елементи
- Клетъчна биология
- Структурна биология
Структурните проучвания предоставят преглед на механизмите, които контролират контролната точка в клетъчното делене, която предотвратява хромозомната сегрегация, преди те да бъдат правилно подравнени върху структура, наречена митотично вретено. Вижте статията стр.431
Късно в клетъчното делене, дублираните хромозоми са разделени от структура, наречена митотично вретено. Този процес, наречен митоза, е красив за гледане, но пълен с опасности: бъговете могат да произведат дъщерни клетки с неравномерни геноми, подготвяйки почвата за клетъчна смърт или рак. За да се избегнат тези грешки, клетката се развива до голяма степен и най-високият от нейните механизми за безопасност е контролната точка 1 на шпиндела (SAC) - регулаторна система, която пречи на клетката да се опита да отдели хромозомите, ако те не са свързани правилно с вретеното. Основните белтъчни компоненти на SAC са съобщени за първи път през лятото на 1991 г. (референции 2, 3). Точно 25 години по-късно два документа (Alfieri et al. 4 на страница 431 и Yamaguchi et al. 5 в Molecular Cell) описват почти атомни подробности как SAC предотвратява разделянето на хромозомите.
Основният герой на тази история е промотиращият анафаза (APC/C) 6 комплекс/циклозома6. Този ензим свързва протеина убиквитин със специфични субстратни протеини, маркира ги за унищожаване, като по този начин освобождава разделянето на хромозомите и митотичното завършване. Например, ключова цел на APC/C е протеинът Secin, който инхибира протеазния ензим, който разцепва протеините, които държат дублирани хромозоми заедно. Субстратното свързване с APC/C зависи от протеин, наречен Cdc20 (фиг. La), който свързва APC/C по време на митоза и приема субстрати чрез взаимодействия с къси линейни аминокиселинни последователности в мишени, наречени degrons.
а, Комплексът за стимулиране на анафазата ензим/циклозома (APC/C) зависи от активността и свързването на субстрата с активираща субединица, наречена Cdc20. Cdc20 съдържа места за свързване на три къси аминокиселинни последователности, наречени degrons. APC/C цели (не са показани), които съдържат тези дегрони, се свързват с тези места и са маркирани с протеина убиквитин (Ub), който се прехвърля от близкия коензим Е2. б, Alfieri и сътр. 4 и Yamaguchi et al. 5 показва, че комплекс от митотичен контролен пункт, съдържащ BubR1, Bub3, Mad2 и други Cdc20 протеини, взаимодейства с свързан с Cdc20 APC/C, за да образува затворено инхибиторно състояние, в което Е2 свързването е блокирано (Bub3 не е показано, защото местоположението му не е показано). не може да бъде дефиниран в групови структури). Неуредените области в субединицата BubR1 съдържат дегрони, които заемат всичките шест места за свързване на дегрон на двете молекули Cdc20, като по този начин предотвратяват свързването на субстрата.
Изображение в пълен размер
Как SAC блокира разделянето на хромозомите? Хромозомите, които не са правилно прикрепени към вретеното, произвеждат комплекс от митотична контролна точка (MCC), който съдържа трите компонента SAC (Mad2, BubR1 и Bub3) и Cdc20. MCC свързва и инхибира свързан с Cdc20 APC/C (APC/C Cdc20), образувайки голям комплекс, наречен APC/C MCC, който съдържа две копия на Cdc20 (справки 1, 6, 7). Alfieri и сътр. и Yamaguchi et al. използвайте крио-електронна микроскопия, за да разкриете структурите на този огромен масив с висока разделителна способност.
Структурата на този размер и сложност, подкрепена от 25-годишен генетичен, биохимичен и структурен анализ, съдържа огромно количество информация за влюбените, но основната му стойност се крие в точното описание на механизмите, чрез които MCC инхибира APC/C Cdc20. И двете проучвания показват, че MCC взаимодейства с предната част на APC/C, в непосредствена близост до предварително свързаната Cdc20 субединица (фиг. 1б). Субединицата BubR1 действа като инхибитор на псевдо-субстрат - тя съдържа две копия на всяка от трите основни дегронни последователности и се увива около двете Cdc20 субединици, за да заеме всички места за свързване на дегрон и на двете, като блокира свързването на субстрата с APC/C. мотиви като дегрони в клетъчната регулация. В допълнение, MCC предотвратява свързването между APC/C и коензим Е2, който обикновено осигурява убиквитин за трансфер към целевите протеини.
