Zrození moderního modelu BC
description
Transcript of Zrození moderního modelu BC
Zrození moderního modelu BC
(a co předcházelo)
Edgar and Epstein 1965
Buněčný cyklus Saccharomyces
... CDC geny a cdc mutanti
cdc25cdc28 cdc24
cdc4
cdc9
cdc15
cdc5
cdc3, 10, 11, 12
Pořadí funkce CDC genů
transition pointexecution point
A
B
A B
AB
A
B
A
B
Ci ii
iii
iv v
cdc4 cdc4 cdc24
„Double shift“ experiment
0HU HU
pm- pm+
HU 0HU
pm+ pm-
replikace cdc
cdc replikace
replikace cdc
replikace
cdc
„Double shift“ experiment
0HU HU
pm- pm+
HU 0HU
pm+ pm-
replikace cdc + -cdc replikace - +replikace cdc - -replikace
cdc+ +
Mapa funkcí CDC genů
(Hartwell 1974)
CDC28
Má BC přirozený začátek?
„probabilistická fáze“
„deterministická fáze“
Definice startu
„We assume ... that the CDC28 gene product and the factor sensitive step mediate some early event or events in the cell cycle that are necessary prerequisites for both [budding and DNA replication] ... We shall term this event „start“. ... Completion of the „start“ event can be monitored by the acquisition of insensitivity to factor ... or ... to temperature in a cdc28 mutant, although this is not possible in all experimental situations.
Hartwell et al. 1974
2 alternativní pohledy na BC
(Hartwell 1974)
(domino)
(hodiny)
Cykly bez cytokineze jsou synchronní!
(Sul
livan
et a
l., w
ww
)
Fúze buněk dokládí centrální regulaci
(Rao and Johnson)
(D. Dudits)
Modely typu „hodiny“ (T. Hunt, M. Kirschner, A. Murray)
MPF - maturation promoting factor
(blok replikace)
(Shamu and Murray 1992)
MPF = p34 + „cyklin“
prof. Paul Maxime Nurse (Velká Británie)generální ředitel Imperial Cancer Research Fund, Londýn; nositel Nobelovy ceny ... nyní Rockefeller University18. 10. 2001 - doktor honoris causa přírodních věd „za zásadní příspěvky k poznání regulace buněčného dělení, které významně posouvají poznání v biologii a lékařství“(na návrh PřF UK)
cdc2 S. pombe
wt cdc2 t.s.
wtcdc2-w
CDC28 S.cer. komplementuje cdc2 (ale ne naopak)!
(Beach et al. 1982)
G1 nebo G2? A co to znamená??
Ale co když jsou kvasinky jiné?
... The simplest explanation ... is that the mechanisms regulating cell cycle progression are different in yeast (or Neurospora) and in animal cells. This is not a wild idea, since other aspects of the cell cycle are different (mating, growth factors, budding etc.). ... Alternative explanations are possible but more complicated.
R. Baserga, 1985
(Lee a Nurse 1987)
Simanis a Nurse, 1986: cdc2 protilátky rozpoznávají p34 z MPF
(Lee a Nurse 1987)
CDC28 kóduje p34!
„cyclin-dependent kinase“, CDK
Sjednocený model BC (1988)
„cell cycle engine“
vstupy výstupy
velikostsignálypoškození ...
gen. expresemorfogeneze...
Komplex CDK - cyklin - CKI
+ p13Suc1: CDC kinase subunit – CKS family (modulace substrátové specifity/Pace/stability?)
Kvasinky (S. cerevisiae) mají CDK ... mají i cykliny?
• Žádný CDC gen zatím nekóduje cyklin.
• Cdc28 se účastní G1/S a G2/M.• G1/S („start“) je místem sepětí růstu a
velikosti (jak to může fungovat? ... povrch/objem, objem/jádro, akumulace aktivátoru, ředění represoru).
• A co mutace ovlivňující velikost buněk?
Mutace ovlivňující průchod startem
• DAF1: dominantní rezistent k alfa-faktoru
(Cross 1988)
Mutace ovlivňující průchod startem
• WHI1-1: semidominantní malé b.
• whi2: malé b. ... ne vše je to pravé
(Nash et al. 1988)
Coulter counter, sestřičky z tetrády
WHI1 = DAF1 = cyklin!!
Komplementace mutací, „multicopy suppression“, syntetická letalita
• cdc28-4: klonováno CDC28, CLN1 a CLN2!
• cln1-, cln2- a cln1-cln2- naživu!!
• cln1-cln2-daf1- NE!!! ... jako cdc28 v pm-
WHI1/DAF1 → CLN3
Redundance v genomech – obecný jev!
