Mediator-komplexi transkriptiossa

https://www.youtube.com/watch?v=SMtWvDbfHLo

Yleiset Transkriptiotekijät (GTF)

https://vimeo.com/30034882

Kun 1970- luvulla tutkittiin transkriptiota, havaittiin että polymeraasi Pol II yksinään ei pystynyt alkamaan transkriptiota ja tuottamaan mRNA. molekyylejä  DNA-templaatista josa promoottori oli. tarvittiin muita komponentteja 8Weil et al. 1979).
Niinpä sitten löydettiin yleisiä TRANSKRIPTIOTEKIJÖITÄ (GTF). kuusi kappaletta ja ne pystyivät avustamaan transkription koeputkessa.
Nämä kuusi yleistä transkriptiotekijää(General transcription factors,  TF)  ovat
IIA (TFIIA)
TFIIB
TFIID,
TFIIE
TFIIF
TFIIH.

TFIID on multiproteiinifaktori, joka koostuu TATA-sitovan proteiinin (TBP) ja  TBP:hen assosioituneiten tekijöitten setin (TAFs) . TBP voi aloiytaa transkription ilman TAF in vitro , havaittiin vuonna 1998.

TFIIA on  ristiriitainen siinä, että tämä tekijä ei ole välttämätön in vitro transkriptiolle käytettäessä TBP, muta pystyy stimuloimaan transkription vapaassa soluttomassa uuteessa (1992.

GTF  tekijät kokoontuvat  promoottorille asteittain.
TFIIB sitoutuu DNA:han ja stabiloi DNA-TFIIA-TFIID- kompleksin.
Seuravaksi PolII ( TFIIF- kompleksina) rekrytoituu promoottoriin ja sen jälkeen tulee TFIIE.

Viimeisenä vaiheena transkription aloitamisessa  rekrytoituu multimeerinen TFIIH.

Yhdessä nämä proteiinit muodostavat Pre-Initiation-Complex,  PIC -kompleksin.
 (1996).
TFIIH sisältää kinaasin Cdk7, joka pystyy fosforyloimaan joka viidennen seriinin  C-terminaalisissa hepatdeissa ja katalysoi täten vaihdetta mikä on PIC- muodostuksen ja aktiivin pidentymisen välillä (2009)
 https://en.wikipedia.org/wiki/General_transcription_factor

Vimeo: On olemassa 1500 erilaista tanskriptiotekijää
 https://vimeo.com/30034882

E2F-Rb funktio (Per Aasin väitöskirjasta )

(Per Arne Aas:
 transkription säätymisestä: E2F-transkriptiofaktoriperhe on solusyklin avainsäätelijöitä 
 Niissä on erotettavissa aktivoivat E2F-jäsenet: (E2F1-F2F3) ja repressiiviset E2F-jäsenet ( E2F1-E2F7). Nämä E2F-transkriptiotekijät assosioituvat E2F:stä riippuviin solusykliä sääteleviin promoottoreihin tavalla, joka riippuu tästä solusyklistä itsestään. 
Tämä E2F-säätely on tiukkaa. Aktiivi E2F on heterodimeeri, jossa on osana yksi näistä kuudesta E2F1-6 molekyylistä ja toisena osana alayksikkö DP1 tai DP2. 

 E2F interaktioista: pRb, p107, p130
E2F tekee interaktiota seuraaviin tekijöihin: pRB, p107 ja p130.Tämä interaktio välittää aktiivia repressiota niille promoottoreille, jotka rekrytoivat HDAC-tekijää promoottoriin.

 Rb osallistuu solusyklin säätöön ja E2F-tekijän sitomiseen. Tämä interaktio riippuu Rb-molekyylin fosforyloitumistilasta. (Kts. kuva alla) Rb-E2F estää S-faasin proteiineja koodaavien geenien transkriboinnin  vasemmalla.  Kinaasi fosforyloi ja nyt S-faasiin vaadittavaa proteiinia muodostuu oikealla. 

Rb osallistuu vain yhden solusyklin alayksikkölajin säätöön; p107 ja p110 ovat useammin sitoutuneena E2F-säätöiseen promoottorialueeseen kuin Rb.

 Vuonna 2002 ei tiedetty, onko olemassa vain yksi geneerinen E2F transkriptionaalinen ohjelma tai jos on useita alayksikköjä niitä E2F-kontrolloituja promoottoreita, jotka aktivoituvat eri olosuhteissa)
.https://en.wikipedia.org/wiki/E2F
 

Jopa on pohdittavaa: Mediaattorin hahmottamista

https://www.elitenetzwerk.bayern.de/kuhnlab/mediator.html

Etsin netistä tavalliseen tapaan "hyvää valokuvaa " proteiinista jota luen.  etsin hakusanalla CDK( module ja tässä se löytyykin kuvassa yhdessä mediaattorin kanssa.  CDK8 modulilla nöyttää olevan  interaktiota  noncoding- geenimateriaalin   puolelle  (nc-RNA promoottori) synkronisaatiossa koodattavaan amteriaaliin.  Kuvat ovat ajalta 2012.

 The structure of an activating non-coding RNA bound to Mediator would represent the first structural information on how long non-coding RNAs act in the cell. In order to understand the oncogenic potential of the Mediator kinase module detailed biochemical information on the functional Mediator-RNA complex will be indispensable.


Tästä siirryn katsomaan Gabor   Banyain göteborgilaisen  uuden väitöskirjan Mediator and cell cycle regulation antamaa  taustatietoa Mediaattorista. 

Poikkeuksellinen sykliinistä riippuva kinaasi Cdk8 . Tärkeä solun Gap 0 vaiheen kohdalla

LÄHDE: BANYI Gabor. The CDK module. In: Mediator and cell cycle regulation. p. 15-17. 

Institute of Biomedicin at Sahlgrenska Academy, University of Gothenburg.