Новите структури също така дават потенциално обяснение за предишните доказателства, че някои протеини са убиквитинирани от APC/C Cdc20, въпреки че комплексът е свързан с MCC. Например, APC/C субстратните протеини циклин А и Nek2A се разграждат в началото на митозата, когато SAC е активен 6. По същия начин субединицата Cdc20 на MCC е маркирана с убиквитин от APC/C, което насърчава оборота на MCC 1. Като APC/C, MCC модифицира тези протеини въпреки механизмите, чрез които потиска своята активност?
В допълнение към "затворената" конформация, описана по-горе, тези две проучвания разкриват по-рядко "отворено" състояние, в което MCC се измества, за да позволи свързване с E2. Това преходно състояние позволява убиквитинация на Cdc20 от APC/C MCC и може също да обясни повсеместната циклин А и Nek2A, които се свързват с APC/C Cdc20 не само на блокираните сайтове на BubR1, но и на други сайтове (справка 6). С отворена структура в ръка ние сме в добра позиция да разкрием тези механизми. Също така ще бъде важно да се изследва динамиката на изместването между конформационните състояния и влиянието на други регулаторни протеини върху тази динамика.
Тези APC/C MCC структури се доближават до петото от структурно проучване 8 Zhang et al. който се занимава с друг важен въпрос в APC/C. Емисията на митотична протеин киназа Cdk1-циклин В е известна с това, че фосфорилира APC/C, за да стимулира неговото активиране от Cdc20. След това APC/C Cdc20 задейства разграждането на циклин В, за да деактивира Cdk1. Тази отрицателна обратна връзка се счита за основата на осцилатора, който контролира растежа и спада на активността на Cdk1 по време на клетъчния цикъл 9, но много не е ясно за тази схема. Как фосфорилирането активира APC/C Cdc20? Как се забавя активирането на APC/C, за да се позволи увеличаване на активността на Cdk1 при ранна митоза - дори при клетъчни типове, в които няма SAC?
Анализът на Джанг и неговите колеги, заедно с последните биохимични изследвания 10, 11, дава ценни улики. Фосфорилирането на областта на цикъла в Apc3 субединицата на APC/C осигурява места за скачване на фосфатно свързващата субединица на Cdk1-циклин B. Закотвянето на Cdk1-циклин B увеличава активността му срещу неоптимални фосфорилиращи места в контура на друга APC/C субединица, Apc1. Този неподреден цикъл съдържа кратък "автоинхибиторен" сегмент, който заема мястото за свързване на Cdc20 на APC/C, но фосфорилирането измества сегмента, позволявайки на Cdc20 да се свързва и активира APC/C. Бавният, многостепенен характер на този процес осигурява надежден механизъм за въвеждане на закъснение между активирането на Cdkl и активиране на Cdc20 APC/C, както е необходимо за отрицателна обратна връзка, за да се създаде здрав осцилатор 9, 12 .
Не сме чули последната дума за фосфоригулацията APC/C. В допълнение към сайтовете, описани по-горе 8, 10, 11, APC/C съдържа много места за фосфорилиране, оставяйки отворена възможността за други регулаторни механизми или връзки между фосфорилирането и SAC.
Следващият брой остава нерешен. След митоза, Cdc20 се разгражда и APC/C взаимодейства със свързан с Cdc20 протеин Cdhl. Cdhl взаимодейства със мястото, заето от автоинхибиторния сегмент Apcl и въпреки това фосфорилирането на този сегмент не е необходимо за свързване на Cdhl. Как се свързва Cdh1 с този регион? Cdhl може да бъде по-добър конкурент от Cdc20 за свързване на този сайт 8 или може да има други механизми.
И накрая, Apc1 сегментите и негръбначните автоинхибиторни сегменти са слабо еволюционно запазени, което повдига въпроси относно регулирането на APC/C при други видове. За щастие решаването на тези и свързаните с тях проблеми стана много по-лесно, след като вече имаме здрава структурна основа, върху която да основаваме бъдещи експерименти. Ние сме важна стъпка по-близо до разбирането на забележителната стабилност на митозата.
Бележки
Вижте всички новини и мнения
Свързани връзки
Свързани връзки в проучването на природата
- Структурна биология: Новият облик на APC
- Клетъчно деление: Изчакайте и пуснете
Коментари
Изпращайки коментар, вие се съгласявате да спазвате нашите Общи условия и насоки на общността. Ако откриете нещо обидно или несъвместимо с нашите условия или насоки, означете го като неподходящо.