كيناز معتمد على السيكلين 1

إنزيم كيناز 1 المعتمد على السيكلين، المعروف أيضًا باسم CDK1 أو نظير بروتين دورة انقسام الخلية 2، هو بروتين محفوظ للغاية يعمل ككيناز بروتين سيرين/ثريونين ، ويلعب دورًا رئيسيًا في تنظيم دورة الخلية . ^{[ 5 ]} وقد خضع لدراسات مكثفة في الخميرة المتبرعمة S. cerevisiae ، والخميرة الانشطارية S. pombe ، حيث يُشفّر بواسطة الجينات cdc28 و cdc2 على التوالي. ^{[ 6 ]} يشكل Cdk1، مع شركائه من السيكلين ، مركبات تُفسفر مجموعة متنوعة من الركائز المستهدفة (تم تحديد أكثر من 75 ركيزة في الخميرة المتبرعمة)؛ ويؤدي فسفرة هذه البروتينات إلى تقدم دورة الخلية. ^{[ 7 ]}

إنزيم Cdk1 بروتين صغير (حوالي 34 كيلودالتون) ومحفوظ بدرجة عالية. يتشارك نظيره البشري، CDK1 ، في حوالي 63% من تسلسل الأحماض الأمينية مع نظيره في الخميرة. علاوة على ذلك، فإن CDK1 البشري قادر على إنقاذ خميرة الانشطار الحاملة لطفرة cdc2 . ^{[ 8 ] [ 9 ]} يتكون Cdk1 في الغالب من وحدة كيناز البروتين الأساسية، وهي وحدة مشتركة بين كينازات البروتين الأخرى. يحتوي Cdk1، كغيره من الكينازات، على شق يتسع لجزيء ATP . ترتبط ركائز Cdk1 بالقرب من مدخل الشق، وتحفز بقايا Cdk1 الرابطة التساهمية بين مجموعة الفوسفات γ وذرة الأكسجين في مجموعة الهيدروكسيل سيرين/ثريونين للركيزة.

إضافةً إلى هذا النواة التحفيزية، يحتوي Cdk1، كغيره من الكينازات المعتمدة على السيكلين ، على حلقة T، التي تمنع، في غياب السيكلين المتفاعل، ارتباط الركيزة بالموقع النشط لـ Cdk1. كما يحتوي Cdk1 على حلزون PSTAIRE، الذي يتحرك ويعيد ترتيب الموقع النشط عند ارتباط السيكلين، مما يُسهّل أنشطة كيناز Cdk1. ^{[ 10 ]}

يؤدي ارتباط Cdk1 بشركاء السيكلين إلى فسفرة تؤدي إلى تقدم دورة الخلية. ويُفهم نشاط Cdk1 بشكل أفضل في الخميرة S. cerevisiae ، لذا سيتم وصف نشاط Cdk1 في هذه الخميرة هنا.

في الخميرة المتبرعمة، يُتحكم في دخول دورة الخلية الأولية بواسطة مُركبين تنظيميين، هما SBF (عامل ربط SCB) وMBF (عامل ربط MCB). يتحكم هذان المركبان في نسخ جينات طور G1 _/ S، إلا أنهما يكونان غير نشطين في الحالة الطبيعية. يُثبط بروتين Whi5 عمل SBF ، ولكن عند فسفرته بواسطة Cln3-Cdk1، يُطرد Whi5 من النواة، مما يسمح بنسخ مُنظم _G1 /S ، الذي يشمل سيكلينات G1 _/ S ، Cln1 وCln2. ^{[ 11 ]} _يؤدي نشاط سيكلين G1 /S-Cdk1 إلى التحضير لدخول طور S (مثل تضاعف السنتروميرات أو جسم قطب المغزل)، وارتفاع في سيكلينات S (Clb5 وClb6 في الخميرة S. cerevisiae ). تؤدي مُركبات Clb5 وClb6-Cdk1 مباشرةً إلى بدء تضاعف الحمض النووي. ^{[ 12 ]} ومع ذلك، يتم تثبيطها بواسطة Sic1 ، مما يمنع بدء طور S المبكر.