Väitöstilaisuus oli 20.11. 2015 Akatemiassa

ISBN978-91-9561

CDK 8 moduli ja Cdk8 , sykliinistä riippuva kinaasi 8

Sitten seuraavaksi katson tietoja kinaasista Cdk8. Sekin nimittäin on sitä laatua kinaasi, jota en oppinut tuntemaan solusyklin peruskuviota selittävissä väitöskirjoissa, joista olen tietoa hankkinut- johtuen siitä että G0 vaiheesta G1 vaiheeseen tapahtuva siirtymä tai G0 vaiheessa pysymä /differentiaatiosuunta  ei ollut ensimmåinen asia, mitä solusyklistä saatiin selville.

Tästä kinaasista löydän Wikipedian lisäksi syventävän tiedon Gabor Banyain väitöskirjasta . Tämä sykliini omaa erityisiä poikkeuspiirteitä ja loppujen lopuksi sen funktiotapa ei ole niin yksinkertainen etteikö olisikin aihetta sanoa CDK 8 moduli. Cdk8 on mielenkiintoinen ja eräänlainen funktionaalisen verkoston yksi keskipisteessä oleva tekijä, se toimii solusyklissä pisteessä, jossa jenkoilta luistaminen on käytännössä tavallista. Vaikka ihmiskunnan normaalikasvu miljoonavuosiperspektiivillä on jenkoillaan, siis normaali on tavallisisnta universumissa,ja  siirtyy sukupolvesta toiseen elinkelpoisena.   Tarkoitan tässä, että modulilla ja sen alayksiköllåä on kyllä  onkogeenistä potentiaalia. Kuitenkin kaikitenkin  vähemmistöllä maailmassa on syöpä. Korjausmekanismejakin on aika joukko. Korjaantuvuus lie genomissakin  valmiina, kun sille annetaan edellytyksensä ( jotka vain töytyy löytää).  Kuten haavat paranevat kun tulehdus poistetaan.

Nyt käännän suoraan väitöskirjan johdantotekstiä:

Sivulta 15. kappale 1.3.2. The CDK 8 module

CDK 8 moduliin kuuluu neljä proteiinia ja ne ovat edellä mainittu CycC, Cdk8, Med112 ja Med13 (L-Mediator sisältää nämä molemmat Med-ryhmät, Large Mediator) .

Varhaiset geneettiset ja biokemialliset seulonnat ovat viitanneet siihen, että CDK8 moduli on transkription säädössä negatiivisesti säätelevässä osassa ja se pystyy vaimentamaan Pol II aktiivisuutta ( Polymeraasi II) .

Kinaasiosatekijä on Cdk8 ja se pystyy fosforyloimaan polymeraasi II:n C-terminaalisen domeenin (CTD) ennenkuin PIC muodostuu ( Pre-Initiation Complex) ja tällä tavalla transkriptio estyy (Hengartner et al. 1998).

Toiset tutkijat taas ovat osoittaneet, että Cdk8 voi fosforyloida (PIC-kuuluvan) TFIIH tekijän ja tällä tavalla estää Cdk7:n aktiivisuuden.

Täten välillisestikin Cdk8 estää polymeraasin C-terminaalisen domeenin fosforylaatioon ja tapahtuu promoottorin välttö (promotor escape) (negatiivinen vaikutus transkription aloittamiseen) (Akoulitchev et al. 2000).

Myöhemmät tutkimukset ovat osoittaneet, että Cdk7:n poissaollessa, Cdk8 saattaa omata myös positiivista vaikutusta transkriptioon. Tästä voidaan käsittä,, että CDK8-moduli on paljon monimutkaisempi prosessi, mitä aluksi oltiin oletettu (Liu et al. 2004)

Jos CDK8 modulia kohtaa jokin mutaatio, seikka assosioituu erilaisiin syöpämuotoihin.

Se TF (Transcription Factor), mikä tässä yhteydessä mainitaan on avainasemassa: . TF -tekijöitä on monta ja transkription alkamisen (initiation) viime vaiheessa rekrytoituu tämä multimeerinen proteiini pre-initiaatio-kompleksiin (PIC) Tässä TFIIH multimeerissä on osana Cdk7, joka aktiivina pystyy fosforyloimaan joka viidennen seriiniaminohapon C-terminaalisissa heptadeissa katalysoiden täten sitä vaihdetta, joka sijaitsee PIC-muodostuksen ja aktiivin pidentymisen välillä (Buratowski, 2009)

Sitten väitöskirjqassaq kuvataan CDK8 modulin kinaasi-alayksikköä Cdk8 tarkemmin kappaleessa 1.3.2.1. sivuilla 15- 17. Tässä onkin syytä olla tarkkana, sillä tästä seikasta voidaan löytää vihjeitä onkogeneesin alkuunpääsystä. 

 

Poikkeuksena muista Cdk-proteiineista Cdk8 ei vaadi T-silmukkansa fosforylaatiota ollakseen aktiivi (Hoeppner et al. 2005, Schneider et al. 2011).

Imettäväiskehoissa CDK8 moduli vaikuttaa p21 geenin ilmenemiseen. Tämä p21 proteiini kuuluu solusyklitekijöissä inhibiittorijoukkoon CKI ( Cyclin-dependent- Kinase Inhibitors), joiden tehtävänä on negatiivinen vaikutus G1 siirtymään blokeeraamalla Cdk1 ja Cdk2 kinaasiyksiköt.

p21 geenin mRNA pitoisuudet ja CDK8 geenin ilmeneminen ovat lineaarisessa korrelaatiossa. 

 

CDK8 ja p21 voivat myös tehdä suoraa interaktiota stimuloimalla CDK8 aktiivisuutta ja muodostamalla positiivisen takaisinsyöttö kierron ( positive feedback loop) Tämä mekanismi saattaa antaa suoraa linkkiä syövän kehittymiseen (Porter et al. 2012).

Ihmisen solulinjoissa CDK8 pitoisuuksien putoamana saattaa johtaa differentioitumiseen, kun taas proteiinipitoisuuksien nousu aiheuttaa pluripotentiaalisuutta (Adler et al. 2012).