Kvasinkové cykliny a anomální alela CDC28
• Suprese: CLB1, CLB2, CLB4 ... B-cykliny!
• CLB3: PCR – strukturní homolog
cdc28-1N mutant (Surana et al. 1991)
„redundance“CLB1-4
A to ještě není vše: CLB5 a 6!
... cloned by accident (Schwob a Nasmyth 1993)
Kvasinkový BC jakožto posloupnost „vln“ cyklinů
G1 S G2 M"start"
Cln3
Cln1,2
Clb5,6
Clb3,4
Clb1,2
• Vlny– CDK– cyklinů– CDK inhibitorů
• Regulace:– transkripce– proteolýza
• Modulace aktivity CDK– fosforylace
PHO80(cyklin)
A to není vše ... Regulace příjmu fosfátu kvasinkou
PHO5 mRNA
permeáza P
PHO2PHO4
PHO85(CDK)
P
CLB
CLN
cykliny asociované s Pho85(ale částečná redundance s CLN!)
(Measday et al. 1997)
... cykliny mimo cyklus?
(Measday et al. 1997, Carroll and O'Shea, 2003)
wt diploid
pho85
pcl1,2 clg1,9Amino acid metabolism
Cykliny poltivé kvasinky: jednodušší?
Živočišné buňky: CDK a cyklinů je víc
• CDK: rozlišení G1 a S/G2/M funkcí „Klasické“ cykliny: A a B – S a M fáze
• C,D,E: komplemetace G1 cdc28 (D je onkogen)
• nyní až po S, T (!)
Evoluce cyklinů
Robbens et al. 2004
unicellular green alga Ostreococcus tauri vs. Arabidopsis
Cykliny z Arabidopsis – Wang et al. 2004
Cykliny - dělba práce
• „Mitotické“ - klasické:– A - S fáze– B - mitosa
• „G1“ - heterogenní skupina; cell cycle commitment a ???
Cykliny jsou spřízněné s TFIIB a pRb!
Nucleic Acids Res. 1994 March 25; 22(6): 946–952.
Co dělají „příbuzní“ cyklinů?
viz též Pho80/85
Cykliny jakožto derivát transkripčních regulátorů?
A co CDK??(Noble et al. 1997)
Není CDK jako CDK
Cdc2MsA vs. Cdc2MsB
(Hirt et al. 1993)
(Doerner lab 2005)
exocytosis via NSF(PCTAIRE! – Liu et al. 2006)
CDK1
CDK2
CDK3
CDK4
CDK5
CDK6
CDK7
CDK8
CDK9
?
cyclinA
cyclinB
cyclinC
cyclinD
cyclinE
cyclinF
cyclinG
cyclinH
cyclinK
cyclinT
?
Evoluce CDK (a co rostliny?)
Regulátor A. thaliana S. cerevisiae H. sapiens
CDK1
CDK2
CDKA
CDKB
CDK4/6
CDKC
CDK7
CDKD
CDK8
CDKE
Cyclin
?
Evoluce CDK-cyklinových komplexů:rekapitulace postavení rostlin
(Simpson and Roger, Curr. Biol. 14:R693, 2005)
Evoluce C
DK
Robbens et al. 2004genom řasy Ostrecoccus
CDK: rozmanitost se dala očekávat!
• Kromě „ústřední“ funkce i další (CLN, meiotické ...)
• Spřízněnost s transkripčním aparátem (TFIIH, CTD kinázy)
• ALE rodina CCC (cell cycle control) kináz stará, CDK jsou mladá větev, divergence až v eukaryotech ... a velké větve dosti slušně konzervovány.
(Guo a Stiller 2004; Krylov et al., Curr. Biol. 13:173-177, 2004)
Regulátor A. thaliana S. cerevisiae H. sapiens
CDK1
CDK2
CDKA
CDKB
CDK4/6
CDKC
CDK7
CDKD
CDK8
CDKE
Regulátor A. thaliana S. cerevisiae H. sapiens
CDK1/2/4/5/6/A/B
CDK7/D/F
CDK8/E
CDK9/C
CDK10/11
CDK/cykliny a fenotyp: organismus vládne svým buňkám!
16 Arabidopsis CDK dosud zmeškáno, 2 CDK10/11 a 14 recentně duplik. CDK9
Guo and Stiller 2004
CdkC
CdkB
CdkA
CdkD
CdkF
CdkE
CAK + TFIIH
CTD kinase
P-TEFb
RNA proc.?G2M?
CDK-like kinázy a transkripce• TFIIH• CTD kinase (S.cer.:
KIN28)• P-TEFb (Positive-
Transcription Elongation Factor) ... + cyclin T (referát)
Příště: transkripce
(nejen cyklinů)