Циклин А

Циклин A был впервые идентифицирован в 1983 году в эмбрионах морских ежей^[4]. С момента его первоначального открытия гомологи циклина A были обнаружены у многих эукариот, включая Drosophila^[5], Xenopus, мышей и человека, но он не был найден у низших эукариот, таких как дрожжи^[6][7]. Этот белок существует как в эмбриональной, так и в соматической форме. У Drosophila идентифицирован единственный ген циклина A, в то время как у Xenopus, мышей и человека обнаружены два различных типа циклина A: A1 (эмбрион-специфичная форма) и A2 (соматическая форма). Циклин A1 преимущественно экспрессируется во время мейоза и на ранних стадиях эмбриогенеза. Циклин A2 экспрессируется в делящихся соматических клетках^[7].

Циклин A, как и другие представители семейства циклинов, регулирует прохождение фаз клеточного цикла посредством физического взаимодействия с циклин-зависимыми киназами (CDK)^[8][9]. Это взаимодействие активирует ферментативную активность CDK^[1][2][8].

Взаимодействие между циклин-боксом (область, консервативная у всех циклинов) и участком CDK, называемым PSTAIRE, лежит в основе формирования комплекса циклинов и CDK^[10]. Циклин A — единственный циклиновый белок, который регулирует несколько стадий клеточного цикла^[7]. Циклин A регулирует несколько стадий клеточного цикла, поскольку связывается и, соответственно, активирует два разных CDK — CDK2 и CDK1^[1]. В зависимости от того, с каким CDK свяжется циклин A, клетка продолжит прохождение S-фазы или перейдёт из G2-фазы в M-фазу^[1][3][10]. Связывание циклина A с CDK2 необходимо для входа в S-фазу, в то время как его связывание с CDK1 требуется для вступления в M-фазу^[10].

Циклин A находится в ядре во время S-фазы, где он участвует в инициации и завершении репликации ДНК^[1][6][9]. Когда клетка переходит из G1-фазы в S-фазу, циклин A связывается с CDK2, замещая циклин E. Циклин E отвечает за инициацию сборки пререпликационного комплекса. Этот комплекс трансформирует хроматин так, чтобы он был способен к репликации. Когда количество комплекса циклин A/CDK2 достигает порогового уровня, сборка пререпликационного комплекса прекращается. Достигнув определенного уровня концентрации, комплекс циклин A/CDK2 запускает репликацию ДНК^[11].

Циклин A выполняет вторую функцию в S-фазе. Помимо инициации синтеза ДНК, циклин A отвечает за то, чтобы ДНК реплицировалась один раз за клеточный цикл, предотвращая сборку дополнительных репликативных комплексов^[7][11][12]. Предполагается, что данный механизм реализуется за счет фосфорилирования комплексом циклин A/CDK2 специфических компонентов аппарата репликации ДНК, например, белка CDC6^[1][7]. Поскольку действие комплекса циклин A/CDK2 ингибирует действие комплекса циклин E/CDK2, последовательная активация сначала циклина E, а затем циклина A является важным и строго регулируемым процессом в S-фазе^[7][11].

В поздней S-фазе циклин A также может связываться с CDK1^[1][2][7]. Циклин A остаётся связанным с CDK1 начиная с поздней S-фазы до поздней G2-фазы, затем он замещается циклином B. Считается, что комплекс циклин A/CDK1 участвует в активации и стабилизации комплекса циклин B/CDK1^[7][8]. Как только циклин B активируется, циклин A становится не нужен и впоследствии деградирует через убиквитин-зависимый путь^[3][7]. Деградация циклин A/CDK1 комплекса индуцирует выход клетки из митоза^[7].

Ранее считалось, что комплекс циклин A/CDK2 ограничен ядром и, таким образом, участвует исключительно в прохождении S-фазы. Новые исследования опровергли это предположение, описав на миграцию комплекса циклин A/CDK2 к центросомам в поздней G2-фазе^[1][8]. Циклин A связывается с полюсами митотического веретена деления в центросоме; однако механизм, с помощью которого комплекс транспортируется к центросоме, недостаточно изучен. Предполагается, что присутствие комплекса циклин A/CDK2 в центросомах может регулировать перемещение комплекса циклин B/CDK1 к центросоме и, следовательно, время наступления митотических процессов^[1][6][8].

