Wichtige

• Aktivierung von cyclin-dependent kinases (Cdks)


  Nur wenn Cyclin und Cdk einen stabilen Heterodimer-Komplex bilden, wird die Proteinkinase aktiviert und spezifische Zellzyklus-Ereignisse initiiert

  
• Aktivierung von Cdks


  1. In Abwesenheit von Cyclin ist das aktive Zentrum der Cdk durch eine Cdk-eigene Proteinschleife (T-loop) verdeckt

  2. Cyclin-Bindung verdrängt T-loop und das Cdk-Enzym ist teilweise aktiv

  3. Voll aktiviert wird der Cyclin-Cdk-Komplex durch eine Cdk-aktivierende Kinase (CAK) welche eine Aminosäure im T-loop phosphoryliert

  
• Regulierung von Cyclin-Cdk-Komplexen

  
• Regulierung von Cyclin-Cdk-Komplexen


  1. Phosphorylierung von 2 Tyrosin (Y)-Resten im 'Dach' des aktiven Zentrums der Cdk durch Wee1-Kinase hemmt den aktiven Cyclin-Cdk-Komplex

  2. Dephosphorylierung dieser 2 Tyrosine (= Entfernung beider Phosphatreste) durch eine Cdc25-Phosphatase aktiviert den Cyclin-Cdk-Komplex wieder

  3. gilt für alle Cyclin-Cdk-Komplexe!

  4. Cyclin-Cdk-Komplexe werden durch Bindung von Cdk-Inhibitor-Proteine (CKIs) inaktiviert

  
• p21


  Unterdrückt Zellzyklus-Progression nach DNA Schäden
• p27


  Unterdrückt Zellzyklus-Progression in der G1- und S-Phase falls Stimulation durch Mitogene oder Wachstumsfaktoren fehlt
• Cdks werden durch Bindung von Cyclinen zyklisch aktiviert


  1. Cycline unterliegen während dem Zellzyklus selbst einem Zyklus aus Auf- und Abbau

  2. Cdk Konzentrationen ändern sich nicht und bleiben während des Zellzyklus konstant

  3. Nach der Zellzyklusphase, in der sie exprimiert sind und an Cdks binden, werden 4 Klassen von Cyclinen unterschieden

  
• G1-Cycline (Cyclin D)


  Aktivieren Cdks die die Aktivitäten der G1/S-Cycline lenken

  
• G1/S-Cycline (Cyclin E)


  Aktivieren Cdks in der späten G1-Phase und lösen Start aus

  
• 1. Cycline (Cyclin A)


  Aktivieren Cdks nach Durchschreiten des Start-Übergangs und regen u.a. die DNA Replikation an

  
• 1. Cycline (Cyclin B)


  Aktivieren Cdks die am G2/M-Übergang den Eintritt in die Mitose stimulieren

  
• Aktivierung von M-Cdk (=Cyclin B-Cdk1)


  1. Am Ende der G2-Phase enthält die Zelle grosse Mengen an inaktiven M-Cdk-Komplexen (Cyclin B-Cdk1)

  2. Entscheidend für die Aktivierung von M-Cdk ist die Aktivierung der Cdc25 Phosphatase, welche zwei hemmende Phosphatgruppen im Dach des inaktiven M-Cdk-Komplex entfernt

  3. Positive Rückkopplung stimuliert M-Cdk Aktivität: M-Cdk stabilisert durch Phosphorylierung von Cdc25 Phosphatase (Ser18 und Ser116) ihren eigenen Aktivator

  4. M-Cdk hemmt durch Phosphorylierung der Wee1 Kinase ihren eigenen Inhibitor

  
• 1. Cdk (=Cyclin B-Cdk1) treibt den Eintritt in die Mitose an

  
• Mitogene stimulieren G1-Cdk und G1/S-Cdk Aktivitäten


  1. Mitogene (PDGF, EGF, Epo) wechselwirken mit Zelloberflächenrezeptoren (PDGFR, EGFR, EpoR) um intrazelluläre Signalwege anzukurbeln

  2. Dies führt zu einer gesteigerten Bildung von Transkriptionsregulatorproteinen, inkl. Myc

  3. Myc fördert den Wiedereintritt in den Zellzyklus durch Stimulation der Expression der gene die für G1-Cycline kodieren

  4. Hauptfunktion von G1-Cdk-Komplexe ist die Aktivierung einer Gruppe von Transkriptionsregulatorproteinen namens E2F

  5. E2Fs binden an spezifische DNA-Sequenzen in den Promotoren von Genen, die für Proteine codieren, die für den Eintritt in die S-Phase erforderlich sind

  6. Fehlt die Stimulierung durch Mitogene, wird die E2F-abhängige Genexpression durch Bindung der Retinoblastomprotein (Rb)-Familie an E2F blockiert

