Циклин А является членом семейства циклинов , группы белков , которые функционируют в регуляции прогресса через клеточный цикл . [1] Стадии, через которые проходит клетка, которые завершаются ее делением и репликацией, в совокупности известны как клеточный цикл . [2] Поскольку успешное деление и репликация клетки необходимы для ее выживания, клеточный цикл жестко регулируется несколькими компонентами, чтобы обеспечить эффективное и безошибочное продвижение через клеточный цикл. Одним из таких регуляторных компонентов является циклин А, который играет роль в регуляции двух различных стадий клеточного цикла. [1] [3]
Циклин А был впервые идентифицирован в 1983 году в эмбрионах морского ежа. [4] С момента его первоначального открытия гомологи циклина А были идентифицированы у многочисленных эукариот, включая Drosophila , [5] Xenopus , мышей и у людей, но не были обнаружены у низших эукариот, таких как дрожжи. [6] [7] Белок существует как в эмбриональной форме, так и в соматической форме. Один ген циклина А был идентифицирован у Drosophila, в то время как Xenopus, мыши и люди содержат два различных типа циклина А: A1 , эмбрионально-специфическая форма, и A2 , соматическая форма. Циклин А1 преимущественно экспрессируется во время мейоза и на ранней стадии эмбриогенеза. Циклин А2 экспрессируется в делящихся соматических клетках. [7]
Циклин А, наряду с другими членами семейства циклинов, регулирует прогрессирование клеточного цикла посредством физического взаимодействия с циклинзависимыми киназами (CDK), [8] [9], которые тем самым активируют ферментативную активность своего партнера CDK. [1] [2] [8]
Взаимодействие между циклин-боксом , областью, сохраняющейся среди циклинов, и областью CDK, называемой PSTAIRE , обеспечивает основу комплекса циклин-CDK. [10] Циклин А является единственным циклином, который регулирует несколько этапов клеточного цикла. [7] Циклин А может регулировать несколько этапов клеточного цикла, поскольку он ассоциируется с двумя различными CDK – CDK2 и CDK1 и тем самым активирует их . [1] В зависимости от того, с каким партнером CDK связывается циклин А, клетка продолжит проходить фазу S или перейдет из фазы G 2 в фазу M. [1] [3] [10] Ассоциация циклина А с CDK2 необходима для перехода в фазу S, тогда как ассоциация с CDK1 необходима для входа в фазу M. [10]
Циклин А находится в ядре во время фазы S , где он участвует в инициации и завершении репликации ДНК . [1] [6] [9] Когда клетка переходит из фазы G 1 в фазу S, циклин А связывается с CDK2, заменяя циклин E. Циклин E отвечает за инициацию сборки пререпликационного комплекса . Этот комплекс делает хроматин способным к репликации. Когда количество комплекса циклин A/CDK2 достигает порогового уровня, он прекращает сборку пререпликационного комплекса, созданного циклином E/CDK2 . По мере увеличения количества комплекса циклин A/CDK2, комплекс инициирует репликацию ДНК. [11]
Циклин А имеет вторую функцию в фазе S. Помимо инициирования синтеза ДНК, циклин А обеспечивает репликацию ДНК один раз за клеточный цикл, предотвращая сборку дополнительных репликационных комплексов. [7] [11] [12] Считается, что это происходит посредством фосфорилирования определенных компонентов аппарата репликации ДНК, таких как CDC6 , комплексом циклин A/CDK2. [1] [7] Поскольку действие циклина A/CDK2 ингибирует действие циклина E/CDK2, последовательная активация циклина E, за которой следует активация циклина A, важна и строго регулируется в фазе S. [7] [11]
В поздней S-фазе циклин A также может ассоциироваться с CDK1. [1] [2] [7] Циклин A остается ассоциированным с CDK1 с поздней S-фазы до поздней G- фазы 2 , когда он заменяется циклином B. Считается, что циклин A/CDK1 участвует в активации и стабилизации комплекса циклин B/CDK1. [7] [8] После активации циклина B циклин A больше не нужен и впоследствии разрушается через убиквитиновый путь. [3] [7] Деградация циклина A/CDK1 вызывает выход из митоза . [7]
Считалось, что комплекс циклина A/CDK2 ограничен ядром и, таким образом, участвует исключительно в прогрессии фазы S. Новые исследования с тех пор развенчали это предположение, пролив свет на миграцию циклина A/CDK2 в центросомы в позднем G 2 . [1] [8] Циклин A связывается с полюсами митотического веретена в центросоме, однако механизм, с помощью которого комплекс перемещается в центросому, не совсем понятен. Предполагается, что присутствие циклина A/CDK2 в центросомах может предоставлять средства регулирования перемещения циклина B/CDK1 в центросому и, таким образом, времени митотических событий. [1] [6] [8]
Исследование 2008 года [8] предоставило дополнительные доказательства роли комплекса циклин A/CDK2 в митозе . Клетки были модифицированы таким образом, что их CDK2 был ингибирован, а их ген циклина A2 был нокаутирован . Эти мутанты вступили в митоз поздно из-за отсроченной активации комплекса циклин B/CDK1. Связь зарождения микротрубочек в центросоме с митотическими событиями в ядре была утрачена в мутантных клетках с нокаутом циклина A/ингибированием CDK2.
