Obszar badawczy

+ Cykliny

Wprowadzenie cykliny

Cyklina jest rodzajem białka, które ulega ekspresji, gromadzi się i rozkłada w cyklu komórkowym, i współdziała z kinazami zależnymi od cykliny, aby wpływać na funkcję cyklu komórkowego. Cyklina ma udział w cyklu komórkowym-regulowane białka, a jego stężenie jest cykliczny i cykliczny w cyklu komórkowym. W zależności od fazy cyklu komórkowego, czasami stężenie jest tak wysokie, jak kilka tysięcy razy, a czasami spada do zera. Jako podjednostka regulatorowa, cyklina wiąże się z kinazami białkowymi zależnymi od cykliny i aktywuje je. Różne cykliny ulegają ekspresji w różnych okresach cyklu komórkowego. W komórkach ssaków cyklina A zaczyna ulegać ekspresji i stopniowo gromadzić się we wczesnej fazie G1, docierając do złącza G1/S, a jej zawartość osiąga maksimum i utrzymuje się w fazie G2/M. Cyklina B ulega ekspresji od późnej fazy G1 i stopniowo gromadzi się. Osiąga maksimum w późnej fazie G2 i utrzymuje się do połowy fazy M, a następnie ulega szybkiej degradacji. Cyklina D, która jest cykliną fazy G1, ulega ciągłej ekspresji w cyklu komórkowym, natomiast cyklina E zaczyna ulegać ekspresji i stopniowo gromadzić się w późnej fazie M i wczesnej fazie G1, osiągając maksimum w późnej fazie G1, a następnie stopniowo osiągając maksymalną zawartość, maleje aż do późnej fazy G2. Cyklina odgrywa ważną rolę w regulacji cyklu komórkowego. Badanie mechanizmu działania cyklin ma duże znaczenie dla leczenia nowotworów.

