WikiDer > Sic1

Sic1
Sic1
Идентификаторы
СимволSic1
Альт. символыYLR079W, SDB25, SIC1_YEAST, ингибитор CDK p40
Ген NCBI850768
UniProtP38634

Sic1, а белок, представляет собой стехиометрический ингибитор[1] из Cdk1-Clb (Циклины B-типа) комплексы в почкующихся дрожжах Saccharomyces cerevisiae. Поскольку комплексы циклин-Cdk1 B-типа являются драйверами S-фаза инициации, Sic1 предотвращает преждевременный переход в S-фазу.[2] Мультисайт фосфорилирование of Sic1 считается временем Sic1 убиквитинирование и разрушение, и, соответственно, время входа в S-фазу.[3]

Контроль клеточного цикла

рисунок 1 На диаграмме показана роль Sic1 в ингибировании Clb5,6-Cdk1 и его полиубиквитинирование и разрушение, опосредованное фосфорилированием. Уничтожение допускает активность Clb5,6-Cdk1 и вход в S-фазу.

В фазе G1 клеточного цикла Sic1 прочно связывается с комплексом Cdc28-Clb и ингибирует его.[4] Низкая активность Cdc28-Clb приводит к разборке митотическое веретено, сборка пререпликативного комплекса и инициирование бутон образование в дрожжах.

На Точка отсчета в клеточном цикле дрожжей G1-циклины Cln3, Cln1 и ​​Cln 2 активируют Cdc28. Активированный комплекс будет фосфорилат Sic1 на нескольких сайтах, что приводит к его деградации из-за СКФ комплекс.[5] Когда Sic1 разрушается, комплекс Cdc28-Clb больше не ингибируется, и клетка может переходить в S / M-фазу. Таким образом, инактивация Sic1 необходима для перехода в S-фазу (рис.1).

Cdc28 в комплексе с B-типом циклин (Cdc28-Clb) фосфорилаты Swi5, то фактор транскрипции из Sic1. Это способствует экспорту Swi5 из ядро в цитоплазму и позволяет избежать дальнейшей транскрипции ингибитора cdk. Cdc28-Clb также фосфорилирует все доступные молекулы Sic1 и запускает их убиквитин-зависимая деградация, в точности как Cdc28-Cln.[4] Высокие уровни Cdc28-Clb также инициируют репликацию ДНК и дупликацию тел полюсов веретена (SPB). Тогда метафаза шпиндель собирает и сегрегация хромосом может случиться. Транскрипция Sic1 начинается во время телофаза, при посредничестве Swi5. Aca2 - еще один фактор транскрипции Sic1, но остается неактивным до G1.[6] В конце митоза Sic1 участвует в инактивации Cdc28-Clb.[7]

Убиквитин-зависимая деградация

Рис. 2 Первым этапом деградации Sic1 является его фосфорилирование с помощью Cdc28-Cln с последующей деградацией с помощью SCF.

Чтобы быть признанным Cdc4 СКФ комплекс, Sic1 должен быть фосфорилированный, часто с помощью комплексов Cyclin-Cdk, по крайней мере, на 6 из 9 сайтов cdk (Fig. 2).[8] Sic1 также может фосфорилироваться другими киназами, такими как Pho85-Pc11, киназа, которая становится существенной при отсутствии Cln1 и ​​Cln2.[9] Sic1 также играет роль в ответе на осмостресс. Стресс-активируемая протеинкиназа (SAPK) Hog1 фосфорилирует Sic1 по одному остатку в карбоксильный конец. Это приводит к подавлению экспрессии циклина и стабилизации Sic1, что останавливает клеточный цикл.[10]

Фосфорилирование

Sic1 должен быть фосфорилированный на нескольких сайтах для убиквитинированиедеградация, вызванная действием (рис. 2). Множественные фосфорилирования необходимы для того, чтобы Sic1 рекрутировался с помощью Cdc4 в комплекс SCF.[11] Механизм распознавания субстрата Cdc4 включает взаимодействие с консенсусными связывающими мотивами на поверхности свернутого и фосфорилированного Sic1, так называемых фосфо-дегронов Cdc4 (CPD). Было показано, что оптимальной консенсусной последовательностью для Cdc4 является фосфорилированная серин или треонин за которым следует пролин и основная аминокислота. Однако ни один из CPD на поверхности Sic1 не имеет такого состава. Следовательно, множественное фосфорилирование Sic1 необходимо для получения высокоаффинного связывания с Cdc4.[8] Хотя этот механизм выглядит неэффективным, он дает преимущества для клетки, поскольку позволяет измерять концентрацию Cln / cdc28 в окружающей среде. Количество фосфорилированных сайтов соответствует концентрации Cln / cdc28, и Sic1 можно рассматривать как сенсор для этого белка. В отличие от многих резких переходов петель обратной связи каскада сверхчувствительных киназ, этот механизм обеспечивает тонкую регулировку.[8] Более того, поскольку требуется множественное фосфорилирование, вероятность того, что Sic1 разлагается случайным образом, мала. Используя множественное фосфорилирование Sic1, клетка разработала стратегию строгой регуляции начала репликации ДНК, которая абсолютно необходима для обеспечения генетической стабильности.

