elemeket
- Sejtbiológia
- Szerkezeti biológia
A strukturális vizsgálatok áttekintést nyújtanak azokról a mechanizmusokról, amelyek ellenőrzik a sejtosztódás ellenőrzési pontját, amely megakadályozza a kromoszóma szegregációt, mielőtt megfelelően illeszkednének a mitotikus orsó nevű struktúrához. Lásd a cikket 431. o
A sejtosztódás késői szakaszában a duplikált kromoszómákat a mitotikus orsónak nevezett szerkezet választja el. Ezt a mitózisnak nevezett folyamatot szép nézni, de tele van veszélyekkel: a hibák olyan lánysejteket hozhatnak létre, amelyek genomja egyenlőtlen, előkészítve a talajt a sejthalálhoz vagy a rákhoz. E hibák elkerülése érdekében a sejt nagy hosszan fejlődik, és a biztonsági mechanizmusok közül a legmagasabb a Spindle Assembly Checkpoint 1 (SAC) - egy szabályozó rendszer, amely megakadályozza, hogy a sejt megkísérelje a kromoszómák elválasztását, ha nincsenek megfelelően csatlakoztatva az orsóhoz. A SAC legfontosabb fehérjekomponenseiről először 1991 nyarán számoltak be (2., 3. hivatkozás). Pontosan 25 évvel később két dokumentum (Alfieri és mtsai. 4 a 431. oldalon, valamint Yamaguchi és mtsai. 5. a Molecular Cell-ben) csaknem atomi részletességgel írja le, hogy az SAC hogyan akadályozza meg a kromoszóma szétválását.
Ennek a történetnek a főszereplője az anafázist elősegítő (APC/C) 6 komplex/cikloszóma6. Ez az enzim az ubiquitin fehérjét specifikus szubsztrátfehérjékhez köti, megsemmisítés céljából jelöli őket, ezáltal felszabadítva a kromoszóma szétválasztást és a mitotikus kiteljesedést. Például az APC/C kulcsfontosságú célpontja a Secin fehérje, amely gátolja a proteáz enzimet, amely hasítja a kettős kromoszómákat összetartó fehérjéket. A szubsztrát kötődése az APC/C-hez a Cdc20 nevű fehérjétől függ (La ábra), amely a mitózis során megköti az APC/C-t, és a szubsztrátumokat rövid lineáris aminosav-szekvenciákkal való kölcsönhatás útján fogadja el az úgynevezett degrónokban.
a, Az anafázist elősegítő enzim/cikloszóma (APC/C) komplex függ a szubsztrát aktivitásától és a Cdc20 nevű aktiváló alegységhez való kötődésétől. A Cdc20 három rövid aminosav-szekvencia kötési helyeit tartalmazza, az úgynevezett degrónokat. Az APC/C célpontok (nem láthatóak), amelyek tartalmazzák ezeket a degrónokat, kötődnek ezekhez a helyekhez, és a közeli E2 koenzimből átvitt ubiquitin (Ub) fehérjével vannak jelölve. b, Alfieri és mtsai. 4 és Yamaguchi et al. Az 5. ábra azt mutatja, hogy a BubR1, Bub3, Mad2 és más Cdc20 fehérjéket tartalmazó mitotikus ellenőrzőpont-komplex kölcsönhatásba lép a Cdc20-hoz kötött APC/C-vel, zárt gátló állapotot képezve, amelyben az E2-kötődés blokkolva van (a Bub3 nem látható, mert a helyét nem mutatják). csoportstruktúrákban nem határozható meg). A BubR1 alegység rendezetlen régiói olyan degrónokat tartalmaznak, amelyek a két Cdc20 molekula mind a hat degronkötő helyét elfoglalják, ezáltal megakadályozva a szubsztrát kötődését.
Teljes méretű kép
Hogyan blokkolja az SAC a kromoszóma szétválasztást? Az orsóhoz nem megfelelően csatlakozó kromoszómák egy mitotikus ellenőrzőpont (MCC) komplexet termelnek, amely a három komponenst (SAC) (Mad2, BubR1 és Bub3) és Cdc20 tartalmazza. Az MCC megköti és gátolja a Cdc20-hoz kötött APC/C-t (APC/C Cdc20), nagy APC/C MCC nevű komplexet alkotva, amely a Cdc20 két példányát tartalmazza (1., 6., 7. hivatkozás). Alfieri és mtsai. és Yamaguchi et al. krio-elektronmikroszkóppal fedje fel ennek a hatalmas nagy felbontású tömbnek a szerkezetét.
Ennek a méretnek és összetettségnek a felépítése, amelyet 25 éves genetikai, biokémiai és strukturális elemzés támaszt alá, rengeteg információt tartalmaz a szerelmesek számára, de fő értéke abban rejlik, hogy pontosan leírják azokat a mechanizmusokat, amelyek révén az MCC gátolja az APC/C Cdc20-at. Mindkét tanulmány azt mutatja, hogy az MCC kölcsönhatásba lép az APC/C elejével, az előre kötött Cdc20 alegység mellett (1b. Ábra). A BubR1 alegység pszeudoszubsztrát inhibitorként működik - a három fő degron szekvencia mindegyikéből két példányt tartalmaz, és körbetekeri a két Cdc20 alegységet, hogy mindkét degronkötő helyet elfoglalják, blokkolva a szubsztrát APC/C-hez való kötődését. Nehéz megtalálni a rövid vonalvezetési motívumok, például a degrónok erőteljesebb szemléltetése a sejtek szabályozásában. Ezenkívül az MCC megakadályozza a kötődést az APC/C és az E2 koenzim között, amely normál esetben biztosítja az ubiquitint a célfehérjékhez történő transzferhez.
