Циклин-зависимые киназы и циклины
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.
Клетки вступают в клеточный цикл и осуществляют синтез ДНК в ответ на внешние митогенные стимулы. Лимфокины(например, интерлейкины), цитокины(в частности интерфероны) и полипептидные факторы роста, взаимодействуя со своими рецепторами на поверхности клеток, индуцируют каскад реакций фосфорилирования внутриклеточных белков, сопровождающихся передачей сигнала от поверхности клеток к ядру и индукцией транскрипции соответствующих генов. Одними из первых активируются гены, кодирующие белки циклины, получившие свое название от того, что их внутриклеточная концентрация периодически изменяется по мере прохождения клеток через клеточный цикл, достигая максимума на его определенных стадиях. Циклины являются специфическими активаторами семейства циклин-зависимых протеинкиназ (CDK)(CDK - cyclin-dependent kinases) - ключевых участников индукции транскрипции генов, контролирующих клеточный цикл. Активация индивидуальной CDK происходит после ее взаимодействия со специфическим циклином, и образование этого комплекса становится возможным после достижения циклином критической концентрации. В ответ на уменьшение внутриклеточной концентрации конкретного циклина происходит обратимая инактивация соответствующей CDK. Некоторые CDK активируются более чем одним циклином. В этом случае группа циклинов, как бы передавая протеинкиназы друг другу, поддерживает их в активированном состоянии длительное время. Такие волны активации CDK возникают на протяжении G1- и S- фаз клеточного цикла.
Апоптоз — явление программируемой клеточной смерти, сопровождаемой набором характерных цитологических признаков (маркеров апоптоза) и молекулярных процессов, имеющих различия у одноклеточных и многоклеточных организмов.
Апоптоз— форма гибели клетки, проявляющаяся в уменьшении её размера, конденсации и фрагментации хроматина, уплотнении наружной и цитоплазматической мембран без выхода содержимого клетки в окружающую среду.
Регуляция апоптоза
Апоптоз это генетически контролируемая смерть клетки.
Апоптоз может регулироваться:
внешними факторами;
автономными механизмами.
Воздействие внешних факторов. Апоптоз может регулироваться действием многих внешних факторов, которые ведут к повреждению ДНК. При невосстановимом повреждении ДНК путем апоптоза происходит элиминация потенциально опасных для организма клеток. В данном процессе большую роль играет ген супрессии опухолей р53. К активации апоптоза также приводят вирусные инфекции, нарушение регуляции клеточного роста, повреждение клетки и потеря контакта с окружающими или основным веществом ткани. Апоптоз – это защита организма от персистенции поврежденных клеток, которые могут оказаться потенциально опасными для многоклеточного организма.
Автономный механизм апоптоза. При развитии эмбриона различают три категории автономного апоптоза: морфогенетический, гистогенетический и филогенетический.
Морфогенетический апоптоз участвует в разрушении различных тканевых зачатков. Примерами являются: азрушение клеток в межпальцевых промежутках;
гибель клеток приводит к разрушению избыточного эпителия при слиянии небных отростков, когда формируется твердое небо.
гибель клеток в дорсальной части нервной трубки во время смыкания, что необходимо для достижения единства эпителия двух сторон нервной трубки и связанной с ними мезодермы. Нарушение морфогенетического апоптоза в этих трех локализациях приводят к развитию синдактилии, расщеплению твердого неба и spina bifida соответственно.
Гистогенетический апоптоз наблюдается при дифференцировке тканей и органов, что наблюдается, например, при гормональнозависимой дифференцировке половых органов из тканевых зачатков. Так, у мужчин клетками Сертоли в яичках плода синтезируется гормон, который вызывает регрессию протоков Мюллера (из которых у женщин формируются маточные трубы, матка и верхняя часть влагалища) путем апоптоза.