Sic1
Sic1
Идентификаторы
СимволSic1
Альтернативные символыYLR079W, SDB25, SIC1_YEAST, ингибитор CDK p40
ген NCBI850768
UniProtР38634
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Sic1, белок , является стехиометрическим ингибитором [1] комплексов Cdk1 -Clb ( циклины B-типа ) в почкующихся дрожжах Saccharomyces cerevisiae . Поскольку комплексы циклин B-типа-Cdk1 являются драйверами инициации S-фазы , Sic1 предотвращает преждевременный вход в S-фазу. [2] Считается, что многосайтовое фосфорилирование Sic1 определяет время убиквитинирования и разрушения Sic1, и, как следствие, время входа в S-фазу. [3]

Контроль клеточного цикла

Рис. 1 На диаграмме показана роль Sic1 в ингибировании Clb5,6-Cdk1 и его фосфорилирование-опосредованном полиубиквитинировании и разрушении. Разрушение обеспечивает активность Clb5,6-Cdk1 и вход в S-фазу.

В фазе G1 клеточного цикла Sic1 прочно связывается с комплексом Cdc28-Clb и ингибирует его. [4] Низкая активность Cdc28-Clb приводит к разборке митотического веретена , сборке пререпликативного комплекса и началу образования почек у дрожжей.

В точке START в цикле дрожжевых клеток циклины G1- Cln3 , Cln1 и ​​Cln 2 активируют Cdc28. Активированный комплекс фосфорилирует Sic1 в нескольких местах, что приводит к его деградации комплексом SCF . [5] Когда Sic1 деградирует, комплекс Cdc28-Clb больше не ингибируется, и клетка может войти в S/M-фазу. Таким образом, инактивация Sic1 необходима для перехода в S-фазу (рис. 1).

Cdc28 в комплексе с циклином B-типа (Cdc28-Clb) фосфорилирует Swi5 , фактор транскрипции Sic1. Это способствует экспорту Swi5 из ядра в цитоплазму и предотвращает дальнейшую транскрипцию ингибитора cdk. Cdc28-Clb также фосфорилирует любые оставшиеся молекулы Sic1 и запускает их убиквитин -зависимую деградацию, точно так же, как Cdc28-Cln. [4] Высокие уровни Cdc28-Clb также инициируют репликацию ДНК и дупликацию тел полюсов веретена (SPB). Затем собирается метафазное веретено и может произойти сегрегация хромосом . Транскрипция Sic1 начинается во время телофазы , опосредованная Swi5. Aca2 является еще одним фактором транскрипции Sic1, но остается неактивным до G1. [6] В конце митоза Sic1 участвует в инактивации Cdc28-Clb. [7]

Убиквитин-зависимая деградация

Рис. 2 Первым этапом деградации Sic1 является его фосфорилирование Cdc28-Cln с последующей деградацией через SCF.

Для того, чтобы быть распознанным Cdc4 комплекса SCF , Sic1 должен быть фосфорилирован , часто комплексами Cyclin-Cdk, по крайней мере, в 6 из 9 сайтов cdk (рис. 2). [8] Sic1 также может фосфорилироваться другими киназами, такими как Pho85-Pc11, киназой, которая становится необходимой, когда Cln1 и ​​Cln2 отсутствуют. [9] Sic1 также играет роль в ответе на осмостресс. Активируемая стрессом протеинкиназа (SAPK) Hog1 фосфорилирует Sic1 по одному остатку на карбоксильном конце . Это приводит к снижению экспрессии циклина и стабилизации Sic1, что останавливает клеточный цикл. [10]

Фосфорилирование

Sic1 необходимо фосфорилировать в нескольких местах для деградации, вызванной убиквитинированием (рис. 2). Множественные фосфорилирования необходимы для того, чтобы Sic1 был привлечен Cdc4 в комплекс SCF. [11] Механизм распознавания субстрата Cdc4 включает взаимодействие с консенсусными связывающими мотивами на поверхности свернутого и фосфорилированного Sic1, так называемыми фосфодегронами Cdc4 (CPD). Было показано, что оптимальная консенсусная последовательность для Cdc4 представляет собой фосфорилированный серин или треонин, за которыми следуют пролин и основная аминокислота. Однако ни один из CPD на поверхности Sic1 не показывает такого состава. Поэтому для получения высокоаффинного связывания с Cdc4 необходимо множественное фосфорилирование Sic1. [8] Хотя этот механизм выглядит неэффективным, он дает клетке преимущества, поскольку позволяет измерить концентрацию Cln/cdc28 в окружающей среде. Число фосфорилированных участков соответствует концентрации Cln/cdc28, и Sic1 можно рассматривать как сенсор для этого белка. В отличие от множества резких переходов сверхчувствительных каскадных петель обратной связи киназы, этот механизм допускает тонкую настройку регуляции. [8] Более того, поскольку требуется множественное фосфорилирование, вероятность того, что Sic1 будет деградировать случайным образом, мала. Используя множественное фосфорилирование Sic1, клетка выработала стратегию для высокой регуляции начала репликации ДНК, что абсолютно необходимо для обеспечения генетической стабильности.