CDK8 modulin on osoitettu linkkiytyvän myös Wnt/beta-kateniini-tiehen, joka on monimutkainen transkription säätöä signaloiva tie, josta Gap1/S siirtymä edistyy geeniekspression muuntuman kautta. CDK8 pystyy sitoutumaan beta-kateniinista riippuvaan c-Myc promottoriin Mediaattori-kompleksin osana ja täten voi suoraan vaikuttaa beta-kateniinin solupitoisuuksiin. (Firestein et al. 2008)

CDK8 voi vaikuttaa myös E2F1 aktiivisuuteen . E2F1 transkriptiotekijä aktivoi joukon geenejä, jotka liittyvät S-faasin progressioon. Myös E2F1 vaikuttaa Wnt/beta-kateniinitiehen koska se stimuloi niitä transkriptiofaktoreita, jotka edistävät beta-kateniinin hajoamista ja estää beta-kateniinin transkriptiota. CDK8 voi fosforyloida E2F1 proteiinin S375-aseman, mikä on kriittinen vastavaikuttamassa E2F1:n vaimentavaan (repressio) vaikutukseen beta-kateniinin kohdegeeneissä (Zhao et al. 2013)

E2F1 on avaintekijä solusyklin säätelyssä ja apoptoosin signaloimisessa.

• (Per Arne Aas: transkription säätymisestä: E2F-transkriptiofaktoriperhe on solusyklin avainsäätelijöitä E2F- perhe käsittää solusyklin säätelijöitten avainjäsenet.

Solusyklin säätelyssä omaavan osansa lisäksi Cdk8 saattaisi myös vaikuttaa  solujen erilaistumisen säätelyssä. Hiivasolulla on havaittu ravinteen energian ( glukoosin) ja typen saatavuuden merkitsevän erilaistumisohjelmassa, kasvussa ja morfologiassa. On havaittu vaikutusta G-proteiiniin kytkeytyneissä kalvokomplekseissa , MAPK-kaskadin aktivaatiossa, alavirtaproteiineissa, jotka voivat aktivoida transkriptiotekijöitä; niissä  on Cdk8 kohteita ja Cdk8 fosforylaatiota vaativia tekijöitä, joitten fosforylaatiosta seuraa normaalikasvukin.

• Haku PubMed Gene: CDK8

Näyttää geenillä  olevan toinenkin nimi: K35

Tämän geenin koodaama proteiini on sykliinistä riippuvan kinaasiperheen (CDK) jäsen. CDK perheenjäsenet ovat hyvin suuriasteisesti samanlaisia kuin alla mainittujen hiivojen geenituotteet ( joten hiivasolu on tämän modulin mitä adekvaatein tutkimusmiljöö) ja ne tunnetaan tärkeinä solusyklin progression säätelijöinä. Tämä kinaasi(Cdk8) ja sen säätelyllinen alayksikkö Cyclin C ovat  RNA polymeraasi II holoentsyymikompleksin osia , jotka fosforyloivat RNA polII isoimman alayksikön C-terminaalista domeenia. Tämä kinaasi Cdk8 säätelee myös transkriptiota siten, että se kohdistaa vaikutuksensa Cdk7/ TFIIH proteiineihin ( TFIIH tarkoittaa : Yleisen transkription aloittajafaktorin II :n sykliini H alayksikkö ). Täten muodostuu linkki ´Mediaattorin kaltaisten ` proteiinikompleksien ja basaalisen transkriptiokoneiston kesken.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/1024

CDK8 cyclin-dependent kinase 8 [ Homo sapiens (human) 

Also known as

K35

Summary

The protein encoded by this gene is a member of the cyclin-dependent protein kinase (CDK) family. CDK family members are highly similar to the gene products of Saccharomyces cerevisiae cdc28, and Schizosaccharomyces pombe cdc2, and are known to be important regulators of cell cycle progression. This kinase and its regulatory subunit cyclin C are components of the RNA polymerase II holoenzyme complex, which phosphorylates the carboxy-terminal domain (CTD) of the largest subunit of RNA polymerase II. This kinase has also been shown to regulate transcription by targeting the CDK7/cyclin H subunits of the general transcription initiation factor IIH (TFIIH), thus providing a link between the 'Mediator-like' protein complexes and the basal transcription machinery. [provided by RefSeq, Jul 2008]

Sykliini C (CycC), erityinen sykliini- solun lepotilasta (G0) poistumisen säätelijä

LÄHDE: BANYI Gabor. Mediator and cell cycle regulation.

Institute of Biomedicin at Sahlgrenska Academy, University of Gothenburg.

Väitöstilaisuus oli 20.11. 2015 Akatemiassa tänään.

ISBN978-91-9561

 

Kirjan johdannossa, kappaleessa 1.3.2.2. sivulla 17 on otsikko: Cyclin C, a special cyclin.

Sykliini C, erityinen sykliini.

Mediaattorikompleksissa( jonka selitän myöhemmin) kinaasi Cdk8 tekee interaktion sykliini C:n kanssa. Tämä sykliini on sikäli epäsäännöllinen sykliini, että se ei aaltoile solusyklin mukaisessa jaksollisuudessa mukana ( Tästä on antanut kuvauksen vuonna 1991 Leopold ja O´Farrell sekä vuonna 2011 Schneider työryhmänsä kanssa).

Sykliini C:tä koodaava geeni CYCC on kloonattu jo yli 20 vuotta sitten ja silloin sille ehdotettiin funktioksi osuus solusyklin kontrolliin (Leopold ja O´Farrell,1991).

Kun tutkittiin korkeampia eukaryosyyttejä, saatiin vahvistettua linkki Sykliini C:n ja solusyklin säätelyn kesken, koska CycC pystyy kooperoimaan c-Myc transkriptiotekijän kanssa ja edistämään solun proliferoitumista (Liu et al. 1998). c-Myc pystyy indusoimaan lukuisien kohdegeenien transkription vahvistaen solun proliferaation (Grandori et al., 2000).

On osoitettu myös, että CycC pystyy superindusoimaan cdc2 geenin ilmenemisen, joten se vaikuttaa sekä G1/S että G2M faaseissa. (Liu et al. , 1998)

Viime aikaisia löytöjä on hiirikokeissa havaittu CycC :n osallistuminen soludifferentioitumisen kontrolliin, sillä se vaikuttaa Notch 1 pitoisuuksiin ( Li et al., 2014). Notch 1 on transmembraaninen reseptori, jolla on ihmissolussa lukuisia funktioita ulottuen solun kehityksestä solun proliferaatioon (Maillard et Pear, 2003).

Tässä väitöskirjatyössä on osoitettu nolla-mutanttihiirillä vaikeuksia solusyklin aloituksessa, joten tästä pääteltiin sykliini C:n funktionaalinen osuus G0 tilasta poistumisen säätelyssä (G0 exit regulation) (Gap 0 tila on solun lepovaihe, quiescence) (Li et al., 2014).
 

Sitäpaitsi sykliini C (CycC) voi toimia kinaasistaan Cdk8 itsenäisenä siirtyen tumasta sytoplasmaan, jos on oksidatiivista stressiä tai etanolin aiheuttamaa stressiä, jolloin se voi indusoida mitokondriaalisen hyperfission. Jokin Cdk8:n korvaava pikkutekijä?) (Cooper et al, 2014; Cooper et al. , 2012). Yhteenvetona nämä tulokset viitaavat siihen, että CycC on osallisena monissa erilaisissa soluprosesseissa, mutta monen tällaisen pleiotrooppisen vaikutuksen mekanistiset selitykset ovat edelleen jossain määrin epäselviä.

Terminologiaa:

Mediator

Cdk8

cdc2

Notch 1
CNCC geeni 
RNApol II

Sykliini C:n geeni ihmisellä merkataan CCNC . Se sijaitsee kromosomiasemassa  6q21
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/892

Tämän geenin koodaama  proteiini sykliini C on sykliiniperheen proteiineja. koodattu proteiini tekee interaktion sykliinistä riippuvan kinaasin ( kanssa (Cdk8) ja indusoi RNApolymeraasi II:n ison alayksikön C-terminaalisen domeenin fosforylaation. Tämän geenin CCNC mRNA pitoisuudet tekevät piikin  solusyklin G1-faasissa. Geenistä on tavattu kaksi eri isoformia ja ne  koodaavat kahta transkriptivarianttia.

Summary

The protein encoded by this gene is a member of the cyclin family of proteins. The encoded protein interacts with cyclin-dependent kinase 8 and induces the phophorylation of the carboxy-terminal domain of the large subunit of RNA polymerase II. The level of mRNAs for this gene peaks in the G1 phase of the cell cycle. Two transcript variants encoding different isoforms have been found for this gene. [provided by RefSeq, Jul 2008]

 

Väitöskirja (2015). Mediaattori on solusyklin progression ja transkription välinen linkki ( Banyai G.)

http://hdl.handle.net/2077/39564

Titel:	Mediator and cell cycle regulation
Författare:	Banyai, Gabor

 Abstraktista suomalaista sisältöä:

•   Multiproteiininen Mediaattori-kompleksi on kehityksellisesti konservoitunut eukaryoottisen transkription myötäsäätelijätekijä.  
•  Mediaattori toimii siltana geenispesifisten transkription aktivaattoreitten ja basaalisen transkriptiokoneiston kesken promoottorilla . ( RNA pol II ) .  
• Mediaattorin alayksikköjä koodaavien geenien mutaatioitten on havaittu liittyvän  tauti joukkoon, erityisesti  syöpään neurodegeneratiivisiin häiriöihin. Tässä väitöskirjassa selvitetään, miten Mediaattori vaikuttaa hiivan  solusykliin ja työssä  käytettiin apumallina erästä hiivalajia Schizosaccharomyces pombe.
• Sykliinistä riippuvainen  kinaasi 8 (Cdk8)  ja sen partneri sykliini C (CycC)  ovat molemmat Mediaattorin komponetteja.  Cdk8 ja CycC  rekrytoidaan yhdessä  Mediaattorin kanssa paikalle niihin geeneihin, jotka jaksollisesti ilmenevät  solusyklin progression aikana.
•  Jos Cdk8   deletoituu  tai Cdk:mutaatio    inaktivoi sen kinaasiaktiivisuuden, seuraa  viivästynyt mitoosiin siirtymä ja mitoottisten geenien viivästynyt  aktivoituminen. 
• Cdk8 pystyy suoraan  kinaasiaktiivisuudellaan  fosforyloimaan  tärkeän kohdemolekyyli Fkh2 , joka on geenispesifinen transkription aktivaattori - aiemmin on osoitettu että  se säätelee  mitoottisia geenejä S. pombessa.   Sellaiset Fkh2  mutaatiot, jotka  pyyhkivät pois  Cdk8-fosforylaation , viivästyttävät mitoottista progredioitumista, kun taas ne mutaatiot, jotka matkivat proteiinin fosforylaatiota, aiheuttavat varhaista  siirtymää mitoosivaiheeseen. 
• Cdk8 aktiivisuutta säätelee kaksi muutakin alayksikköä:  Mediaattorikomponentit Med12 ja Med13,  jotka yhdistävät Cdk8-CycC-parin Mediaattorikompleksiinn. .  Jos puuttuu Med12 ja Med13- antigeenit , muodostuu vapaan Cdk8 tekijän allas, mikä sinänsä voi stimuloida varhaista mitoosivaiheeseen siirtymää. mikä  itse asiassa on päinvastainen vaikutus kuin mitä  kinaasin inaktiivisuudesta  haaitaan. . 
• Tutkijat ovat tässä työssään myös selvittäneet solusyklin progression ja säädellyn transkription välistä linkkiä.  He raportoivat, että jaksollisesti ilmentyvien geenien transkriptio  pohjautuu pelkästään solusyklinsäätäjien  päämolekyyliin Cdk1, mutta muuten  riippumatta  solusyklin progressiossa parhaillaan vallitsevasta  vaiheesta. 
• Johtopäätöksenä 
• Mediaattori  toimii fissioituvan hiivan S. pombe  solusyklin progression tärkeänä säätelijänä.Työ antaa myös perusutavaa ymmärtämystä, jota voidaan hyödyntää  tehtäessä syöpään assosioituneitten mutaatioitten tutkimuksia ja selviteltäessä niiden vaikutuksia ihmissolujen solusykliin.