Упрощенное понимание регуляции деградации Sic1 включает фосфорилирование множества сайтов CDK, которые состоят из оптимальных и субоптимальных согласованных мотивов фосфорилирования. Недавние исследования, проведенные Koivomagi et al. выявили множество тонкостей реакции мультифосфорилирования между комплексом циклин-CDK и белком Sic1. Эти исследования раскрывают важные характеристики сайтов фосфорилирования Sic1 CDK, которые включают сайты прайминга, сайты связывания, дегронные пары, расстояние между сайтами фосфорилирования и относительное расположение сайтов. Кроме того, исследования также подчеркивают влияние других факторов на фосфорилирование Sic1, включая Cks1 фосфо-связывающий карман, мотивы стыковки циклинов и Cdk1 специфика активного сайта. Все эти механизмы вносят вклад в динамику последовательности событий, ведущих к деградации Sic1 и инициированию S-фаза.[12][13]

Функция

Помимо того, что это часто упускаемый из виду компонент циклинового комплекса Cdk1, Cks1 критически важен 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 мала, что по существу делает связывание Cks1 зависимым только от присутствия фосфотреонинов. Таким образом, у мутантов Sic1 с одним сайтом фосфорилирования Cdk1 или присутствующими только фосфосеринами Cks1 неспособен должным образом связываться с субстратом и способствовать мультифосфорилированию Sic1. Это дает сильный аргумент в пользу механизма процессивного фосфорилирования вместо предыдущей теории модели случайного распределенного фосфорилирования.[8] Помимо треонина, связывание Cks1 с Sic1 может быть усилено введением остатка пролина в положение -2 относительно остатка треонина.[12][13]

Позиционирование сайта

Рис. 3 Белок Sic1 отличается разными белковыми цепями. Белок имеет неупорядоченные участки, что позволяет ему быть полезным инструментом при изучении участков фосфорилирования и манипулировании ими.

Sic1 - это молекула с неупорядоченными участками, которая помогает управлять расстояниями между сайтами фосфорилирования. Для следующих выводов Koivomagi et al. использовали конструкцию Sic1 с оптимальным консенсусным мотивом Т33, действующим как первичный сайт фосфорилирования, и субоптимальным мотивом, действующим как вторичный сайт.[12][13]

При ограничении наблюдений только дважды фосфорилированными конструкциями Sic1 наблюдался двухступенчатый процесс фосфорилирования, где первой стадией было фосфорилирование первичного сайта. Однако вторичный сайт должен быть расположен ближе к С-концу белка относительно первичного сайта, чтобы произошло фосфорилирование. Фосфорилирование вторичного сайта также чувствительно к позиционированию. Пиковые скорости фосфорилирования были обнаружены между аминокислотными расстояниями от +12 до +16, с явным 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 может быть связано с усиленным связыванием сайта прайминга с Cks1.[12][13]

Простая конструкция Sic1, содержащая 5 остатков фосфорилирования (1 сайт прайминга и две пары фосфодегронов), показала, что любое небольшое перемещение сайта прайминга может иметь значительные эффекты на прогрессию клеточного цикла. Сайт праймирования должен находиться в диапазоне от +12 до +16 для обоих остатков в паре фосфодегронов для максимального фосфорилирования.[12][13]

Направленность

Фосфорилирование Sic1 инициируется циклинами G1, Cln1,2, а затем завершается циклинами S-фазы, Clb5,6 (Рисунок 1). Докинг-мотивы циклина участвуют в динамике фосфорилирования Sic1. Циклины S-фазы используют стыковку RXL, в то время 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, привело к незначительному фосфорилированию. Напротив, перемещение мотива LLPP от сайта прайминга увеличивает фосфорилирование Cln2 независимо от направленности.[12][13]

Процессивность

Рис. 4 Механизм фосфорилирования Sic1 1. В механизме 1 Koivomagi предполагает, что фосфорилированный первичный сайт немедленно перемещается в другое место, так что другой сайт CDK может фосфорилироваться во время того же события связывания.
Рис. 5 Механизм фосфорилирования Sic1 2. Koivomagi предполагает, что фосфорилированный первичный сайт не диссоциирует от комплекса, так что промежуточные сайты CDK последовательно фосфорилируются за одно событие связывания.

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 вероятных механизма, где одно событие связывания приводит к фосфорилированию двух или более сайтов. Первый механизм предполагает, что без диссоциации от ферментного комплекса первичный сайт фосфорилируется и сразу же перемещается из активного сайта в карман связывания Cks1, чтобы допустить 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 нацелен на деградацию SCF (Cdc4), который распознает пары фосфодегронов 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. Повторное введение различных остатков привело к открытию остатка T33, служащего сайтом стыковки для пары фосфодегронов T45 / T48, который способен в определенной степени способствовать деградации Sic1 в отсутствие других пар фосфодегронов.[12][13]

Механизм

Ниже приводится предложенный механизм Koivomagi et al. из in vivo каскад, способствующий фосфорилированию и деградации Sic1.

В конце G1 Sic1 ингибирует комплекс Clb5-Cdk1, одновременно ингибируя его собственное разложение. Каскад фосфорилирования происходит за счет фосфорилирования Cln2-Cdk1 сайта прайминга T5. После этого остатки Т33, Т45 и S76 фосфорилируются с помощью Cln2-Cdk1, но ни одна пара дегрон не фосфорилируется. Однако эти фосфорилированные сайты усиливают стыковку Clb5-Cdk1, что приводит к усилению фосфорилирования Sic1 в субоптимальных сайтах и ​​петле положительной обратной связи, где ингибирование Clb5-Cdk1 постоянно снижается, в то время как деградация Sic1 увеличивается.[12][13]

Гомолог Sic1 у человека и болезней

Протеин p27Kip1 является человеческим гомологом Sic1, оба имеют консервативный ингибиторный домен,[14] но p27Kip1 ингибирует циклины G1, а не циклин B.

Есть несколько заболеваний человека, которые связаны с p27Kip1 и другими ингибиторами циклинкиназы:

  • Все папиллярные микрокарциномы (ПМК) щитовидная железа 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 предполагают, что p27Kip1 действует как подавитель опухолей.[15]
  • Саркома Капоши это тип рака, который возникает в сочетании с СПИД и предположительно вызвано человеческим вирус герпеса 8 (HHV8). Этот вирус выражает вирусную циклин который строит комплекс с Cdk6. Этот комплекс KSHV-циклин-Cdk6 фосфорилирует и дестабилизирует p27Kip1, что приводит к низкому уровню p27Kip1. Это предполагает, что деградация p27Kip1 связана с развитием опухолей.[16]
  • Пациенты с желудком аденокарцинома (рак желудка) имеют более высокий шанс на выживание, если опухоль имеет высокую экспрессию p27Kip1. Низкая экспрессия p27Kip1 может приводить к де-дифференцировке опухоли, увеличению проникновения через стенку желудка, метастазированию в лимфатические узлы и продвинутой стадии опухоли.[17]

