Cellcykeln Cellcykelreglering Molekylär kontroll av cellcykeln CMB Skall cellen dela sig på nytt? En cell som just bildats genom mitos (M-fas) och cytokines går in i G 1 -fas (gap 1 i cellcykeln) Cellen kan stanna upp där och bli post-mitotisk (går in i G 0, vilofas) Alternativ till ny delning är differentiering (G 0 ) eller apoptos Signaler för reglerad celldelning Eukaryota celler integrerar yttre och inre signaler (balanserar mitogener, differentieringsgrad, fas av cellcykeln) Inträde i S-fas (DNA-syntes) kritiskt steg Restriktionspunkten (START)avgörande för att påbörja S-fasen Kontroll av mitos-fasen (M-fas) och dess avslutande anafas genom APC cdc20 Cellcykeln kan passeras på mindre än ett dygn 1
Två samverkande proteiner... Cykliner: varierar under cellcykeln Cyklin A, B, D och E Reglerande subenhet Cyklinberoende kinaser (Cdk): Cdk 1, 2, 4 och 6 Katalytisk subenhet Aktiveras resp inhiberas av fosforylering Aktiva kinaserna fosforylerar >100 proteiner som medverkar under cellcykeln Aktivering av Cdk Cyklinbindning Fosforylering av Thr 160 Inaktivt Cdk P-Thr-160 aktiverande Inaktivering av Cdk. Nedbrytning av cyclinet Inaktiverand phosphorylering av Tyr 15, Thr14 De-phosphorylering av P-Thr160 (cdc25) P-Tyr15, Thr14 - inaktiverande P-Thr160 aktiverande Reglering av cyklin/cdkkomplexens aktivitet Transkription och syntes (myc, E2F) Proteolys (Ubiquitin-ligas, SCF, APC/C) Fosforylering (CAK(+) Wee1(-)) eller defosforylering (Cdc25) Cdk-inhibitorer (CKIs) 2
Cdk och cykliner i cellcykeln Cdk och cykliner i cellcykeln Olika Cdk-komplex för G 1 -, S- och M-faserna Irreversibel cykel p.g.a. degradation av cyklinerna och reglerande proteiner Signaler till cellen att återinträda i cellcykeln från G 0 Mitogener Serum, tillväxtfaktorer: EGF, FGF, IGF-1 Verkar ofta genom RTKs eller cytokin receptorer Aktivering av Ras-MAPkinas kaskaden Aktivering av gener med SREs (serum response element) Mitogenstimulering Aktiveringen slår på early response gener (via MAPK/Erk) Därefter delayed response (aktiveras av early response gener ) 30 min 3
MAP-kinas kaskaden leder bla. till aktivering av transkriptionsfaktorer som ingår i early response : - c-fos - c-jun - c-myc m.fl SRF: serum response factor, SRE: serum responsive element, TCF: ternary complex factor p90rsk: phosphoprotein 90KD ribosomal S6 kinase Early and late response G 0 exit, ingång i G 1 Serum / tillväxtfaktorer Early response gener: 50-60 gener inkl. c-fos, c-jun, c-myc (många transkriptionsfaktorer) Delayed-response genes: Cdk4/6, cyklind och E2F mfl. Vad sker vid återinträdet i G 1? Retinoblastomproteinet Gener som kodar för cyklin D och Cdk4 och 6 (tidig G 1 ) samt transkriptionsfaktor E2F aktiveras av immediate-early gener E2Fs behövs för att aktivera transkription av gener för replikationen och för Cdk2, cyklin E och A (sen G 1 - och S-fas) E2F hämmas dock av retinoblastom-proteinet (Rb) Hämmar E2F Rb är en tumörsuppressorgen CKIs (p27cip1/sic1) inhiberar CKIs (p27cip) bryts ner m. SCF Muterat eller fosforylerat Rb-protein reglerar inte längre DNA-syntesen! cancer? 4