 Jatkoa 20.11. 2015
 

Mikä on Sykliini C? ( CyclinC )

Vastaus ei olekaan kovin yksinkertainen, siihen täytyy ottaa tämä väitöskirjaraami selvitykseksi.

Löysin  Wikipediatasosta nimen  sykliinistä nimeltä Cyclin C, (CycC), mutta  selvitystä tästä uudesta väitöskirjasta

BANYI Gabor. Mediator and cell cycle regulation.

Institute of Biomedicin at Sahlgrenska Academy, University of Gothenburg.

Väitöstilaisuus oli 20.11. 2015 Akatemiassa tänään.

ISBN978-91-9561 Tämä väitöskirjan aihepiiri on tai sivuaa onkologian aluetta.

Vastaväittäjänä toimiprofessori Anthony Wright Karoliinisesta Instituutista Huddingesta. Hän kuuluu esim. syöväntutkimusryhmään. http://ki.se/labmed/forskargruppen-for-cancer-evolution

Vaitöstilaisuuden puheenjohtajana toimi dosentti, professori Bengt Hallberg Biokemian ja solubiologian instituutista http://www.gu.se/english/about_the_university/staff/?languageId=100001&userId=xhalbe

Täten sain jälleen runsaasti uusia lähteitä tuoreimman onkologian kentältä!

Gabor Banyin väitöskirjan neljä osatyötä ovat seuraavat

I. Sykliinistä riippuva kinaasi 8 (Cdk8) säätelee fissioituvassa hiivasolussa mitoottista valmiustilaa.

Cyclin -dependet kinase 8 regulates mitotic commitment in fission yeast (2012) 
 

II. Mediaattori voi säätää mitoosivaiheeseen menoa ja suoraa jaksollista transkriptiota fissioituvassa hiivasolussa.

Mediator can regulate mitotic entry and direct periodic transcription in fission yeast (2014)

III. Sykliini C vaikuttaa mitoosin ajastukseen fissioituvassa hiivasolussa.

Cyclin C influences the timing of mitosis in fission yeast.

IV. Cdk1 aktiivisuus toimii kvantitatiivisena alustana solusyklin progredioitumisen koordinoitumiseen jaksollisen transkription kanssa

Cdk 1 activity as a quantitative platform for coordinationg cell cycle progression with periodic transcription (2015)

Nyt kuvaan eri tekijöitä erikseen jatkossa. Aloitan sykliini C:stä.

Onpa strateginen sijainti tälle solusyklimoottorille CycC-Cdk3. Täytyy pohtia tätä.

http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fcell.2015.00016/full
Tämä moottori voi herättää lepotilassa olevan solun progredioitumaan.  Tästä en ole ennen lukenut. 

Wikipediasta tunnetut sykliinit ja niiden partnerit

Sekä sykliinejä (Cyc)  että niistä riippuvia kinaaseja (Cdk) on ehditty kymmnessä vuodessa keksiä lisää.Nyt on Cyc A, CycB, CycC, CycD, CycE, Cyc F, CycG, Cyc H, Cyc L, Cyc T  ainakin  esitettynä.

CDK ryhmää, kinaaseja on taas Cdk1, Cdk2, Cdk3, Cdk 4,, Cdk5, Cdk6, Cdk7, Cdk8, Cdk9, Cdk11

Näille uusille kombinaatioille on löydetty myös funktio ja deleetiofenotyypistäkin on hiireltä tietoja. 

G1 faasissa esiintyvät  CycC-Cdk3 (kysymysmerkillä varustettu tieto) , CycD.Cdk4 ( entistöä tietoa) CycD-Cdk6 ( entistä tietoa)

G1/S siirtymäfaasissa esiintyy CycE-Cdk2 ( entistä tietoa) 

S ja Gap2 faaseissa esiintyy  CycA-Cdk2 ( entistä tietoa) 

M faasissa esiintyy  CycB.Cdk1 ( entsitä tietoa) 

Siten mainitaan transkriptiofuntkion yhteydessä seuraavia moottoreita: CycH- Cdk7, CycC-Cdk8, CycT-Cdk9 . Siten on kysymysmerkillä varustettuja moottoreita CycL-Cdk11 sekä CycF ja CycG , joiden omaa kinaasipartneria ei tiedetä.

Types

Table 1: Known CDKs, their cyclin partners, and their functions in the human ^[3] and consequences of deletion in mice.^[4]

CDK	Cyclin partner	Function	Deletion Phenotype in Mice
Cdk1	Cyclin B	M phase	None. ~E2.5.
Cdk2	Cyclin E	G1/S transition	Reduced size, imparted neural progenitor cell proliferation. Viable, but both males & females sterile.
Cdk2	Cyclin A	S phase, G2 phase
Cdk3	Cyclin C	G1 phase ?	No defects. Viable, fertile.
Cdk4	Cyclin D	G1 phase	Reduced size, insulin deficient diabetes. Viable, but both male & female infertile.
Cdk5	p35	Transcription	Severe neurological defects. Died immediately after birth.
Cdk6	Cyclin D	G1 phase
Cdk7	Cyclin H	CDK-activating kinase, transcription
Cdk8	Cyclin C	Transcription	Embryonic lethal
Cdk9	Cyclin T	Transcription	Embryonic lethal
Cdk11	Cyclin L	?	Mitotic defects. E3.5.
?	Cyclin F	?	Defects in extraembryonic tissues. E10.5.
?	Cyclin G	?