  7. Aktivierter Cyclin D1-Cdk4-Komplex phosphoryliert Rb was dessen Bindung an E2F verringert

  8. Positive Rückkopplungsschleifen stellen unumkehrbaren Eintritt in den Zellzyklus sicher

  
• Myc, E2F, Rb, Cyclin E, Ras sind Onkogene und Tumorsuppressoren
• DNA Schäden


  Aktivieren das p53 Tumorsuppressorprotein, um Zellen in der G1-Phase zu arretieren, oder die Zelle in die Apoptose zu schicken
• In nicht-beschädigten Zellen bindet Mdm2, eine E3 Ubiquitin Ligase (wie APC/C), an p53 und vermittelt so die Degradierung von p53 über das Ubiquitin-Proteasom-System, was zu sehr geringen p53-Konzentrationen führt
• DNA Schaden-vermittelte Phosphorylierung von p53 durch CHK1/CHK2


  Verhindert Mdm2-Bindung und senkt den Abbau von p53, was zu erhöhten p53-Konzentrationen führt
• DNA Schaden-vermittelte Phosphorylierung von Mdm2 durch ATM/ATR

  Führt zu Mdm2 Degradierung und somit ebenfalls zu reduziertem p53 Abbau
• p53 als Transkriptionsregulator


  Stimuliert die Transkription vieler, verschiedener Gene, inklusive p21 (ein Cdk-Inhibitor, CKI)
• p21 bindet und inaktiviert


  Cyclin E-Cdk2 und Cyclin A-Cdk2 (bei Schaden in S-Phase)
• Dies gibt Zellen mehr Zeit den DNA Schaden zu reparieren
• Bei irreparablen DNA-Schäden und anhaltender p53-Aktivierung


  Löst p53 durch Transkription pro-apoptotischer Genen den Zelltod aus
• p53, 'the guardian of the genome', wurde 1979 entdeckt und 1989 als Tumorsuppressor charakterisiert. p53 Mutationen finden sich in mehr als 50% aller Tumore
• Der DNA damage checkpoint wird hauptsächlich durch DNA Doppelstrangbrüche (DSBs) in der Interphase ausgelöst und ist von ATM und CHK2 Checkpointkinasen abhängig


  Welche die Zellzyklusprogression über p53 Aktivierung oder Cdc25 Inaktivierung blockiert
• Der Replication stress checkpoint wird durch die Präsenz einzelsträngiger DNA (ssDNA) in S-Phase ausgelöst und ist von ATR und CHK1 Checkpointkinasen abhängig


  Um die Akkumulierung von Cyclin A/B–CDK1/2 Aktivität zu verhindern und Mitose-Eintritt zu verhindern
• Durchschreiten des Zellzyklus und Geschwindigkeit der Zellproliferation werden nicht nur durch extrazelluläre Mitogene oder unvollständigen Aufbau der Mitospindel gesteuert, sondern auch durch Beschädigung der DNA während der Interphase stark beeinflusst

  
• Spezifische Kontrollsysteme (engl. checkpoints) reagieren auf DNA Schäden und Replikationsstress (RS)
• DNA Schäden, vor allem DNA Doppelstrangbrüche (DSB), und Replikationsstress aktivieren eine komplexe DNA Schadensreaktion (DDR), welche Zellzyklus-Checkpoints, DNA Reparatur und Apoptose auslösen können
• DNA damage checkpoints geben der Zelle Zeit um DNA Schäden zu reparieren
• Post-translationale Modifikationen von Proteinen, hauptsächlich Phosphorylierung und Ubiquitinierung, spielen eine zentrale Rolle in der DDR
• ATM und ATR Proteinkinase lösen DDR aus, vermittelt über CHK1 und CHK2 Effektorkinasen
• AT ist ein Chromosomeninstabilitäts-Syndrom assoziiert mit einer erhöhten erblichen Veranlagung für Krebserkrankungen
• Cdc25 Phosphatasen (fast response) und der p53 Transkriptionsfaktor (slow response) sind Hauptziele der DNA damage checkpoints
• ATR und CHK1 Inhibitoren könnten wirksam sein für eine gezielte Chemotherapie
• Wee-1-Kinase hemmt den aktiven Komplex durch phosphorylierung von 2 Tyrosin-Resten
• Cdc25-Phosphotase aktiviert den Komplex durch dephosphorylierung der Tyrosin-Resten
• Cycline werden während des Zyklus auf und abgebaut. Cdk-Konzentration ändert sich nicht.
• Metaphase-Anaphase-Übergang wird durch APC/C reguliert
• Securin


  aktiviert in Metaphase die Protease Separase, die Schwesterchromatide trennt und die Anaphase auslöst. (Spaltet Cohesine)