Упрощенное понимание регуляции деградации Sic1 включает фосфорилирование множественных сайтов CDK, которые состоят из оптимальных и субоптимальных консенсусных мотивов фосфорилирования. Недавние исследования, проведенные Koivomagi et al., выявили множество сложностей реакции мультифосфорилирования между комплексом циклин-CDK и белком Sic1. Эти исследования раскрывают важные характеристики сайтов фосфорилирования Sic1 CDK, которые включают прайминг-сайты, сайты связывания, пары дегронов, дистанцирование сайтов фосфорилирования и относительное расположение сайта. Кроме того, исследования также подчеркивают влияние других факторов на фосфорилирование Sic1, включая фосфосвязывающий карман Cks1 , мотивы стыковки циклина и специфичность активного сайта Cdk1 . Все эти механизмы вносят вклад в динамику последовательности событий, приводящих к деградации Sic1 и инициации S-фазы . [12] [13]

Функция

Помимо того, что Cks1 часто упускается из виду как компонент циклинового комплекса Cdk1, он также имеет решающее значение для мультифосфорилирования и деградации Sic1. Фосфосвязывающий карман Cks1 способен независимо связываться с фосфорилированными участками CDK на Sic1. Кроме того, связывающее сродство Cks1 к фосфосеринам чрезвычайно слабое, что по сути делает связывание Cks1 зависимым только от присутствия фосфотреонинов. Таким образом, у мутантов Sic1 с одним участком фосфорилирования Cdk1 или только с присутствующими фосфосеринами Cks1 неспособен должным образом связываться с субстратом и способствовать мультифосфорилированию Sic1. Это дает веский аргумент в пользу механизма процессивного фосфорилирования вместо предыдущей теории модели случайного дистрибутивного фосфорилирования. [8] Помимо необходимости треонина, связывание Cks1 с Sic1 может быть усилено введением остатка пролина в положение -2 относительно остатка треонина. [12] [13]

Позиционирование сайта

Рис. 3 Белок Sic1, отличающийся различными белковыми цепями. Белок имеет неупорядоченные области, что позволяет ему быть полезным инструментом для изучения и манипулирования участками фосфорилирования.

Sic1 — это молекула с неупорядоченными областями, которая помогает в манипулировании расстояниями между сайтами фосфорилирования. Для следующих результатов Koivomagi et al. использовали конструкцию Sic1 с оптимальным консенсусным мотивом T33, действующим как первичный сайт фосфорилирования, и субоптимальным мотивом, действующим как вторичный сайт. [12] [13]

При ограничении наблюдений только дважды фосфорилированными конструкциями Sic1, был обнаружен двухэтапный процесс фосфорилирования, где первым шагом было первичное фосфорилирование сайта. Однако вторичный сайт должен быть расположен по направлению к С-концу белка относительно первичного сайта, чтобы произошло фосфорилирование. Вторичное фосфорилирование сайта также чувствительно к позиционированию. Пиковые скорости фосфорилирования были обнаружены между расстояниями аминокислот от +12 до +16, с отчетливым увеличением в диапазоне от +10 до +12 и постепенным уменьшением в диапазоне от +20 до +30. Введение остатка пролина -2 усиливает фосфорилирование как in vitro , расширяя диапазон пикового фосфорилирования, но не увеличивает активность фосфорилирования на расстояниях менее +10. Это расширение диапазона пикового фосфорилирования, возможно, можно объяснить усилением связывания праймирующего сайта с Cks1. [12] [13]

