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”).
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 ...
Solu sykli etenee suuntan G1, S, G2, M ja sitten uudestaan G1, S, G2, M jne jne jne. Mutta ...
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.
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.
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
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).
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 .
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar