Молекулярные механизмы регуляции митотического цикла
После завершения митоза, в начальной стадии пресинтетического периода, белки-циклины в клетке обнаружить не удается. Первым в ответ на действие факторов роста в клетке синтезируется циклин D, который образует комплексы с киназами Cdk4, Cdk6, и Cdk2.
Указанные Cdk в результате активации их циклином D наиболее активно функционируют на начальном этапе постмитотического периода. Они фосфорилируют белки, необходимые для прохождения клеткой пресинтетического периода и перехода ее к следующей стадии интерфазы. Важнейшим субстратом такого фосфорилирования служит белок Rb-ингибитор транскрипционного фактора E2F. Свое название белок Rb получил в связи с тем, что мутации гена, кодирующего этот белок, вызывают у человека злокачественное наследственное заболевание глаз — ретинобластому.
В покоящихся клетках нефосфорилированный белок Rb связан с транскрипционным фактором E2F—DP и ингибирует его биологическую активность. Фосфорилирование белка Rb приводит к освобождению фактора E2F из состава комплекса. После чего транскрипционный фактор E2F транспортируется из цитоплазмы в ядро, где инициирует экспрессию большой группы генов, кодирующих ключевые ферменты синтеза дезоксирибонуклеотидов и репликации ДНК, а также генов циклинов Е, А, В и Cdk2. Экспрессия указанных генов способствует образованию пререпликативных комлексов в сайтах начала репликации ДНК и обеспечивает переход клетки из G1- в S-период и дальнейшее прохождение ею митотического цикла. Ведущую роль в этом играет комплекс циклин Е—Cdk2, функция которого заключается в фосфорилировании белков пререпликативного комплекса, что сопровождается прохождением клеткой точки рестрикции и необратимым переходом ее из G1- в S-период. Наряду с этим активированная Cdk2 в комплексе с циклином Е, действуя совместно с комплексами циклин D—Cdk4/6, осуществляет дополнительное фосфорилирование белка Rb, способствуя тем самым максимальной экспрессии генов, контролирующих прохождение клеткой митотического цикла.
Кроме циклина D, большую роль в механизме, запускающем вхождение клетки в митотический цикл, играет так называемый SCF-белковый комплекс, который активируется в пресинтетический период. Функция SCF-белка, обладающего убиквитинлигазной активностью, заключается в разрушении белка р27 — одного из ингибиторов комплексов циклин D—Cdk4/6, результатом чего служит инициация процессов, связанных с вхождением клетки в митотический цикл.
В начале синтетического периода циклин Е разрушается и основные внутриклеточные процессы S-периода митотического цикла протекают под влиянием комплексов циклин A-Cdk2/ Cdkl. Действие активированной Cdk2 в составе комплекса с циклином А заключается в дополнительном фосфорилировании и активации белков репликативного комплекса, благодаря чему достигаются сразу два эффекта. Указанные белки начинают активно синтезировать ДНК, но при этом теряют способность повторно связываться с любой точкой начала репликации ДНК. Благодаря этому обеспечивается лишь однократная репликация ДНК в любом из многочисленных репликонов эукариотических хромосом.
В постсинтетический период, на фоне действия комплексов циклин A—Cdkl, интенсифицируется образование митозстимулирующего фактора (МСФ), представляющего собой комплекс Cdkl и циклина В. Однако на протяжении большей части постсинтетического периода он остается неактивным. И лишь в конце этого периода, когда указанный фактор активируется, клетка вступает в митоз. В результате действия МСФ осуществляется фосфорилирование многочисленных клеточных белков, изменения функциональной активности которых во многом определяют характер основных процессов, протекающих в про- и метафазу митоза.
Ведущую роль в инициации процессов, протекающих в ана- и телофазу митоза, играет активация анафаза-стимулирующего фактора (АСФ), или APF (от англ. anaphase promoting factor). Указанный фактор представляет собой убиквитинлигазу и обладает способностью избирательно присоединять молекулы убиквитина — белка с небольшим молекулярным весом к другим белковым молекулам, тем самым как бы оставляя на них «метку». В результате такие «меченые» белки захватываются протеосомами и разрушаются их протеолитическими ферментами.
Таблица
Белки, фосфорилируемые под действием МСФ,