Czym są cykliny?

Cykl komórkowy jest regulowany przez cykliny, rodzaj białka, które wiąże i aktywuje kinazy zależne od cykliny (CDK).

Image Credit: Andrii Vodolazhskyi /

Wprowadzenie do cyklin

Dokładne przekazywanie informacji genetycznej z komórki do komórki córki jest zapewnione przez ścisłą regulację czterech etapów cyklu komórkowego. Do etapów tego cyklu należą: fazę luki 1 (G1), fazę syntezy DNA (S), fazę luki 2 (G2) oraz fazę mitozy (M). Dla każdej z faz istnieje odpowiednia grupa cyklin: Cykliny G1, Cykliny G1/S, Cykliny S i Cykliny M, z których każda pełni inną funkcję.

Poziomy tych cyklin oscylują w całym cyklu z dramatycznie różnymi poziomami na każdym etapie. G1 jest niezwykłe, jak to jest wymagane w większości etapów i dlatego jest obecny w wysokich poziomach przez większość cyklu. Jednak inne poziomy cykliny wzrosnąć i spaść, gdy są one wymagane.

Ta oscylacja jest ze względu na równowagę między ekspresją genu i degradacji białek poprzez ubikwityna-proteasome szlaku. Kiedy cyklina jest wymagana, poziomy ekspresji genu są podniesione, co prowadzi do zwiększonej produkcji białka. Jednakże, gdy funkcja cykliny jest zakończona, kompleks Skp Cullin F-box containing (SCF) lub kompleks promujący anafazę (APC) dodaje ubikwityny do cykliny poprzez ubikwitynilację, kierując ją do degradacji przez proteasom.

Odkrycie cyklin

Cykliny zostały odkryte przez Timothy’ego Hunta, Lelanda H. Hartwella i Paula M Nurse’a, którzy stwierdzili, że stężenie każdej cykliny było inne na każdym etapie i zmieniało się w sposób cykliczny. Otrzymali oni nagrodę Nobla w 2001 roku za wkład w fizjologię i medycynę.

Funkcja cyklin w cyklu komórkowym

Cykliny nie mają własnej funkcji enzymatycznej, a zamiast tego wiążą się z CDKs w celu ich aktywacji. Po związaniu tworzą czynniki promujące dojrzewanie, które mogą fosforylować białka docelowe i prowadzić do wielu różnych etapów cyklu komórkowego.

Jak wcześniej opisano, cykliny G1 są niezwykłe, ponieważ nie oscylują. Zamiast tego ich poziomy wzrastają w całym cyklu, regulując wzrost komórkowy.

Cykliny G1/S oscylują ze szczytem pomiędzy późną fazą G1 a wczesną fazą S. Po związaniu z CDK zaczynają stymulować aktywność CDK w fazie S, zapobiegając ich hamowaniu, stymulując w ten sposób początek replikacji DNA i centrosomów.

Cykliny S biorą udział w indukcji replikacji DNA i wczesnych etapach mitozy. Ich poziom wzrasta na początku fazy S i spada we wczesnej mitozie. Wreszcie, cykliny M wzrastają w mitozie i spadają po przejściu przez komórkę punktu kontrolnego tworzenia wrzecion. Wspomagają one tworzenie wrzecion i wyrównywanie chromosomów na płytce metafazowej.

Podłoża kompleksów cyklina/CDK

Po związaniu kompleks funkcjonuje w celu fosforylacji wielu różnych białek docelowych. Jednym z najlepiej zbadanych jest supresor nowotworu retinoblastoma (Rb).

Cyklina D związana z CDK4/6 fosforyluje to białko Rb, które zwykle hamuje czynnik transkrypcyjny E2F. Dlatego w obecności cykliny D czynnik transkrypcyjny E2F może transkrybować białka zaangażowane w progresję do fazy S, w tym cykliny E i A fazy G1/S.

Innym przykładem białka docelowego jest fosforylacja p27, która zwykle funkcjonuje w celu hamowania Rb. Fosforylacja przez kompleks CDK-2-cyklina E zapobiega tej inhibicji, a więc progresja z fazy G1 do S może być kontynuowana.

Ogółem, cykliny są odpowiedzialne za progresję cyklu komórkowego, zapewniając, że ważne etapy każdej fazy są wykonywane przed przejściem komórki do następnej fazy. Ich odkrycie od tego czasu doprowadziło do wielu innych spostrzeżeń na temat cyklu komórkowego, w tym spostrzeżeń na temat funkcji regulacji cyklu komórkowego w nowotworach.

Dalsza lektura

• Wszystkie treści dotyczące cyklu komórkowego
• Cyklu komórkowego
• Cell-Cycle-Dependent Regulation of Cell Adhesions