Исследование 2008 года^[8] представило дополнительные доказательства роли комплекса циклин A/CDK2 в митозе. В клетах был ингибирован CDK2, ген циклина A2 был нокаутирован. Измененные клетки вступали в митоз поздно из-за задержки активации комплекса циклин B/CDK1. Согласованность между процессом образования микротрубочек в центросоме и событиями митоза в ядре в этих клетках была нарушена.

Было показано, что циклин A играет решающую роль в переходе G2/M у эмбрионов Drosophila и Xenopus^[3][6].

Транскрипция циклина A жёстко регулируется и синхронизирована с прохождением фаз клеточного цикла^[2][3]. Инициация транскрипции циклина A координируется с прохождением точки R (точки рестрикции)^[2], это критическая точка, необходимая для перехода из G1-фазы в S-фазу. Уровень транскрипции циклина A достигает пика и стабилизируется в середине S-фазы, а затем резко снижается в поздней G2-фазе^[7][12].

Транскрипция циклина A преимущественно регулируется транскрипционным фактором E2F по механизму отрицательной обратной связи. E2F отвечает за инициацию транскрипции многих критических генов S-фазы^[1][3][6]. Транскрипция циклина A выключена в течение большей части G1-фазы и начинается вскоре после прохождения точки рестрикции^[3][7].

Белок ретинобластомы (pRb) участвует в регуляции транскрипции циклина A через взаимодействие с транскрипционным фактором E2F. Он существует в двух состояниях: гипофосфорилированный pRb и гиперфосфорилированный pRb^[2]. Гипофосфорилированный pRb связывает E2F, что предотвращает транскрипцию циклина A. Отсутствие циклина A до прохождения точки рестрикции обусловлено тем, что гипофосфорилированный pRb ингибирует E2F . После того как клетка проходит точку R, комплексы циклин D/E-фосфорилируют pRb. Гиперфосфорилированный pRb больше не может связывать E2F, E2F высвобождается, гены циклина A, а также другие важные гены для S-фазы, начинают транскрибироваться^[2][9][12].

E2F инициирует транскрипцию циклина A, снимая репрессор с промотора. ^[7][12] Промотор связан молекулой-репрессором, чувствительной к фазе клеточного цикла — CCRE. E2F связывается с сайтом связывания на CCRE, освобождая промотор от репрессора, после этого становится возможна транскрипция гена циклина A^[5][7]. Комплекс циклин A/CDK2 в конечном итоге фосфорилирует E2F, когда уровень циклина A достигает определённого значения, завершая таким образом петлю отрицательной обратной связи. Фосфорилирование E2F выключает транскрипцию, обеспечивая дополнительный уровень контроля над транскрипцией гена циклина А^[7].

Транскрипция циклина A косвенно регулируется белком-супрессором опухолей p53. P53 активируется при повреждении ДНК и запускает несколько каскадов сигнальных событий, включая остановку клеточного цикла. Остановка клеточного цикла осуществляется по пути p53-pRb^[13] Активированный p53 включает ген p21. P21 является ингибитором CDK, который связывается с несколькими комплексами циклинов и CDK, включая комплексы циклин A-CDK2/1 и циклин D/CDK4, и блокирует киназную активность CDK.^[9][13]. Активированный p21 может связываться с комплексом циклин D/CDK4 и делать его неспособным фосфорилировать pRb. pRb остаётся гипофосфорилированным и связывает E2F. E2F не может активировать транскрипцию циклинов, участвующих в прохождении фаз клеточного цикла, таких как циклин A, и клеточный цикл останавливается на фазе G1^[6][13]. Остановка клеточного цикла позволяет клетке восстановить повреждения ДНК до того, как клетка разделится и передаст повреждённую ДНК дочерним клеткам.