Было показано, что циклин А играет решающую роль в переходе G 2 /M у эмбрионов Drosophila и Xenopus . [3] [6]
Транскрипция циклина А строго регулируется и синхронизирована с прогрессированием клеточного цикла. [2] [3] Инициация транскрипции циклина А координируется с прохождением точки R , [2] критической точки перехода, которая необходима для перехода из фазы G 1 в фазу S. Транскрипция достигает пика и плато в середине фазы S и резко снижается в конце фазы G 2. [ 7] [12]
Транскрипция циклина А в основном регулируется фактором транскрипции E2F по принципу отрицательной обратной связи . E2F отвечает за инициацию транскрипции многих важных генов фазы S. [1] [3] [6] Транскрипция циклина А выключена в течение большей части фазы G 1 и начинается вскоре после точки R. [3] [7]
Белок ретинобластомы (pRb) участвует в регуляции циклина А посредством взаимодействия с E2F. Он существует в двух состояниях: гипофосфорилированный pRb и гиперфосфорилированный pRb. [2] Гипофосфорилированный pRb связывает E2F, что предотвращает транскрипцию циклина А. Отсутствие циклина А до точки R обусловлено ингибированием E2F гипофосфорилированным pRb. После того, как клетка проходит через точку R, комплексы циклин D /E- фосфорилируют pRb. Гиперфосфорилированный pRb больше не может связывать E2F, E2F высвобождается, и гены циклина А и другие важные гены для фазы S транскрибируются. [2] [9] [12]
E2F инициирует транскрипцию циклина А, де-репрессируя промоутер. [7] [12] Промотор связан с молекулой -репрессором, называемой элементом, реагирующим на клеточный цикл (CCRE). E2F связывается с сайтом связывания E2F на CCRE, высвобождая репрессор из промотора и позволяя транскрипцию циклина А. [5] [7] Циклин A/CDK2 в конечном итоге фосфорилирует E2F, когда циклин А достигает определенного уровня, завершая петлю отрицательной обратной связи. Фосфорилирование E2F выключает фактор транскрипции, обеспечивая другой уровень контроля транскрипции циклина А. [7]
Транскрипция циклина А косвенно регулируется белком-супрессором опухолей p53 . P53 активируется повреждением ДНК и включает несколько нисходящих путей, включая остановку клеточного цикла. Остановка клеточного цикла осуществляется путем p53-pRb. [13] Активированный p53 включает гены p21 . P21 является ингибитором CDK , который связывается с несколькими комплексами циклин/CDK, включая циклин A-CDK2/1 и циклин D/ CDK4 , и блокирует киназную активность CDK. [9] [13] Активированный p21 может связывать циклин D/CDK4 и делать его неспособным фосфорилировать pRb. PRb остается гипофосфорилированным и связывает E2F. E2F не может активировать транскрипцию циклинов, участвующих в прогрессии клеточного цикла, таких как циклин A, и клеточный цикл останавливается в G 1 . [6] [13] Остановка клеточного цикла позволяет клетке восстановить поврежденную ДНК до того, как клетка разделится и передаст поврежденную ДНК дочерним клеткам.