Таким образом, ингибитор Cdk человека p27Kip1 является потенциальным белком-супрессором опухоли. Если его экспрессия снижена, результатом может быть нерегулируемый переход от G1 к S-фазе, что нарушает регуляцию деления клеток и упрощает образование опухолей.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Schwob E, Böhm T., Mendenhall MD, Nasmyth K (октябрь 1994). «Ингибитор циклинкиназы B-типа p40SIC1 контролирует переход G1 в S у S. cerevisiae». Ячейка. 79 (2): 233–44. Дои:10.1016/0092-8674(94)90193-7. PMID 7954792. S2CID 34939988.
  2. ^ Морган Д.О. (1997). Клеточный цикл: принципы контроля. Лондон: New Science Press. С. 200–1. ISBN 978-0-87893-508-6.
  3. ^ Триподи Ф., Зинзалла В., Ванони М., Альбергина Л., Коччетти П. (август 2007 г.). «В клетках, инактивированных СК2, циклинзависимый ингибитор киназы Sic1 участвует в остановке клеточного цикла перед началом S-фазы». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 359 (4): 921–7. Дои:10.1016 / j.bbrc.2007.05.195. PMID 17574209.
  4. ^ а б Cross FR, Schroeder L, Bean JM (июль 2007 г.). «Фосфорилирование ингибитора Sic1 циклинов B-типа в Saccharomyces cerevisiae не является существенным, но способствует устойчивости клеточного цикла». Генетика. 176 (3): 1541–55. Дои:10.1534 / генетика.107.073494. ЧВК 1931548. PMID 17483408.
  5. ^ Верма Р., Аннан Р.С., Хаддлстон М.Дж., Карр С.А., Рейнард Г., 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. Bibcode:1997Sci ... 278..455V. Дои:10.1126 / science.278.5337.455. PMID 9334303.
  6. ^ Тойн Дж. Х., Джонсон А. Л., Донован Дж. Д., Тун В. М., Джонстон Л. Х. (январь 1997 г.). «Фактор транскрипции Swi5 Saccharomyces cerevisiae играет роль в выходе из митоза за счет индукции cdk-ингибитора Sic1 в телофазе». Генетика. 145 (1): 85–96. ЧВК 1207787. PMID 9017392.
  7. ^ Кальсада А., Сакристан М., Санчес Е., Буэно А. (июль 2001 г.). «Cdc6 взаимодействует с Sic1 и Hct1 для инактивации митотических циклин-зависимых киназ». Природа. 412 (6844): 355–8. Bibcode:2001 Натур.412..355C. Дои:10.1038/35085610. PMID 11460169. S2CID 4410112.
  8. ^ а б c d Нэш П., Тан X, Орлики С., Чен К., Гертлер Ф. Б., Менденхолл, доктор медицины, Сичери Ф., Поусон Т., Тайерс М. (ноябрь 2001 г.). «Мультисайтовое фосфорилирование ингибитора CDK устанавливает порог для начала репликации ДНК». Природа. 414 (6863): 514–21. Bibcode:2001Натура.414..514Н. Дои:10.1038/35107009. PMID 11734846. S2CID 16924667.
  9. ^ 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. ЧВК 25506. PMID 9725902.
  10. ^ Escoté X, Zapater M, Clotet J, Posas F (октябрь 2004 г.). «Hog1 опосредует остановку клеточного цикла в фазе G1 за счет двойного нацеливания на Sic1». Природа клеточной биологии. 6 (10): 997–1002. Дои:10.1038 / ncb1174. PMID 15448699. S2CID 19846318.
  11. ^ 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 СК2 по Ser201 в почкующихся дрожжевых клетках». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 346 (3): 786–93. Дои:10.1016 / j.bbrc.2006.05.171. PMID 16777072.
  12. ^ а б c d е ж г час я Кыйвомяги М., Орд М., Иофик А., Валк Е., Вента Р., Фаустова И., Киви Р., Балог Э.Р., Рубин С.М., Лоог М. (декабрь 2013 г.). «Мультисайтовые сети фосфорилирования как сигнальные процессоры для Cdk1». Структурная и молекулярная биология природы. 20 (12): 1415–24. Дои:10.1038 / nsmb.2706. ЧВК 3855452. PMID 24186061.
  13. ^ а б c d е ж г час я Кыйвомяги М., Валк Э., Вента Р., Иофик А., Лепику М., Балог Э. Р., Рубин С. М., Морган Д. О., Лоог М. (октябрь 2011 г.). «Каскады мультисайтового фосфорилирования контролируют разрушение Sic1 в начале S фазы». Природа. 480 (7375): 128–31. Bibcode:2011Натура 480..128K. Дои:10.1038 / природа10560. ЧВК 3228899. PMID 21993622.
  14. ^ Барберис М., Де Джоя Л., Рузцен М., Сарно С., Коччетти П., Фантуччи П., Ванони М., Альбергина Л. (май 2005 г.). «Ингибитор дрожжевой циклин-зависимой киназы Sic1 и p27Kip1 млекопитающих являются функциональными гомологами со структурно консервативным ингибиторным доменом». Биохимический журнал. 387 (Pt 3): 639–47. Дои:10.1042 / BJ20041299. ЧВК 1134993. PMID 15649124.
  15. ^ Khoo ML, Freeman JL, Witterick IJ, Irish JC, Rotstein LE, Gullane PJ, Asa SL (март 2002 г.). «Недостаточная экспрессия p27 / Kip в папиллярных микрокарциномах щитовидной железы с макроскопическими метастазами». Архивы отоларингологии - хирургии головы и шеи. 128 (3): 253–7. Дои:10.1001 / archotol.128.3.253. PMID 11886339.
  16. ^ Манн ДиДжей, Чайлд Э.С., Свантон С., Ламан Х, Джонс Н. (февраль 1999 г.). «Модуляция уровней p27 (Kip1) циклином, кодируемым вирусом герпеса, ассоциированным с саркомой Капоши». Журнал EMBO. 18 (3): 654–63. Дои:10.1093 / emboj / 18.3.654. ЧВК 1171158. PMID 9927425.
  17. ^ Нитти Д., Беллюко С., Маммано Е., Марше А., Амбрози А., Менкарелли Р., Сегато П., Лизе 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. PMID 12451619.

внешние ссылки