CDK1

CDK1 — это высококонсервативный небольшой белок (примерно 34 килодальтон). Человеческий гомолог CDK1 имеет около 63 % сходства с аминокислотной последовательностью аналогичного белка дрожжей. Более того, человеческий CDK1 способен восстанавливать функцию делящихся дрожжей с мутацией в гене белка CDC2^[4][5]. CDK1 в основном состоит из каталитического домена протеинкиназы, который имеется у других протеинкиназ. Как и другие киназы, CDK1 содержит каталитическую щель для связывания АТФ. Субстраты CDK1 связываются у входа в щель, а остатки CDK1 катализируют ковалентное присоединение γ-фосфата к кислороду гидроксильной группы серина/треонина субстрата.

Помимо этого каталитического ядра CDK1, как и другие циклин-зависимые киназы, содержит T-петлю, которая при отсутствии связанного с CDK1 циклина препятствует связыванию субстрата с активным центром CDK1. CDK1 также содержит PSTAIRE-спираль, которая при связыванииCDK1 с циклином перемещается и реорганизует активный центр, способствуя киназной активности CDK1^[6].

Когда CDK1 связана с циклинами, её фосфорилирование приводит к продвижению по фазам клеточного цикла. Активность CDK1 лучше всего изучена в S. cerevisiae, поэтому здесь описана активность CDK1 у S. cerevisiae.

В почкующихся дрожжах вход в клеточный цикл контролируется двумя регуляторными комплексами: SBF (фактор связывания SCB) и MBF (фактор связывания MCB). Эти два комплекса контролируют транскрипцию генов G1/S; однако обычно они неактивны. SBF ингибируется белком Whi5; при фосфорилировании Cln3-Cdk1 белок Whi5 выбрасывается из ядра, что позволяет начать транскрипцию G1/S-регулона, включающего G1/S-циклины Cln1,2^[7]. Активность G1/S-циклин-CDK1 приводит к подготовке к входу в S-фазу (например, дупликации центромер или полярного тельца веретена), и повышению уровня S-циклинов (Clb5,6 в S. cerevisiae). Комплексы Clb5,6-CDK1 напрямую приводят к инициации начала репликации^[8]; однако они ингибируются Sic1, предотвращая преждевременный вход в S-фазу.

Активность комплексов Cln1,2 и/или Clb5,6-CDK1 приводит к резкому снижению уровня Sic1, что запускает согласованный вход в S-фазу. Фосфорилирование M-циклинами (например, Clb1, 2, 3 и 4) в комплексе с CDK1 запускает сборку веретена деления и выравнивание сестринских хроматид. Фосфорилирование CDK1 также приводит к активации убиквитин-протеин-лигазы APCCdc20, активация которой запускает сегрегацию хроматид и, кроме того, деградацию M-фазных циклинов. Разрушение M-циклинов приводит к финальным событиям митоза (например, разборке веретена деления, выходу из митоза).

Учитывая ключевую роль CDK1 в прохождении фаз клеточного цикла, её работа строго регулируется. Наиболее очевидный способ регуляции работы CDK1 — связывание с циклинами. Связывание с циклином изменяет доступ к активному центру CDK1, позволяя активировать её; кроме того, циклины задают специфичность активности CDK1. По крайней мере некоторые циклины содержат гидрофобный участок, который может напрямую взаимодействовать с субстратами, определяя специфичность мишеней^[9]. Более того, циклины могут направлять CDK1 в определённые субклеточные компартменты.

Помимо регуляции циклинами, CDK1 регулируется фосфорилированием. Консервативный тирозин (Tyr15 у человека) приводит к ингибированию CDK1; предполагается, что это фосфорилирование изменяет ориентацию АТФ, препятствуя эффективной киназной активности. В S. pombe, например, незавершённый синтез ДНК может стабилизировать это фосфорилирование, предотвращая продолжение митоза^[10]. Белок Wee1, консервативный у всех эукариот, фосфорилирует Tyr15, тогда как белки семейства Cdc25 являются фосфатазами, противодействующими этой активности. Баланс между ними, как считается, помогает регулировать продвижение по фазам клеточного цикла. Wee1 контролируется Cdr1, Cdr2 и Pom1.

Комплексы CDK1-циклин также регулируются прямым связыванием с ингибиторами CDK (CKI). Одним из таких белков является Sic1. Sic1 — стехиометрический ингибитор, который напрямую связывается с комплексами Clb5,6-CDK1. Множественное фосфорилирование Sic1 комплексами CDK1-Cln1/2, как считается, синхронизирует убиквитинирование и разрушение Sic1, а следовательно, и время входа в S-фазу. Только после преодоления ингибирования Sic1 может проявиться активность Clb5,6 и начаться инициация S-фазы.

Было показано, что Cdk1 взаимодействует с: