CDK2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Идентификаторы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Псевдонимы | CDK2 , циклинзависимая киназа 2, A630093N05Rik, CDKN2, p33(CDK2), циклинзависимая киназа 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Внешние идентификаторы | ОМИМ : 116953; МГИ : 104772; гомологен : 74409; Генные карты : CDK2; OMA :CDK2 — ортологи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Викиданные | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Циклин-зависимая киназа 2 , также известная как протеинкиназа клеточного деления 2 , или Cdk2, является ферментом , который у людей кодируется геном CDK2 . [5] [6] Белок , кодируемый этим геном, является членом семейства циклин -зависимых киназ Ser/Thr протеинкиназ . Эта протеинкиназа очень похожа на генные продукты S. cerevisiae cdc28 и S. pombe cdc2, также известного у людей как Cdk1 . Это каталитическая субъединица комплекса циклин-зависимой киназы , активность которой ограничена фазой G1-S клеточного цикла , где клетки вырабатывают белки, необходимые для митоза, и реплицируют свою ДНК. Этот белок ассоциируется с регуляторными субъединицами комплекса, включая циклин E или A , и регулируется ими . Циклин E связывает Cdk2 фазы G1, который необходим для перехода из фазы G1 в фазу S, в то время как связывание с циклином A необходимо для прохождения фазы S. [7] Его активность также регулируется фосфорилированием . Сообщалось о множественных альтернативно сплайсированных вариантах и множественных сайтах инициации транскрипции этого гена. [8] Роль этого белка в переходе G1-S недавно была поставлена под сомнение, поскольку сообщалось, что клетки, лишенные Cdk2, не испытывают проблем во время этого перехода. [9]
Первоначальные эксперименты на основе клеточной культуры продемонстрировали остановку клеточного цикла при переходе G1-S в результате делеции Cdk2. [10] Более поздние эксперименты показали, что делеции Cdk2 удлиняют фазу G 1 клеточного цикла в фибробластах эмбрионов мышей. Однако они все равно вступают в фазу S после этого периода и способны завершать оставшиеся фазы клеточного цикла. [11] Когда Cdk2 удаляют у мышей, животные остаются жизнеспособными, несмотря на уменьшение размера тела. Однако мейотическая функция как у самцов, так и у самок мышей подавляется. Это говорит о том, что Cdk2 не является необходимым для клеточного цикла здоровых клеток, но необходим для мейоза и размножения. [10] Клетки у мышей с нокаутом Cdk2, вероятно, подвергаются меньшему количеству делений, что способствует уменьшению размера тела. Зародышевые клетки также прекращают делиться в профазе мейоза, что приводит к репродуктивной стерильности. [11] Сейчас считается, что Cdk1 компенсирует многие аспекты делеции Cdk2, за исключением мейотической функции. [10]
Циклинзависимая киназа 2 структурирована в две доли. Доля, начинающаяся с N-конца (N-доля), содержит много бета-слоев, в то время как доля C-конца (C-доля) богата альфа-спиралями. [7] Cdk2 способен связываться со многими различными циклинами, включая циклины A, B, E и, возможно, C. [10] Недавние исследования показывают, что Cdk2 связывается преимущественно с циклинами A и E, тогда как Cdk1 предпочитает циклины A и B. [12]
Cdk2 становится активным, когда белок циклин (A или E) связывается с активным сайтом, расположенным между N- и C-долями киназы. Из-за расположения активного сайта циклины-партнеры взаимодействуют с обеими долями Cdk2. Cdk2 содержит важную альфа-спираль, расположенную в C-доле киназы, называемую C-спиралью или PSTAIRE-спиралью. Гидрофобные взаимодействия заставляют C-спираль связываться с другой спиралью в активирующем циклине. Активация вызывает конформационное изменение, при котором спираль вращается и перемещается ближе к N-доле. [ необходима цитата ] Это позволяет глутаминовой кислоте, расположенной в C-спирали, образовывать ионную пару с близлежащей боковой цепью лизина. Значение этого движения заключается в том, что оно переносит боковую цепь Glu 51, которая принадлежит к триаде остатков каталитического сайта, сохраняющихся во всех эукариотических киназах, в каталитический сайт. Эта триада (Lys 33, Glu 51 и Asp 145) участвует в ориентации фосфата АТФ и координации магния и считается критически важной для катализа. Это конформационное изменение также перемещает активационную петлю в C-долю, открывая сайт связывания АТФ, теперь доступный для новых взаимодействий. Наконец, остаток треонина-160 экспонируется и фосфорилируется, поскольку сегмент активации C-доли смещается с каталитического сайта, а остаток треонина больше не имеет стерических препятствий. Фосфорилированный остаток треонина создает стабильность в конечной конформации фермента. Важно отметить, что на протяжении всего этого процесса активации циклины, связывающиеся с Cdk2, не претерпевают никаких конформационных изменений. [14] [7]
Успех процесса деления клеток зависит от точной регуляции процессов как на клеточном, так и на тканевом уровнях. Сложные взаимодействия между белками и ДНК внутри клетки позволяют геномной ДНК передаваться дочерним клеткам. Взаимодействия между клетками и белками внеклеточного матрикса позволяют новым клеткам включаться в существующие ткани. На клеточном уровне процесс контролируется различными уровнями циклин-зависимых киназ (Cdks) и их партнерами циклинами. Клетки используют различные контрольные точки как средство задержки прогрессирования клеточного цикла до тех пор, пока он не сможет исправить дефекты. [16]