Transkriptionskontroll E2F krävs alltså för transkription av Cdk2 och cyklin E (sen G 1 ) Cdk4/6, cyklin D SCF ubiquitinerar inhibitor (bl a Sic1/p27 CIP ) Autostimulering av egen transkription E2F-aktivering av gener krävs för passage av restriktionspunkten (START) och för inträde i S- fasen Cdk2, cyklin E SCF = nuclear ubiquitin E3 ligase complex Skp1/Cul1/F-box protein Lodish Fig 19-17 DNA-syntes (S-fas) CyklinA krävs för S-fasen: Prereplikationskomplex/ORC med Cdk2-cyklin A bildas i varje origin redan under G 1 (defosforyleras, binder till replikations-origin) SCF ubiquitinligas märker fosforylerade inhibitorer (CKIs, Sic1/p27CIP) som blockerar S-fas cyklin/cdkkomplex (degradation i proteasomen) Cdk2-cyklinA aktiverar prereplikationskomplexet (fosforylering). Frigör S-fasaktivitet och en omgång av DNA-replikation. ORC och replikationsstart Cyclin A CDK2 5
Fosforyleringar reglerar aktiviteten hos M-fasens Cdk1 (cyclin B, A) kinas Cdk-aktiverande kinas fosfatas T160 hos däggdjur Även T14 inhibitorisk hos däggdjur MPF = mognads/mitos-promoterande faktorm= komplex av Cdk1-cyklin B, A Lodish motsvarande fig 19-21 APC/C Sekurin (anafasinhibitor) degraderas: Aktiverar separas CyclinB-Cdk1 aktiverar anafaspromoterande komplex (APC/C = ubikvitin-ligas E3/ ) i slutet av G 2 -fasen Cdk1 sekurin Cdc20 Cdk1 Cdh1 Cdk1 Cohesin (håller ihop kromatiderna) klyvs av separas Kontroll av övergång till anafas och avslut av mitosen. APC/C cdc20 polyubiquitinerar anafasinhibitor (sekurin) vilket tillåter separation av systerkromatiderna. APC/C cdh1 polyubiquitinerar sedan cyklin B vilket inaktiverar Cdk1 och avslutar M-fasen. (cdc20 och cdh1 är specificitetsfaktorer för APC/C) Systerkromatiderna separeras Cdc20 = APC/C-specificitetsfaktor (ubiquitinering av sekurin) Lodish Fig 19-27 6
Reglering av cyklin/cdkkomplexens aktivitet CyklinD/E Cdk4/6/2 Transkription och syntes (myc, E2F) CyklinB/A Cdk1 Proteolys (Ubiquitin-ligas, SCF, APC/C) CyklinA Cdk2 Sic1/p27 CIP =Sic1/p27 CIP Ubiquitinligas Fosforylering (CAK Wee1) eller defosforylering (Cdc25) Cdk-inhibitorer (CKIs) Vad händer om det blir en DNAskada eller att replikationen inte sker fullständigt? Cell cykeln måste stannas för att tillåta reparation av skadan och så att replikationen kan bli fullständig innan cellen går in i M-fas. Cell cykel arrest! 7
DNA-brott stoppar cellcykeln Kinaset ATM (ataxia telangiectasia mutated) och släktingen ATR aktiveras vid DNA-skador (dubbelresp. enkelsträngade) eller kvarvarande replikationsgafflar (ATR) Aktiverar check-point kinas 2 resp. 1 (Chk1/ Chk2) som hämmar fosfataserna Cdc25A och Cdc25C vilket ger inaktiva Cdk cykeln stoppar! Annan väg går via ATM/ATR-stabilisering av p53 som stimulerar p21 CIP vilken hämmar olika cyklin/ Cdk-komplex Kontrollpunkter i cellcykeln Check points p53 transkriptionsfaktor för p21 CIP (CKI) DNA reparations faktorer Pro-apoptos faktorer p53-inducerat cellcykelstopp Svar på DNA-skada, stopp i G 1 och G 2 p21 CIP hämmar cyklin/cdk-1, 2, 4, 6 Tumörsuppressor p53 ökar p21 CIP transkription Fig19-34 ATM/ATR-kinaser 8
Sammanfattning Cdk och cykliner reglerar cellcykeln Kontroll av yttre och inre signaler Nebrytning och fosforylering Mitoscykliner och anafaspromoterande komplexet Kontrollpunkter övervakar cellcykeln 9