Väitöskirja ( 2004) CycE solusyklin säädössä ja genomi-instabiliteetissa (Ekholm-Reed)

Väitöskirjasta (2004). Sykliini E solunsyklin säätelyssä ja genomisessa instabiliteetissa.

LÄHDE: The role of cyclin E in Cell Cycle Regulation and Genomic Instability  http://publications.ki.se/xmlui/handle/10616/38267

Eräs  yksityiskohta solusyklissä on sykliini E, josta  Ekholm_Reed kirjoittaa.

Tutkijaa käsitteli erityisesti solusyklin yhtä osatekijää sykliini E. jota lisääntyy tuumoreissa. Sykliini E on G1/S siirtymisen positiivinen säätelijä normaalissa solussa. Sykliini E on sykliinistä riippuvan kinaasin Cdk2 säätelyllinen alayksikkö. Sillä voi olla jotain osutta tuumorien synnyssä.

(” three studies of the role of cyclin E in normal cell cycle regulation and its putative role in tumorigenesis. Cyclin E is a regulatory subunit of cyclin dependent kinase-2 (Cdk2), a positive regulator of the G1/S transition”).

Solusyklin vaiheet merkataan G1, S, G2, M

Solusykli (Cell cycle) kuvaa sitä ydintapahtumien sarjaa, jolla yksittäinen solu kasvaa, kaksinkertaistaa kokonsa, kahdentuu, toistaa ( duplikoi) DNA- aineensa ja lopulta jakaantuu kahdeksi samankaltaiseksi tytärsoluksi. Tämä mitoosisykli on jaettu neljään eri vaiheeseen ja merkattu kirjaimin.

S- kirjain kuvaa sitä synteesiä, jossa DNA-replikoituu. (SYNTHESIS)

M-kirjain kuvaa mitoosia, jossa solu muuttuu kahdeksi keskenään samanlaiseksi tytärsoluksi. (MITOSIS)

 Näitten välillä on ”gap”- välitilavaihe G.

M - S välissä on G1, ja S - M välissä on G2. 

Näissä gap-vaiheissa,, G1 ja G2,  solussa tapahtuu proteiinisynteesejä ja koon kasvua, mutta myös säätelyä, regulaatiota, tapahtuu suurimmalta osaltaan juuri  näissä G- faaseissa.

Solusykli voidaan kuvata kahtena keskisenä ympyränä ja rengaspinta-ala joka kehien välissä on, voidaan jakaa eri värisiin  leikattuihin  sektoreihin. 

 M merkataan ylös ja S alas. G1 merkataan oikealle ja G2 vasemmalle.  

G1 sektori voidaan jakaa  lisäksi kahteen alasektoriin

M-aluetta lähinnä on G1-pm ( postmitoottinen) ja S-aluetta lähinnä on G1-ps (pre-DNA-synteesivaihe) 

Näiden G1- ala-alueitten välinen rajapinta on R, restriktiivinen säätelykohta. eräänlainen tullikontrolli.  Syklin tällaista karttaa luetaan myötäpäivään. Karttoja löytyy netistä hakusanana Cell Cycle 
 Solu sykli etenee suuntan G1, S, G2, M ja sitten uudestaan G1, S, G2, M jne jne jne. Mutta ...

G0 on  lepovaihe, jonne   "solu hyppää pois kärrynpyörästä"

Jos solussa ei ole tarpeeksi  edellytettyjä  rakennustarvikkeita ja ravintoaineita, se ei voi suorittaa jakaantumisiaan ja kasvujaan. Myös tietyt antimitoottiset aineet estävät syklin tapahtumisen.

 Solun differentioituminenkin ( erikoistuminen) sekä ns. kontakti-inhibitio johtaa siihen, että sykliä ei tapahdu. Silloin solu jää lepotilaan, quiescence, ja se vaihe merkataan gap nollaksi( G0). Se on kuin solu asettuisi sivuraitelle, joka on lyhyt ja aikatauluton. Mutta tarvittaessa sillä on mahdollisuus palata pääraitelle, jolla vallitsee tiukat aikataulut. ja eteenpäin on mentävä kuin aika itse. Aika on irreversibeli suure. Kun se on alkanut, se jatkuu.( Kellon pysähtymisestä, ajan pysähtymisestä on pari kertomuta Raamatussa.Oli 15 asteinen ajan pysähtymä kuningas Hiskian aikana- auringon varjo kellossa siirtyi taaksepäin ne asteet normaalista varjonliikkumasuunnastaan- ja se merkitsi hänessä jotain prosessia joka paransi hänet.  Ehkä hänellä oli syöpä ja hetkisen olivat syöpäsolut kasvamatta- niiltä otettiin aikatekijä pois  ja ne kuolivat   ja potilas parani ja sai 15 vuotta  elämänpituutta lisää. Nykyinen syövänhoito menetelmä perustuu samaan: syöpäsolun  aikakellon pysäytetään tavalla tai soisella, esim. äkkisäteilytyksellä). 

Kun  terve solu kuten hyvin erikoistunut neuroni menee tuollaiseen   mitoosittomaan lepotilaan, se kuitenkin uudistaa   rakenneosiensa  molekulaarista  koostumusta, esim kalvojensa rasvahappoja  ym   molekyylejä, vaikka tuman DNA ei  replikoi  . Sillä on siis  omaa itseä ylläpitävä aineenvaihdunta olemassa ja  DNA  toimii aineenvaihdunnallisten  rakenneosien koodin säilyttäjänä. Siis G0 tilassa tapahtuu kuitenkin jotakin ja paljonkin entsyymiaktivaatiomaailomassa).