Cdk2 активен во время фазы G 1 и S клеточного цикла и, следовательно, действует как контрольная точка фазы G 1 -S. Перед фазой G 1 уровни Cdk4 и Cdk6 увеличиваются вместе с циклином D. Это позволяет частично фосфорилировать Rb и частично активировать E2F в начале фазы G 1 , что способствует синтезу циклина E и повышению активности Cdk2. В конце фазы G 1 комплекс Cdk2/Cyclin E достигает максимальной активности и играет важную роль в инициации фазы S. [17] Другие белки, не являющиеся Cdk, также становятся активными во время перехода фазы G 1 -S . Например, белки ретинобластомы (Rb) и p27 фосфорилируются комплексами Cdk2 – циклин A/E, полностью дезактивируя их. [18] Это позволяет факторам транскрипции E2F экспрессировать гены, которые способствуют входу в фазу S, где ДНК реплицируется перед делением. [19] [20] [18] Кроме того, NPAT, известный субстрат комплекса Cdk2-Cyclin E, активирует транскрипцию гена гистона при фосфорилировании. [21] Это увеличивает синтез гистоновых белков (основной белковый компонент хроматина) и впоследствии поддерживает стадию репликации ДНК клеточного цикла. Наконец, в конце S-фазы убиквитиновая протеасома разрушает циклин E. [11]
Хотя Cdk2 в основном необязателен в клеточном цикле нормально функционирующих клеток, он имеет решающее значение для аномальных процессов роста раковых клеток. Ген CCNE1 продуцирует циклин E, один из двух основных партнеров Cdk2 по связыванию белков. Повышенная экспрессия CCNE1 происходит во многих опухолевых клетках, в результате чего клетки становятся зависимыми от Cdk2 и циклина E. [12] Аномальная активность циклина E также наблюдается при раке груди, легких, толстой кишки, желудка и костей, а также при лейкемии и лимфоме. [17] Аналогично, аномальная экспрессия циклина A2 связана с хромосомной нестабильностью и пролиферацией опухоли, в то время как ингибирование приводит к снижению роста опухоли. [22] Таким образом, CDK2 и его партнеры по связыванию циклина представляют собой возможные терапевтические мишени для новых методов лечения рака. [12] Доклинические модели показали предварительный успех в ограничении роста опухоли, а также наблюдалось снижение побочных эффектов современных химиотерапевтических препаратов. [23] [24] [25]
Выявление селективных ингибиторов Cdk2 затруднено из-за чрезвычайного сходства между активными участками Cdk2 и другими Cdk, особенно Cdk1. [12] Cdk1 является единственной существенной циклинзависимой киназой в клеточном цикле, и ингибирование может привести к непреднамеренным побочным эффектам. [26] Большинство кандидатов на ингибиторы CDK2 нацелены на сайт связывания АТФ и могут быть разделены на два основных подкласса: тип I и тип II. Ингибиторы типа I конкурентно нацелены на сайт связывания АТФ в его активном состоянии. Ингибиторы типа II нацелены на CDK2 в его несвязанном состоянии, либо занимая сайт связывания АТФ, либо гидрофобный карман внутри киназы. Ингибиторы типа II считаются более селективными. [24] Недавно наличие новых кристаллических структур CDK привело к идентификации потенциального аллостерического сайта связывания вблизи C-спирали. Ингибиторы этого аллостерического сайта классифицируются как ингибиторы типа III. [27] Другой возможной целью является T-петля CDK2. Когда циклин А связывается с CDK2, N-концевая доля поворачивается, чтобы активировать сайт связывания АТФ и переключить положение активационной петли, называемой Т-петлей. [28]
Интерпретация динамических симуляций и исследований свободной энергии связывания показала, что Ligand2 (из 17 синтезированных в компании соединений бензосуберена (PBS) с пирролоном) имеет стабильную и эквивалентную свободную энергию ингибиторам Flavopiridol, SU9516 и CVT-313. Ligand2 был тщательно изучен как селективный ингибитор CDK2 без нецелевого связывания (CDK1 и CDK9) на основе эффективности лиганда и сродства связывания. [29]
Известными ингибиторами CDK являются p21Cip1 ( CDKN1A ) и p27Kip1 ( CDKN1B ). [30]
Препараты, которые ингибируют Cdk2 и останавливают клеточный цикл, такие как GW8510 и экспериментальный противораковый препарат селициклиб , могут снижать чувствительность эпителия ко многим противоопухолевым препаратам, активным в клеточном цикле, и, следовательно, представляют собой стратегию профилактики алопеции, вызванной химиотерапией . [31]
Метиловый эфир розмариновой кислоты — это ингибитор Cdk2 растительного происхождения, который, как было показано, подавляет пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов и уменьшает образование неоинтимы в модели рестеноза у мышей . [32]
См. также галерею PDB ниже, демонстрирующую взаимодействие со многими ингибиторами (включая Purvalanol B)
В меланоцитарных типах клеток экспрессия гена CDK2 регулируется фактором транскрипции, связанным с микрофтальмией . [33] [34]
Было показано, что циклинзависимая киназа 2 взаимодействует с:
{{cite book}}
: CS1 maint: location missing publisher (link) CS1 maint: others (link)