يؤدي نشاط معقد Cln1,2 و/أو Clb5,6-Cdk1 إلى انخفاض مفاجئ في مستويات Sic1، مما يسمح بدخول متناسق في طور S. وأخيرًا، يؤدي الفسفرة بواسطة سيكلينات M (مثل Clb1 و2 و3 و4) المرتبطة بـ Cdk1 إلى تكوين المغزل ومحاذاة الكروماتيدات الشقيقة. كما تؤدي فسفرة Cdk1 إلى تنشيط إنزيم يوبيكويتين-بروتين ليغاز APC ^Cdc20 ، وهو تنشيط يسمح بانفصال الكروماتيدات، بالإضافة إلى تحلل سيكلينات طور M. ويؤدي هذا التحلل إلى الأحداث النهائية للانقسام المتساوي (مثل تفكك المغزل، والخروج من الانقسام المتساوي).

نظراً لدوره الأساسي في تقدم دورة الخلية، يخضع Cdk1 لتنظيم دقيق. ومن أبرز هذه التنظيمات ارتباطه بشركاء السيكلين. يُغير ارتباط السيكلين الوصول إلى الموقع النشط لـ Cdk1، مما يسمح بنشاطه؛ علاوة على ذلك، تُضفي السيكلينات خصوصية على نشاط Cdk1. تحتوي بعض السيكلينات على الأقل على منطقة كارهة للماء قد تتفاعل مباشرة مع الركائز، مما يُكسبها خصوصية في استهدافها. ^{[ 13 ]} إضافة إلى ذلك، تستطيع السيكلينات توجيه Cdk1 إلى مواقع محددة داخل الخلية.

بالإضافة إلى تنظيمها بواسطة السيكلينات، تُنظَّم Cdk1 عن طريق الفسفرة. يؤدي التيروسين المحفوظ (Tyr15 في البشر) إلى تثبيط Cdk1؛ ويُعتقد أن هذه الفسفرة تُغير اتجاه ATP، مما يمنع نشاط الكيناز بكفاءة. في S. pombe، على سبيل المثال، قد يؤدي عدم اكتمال تخليق الحمض النووي إلى استقرار هذه الفسفرة، مما يمنع تقدم الانقسام الخلوي. ^{[ 14 ]} يقوم Wee1 ، المحفوظ بين جميع حقيقيات النوى، بفسفرة Tyr15، بينما تُعد أفراد عائلة Cdc25 فوسفاتازات، تُعاكس هذا النشاط. يُعتقد أن التوازن بينهما يُساعد في تنظيم تقدم دورة الخلية. يتم التحكم في Wee1 من قبل Cdr1 وCdr2 و Pom1 .

تخضع معقدات Cdk1-سيكلين أيضًا للتنظيم عن طريق الارتباط المباشر لبروتينات مثبطات Cdk (CKIs). أحد هذه البروتينات، الذي سبق ذكره، هو Sic1. يُعد Sic1 مثبطًا متكافئًا يرتبط مباشرةً بمعقدات Clb5,6-Cdk1. يُعتقد أن فسفرة Sic1 في مواقع متعددة، بواسطة Cdk1-Cln1/2، تُحدد توقيت إضافة اليوبيكويتين إلى Sic1 وتدميره، وبالتالي توقيت بدء طور S. لا يمكن أن يحدث نشاط Clb5,6 وبدء طور S إلا بعد التغلب على تثبيط Sic1.

ثبت أن Cdk1 يتفاعل مع:

ماستل

• نظرة عامة على جميع المعلومات الهيكلية المتاحة في PDB لـ UniProt : P06493 (كيناز معتمد على السيكلين 1) في PDBe-KB .