, ma kluczowe znaczenie dla nieprawidłowych procesów wzrostu komórek rakowych. Gen CCNE1 wytwarza cyklinę E, jednego z dwóch głównych partnerów wiążących białka Cdk2. Nadekspresja CCNE1 występuje w wielu komórkach nowotworowych, powodując, że komórki stają się zależne od Cdk2 i cykliny E. Nieprawidłową aktywność cykliny E obserwuje się również w rakach piersi, płuc, jelita grubego, żołądka i kości, a także w białaczce i chłoniaku. Podobnie, nieprawidłowa ekspresja cykliny A2 jest związana z niestabilnością chromosomów i proliferacją guza, podczas gdy hamowanie prowadzi do zmniejszonego wzrostu guza. W związku z tym CDK2 i jego partnerzy wiążący cyklinę stanowią możliwe cele terapeutyczne dla nowych leków przeciwnowotworowych. Modele przedkliniczne wykazały wstępny sukces w ograniczaniu wzrostu guza, a także zaobserwowano zmniejszenie skutków ubocznych obecnych leków chemioterapeutycznych.
Identyfikacja selektywnych inhibitorów Cdk2 jest trudna ze względu na skrajne podobieństwo między aktywnymi miejscami Cdk2 i innych Cdk, zwłaszcza Cdk1. Cdk1 jest jedyną istotną kinazą zależną od cykliny w cyklu komórkowym, a hamowanie może prowadzić do niezamierzonych skutków ubocznych. Większość kandydatów na inhibitory CDK2 celuje w miejsce wiązania ATP i można je podzielić na dwie główne podklasy: typ I i typ II. Inhibitory typu I kompetycyjnie celują w miejsce wiązania ATP w jego stanie aktywnym. Inhibitory typu II celują w CDK2 w stanie niezwiązanym, zajmując miejsce wiązania ATP lub hydrofobową kieszeń w kinazie. Uważa się, że inhibitory typu II są bardziej selektywne. Ostatnio dostępność nowych struktur krystalicznych CDK doprowadziła do identyfikacji potencjalnego allosterycznego miejsca wiązania w pobliżu helisy C. Inhibitory tego miejsca allosterycznego są klasyfikowane jako inhibitory typu III. Innym możliwym celem jest pętla T CDK2. Kiedy cyklina A wiąże się z CDK2, płat N-końcowy obraca się, aby aktywować miejsce wiązania ATP i zmienić pozycję pętli aktywacyjnej, zwanej pętlą T.
Inhibitory
Interpretacja symulacji dynamicznych i badania swobodnej energii wiązania ujawniły, że Ligand2 (z 17 wewnętrznie zsyntetyzowanych związków benzosuberenu skondensowanego z pirolonem (PBS)) ma stabilną i równoważną energię wolną do inhibitorów Flavopiridol, SU9516 i CVT-313. Ligand2 zbadany jako selektywny inhibitor CDK2 bez wiązania poza celem (CDK1 i CDK9) w oparciu o wydajność liganda i powinowactwo wiązania.
Znanymi inhibitorami CDK są p21Cip1 ( CDKN1A ) i p27Kip1 ( CDKN1B ).
Leki, które hamują Cdk2 i zatrzymują cykl komórkowy, takie jak GW8510 i eksperymentalny lek przeciwnowotworowy seliciclib , mogą zmniejszać wrażliwość nabłonka na wiele środków przeciwnowotworowych aktywnych w cyklu komórkowym, a zatem stanowią strategię zapobiegania łysieniu wywołanemu chemioterapią .
Ester metylowy kwasu rozmarynowego jest roślinnym inhibitorem Cdk2, który, jak wykazano, hamuje proliferację komórek mięśni gładkich naczyń i zmniejsza tworzenie nowej błony wewnętrznej naczynia w mysim modelu restenozy .
Zobacz także galerię PDB poniżej pokazującą interakcje z wieloma inhibitorami (w tym Purvalanolem B)
Regulacja genów
W komórkach melanocytowych ekspresja genu CDK2 jest regulowana przez czynnik transkrypcyjny związany z mikroftalmią .
Interakcje
Wykazano, że kinaza zależna od cyklin 2 wchodzi w interakcje z:
Bibliografia
Dalsza lektura
- Kaldis P, Aleem E (listopad 2005). „Rywalizacja rodzeństwa w cyklu komórkowym: Cdc2 vs. Cdk2” . Cykl komórkowy . 4 (11): 1491–4. doi : 10.4161/cc.4.11.2124 . PMID 16258277 .
- Moore NL, Narayanan R, Weigel NL (luty 2007). „Kinaza zależna od cykliny 2 i regulacja aktywności ludzkiego receptora progesteronu” . Sterydy . 72 (2): 202-9. doi : 10.1016/j.steroids.2006.11.025 . PKW 1950255 . PMID 17207508 .
Zewnętrzne linki
- Zależna od cykliny + kinaza + 2 w Narodowej Bibliotece Medycznej USA Nagłówki tematów medycznych (MeSH)
- Lokalizacja ludzkiego genu CDK2 w przeglądarce genomu UCSC .
- Szczegóły ludzkiego genu CDK2 w przeglądarce genomu UCSC .