Członkowie rodziny cyklin i ich funkcje odpowiednio

Do tej pory ludzkie cykliny zostały wyizolowane i nazwane w sumie w 8 kategoriach, a mianowicie od A do H, i obejmują niektóre podklasy (takie jak cyklina D1, D2, D3), z których F, G, H są najnowszymi odkrywcami. Wszystkie cykliny wykazuj± pewne podobieństwa w sekwencji aminokwasów, służ±c tym samym jako molekularne markery strukturalne cyklin. Ten homologiczny region aminokwasowy w cyklinie to tzw. kaseta cykliny, która jest wysoce konserwowanym regionem sekwencji 100-150 aminokwasów pomiędzy cyklinami różnych organizmów. Ludzka cyklina zawiera również wadliwą kasetę lub region sekwencji aminokwasowej bogaty w reszty proliny, kwasu glutaminowego, kwasu asparaginowego, seryny i treoniny (zwany dalej regionem sekwencji aminokwasowej PEST). Wiązanie cykliny B z kinazą zależną od cykliny p34CDC2 kontroluje wejście i wyjście z mitozy, która jest syntetyzowana od fazy S do fazy G2 /M, stopniowo gromadzi się i wiąże z p34CDC2. W fazie M ulega ona stopniowej degradacji, natomiast wyjście z fazy M zależy od szybkiej degradacji cykliny w późnej fazie podziału, co skutkuje uwolnieniem nieaktywnej podjednostki p34CDC2. W komórkach ludzkich cyklina B gromadzi się w cytoplazmie i przedostaje się do jądra przed zanikiem błony jądrowej. Po aktywacji, cyklina B/CDC fosforyluje grupę białek, w tym laminę, wimentyny i wapń, co odgrywa ważną rolę w koncentracji chromosomów, rozpadzie błony jądrowej, depolimeryzacji filamentów pośrednich i reorganizacji mikrofilamentów. Cyklina B odgrywa również istotn± rolę w przej¶ciu fazowym mitozy, jest klasycznym białkiem cyklu rozszczepienia. Cyklina A odgrywa rolę zarówno w przej¶ciach fazowych G2/M jak i G1/S. Pojawia się przed rozpoczęciem syntezy DNA i stopniowo wzrasta aż do fazy przed podziałami, a w fazie środkowej ulega degradacji. Kiedy indukuje mitozę, różni się od prawdziwej mitotycznej cykliny B pod wieloma względami. Zawartość cykliny C zmienia się w niewielkim stopniu w całym cyklu komórkowym, z niewielkim tylko wzrostem we wczesnym G1. MRNA cykliny C osiąga szczyt w połowie G1 w zsynchronizowanych komórkach HeLa, czyli wcześniej niż cyklina A, która może odgrywać pewną rolę w G1. Cyklina E ma wyraźną okresową ekspresję w cyklu komórkowym, a jej szczyt przypada na przejście faz G1 /S. Pełni ona funkcję kontrolującą wejście komórki w fazę S, co może być czynnikiem limitującym tempo przejścia faz G1 /S. W komórkach ssaków, podobnie jak cyklina A, wiąże się z p33CDK2, kompleksem, który ma aktywność kinazy histonu H1 we wczesnych fazach G1 i S, ale cyklina A i E może oddziaływać z białkiem retinoblastoma w celu oddzielenia kompleksów, co sugeruje, że kompleksy CDK2/cyklina A lub E mogą pośrednio regulować ekspresję genów w fazach G1 i S. Cyklina E może odgrywać rolę w cyklinie D, która odgrywa ważną rolę w inicjacji replikacji DNA, konwersji G1 /S, a jej nadekspresja przyspiesza wejście komórki w fazę S. Cyklina D może kontrolować wczesną fazę G1 procesu, przed lub w tym samym czasie co cyklina E. Cyklina D ma trzy podtypy (D1, D2, D3), a jej ekspresja różni się w zależności od komórki i jest kontrolowana przez różne regiony chromosomalne (D1: 11q13; D2: 12p13; D3: 6p21). Podtypy mogą mieć różne efekty działania. Niezwykłymi cechami cykliny D są: indukowana do ekspresji w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne, wykazująca wysoką indukowalność czynnikami wzrostu, działająca jako sensor czynników wzrostu, odgrywająca ważną rolę w łączeniu sygnałów zewnętrznych z wewnętrznym cyklem komórkowym. Rola ta z kolei pozwala wnioskować, że jej niekontrolowana ekspresja sprawia, że cykl komórkowy przestaje być zależny od czynników wzrostu lub staje się mniej zależny i może indukować nowotworzenie. Kompleks cyklina D-CDK jest najlepszym kandydatem na kinazę białkową retinoblastoma (Rb) w fazie G1. Cyklina D wiąże się z N-końcowym regionem białka Rb, fosforyluje Rb w późnej fazie G1, a synteza i aktywacja cykliny D1 prowadzi do inaktywacji fosforylacji Rb i down-regulation cykliny D1, a kompleks D1-CDK4 tworzy ujemne sprzężenie zwrotne w fazie G1, co z kolei wyłącza ekspresję cykliny D1. Cyklina D i Rb odgrywają ważną rolę w proliferacji i różnicowaniu komórek, gdy cyklina D1 jest różna w fazie G1. W ekspresji źródłowej fosforylacja Rb jest wcześniejsza niż normalna; faza G1 jest przyspieszona, a przeciwciało antycyklinowe D1 jest mikroiniekcją do komórek G1 wczesnych do metafazy; większość komórek jest zatrzymana przed fazą S, a brak funkcjonalnego Rb nie może spowodować tego bloku; stwierdza się, że ważną rolą cykliny D1 jest unieczynnienie fosforylacji Rb, indukując w ten sposób wejście w fazę S i replikację DNA. CyklinaF jest najobficiej występującym białkiem cykliny (masa cząsteczkowa 87 kDa), a jej mRNA ulega powszechnej ekspresji w różnych komórkach tkanki ludzkiej, przy czym występują istotne zmiany w cyklu komórkowym. Szczyt znajduje się w fazie G2, podobnie jak cyklina A, i zmniejsza się przed obniżeniem poziomu mRNA cykliny B. Białko cykliny F gromadzi się w fazie międzykomórkowej i ulega zniszczeniu w fazie mitozy. W większości komórek znajduje się w jądrze. Nadekspresja lub mutacja w komórkach ludzkich powoduje brak regionów sekwencji aminokwasowej PEST, co prowadzi do zwiększenia liczby komórek w fazie G2. Cyklina G jest najbardziej podobna do cykliny B z drożdży rozszczepionych, która odgrywa rolę w przemianie G1/S, ale mRNA cykliny G nie ma oczywistej zależności od komórki, ale może być stymulowane przez wzrost komórki. Czynnik ten indukuje i utrzymuje podwyższony poziom. Gen cykliny g zawiera dwa różne miejsca wiążące p53, z których jedno znajduje się przed miejscem inicjacji transkrypcji, co sugeruje, że p53 ma potencjał do efektywnej aktywacji genu cykliny g. Cyklina H, która jest mediatorem downstream p53 przynajmniej w działaniu biologicznym, jest białkiem o masie cząsteczkowej 37 kD znalezionym poprzez izolację i oczyszczanie kinazy aktywującej CDK (CAK).