Cdk, sykliinistä riippuva kinaasi säätelee sykliä

Solusyklin progressio tapahtuu siis asteittain, peräkanaa G1-S-G2-M suuntaan. Vasta kun yhden faasin sisäiset tapahtumat ovat täydelliset, siirtymä toiseen faasiin voi tapahtua- kuten junilla on asemansa, jotka ovat välttämättömät ennen pääteasemaa. Tämän siirtymähetken säätää evolutionaalisesti hyvin muuttumattomina pysyneet, konservoituneet,  kinaasientsyymit (Cycle dependent kinases, Cdk). Ne ovat seriini-threoniini-(S/T) proteiinikinaaseja. Niitä on keksitty 1991-1995 välisenä aikana. Niitten merkitys solulle on se, että estäessään liian varhaisen siirtymän toiseen vaiheeseen, ne antavat genomille aikaa replikoitua kunnolla ja täydellisesti sekä korjausmekanismi ehtii toimia. Näin ne Cdk-entsyymit suojelevat omalta osaltaan solua joutumasta ennenaikaiseen apoptoosiin ( ohjelmoituun solukuolemaan)  tai tumorogeneesiin (kehokokonaisuudelle epäloogiseen tai epätarkoituksenmukaiseen  villikasvuun) 

 Niitten asemat, sijaintikohdat, ovat eräänlaisia ”checkpoints”, tullin tapaisia läpikulun kontrolleja tai tarkkoja asemia liikennevaloineen ja sääntöineen. 

Eri kinaasit (CDK)  toimivat  eri vaiheissa

G1-pm alueen Cdk (cycle dependent kinase) on Cdk4/6.

G1-ps alueen Cdk on Cdk2.

Cdk2 ilmenee myös S-alueella.

G2-alueella toimii Cdk-1.

Katalyyttisesti inaktiivi Cdk-entsyymin alayksikkö on liittyneenä erääseen toiseen säätelevään alayksikköön, joka on nimeltään sykliini ( Cyc, cyclin). Cdk- entsyymit ovat keskeisiä säätelijöitä solun proliferaatiossa ja sen takia niitä on voitava monitasoisesti moduloida vasteena intrasellulaarisiin ja extrasellulaarisiin signaaleihin. Ykköstason säätelyyn kuuluu, että Cdk-alayksikkö sitoutuu sykliininsä (Cyc) alayksikköön ja tätä seikkaa taas säätelee sykliinin saatavilla olo.

Aktiivi sykliini  ynnä  Cdk -kompleksi toimii  solusyklin"moottorina"

Cdk-sykliinikompleksia säätelee edelleen sekä aktivoiva että inhiboiva fosforylaatio sekä sitoutumiset Cdk-estäjiin (CKI).

Eri sykliinit ( cyclin) A, B, D ja E, CycA, CycB, CycD, CycE)

Näitä sykliinejä on löydetty 1983- 1991 välisenä aikana: Ihmisen sykliinit A ja B löydettiin 1988 ja 1990.  Ne molemmat ovat ihmisen G2-faasin alueella toimivia. Sykliini A- toimii myös S-faasissa. 

Tärkeät kinaasin ja sykliinin kompleksit (”moottorit”)

G1- pm faasille kuuluu CycD- Cdk4,6.

G1 -ps faasille kuuluu CycE-Cdk2.

S-faasille kuuluu CycA-Cdk2.

G2 faasille kuuluu alussa CycA-Cdk1 ja lopussa CycB-Cdk1.

http://www-rcf.usc.edu/~forsburg/images/CDKcyclins.jpg

• Yksityiskohta. 

Sykliini E:n tason säätyminen on tämän S. Ekholm-Reedin  kirjan keskeinen sanoma Sykliinin runsaus oskilloi solusyklin kestäessä. Ja tämä on tulosta periodisesta, programmoidusta synteesistä ja degradaatiosta ( hajoittamisesta) . Samalla rajoittuu Cdk-aktivaatio aivan rajalliseen tilaansa. Sykliini E-proteiini alkaa kertyä myöhäisessä G1 ps- faasissa. Sen kertymisen korkein piikki tapahtuu G1 ja S transitiokohdassa (DNA-synteesiin siirtymäkohdassa). Sen hajoaminen taas tapahtuu S-faasissa. (Ns. “ubiquitin/proteasome pathway”-järjestelmän kautta, mikä on proteolyysiä, valkuaismolekyylin silppuroimista ja osien hyödynnystä). Eräs  Nobelin palkinto on annettu tuosta ubikitiinivälitteisen proteiinisilppurin  lähemmästä selvittelystä.

Aktiivin kompleksin CycE-Cdk2 hajoittaminen sykliini E.n osuudelta on fosforylaatiosta riippuvainen ( treoniini380 eli T380 ja muita fosforylaatioita). Osa tästä vapautuneen sykliini-E:n hajottamisesta tapahtuu autoregulatiivisesti aktiivin CycE-Cdk2- kompleksin aiheuttamana. Tällöin vapautunut CycE hajoaa hyvin nopeasti. (Seikka on havaittu vuonna 1996). T380 fosforyloituu kinaasilla GSK3. Cdk2:n aktiivi tila taas vaaditaan treoniini 62 (T62) ja seriini 372, S372- fosforylaatioihin. (Sellaisen sykliini E:n hajottaminen, mikä ei ole ollut sitoutuneena Cdk:oon, saattaa omata toisen hajoitustien, arveltiin vuonna 1999).

CKI, solusyklimoottorin jarrut, Cdk- kinaasien inhibiittorit. Cdk-inhibiittorit (CKI) alkavat kertyä, kun solulla on tarvetta pysäyttää jakautuminen, kuten saavuttaessa postmitoottiseen (pm), lopullisesti differentioituneeseen tilaan tai mentäessä lepotilaan (G0) tai kun on saavuttu “checkpoint activation” kohtaan ja kontrollikohta on aktivoituneena. Tämä Cdk-inhibitiosysteemi tekee rajan G1 ja S-faasien välillä teräväksi (arveltiin vuonna 2003).