Простая конструкция Sic1, содержащая 5 остатков фосфорилирования (1 прайминг-сайт и две пары фосфодегронов), показала, что любое небольшое перемещение прайминг-сайта может иметь значительные эффекты на прогрессирование клеточного цикла. Прайминг-сайт должен находиться в диапазоне от +12 до +16 обоих остатков в паре фосфодегронов, чтобы максимизировать фосфорилирование. [12] [13]

Направленность

Фосфорилирование Sic1 инициируется циклинами G1, Cln1,2, а затем завершается циклинами S-фазы, Clb5,6 (рис. 1). Мотивы стыковки циклина участвуют в динамике фосфорилирования Sic1. Циклины S-фазы используют стыковку RXL, тогда как циклины G1 используют стыковку LLPP. Фосфорилирование Sic1 увеличивается, когда мотив RXL Clb5 находится в позициях от +16 до +20 относительно оптимального мотива CDK. Расположение RXL, расположенное на N-конце мотива, приводит к незначительному количеству фосфорилирования. Напротив, перемещение мотива LLPP от сайта праймирования увеличивает фосфорилирование Cln2 независимо от направленности. [12] [13]

Процессуальность

Рис. 4 Механизм фосфорилирования Sic1 1. В механизме 1 Койвомаги предполагает, что фосфорилированный первичный сайт немедленно смещается в другое место, так что другой сайт CDK может быть фосфорилирован во время того же события связывания.
Рис. 5 Механизм фосфорилирования Sic1 2. Койвомаги предполагает, что фосфорилированный первичный сайт не диссоциирует от комплекса, так что промежуточные сайты CDK последовательно фосфорилируются в одном событии связывания.

Cks1-зависимое мультифосфорилирование происходит процессивным или полупроцессивным образом, о чем свидетельствует отсутствие промежуточных состояний фосфорилирования Sic1 в нормальных клетках. Эта процессивность также зависит от наличия сайта стыковки циклина, поскольку увеличение числа мутаций в этом сайте снижает чистую скорость фосфорилирования. Процессивное фосфорилирование имеет два вероятных механизма, где одно событие связывания приводит к фосфорилированию двух или более сайтов. Первый механизм предполагает, что без диссоциации от ферментного комплекса первичный сайт фосфорилируется и немедленно смещается с активного сайта в карман связывания Cks1, чтобы обеспечить дополнительное фосфорилирование других сайтов CDK. Второй механизм предполагает, что фосфорилированный первичный сайт связывается с другим местом и непрерывно связывается, в то время как другие сайты CDK связываются с активным сайтом последовательно для мультифосфорилирования. Моделирование предсказывает, что вероятность второго события фосфорилирования после первого, без диссоциации, составляет 40% и 20-40% для первого и второго механизмов соответственно. [12] [13]

Sic1 нацелен на деградацию SCF (Cdc4), который распознает пары фосфодегронов Sic1. Эти пары фосфодегронов представляют собой близко расположенные парные остатки фосфорилирования, каждый из которых имеет сильное сродство к Cdc4. В конструкции Sic1 с кластером S69/S76/S80 процессивное фосфорилирование этих пар фосфодегронов зависит от сайтов Cdk1. Процессивность Clb5 зависит от сайтов T5 и T33, тогда как процессивность Cln2 зависит от T5. Повторное введение различных остатков привело к открытию остатка T33, служащего местом стыковки для пары фосфодегронов T45/T48, которая способна в определенной степени способствовать деградации Sic1 в отсутствие других пар фосфодегронов. [12] [13]

Механизм

Ниже представлен предложенный Койвомаги и соавторами механизм каскада in vivo , способствующего фосфорилированию и деградации Sic1.

В конце G1 Sic1 ингибирует комплекс Clb5-Cdk1, одновременно ингибируя свою собственную деградацию. Каскад фосфорилирования продолжается путем фосфорилирования Cln2-Cdk1 прайминг-сайта T5. После этого остатки T33, T45 и S76 фосфорилируются Cln2-Cdk1, но пары дегронов не фосфорилируются. Однако эти фосфорилированные сайты усиливают стыковку Clb5-Cdk1, что приводит к повышению фосфорилирования Sic1 в субоптимальных сайтах и ​​положительной обратной связи, где ингибирование Clb5-Cdk1 непрерывно снижается, в то время как деградация Sic1 увеличивается. [12] [13]

Гомолог Sic1 у человека и его заболевания

Белок p27Kip1 является человеческим гомологом Sic1, оба имеют консервативный ингибирующий домен [14] , но p27Kip1 ингибирует циклины G1, а не циклин B.