Az új struktúrák potenciális magyarázatot adnak a korábbi bizonyítékokra is, miszerint egyes fehérjéket az APC/C Cdc20 ubiquitinizál, annak ellenére, hogy a komplex MCC-hez kötődik. Például az APC/C szubsztrát fehérjék, a ciklin A és a Nek2A lebomlanak a mitózis kezdetén, amikor az SAC aktív 6. Hasonlóképpen, az MCC Cdc20 alegységét az APC/C ubikvitinnel jelöli, ami elősegíti az MCC 1 forgalmát. APC/C-ként az MCC módosítja ezeket a fehérjéket annak ellenére, hogy mechanizmusai elnyomják aktivitását?
A fent leírt "zárt" konformáció mellett ez a két tanulmány egy kevésbé gyakori "nyitott" állapotot tár fel, amelyben az MCC-t eltolják az E2-kötődés lehetővé tétele érdekében. Ez az átmeneti állapot lehetővé teszi a Cdc20 APC/C MCC általi ubiquitációját, és megmagyarázhatja a ciklin A és Nek2A ubiquitációját is, amelyek nemcsak az BCB1 blokkolt helyeken, hanem más helyeken is kötődnek az APC/C Cdc20-hoz (6. hivatkozás). Nyitott struktúrával a kezünkben jó helyzetben vagyunk ezeknek a mechanizmusoknak a feltárására. Fontos továbbá megvizsgálni a konformációs állapotok közötti elmozdulás dinamikáját és más szabályozó fehérjék e dinamikára gyakorolt hatását.
Ezek az APC/C MCC struktúrák megközelítik a 8. szerkezeti vizsgálat ötödikét. amely az APC/C szabályozás egy másik fontos kérdésével foglalkozott: A Cdk1-ciklin B mitotikus protein-kináz enzimről ismert, hogy az APC/C-t foszforilálja, hogy elősegítse Cdc20 általi aktiválását. Ezután az APC/C Cdc20 kiváltja a ciklin B lebomlását a Cdk1 inaktiválásához. Ezt a negatív visszacsatolást tekintik annak az oszcillátornak az alapja, amely a 9. sejtciklus alatt ellenőrzi a Cdk1 aktivitásának növekedését és csökkenését, de sok minden nem volt világos erről a sémáról. Hogyan aktiválja a foszforiláció az APC/C Cdc20-at? Hogyan késlelteti az APC/C aktivációt a Cdk1 aktivitás növekedésének lehetővé tétele a korai mitózisban - még azokban a sejttípusokban is, amelyekben SAC nincs jelen?
Zhang és munkatársai elemzése a legújabb, 10. és 11. biokémiai tanulmányokkal együtt értékes nyomokat nyújt. Az APC/C Apc3 alegységében a hurok régiójának foszforilezése biztosítja a dokkolóhelyeket a Cdk1-ciklin B foszfátkötő alegységéhez. A Cdk1-ciklin B lehorgonyozása növeli aktivitását a hurok szuboptimális foszforilációs helyeivel szemben egy másik APC/C alegységen, Apc1. Ez a rendezetlen hurok egy rövid "autoinhibitor" szegmenst tartalmaz, amely elfoglalja a Cdc20 kötőhelyet az APC/C-n, de a foszforilezés elmozdítja a szegmenst, lehetővé téve a Cdc20 számára, hogy megkötje és aktiválja az APC/C-t, és aktiválja a Cdc20 APC/C-t, ha a negatív visszacsatoláshoz szükséges. robusztus 9, 12 oszcillátor .
Még nem hallottuk az utolsó szót az APC/C foszforilációjáról.
A következő kérdés megoldatlan marad. A mitózis után a Cdc20 lebomlik, és az APC/C kölcsönhatásba lép a Cdc20-hoz kapcsolódó Cdhl fehérjével. A Cdhl kölcsönhatásba lép az Apcl autoinhibitoros szegmens által elfoglalt helygel, és ennek a szegmensnek a foszforilezése nem szükséges a Cdhl kötődéséhez. Hogyan kötődik a Cdh1 ehhez a régióhoz? A Cdhl lehet jobb versenytársa, mint a Cdc20 a kötéshez ezen a helyen 8, vagy lehetnek más mechanizmusok is.
Végül az Apc1 szegmensek és a nem gerinces autoinhibitoros szegmensek evolúciós szempontból gyengén konzerváltak, és kérdéseket vetnek fel más fajok APC/C szabályozásával kapcsolatban. Szerencsére ezeknek és a kapcsolódó problémáknak a megoldása sokkal könnyebbé vált, most, amikor erős szerkezeti alapokkal rendelkezünk, amelyekre a jövőbeni kísérleteket alapozhatjuk. Fontos lépés vagyunk közelebb a mitózis figyelemre méltó robusztusságának megértéséhez.
Megjegyzések
Az összes hír és vélemény megtekintése
Kapcsolódó linkek
Kapcsolódó linkek a természetfelmérésben
- Strukturális biológia: Az APC új megjelenése
- Sejtosztódás: Várj és engedj el
Hozzászólások
Megjegyzés benyújtásával elfogadja az Általános Szerződési Feltételeinket és a közösségi irányelveket. Ha bármi sértőnek vagy összeegyeztethetetlennek tűnik a feltételeinkkel vagy irányelveinkkel, jelölje meg nem megfelelőként.