Näitä CKI-inhibiittoreita on kolme luokkaa riippuen rakenteesta ja Cdk-affiniteetista:

INK 4- perhe ( irrottaa cyclin D-Cdk kompleksin)

Cip/Kip- perhe ( kohdistaa vaikutuksen Cdk2:een)( estää Cyclin E-Cdk2 kompleksia)

Pocket proteins 

http://breast-cancer-research.com/content/figures/bcr43-1.jpg

 

CKI exchange. eri jarrutekijäin vaihtumiset

Kun D-tyypin sykliinit akkumuloituvat ja sitoutuvat Cdk4,6 kinaaseihin G1 faasissa, tämä suosii siirtymissuuntaa G1:stä kohti S-faasia kahdellakin mekanismilla, joissa inhibiittoriryhmillä ( “ pocket proteins” ja “Cip/Kip” sekä “INK-4 “) on osuutta.

CKI-vaihtuminen on mekanismina CycE-Cdk2-kompleksin aktivoitumisessa

tekijän cMyc vaikutuksesta. cMyc säätelee cycD1 ja-D2 geenejä ja CycD- pitoisuuden lisääntyminen siirtelee ”p27” tekijää CycE-Cdk2 kompleksista CycD-Cdk kompleksille (joka on G1-pm alafaasin tyyppikompleksi) ja silloin pääsee aktivoitumaan G1-ps- alafaasin tyyppikompleksi CycE-Cdk2 ja näin sykli etenee Gap1 vaiheen sisällä.

Edelleen tutkija kuvaa seuraavia seikkoja:Cdk aktiivisuuden säätely fosforylaatioilla. Mitä tapahtu niissä checkpoint-kohdissa? Missä tarkasti on Restriction Point (R) siinä solusyklissä, jonka G1 faasi merkataan kahdella alafaasilla? G1-pm ja G1-ps.

G1-pm ( post mitosis period) on gap 1 ensimmäinen alavaihe. Solun tämä vaihe on riippuva jatkuvasta seerumin kasvutekijöiden läsnäolon vaikutuksesta ja runsaasta proteiinisynteesistä. Jos puuttuu kasvutekijät tai proteiinisynteesi on estettynä , niin 30-60 minuutissa solu harkitse amhdollisuutensa jakaantua ja huomaa että on paras jättää solusykli ja siirtyä G0-tilaan (quiescence).

R ( restriction point)

Jos solu havaitse, että on tarpeeksi kasvutekijöitä ym resurssia, se siirty yli R- linjan. Kulkeminen R- kohdan ohi tapahtuu 3-4 tuntia mitoosista. Mahdollisesti tarvitaan tässä ohittamisessa labiili proteiini ( arveltiin v 1974), (sykliini E ?,arveltiin vv 1993-1997).Tämä vaihde, switch, G1-vaiheesta, joka on kasvuhormonista riippuva , G1-vaiheeseen, joka ei ole kasvuhormonista riippuva, on molekylääriseltä pohjaltaan ollut selvittämättä ja todennäköisesti ei ole primääristi kyse cykliini E:stä, sanoo tutkija. 

G1-ps ( pre-DNA synthetic period)

Monet solut ovat hyvin eri aikoja tuossa jälkimmäisessä Gap 1 vaiheessa, G1-ps vaiheessa, ennen kuin DNA-replikaatio voi alkaa. Jotkut solut menevät suoraan S-vaiheeseen jotkut vasta 20 tunnin päästä.

RB

Sitten tutkija käsittelee G1-faasin säätöä edelleen tarkastaen erästä suppressoriproteiinitietä ( RB-tietä,( RB retinoblastoma).

Sitten on otsikoissa esim. ”Deregulation of cyclin E and cancer.”

The role of cyclin E for cell regulation etc. hyvin korkeatasoista tiedettä, josta tässä yhteydessä vuonna 2008 ei tämän enempää.

E- sykliiniä tulee kehittyä runsas piikki ja sitten sen on hävittävä nopeasti, muuten solusykli ei ole normaali. Tämä väitöskirja keskittyy sitten E sykliinin säätöön, mikä on onkologian kannalta tärkeä kohta. Siitä myöhemmin jatkoa. 

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14522248

Cancer Cell. 2003 Sep;4(3):160-2.

Cell cycle progression without cyclin E/CDK2: breaking down the walls of dogma.

Gladden AB¹, Diehl JA Abstract

G1 is the phase of the cell cycle wherein the cell is responsive to growth factor-dependent signals. As such, G1 regulation is frequently disrupted in cancer through deregulation of cyclin/CDK activity; deregulation of G1 phase provides tumorigenic cells with a growth advantage.

Cyclin E, the regulatory cyclin for CDK2, is considered a requisite regulator of G1 progression. Cyclin E is overexpressed in cancer, suggesting that cyclin E/CDK2 deregulation contributes to tumorigenesis.

Two papers now challenge both the concept that cyclin E/CDK2 is a requisite component of the cell cycle machine and efforts to develop cyclin E/CDK2 inhibitors as antiproliferative therapeutics.

HUOM: Kuva normaalin solusyklin sykliini E:stä kun sen pitäisi hävitä silppurissa. 

http://www.nature.com/nrc/journal/v7/n5/images/nrc2107-f3.jpg

 

Histonideasetylaasi HDAC tehosti E-sykliinin synteesia ja histonideasetylaasin estäjä vaikuttaa päinvastoin.

Histonideasetylaasi-inhibiittori on tavallinen epilepsialääke valrponihappo( Absenor, Orfiril, ergenyl)valproic acid (VPA) (a histone deacetylase inhibitor)

www.nature.com/.../v18/n7/full/2403390a.html

http://mct.aacrjournals.org/cgi/content/abstract/4/8/1231

 HDAC inhibitors may have therapeutic potential as radiosensitizers.

27.10.2008 11:23 Päivitys 8.10.2014 

Nostan tämän artikkelin taas esiin päivän lehdelle 19.11. 2015 .