Leta i den här bloggen


torsdag 19 november 2015

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”).
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 ...
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