Funkcja cykliny

Badanie zależności pomiędzy cyklem komórkowym a nowotworami ma znaczenie przewodnie dla badań onkologii klinicznej. Może zapewnić pewne cele dla leczenia klinicznego, takie jak blokowanie cykliny D, lub naśladować działanie inhibitorów cyklu komórkowego w celu zahamowania podziału komórek nowotworowych, a także zapewnić pewne wskaźniki dla diagnostyki klinicznej, diagnostyki różnicowej i prognozy. Michaelet al przeanalizował rearanżację genu bcl-1 i ekspresję białka cykliny D1 w 32 przypadkach chłoniaka z komórek płaszcza, w 17 przypadkach rearanżacji genu bcl-1 i 24 przypadkach cytoplazmatycznej ekspresji cykliny D1, a w 40 przypadkach grupy kontrolnej tylko 9 przypadków chłoniaka z komórek B nie-MCL było pozytywnych. Uważają oni, że cyklina D1 może być wykorzystywana w diagnostyce różnicowej MCL oraz w diagnostyce różnicowej chłoniaków B-komórkowych. Cyklina ulega okresowej ekspresji w cyklu komórkowym, a pewne specyficzne kompleksy cyklina-CDK są wymagane do przejścia przez określony cykl komórkowy, co sugeruje, że cyklina może być wykorzystywana jako wskaźnik stanu proliferacyjnego komórek. Stosunek ekspresji określonej cykliny może przewidywać proporcje komórek w określonej tkance w określonym cyklu komórkowym. Im wyższa złośliwość komórek nowotworowych, tym poważniejsze zaburzenia cyklu komórkowego, dlatego możliwe jest odzwierciedlenie rokowania pacjentów poprzez informacje pokazane w cyklu komórkowym i działanie jako możliwy wskaźnik prognostyczny. Keyomarsi i wsp. wykorzystali 9 przypadków próbek chirurgicznych raka piersi i sąsiednie nienowotworowe tkanki jako badania kontrolne: W 8 przypadkach tkanki nowotworowej cyklina E ulegała nieprawidłowej ekspresji jakościowej i ilościowej, występowały co najmniej 3 różne masy cząsteczkowe. Cyklina E była nadekspresyjna, podczas gdy c-erbB2 jest nadekspresyjna tylko w 3 przypadkach. Wraz ze wzrostem zaawansowania nowotworu istotnie wzrastała zawartość białka cykliny E, podczas gdy poziom antygenu jądrowego komórek proliferujących (PCNA) wzrastał tylko nieznacznie. Strukturę cykliny E obserwowano w 4 spośród najwyższych stopni zaawansowania. Dutta i wsp. użyli przeciwciał przeciwko cyklinie A, B, E do wykrywania 48 parafinowych wycinków raka piersi i stwierdzili, że średni pozytywny indeks cykliny A i B wzrastał istotnie wraz ze wzrostem fazy S (P < 0,05). Cyklina A była dodatnio skorelowana z Ki-67 i z frakcją fazy S (P < 0,05). Bellacosa i wsp. badali 51 przypadków pierwotnego raka płaskonabłonkowego krtani i obserwowali je przez 29 miesięcy. Uważa się, że amplifikacja genu cykliny może być wykorzystana jako niezależny wskaźnik prognostyczny dla raka krtani. Jednak Bettiche i wsp. badali 53 przypadki niedrobnokomórkowego raka płuca z resekcją chirurgiczną i w 25 przypadkach stwierdzono nadekspresję cykliny D1, co wiązało się ze słabym zróżnicowaniem tkankowym, mniejszym naciekiem limfocytarnym w guzie i mniejszym odsetkiem nawrotów miejscowych (P < 0. 05). Uważają, że potrzebne są większe badania kliniczne, aby dalej testować znaczenie prognostyczne ekspresji cykliny D1.

Reference

  1. He G, Kuang J, Koomen J, et al. Rekrutacja trimerycznego antygenu jądrowego komórek proliferujących przez kinazy zależne od cykliny w fazie G1 po uszkodzeniu DNA za pomocą środków przeciwnowotworowych opartych na platynie. British Journal of Cancer. 2013, 109(9):2378-2388.
  2. Gang W, Cao J, Chen P, et al. Temporal and Spatial Expression of Cyclin H in Rat Spinal Cord Injury. Neuromolecular Medicine. 2011, 13(3):187-196.
  3. Ibrahim N, Nazimi A J, Ajura A J, et al. The Clinical Features and Expression of bcl-2, Cyclin D1, p53, and Proliferating Cell Nuclear Antigen in Syndromic and Nonsyndromic Keratocystic Odontogenic Tumor. Journal of Craniofacial Surgery. 2016, 27(5):1.
  4. Wang X, Wolgemuth D J, Baxi L V. Overexpression of HOXB5, cyclin D1 and PCNA in congenital cystic adenomatoid malformation. Fetal Diagnosis & Therapy. 2011, 29(4):315-320.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.