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Leland Hartwell
yeast S. cerevisiae は動物細胞と同様に G1期 -> S期が、細胞周期の律速
S期を過ぎると、通常、一定時間後M期に到達する(細胞分裂)。
分子細胞生物学 Fig.13-22
S. cerevisiaebudding yeastは、bud の大きさで、cell cycle のどのステージにいるかがわかる。cdc変異を単離する時、bud が特定の大きさの細胞ができる変異に注目。-> 特定のステージで止った細胞。
分裂
出芽
多くの温度感受性 (ts) 変異株(25℃で成育、37℃で増殖が止る)のなかで、すべての細胞が、一定の大きさの bud で(細胞周期の特定のステージで)、成育をとめるものを、単離した。
bud なし cdc28 S期への以降に必須中程度の bud 大きな bud cdc7
cdc28 遺伝子の単離 -> kinase リン酸化酵素S. pombe の cdc2 遺伝子と類似 S. pombe では cdc2 は G2 -> M に必要
cdc28 タンパク質と結合して作用する cyclin 遺伝子 CLN1 CLN2 G1 cyclin G1 -> S にのみ作用 CLN3
G1期 S期cdc28
yeast では、cyclin依存性リン酸化酵素CDK は1種類(S. pombe: cdc2, S. cerevisiae: cdc28)
種々のcyclin と結合することで、異なるタンパク質をリン酸化する。mitotic cyclin (cyclin B) , G2 -> MG1 cyclin (cyclin D, E; CLN1,2,3) G1 -> S
cdc28- は「budなし」で止る 各ステージに必要な酵素の遺伝子が発見された
cdc7
cdc28- cdc7- cdc7- はDNA 合成直前で止る
yeast, S. cerevisiae cyclin + CDK
G1-cyclin + CDK
S-phase cyclin + CDK
mitotic cyclin + CDK
S-phase as well asmitotic cyclin + CDK
分子細胞生物学 Fig.13-26
CDKはどのcyclinと結合するかで、リン酸化酵素として働く時期と、リン酸化する基質タンパク質が異なる。
CDK: cdc28 遺伝子産物
cyclin 色々な種類がある。cyclinが合成される時期によりリン酸化酵素として働く時期が決まる。
Cell Cycle の調節 (cyclin-cdk のリン酸化活性の調節)
MPF (cyclin-cdk)によるリン酸化 cyclin のmRNAからの合成G2->M 染色体の凝集、 microtubles による染色体分割、
細胞分裂 ー> cyclin の分解 ー> リン酸化能の低下
ubiquitin 化 による cyclin の分解、 cdk-inhibitorの分解ubiquitin ligase APC (anaphase-promoting complex)mitotic cyclin を分解
ubiquitin ligase SCF リン酸化されたcdk-inhibitor を分解
S-phase promoting factor (SPF) [G1-cyclin-CDK]cdk-inhibitor による SPF(G1-cyclin-CDK)の阻害G1 -> S への移行 (DNA合成の開始)
cdk のリン酸化、脱リン酸による調節wee-1 kinase, cdc25 phosphatase
G1-Cdk
G1-cyclin
complex Vertebrates S. cerevisiae S. pombeG1-Cdk cyclin D Cdk4, Cdk6 Cln3 Cdk1(cdc28)G1/S-Cdk cyclin E Cdk2 Cln1, 2 Cdk1(cdc28)S-Cdk cyclin A Cdk2, Cdk1 Clb5, 6 Cdk1(cdc28)M-Cdk cyclin B Cdk1 Clb1,2,3,4 Cdk1(cdc28) cyclin Cdk(cdc2)
複数のcyclin がそれぞれの時期に増加しCdkのリン酸化作用を調節cyclinの種類によりリン酸化する相手のタンパク質が異なる。
ubiquitin化(蛋白質分解)による cell cycle の進行
sister chromatidsの分離
mitotic cyclinの不活化MPF活性の消失染色体の脱凝集核膜再形成細胞分裂
CDK阻害蛋白質の分解cyclin-CDKの活性化DNA replication の開始
M期CDK-cyclinB の活性化 -> 核膜の消失、 染色体の凝集
Anaphase Promoting Complex (APC) -> 染色体の分離M期初期 (methapase)cdc20タンパク質の合成・増加 -> APCを活性化
-> securin をubiquitin 化 分解
分解
Separase がScc1を分解
染色体が分離
APCcdc20
染色体が分離した後、 cdc14 脱リン酸化酵素が放出される。
Cdh1 ---> Cdh1 ---->P cdc14 APC
APC
Cdh1
Mitotic cyclin を分解
kinetochore
複合体形成
Mitotic cyclin (cyclinB)CDK (cdc2)
M期の開始核膜の消失、染色体の凝集 etc.
リン酸化作用
cdc20の増加APC APC
cdc20
染色体を分離
cdc14の増加
Cdh1 -----> Cdh1 --->Pcdc14
APCCdh1脱リン酸化
Mitotic cyclin (cyclinB)を ubiquitin 化 分解
リン酸化作用が低下
核膜の再構成、染色体の脱凝集 etc. M期の終了、 G1期に移行
G1 cyclin の合成
anaphase promoting complex
G1 cyclin - CDK
G1 cyclin - CDKリン酸化
APC の不活化
G2後期
Mitotic cyclin (cyclinB) の増加分解が止る
M期初期
cyclin B (mitotic cyclin) の分解
cyclin B は常に合成し続けられている。M期の後期に、cyclin B の急激な分解がおこる。ー> 染色体がうすくなり核膜が再生ー> G1期に移行
種々の生物のB型cyclin のN末付近の9残基が保存 destruction box
destruction box の変異 ー> cyclin B は分解しなくなる。 ー> M期から出られなくなる。
cyclin B の分解は、染色体の脱凝集、および、核が再形成されるのに必要(M期からの脱出)
Cdh1 は CDK + G1 cyclin によりリン酸化され、不活性化 (G1, S, G2)
特異的脱リン酸化酵素 cdc14 が Cdh1 を脱リン酸化すると活性化し、 APC に結合
cyclin B のdestruction box に結合し ubiquitin 化cyclin B を急激に分解
APC: anaphase-promotging complexubiquitin ligase
Cdh1: APC specificity factor, APC を cyclin B に結合させる。
cyclinBの分解
cyclinBCDK
核膜laminをリン酸化 -> 核膜の消失
G1期
Cdh1
cyclin B
APC
ubiquitin 化したcyclin B はproteosome で分解される。
ubiquitin 化タンパク質のアミノ基(N端またはLys 残基)と共有結合する”分解しろ!”という目印
E1: ubiquitin-activating enzyme, E2: ubiquitin-conjugating enzyme, E3: ubiquitin ligase
細胞の分子生物学 Fig. 17-20
destruction box
APC
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