Существует несколько заболеваний человека, которые связаны с p27Kip1 и другими ингибиторами циклинкиназы:

  • Все папиллярные микрокарциномы (ПМК) щитовидной железы имеют более низкую экспрессию p27Kip1, чем нормальная ткань щитовидной железы. Кроме того, экспрессия p27Kip1 в более агрессивных, метастазирующих папиллярных микрокарциномах сильно снижена по сравнению с неметастазирующими микрокарциномами. Эти результаты показывают, что p27Kip1 действует как супрессор опухоли . [15]
  • Саркома Капоши — это тип рака, который появляется в сочетании со СПИДом и предположительно вызывается вирусом герпеса человека 8 (HHV8) . Этот вирус экспрессирует вирусный циклин , который создает комплекс с Cdk6. Этот комплекс KSHV-циклин-Cdk6 фосфорилирует и дестабилизирует p27Kip1, что приводит к низкому уровню p27Kip1. Это говорит о том, что деградация p27Kip1 связана с развитием опухолей. [16]
  • Пациенты с аденокарциномой желудка ( рак желудка ) имеют более высокие шансы на выживание, если опухоль имеет высокую экспрессию p27Kip1. Низкая экспрессия p27Kip1 может привести к дедифференцировке опухоли, повышенному проникновению через стенку желудка, метастазам в лимфатические узлы и поздней стадии опухоли. [17]

