Co jsou cykliny?

Buněčný cyklus je regulován cykliny, typem proteinu, který váže a aktivuje cyklin dependentní kinázy (CDK).

Obrázek: Andrii Vodolazhskyi /

Úvod do cyklinů

Přesný přenos genetické informace z buňky na dceřinou buňku zajišťuje přísná regulace čtyř fází buněčného cyklu. K jednotlivým fázím tohoto cyklu patří: Fáze G1 (Gap 1), fáze syntézy DNA (S), fáze G2 (Gap 2) a fáze mitózy (M). Pro každou fázi existuje odpovídající skupina cyklinů: G1 cykliny, G1/S cykliny, S cykliny a M cykliny, z nichž každý má jinou funkci.

Hladiny těchto cyklinů v průběhu cyklu oscilují s dramaticky odlišnými hladinami v každé fázi. G1 je neobvyklý, protože je vyžadován ve většině fází, a proto je přítomen ve vysokých hladinách po většinu cyklu. Hladiny ostatních cyklinů však stoupají a klesají, když jsou vyžadovány.

Tato oscilace je způsobena rovnováhou mezi genovou expresí a degradací proteinů prostřednictvím ubikvitin-proteazomové dráhy. Když je cyklin vyžadován, zvýší se hladina genové exprese, což vede ke zvýšené produkci proteinu. Jakmile je však funkce cyklinu dokončena, komplex obsahující Skp Cullin F-box (SCF) nebo komplex podporující anafázi (APC) přidá na cyklin ubikvitiny prostřednictvím ubikvitinoylace, čímž jej nasměruje k degradaci proteazomem.

Objev cyklinů

Cykliny objevili Timothy Hunt, Leland H. Hartwell a Paul M. Nurse, kteří zjistili, že koncentrace jednotlivých cyklinů je v každé fázi odlišná a cyklicky se mění. Za svůj přínos fyziologii a medicíně získali v roce 2001 Nobelovu cenu.

Funkce cyklinů v buněčném cyklu

Cykliny nemají vlastní enzymatickou funkci, místo toho se vážou na CDK a aktivují je. Po navázání vytvářejí faktory podporující zrání, které mohou fosforylovat cílové proteiny a vést k mnoha různým fázím buněčného cyklu.

Jak již bylo popsáno, cykliny G1 jsou neobvyklé, protože nekolísají. Místo toho se jejich hladina v průběhu cyklu zvyšuje a reguluje buněčný růst.

Cykliny G1/S oscilují s vrcholem mezi pozdní fází G1 a časnou fází S. V průběhu cyklu se jejich hladina zvyšuje a reguluje buněčný růst. Jakmile se navážou na CDK, začnou stimulovat aktivitu CDK ve fázi S tím, že brání jejich inhibici, čímž stimulují začátek replikace DNA a centrozomů.

S cykliny se podílejí na indukci replikace DNA a raných fázích mitózy. Jejich hladina stoupá na začátku S fáze a klesá v časné mitóze. A konečně M cykliny se zvyšují v mitóze a klesají, jakmile buňka projde kontrolním bodem tvorby vřeténka. Napomáhají tvorbě vřetének a vyrovnání chromozomů na metafázní destičce.

Substráty komplexů cyklin/CDK

Po navázání funguje komplex tak, že fosforyluje mnoho různých cílových proteinů. Jedním z nejlépe prozkoumaných je retinoblastomový nádorový supresor (Rb).

Cyklin D navázaný na CDK4/6 fosforyluje tento protein Rb, který obvykle inhibuje transkripční faktor E2F. V přítomnosti cyklinu D proto může transkripční faktor E2F přepisovat proteiny podílející se na progresi do fáze S, včetně cyklinů E a A ve fázi G1/S.

Dalším příkladem cílového proteinu je fosforylace p27, který obvykle funguje jako inhibitor Rb. Fosforylace komplexem CDK-2-cyklin E této inhibici brání, a tak může pokračovat progrese z fáze G1 do fáze S.

Celkově jsou cykliny zodpovědné za průběh buněčného cyklu a zajišťují, že před přechodem buňky do další fáze proběhnou důležité fáze každé fáze. Jejich objev od té doby vedl k mnoha dalším poznatkům o buněčném cyklu, včetně poznatků o funkci regulace buněčného cyklu u rakoviny.

Další čtení

• Všechen obsah buněčného cyklu
• Buněčný cyklus
• Buněčný cyklus-Dependent Regulation of Cell Adhesions

Citace

Podrobněji se zabývá problematikou životního prostředí.