Cdk-активирующая киназа

Последовательность активации циклин-зависимой киназы (Cdk): присоединение циклина и фосфорилирование с участием
Cdk-активирующей киназы (CAK)[1].

Cdk-активи́рующая кина́за[2][3] (англ. Cdk-activating kinase, CAK) — фермент подкласса протеинкиназ, активирующий циклин-зависимую киназу (Cdk) путём фосфорилирования аминокислотного остатка треонина в каталитической области циклин-зависимой киназы[1]. Одной из основных функций CAK-киназы является участие в активации Cdk, и, как следствие, участие в регуляции клеточного цикла. Ещё одна значимая функция CAK-киназы — участие в генной транскрипции.

В процессе активации Cdk воздействие CAK-киназы может осуществляться как до объединения Cdk с циклином, так и после. Причём фосфорилирование со стороны CAK-киназы рассматривается как посттрансляционная модификация, необходимая для функционирования Cdk, так как в активации Cdk ключевым событием является присоединение циклина, а не фосфорилирование с участием CAK-киназы[1].

Строение

Строение CAK-киназы отличается значительным разнообразием у представителей разных видов. У позвоночных и дрозофилы Cdk-активирующая киназа представляет собой комплекс из трёх субъединиц: каталитической субъединицы — циклин-зависимой киназы Cdk7[англ.]; активирующей субъединицы — циклина H[англ.]; а также третьей субъединицы Mat1[англ.][1]. Стоит отметить, что Cdk7 в составе CAK-киназы имеет важное отличие от остальных представителей семейства циклин-зависимых киназ — для активации комплекса Cdk7-циклин H достаточно присоединения субъединицы Mat1[4].

У почкующихся дрожжей функции CAK выполняет протеинкиназа Cak1, а дрожжевой гомолог Cdk7, называющийся Kin28, не участвует в активации циклин-зависимых киназ. Для делящихся дрожжей характерны два типа CAK-киназ: во-первых, комплекс Mcs6-Mcs2, гомологичный комплексу Cdk7-циклин H у млекопитающих; во-вторых, протеинкиназа Csk1, сходная с протеинкиназой почкующихся дрожжей — Cak1[1].

Cdk-активирующие киназы, характерные для отдельных представителей модельных организмов[1]
Вид Название Альтернативное
название 		Комментарий
S. cerevisiae Cak1 Civ1 Мономер без субъединицы циклина
(Kin28) (Cdk7-подобная киназа, не обладающая CAK-активностью)
S. pombe Csk1 Мономер, подобный Cak1
Mcs6 Cdk7-подобная киназа, формирующая комплекс с циклином Mcs2
D. melanogaster Cdk7 Формирует тримерный комплекс с циклином H и Mat1
X. leavis Cdk7 MO15 Формирует тримерный комплекс с циклином H и Mat1
H. sapiens Cdk7 Формирует тримерный комплекс с циклином H и Mat1

Функции

Активация Cdk

Cdk-активирующая киназа относится к подклассу ферментов протеинкиназ и модифицирует циклин-зависимые киназы (англ. Cdk) путём фосфорилирования аминокислотного остатка треонина в составе теломерной петли каталитической области циклин-зависимой киназы. Активность CAK-киназы на протяжении всего клеточного цикла остаётся на постоянно высоком уровне[~ 1] и при этом не регулируется ни одной из известных систем контроля клеточного цикла. Таким образом, процесс фосфорилирования со стороны CAK-киназы рассматривается как посттрансляционная модификация, необходимая для функционирования Cdk, так как в активации Cdk ключевым событием является присоединение циклина, а не фосфорилирование с участием CAK-киназы[1].

В процессе активации Cdk воздействие CAK-киназы может осуществляться как до объединения Cdk с циклином, так и после. К примеру, в клетках млекопитающих фосфорилирование со стороны CAK-киназы осуществляется только после соединения субъединиц циклина и Cdk в единый циклин-киназный комплекс. Противоположная последовательность активации Cdk наблюдается у почкующихся дрожжей — фосфорилирование Cdk с участием CAK-киназы протекает до связывания циклина[1].

Установленными субстратами CAK-киназы Cdk7-циклин H-Mat1 являются: Cdk1[англ.], Cdk2, Cdk4[англ.], Cdk6[англ.][4].

Регуляция транскрипции

Помимо активации циклин-зависимых киназ, CAK-киназа также участвует в регуляции транскрипции. У некоторых позвоночных, например, комплекс Cdk7-циклин H-Mat1 входит в состав транскрипционного фактора II H[англ.] (англ. transcription factor II H, TFIIH). Транскрипционный фактор II H, в свою очередь, входит в состав преинициаторного комплекса, который участвует в инициации генной транскрипции с привлечением РНК-полимеразы II. У почкующихся дрожжей CAK-киназа Cak1 косвенно влияет на генную транскрипцию посредством фосфорилирования и активации киназы Kin28, которая взаимодействует с дрожжевым транскрипционным фактором TFIIH. Наконец, два типа CAK-киназ делящихся дрожжей — Mcs6-Mcs2 и Csk1 — способны влиять на транскрипцию, соответственно, и напрямую, и косвенным образом[1].

Функции CAK у различных видов. У животных (на примере H. sapiens, слева) тример CAK-киназы выполняет функции активации Cdk, а также участвует в генной транскрипции. У почкующихся дрожжей S. cerevisiae (справа) Cdk7-подобная киназа Kin28 не участвует в активации Cdk, а обеспечивает только контроль транскрипции. При этом за активацию Cdk
у S. cerevisiae отвечает мономерная CAK-киназа Cak1. Наконец, у делящихся дрожжей S. pombe (в центре) активация
Cdk может быть обеспечена и со стороны Cdk7-гомолога — Mcs6, и со стороны Cak1-гомолога — Csk1. В регуляции генной транскрипции у S. pombe участвует Cdk7-гомолог Mcs6[5].

Примечания

Комментарии

  1. ↑ Однако (на примере клеток человека) установлено, что уровень и активность Cdk7 снижается с переходом клетки в G0-фазу[4].

Источники

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Morgan D. O., 2007, p. 34.
  2. ↑ Альбертс и др., 2013, с. 1650.
  3. ↑ Millson S., van Oosten-Hawle P., Alkuriji M. A., Truman A., Siderius M., Piper P. W. Cdc37 engages in stable, S14A mutation-reinforced association with the most atypical member of the yeast kinome, Cdk-activating kinase (Cak1). (англ.) // Cell stress & chaperones. — 2014. — Vol. 19, no. 5. — P. 695—703. — doi:10.1007/s12192-014-0497-4. — PMID 24452458. [исправить]
  4. ↑ 1 2 3 Johnson, Lolli, 2005, p. 572.
  5. ↑ Morgan D. O., 2007, p. 35.

Литература

  • Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. Молекулярная биология клетки / Перевод с английского - А.Н. Дьяконовой, А.В. Дюбы и А.А. Светлова. Под ред. - Е.С. Шилова, Б.П. Копнина, М.А. Лагарьковой, Д.В. Купраша.. — М.—Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2013. — С. 1650. — 2821 с. — ISBN 978-5-4344-0137-1.
  • Morgan D. O. The cell cycle: principles of control. — New science press, 2007. — 297 p. — ISBN 978-0-9539181-2-6.
  • Graziano Lolli and Louise N. Johnson. CAK — cyclin-dependent activating kinase: a key kinase in cell cycle control and a target for drugs? (англ.) // Cell Cycle. — 2005. — No. 4. — P. 572—577.