Таким образом, человеческий ингибитор Cdk p27Kip1 является потенциальным белком-супрессором опухолей. Если его экспрессия снижена, результатом может стать нерегулируемый переход от G1 к S-фазе, что дерегулирует деление клеток и упрощает образование опухолей.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Schwob E, Böhm T, Mendenhall MD, Nasmyth K (октябрь 1994 г.). «Ингибитор циклинкиназы B-типа p40SIC1 контролирует переход G1 в S у S. cerevisiae». Cell . 79 (2): 233–44. doi :10.1016/0092-8674(94)90193-7. PMID  7954792. S2CID  34939988.
  2. ^ Морган DO (1997). Клеточный цикл: принципы управления . Лондон: New Science Press. С. 200–1. ISBN 978-0-87893-508-6.
  3. ^ Tripodi F, Zinzalla V, Vanoni M, Alberghina L, Coccetti P (август 2007 г.). «В клетках, инактивированных CK2, ингибитор циклинзависимой киназы Sic1 участвует в остановке клеточного цикла до наступления фазы S». Biochemical and Biophysical Research Communications . 359 (4): 921–7. doi :10.1016/j.bbrc.2007.05.195. PMID  17574209.
  4. ^ ab Cross FR, Schroeder L, Bean JM (июль 2007 г.). «Фосфорилирование ингибитора Sic1 циклинов B-типа в Saccharomyces cerevisiae не является необходимым, но способствует устойчивости клеточного цикла». Genetics . 176 (3): 1541–55. doi :10.1534/genetics.107.073494. PMC 1931548 . PMID  17483408. 
  5. ^ Verma R, Annan RS, Huddleston MJ, Carr SA, Reynard G, Deshaies RJ (октябрь 1997 г.). «Фосфорилирование Sic1p с помощью G1 Cdk, необходимое для его деградации и перехода в S-фазу». Science . 278 (5337): 455–60. Bibcode :1997Sci...278..455V. doi :10.1126/science.278.5337.455. PMID  9334303.
  6. ^ Toyn JH, Johnson AL, Donovan JD, Toone WM, Johnston LH (январь 1997 г.). «Транскрипционный фактор Swi5 Saccharomyces cerevisiae играет роль в выходе из митоза посредством индукции ингибитора cdk Sic1 в телофазе». Genetics . 145 (1): 85–96. doi :10.1093/genetics/145.1.85. PMC 1207787 . PMID  9017392. 
  7. ^ Calzada A, Sacristán M, Sánchez E, Bueno A (июль 2001 г.). «Cdc6 взаимодействует с Sic1 и Hct1 для инактивации митотических циклин-зависимых киназ». Nature . 412 (6844): 355–8. Bibcode :2001Natur.412..355C. doi :10.1038/35085610. PMID  11460169. S2CID  4410112.
  8. ^ abcd Nash P, Tang X, Orlicky S, Chen Q, Gertler FB, Mendenhall MD, Sicheri F, Pawson T, Tyers M (ноябрь 2001 г.). «Многосайтовое фосфорилирование ингибитора CDK устанавливает порог для начала репликации ДНК». Nature . 414 (6863): 514–21. Bibcode :2001Natur.414..514N. doi :10.1038/35107009. PMID  11734846. S2CID  16924667.
  9. ^ Nishizawa M, Kawasumi M, Fujino M, Toh-e A (сентябрь 1998 г.). «Фосфорилирование sic1, ингибитора циклинзависимой киназы (Cdk), Cdk, включая киназу Pho85, необходимо для его быстрой деградации». Молекулярная биология клетки . 9 (9): 2393–405. doi :10.1091/mbc.9.9.2393. PMC 25506. PMID  9725902 . 
  10. ^ Escoté X, Zapater M, Clotet J, Posas F (октябрь 2004 г.). «Hog1 опосредует остановку клеточного цикла в фазе G1 с помощью двойного нацеливания Sic1». Nature Cell Biology . 6 (10): 997–1002. doi :10.1038/ncb1174. PMID  15448699. S2CID  19846318.
  11. ^ Coccetti P, Zinzalla V, Tedeschi G, Russo GL, Fantinato S, Marin O, Pinna LA, Vanoni M, Alberghina L (август 2006 г.). «Sic1 фосфорилируется CK2 на Ser201 в почкующихся дрожжевых клетках». Biochemical and Biophysical Research Communications . 346 (3): 786–93. doi :10.1016/j.bbrc.2006.05.171. PMID  16777072.
  12. ^ abcdefghi Kõivomägi M, Ord M, Iofik A, Valk E, Venta R, Faustova I, Kivi R, Balog ER, Rubin SM, Loog M (декабрь 2013 г.). «Многосайтовые сети фосфорилирования как сигнальные процессоры для Cdk1». Nature Structural & Molecular Biology . 20 (12): 1415–24. doi :10.1038/nsmb.2706. PMC 3855452 . PMID  24186061. 
  13. ^ abcdefghi Kõivomägi M, Valk E, Venta R, Iofik A, Lepiku M, Balog ER, Rubin SM, Morgan DO, Loog M (октябрь 2011 г.). «Каскады многосайтового фосфорилирования контролируют разрушение Sic1 в начале S-фазы». Nature . 480 (7375): 128–31. Bibcode :2011Natur.480..128K. doi :10.1038/nature10560. PMC 3228899 . PMID  21993622. 
  14. ^ Barberis M, De Gioia L, Ruzzene M, Sarno S, Coccetti P, Fantucci P, Vanoni M, Alberghina L (май 2005 г.). «Ингибитор циклинзависимой киназы дрожжей Sic1 и p27Kip1 млекопитающих являются функциональными гомологами со структурно консервативным ингибиторным доменом». The Biochemical Journal . 387 (Pt 3): 639–47. doi :10.1042/BJ20041299. PMC 1134993 . PMID  15649124. 
  15. ^ Khoo ML, Freeman JL, Witterick IJ, Irish JC, Rotstein LE, Gullane PJ, Asa SL (март 2002 г.). «Недостаточная экспрессия p27/Kip в папиллярных микрокарциномах щитовидной железы с грубым метастатическим заболеванием». Архивы отоларингологии–хирургии головы и шеи . 128 (3): 253–7. doi : 10.1001/archotol.128.3.253 . PMID  11886339.
  16. ^ Mann DJ, Child ES, Swanton C, Laman H, Jones N (февраль 1999 г.). «Модуляция уровней p27(Kip1) циклином, кодируемым герпесвирусом, ассоциированным с саркомой Капоши». The EMBO Journal . 18 (3): 654–63. doi :10.1093/emboj/18.3.654. ​​PMC 1171158. PMID  9927425 . 
  17. ^ Nitti D, Belluco C, Mammano E, Marchet A, Ambrosi A, Mencarelli R, Segato P, Lise M (декабрь 2002 г.). «Низкий уровень экспрессии белка p27(Kip1) при аденокарциноме желудка связан с прогрессированием заболевания и плохим исходом». Журнал хирургической онкологии . 81 (4): 167–75, обсуждение 175–6. doi : 10.1002/jso.10172. PMID  12451619. S2CID  5877623.
  • Страница Sic1 на yeastgenome.org
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Sic1&oldid=1003701946"