obiecte
- Biologie celulara
- Biologie structurală
Studiile structurale oferă o imagine de ansamblu asupra mecanismelor care controlează punctul de control în diviziunea celulară care previne segregarea cromozomială înainte ca acestea să fie aliniate corespunzător pe o structură numită fus mitotic. Vezi articolul p.431
La sfârșitul diviziunii celulare, cromozomii duplicați sunt separați printr-o structură numită fus mitotic. Acest proces, numit mitoză, este frumos de privit, dar plin de pericole: bug-urile pot produce celule fiice care au genomi inegali, pregătind terenul pentru moartea celulară sau cancer. Pentru a evita aceste erori, celula evoluează la lungimi mari, iar cel mai înalt mecanism de siguranță este Punctul 1 de asamblare a axului (SAC) - un sistem de reglementare care împiedică o celulă să încerce să separe cromozomii dacă nu sunt conectați corespunzător la fus. Componentele proteice cheie ale SAC au fost raportate pentru prima dată în vara anului 1991 (referințe 2, 3). Exact 25 de ani mai târziu, două documente (Alfieri și colab. 4 la pagina 431 și Yamaguchi și colab. 5 în Molecular Cell) descriu aproape în detaliu atomic modul în care SAC previne separarea cromozomilor.
Protagonistul central al acestei povești este complexul/ciclozomul 6 care promovează anafaza (APC/C) 6. Această enzimă leagă proteina ubiquitină de proteinele de substrat specifice, le etichetează pentru distrugere, eliberând astfel separarea cromozomilor și completarea mitotică. De exemplu, o țintă cheie a APC/C este proteina Secin, care inhibă o enzimă protează care clivează proteinele care țin împreună cromozomii duplicat. Legarea substratului la APC/C depinde de o proteină numită Cdc20 (Fig. La), care leagă APC/C în timpul mitozei și acceptă substraturi prin interacțiuni cu secvențe scurte de aminoacizi liniari în ținte numite degroni.
A, Complexul enzimă/ciclozom (APC/C) care promovează anafaza depinde de activitatea și legarea substratului la o subunitate activatoare numită Cdc20. Cdc20 conține site-uri de legare pentru trei secvențe scurte de aminoacizi numite degroni. Țintele APC/C (care nu sunt afișate) care conțin acești degroni se leagă de aceste site-uri și sunt marcate cu proteina ubiquitin (Ub), care este transferată din coenzima E2 din apropiere. b, Alfieri și colab. 4 și Yamaguchi și colab. 5 arată că un complex de puncte de control mitotic care conține BubR1, Bub3, Mad2 și alte proteine Cdc20 interacționează cu APC/C legat de Cdc20 pentru a forma o stare inhibitoare închisă în care legarea E2 este blocată (Bub3 nu este afișat deoarece locația sa nu este afișată). nu a putut fi definit în structurile de grup). Regiunile dezordonate din subunitatea BubR1 conțin degroni care ocupă toate cele șase situsuri de legare a degronului pe cele două molecule Cdc20, prevenind astfel legarea substratului.
Imagine la dimensiune completă
Cum blochează SAC separarea cromozomilor? Cromozomii care nu sunt atașați corespunzător de fusul produc un complex de punct de control mitotic (MCC) care conține cele trei componente SAC (Mad2, BubR1 și Bub3) și Cdc20. MCC leagă și inhibă APC/C legat de Cdc20 (APC/C Cdc20), formând un complex mare numit APC/C MCC care conține două copii ale Cdc20 (referințe 1, 6, 7). Alfieri și colab. și Yamaguchi și colab. folosiți microscopie crio-electronică pentru a dezvălui structurile acestui imens tablou de înaltă rezoluție.
Structura acestei dimensiuni și complexitate, susținută de 25 de ani de analiză genetică, biochimică și structurală, conține o cantitate vastă de informații pentru iubitori, dar valoarea sa principală constă în descrierea precisă a mecanismelor prin care MCC inhibă APC/C Cdc20. Ambele studii arată că MCC interacționează cu partea din față a APC/C, lângă subunitatea Cdc20 pre-legată (Fig. 1b). Subunitatea BubR1 acționează ca un inhibitor al pseudosubstratului - conține două copii ale fiecăreia dintre cele trei secvențe majore de degron și înfășoară în jurul celor două subunități Cdc20 pentru a ocupa toate siturile de legare a degronului pe ambele, blocând legarea substratului de APC/C. Este dificil de găsit o ilustrare mai puternică a motivelor de rezistență a liniei scurte, cum ar fi degradările în reglarea celulei. În plus, MCC previne legarea între APC/C și coenzima E2, care oferă în mod normal ubiquitină pentru transferul la proteinele țintă.
Noile structuri oferă, de asemenea, o explicație potențială pentru dovezile anterioare că unele proteine sunt ubiquitinate de APC/C Cdc20, chiar dacă complexul este legat de MCC. De exemplu, proteinele substratului APC/C ciclină A și Nek2A sunt degradate la începutul mitozei când SAC este activ 6. În mod similar, subunitatea Cdc20 a MCC este marcată cu ubiquitină de către APC/C, care promovează cifra de afaceri MCC 1. Ca APC/C, MCC modifică aceste proteine în ciuda mecanismelor prin care își suprima activitatea?
În plus față de conformația „închisă” descrisă mai sus, aceste două studii relevă o stare „deschisă” mai puțin comună în care MCC este deplasat pentru a permite legarea E2. Această condiție tranzitorie permite ubiquitinarea Cdc20 de către APC/C MCC și poate explica, de asemenea, ubiquitinarea ciclinei A și Nek2A, care se leagă de APC/C Cdc20 nu numai la site-urile blocate BubR1, ci și la alte site-uri (referință 6). Cu o structură deschisă în mână, suntem într-o poziție bună pentru a descoperi aceste mecanisme. De asemenea, va fi important să examinăm dinamica schimbării dintre stările conformaționale și influența altor proteine reglatoare asupra acestei dinamici.
Aceste structuri MCC APC/C abordează al cincilea din studiul structural 8 Zhang și colab. care a abordat o altă problemă importantă în regulamentul APC/C. Enzima proteinei kinazei mitotice Cdk1-ciclina B este cunoscută pentru fosforilarea APC/C pentru a promova activarea sa de către Cdc20. APC/C Cdc20 declanșează apoi degradarea ciclinei B pentru a inactiva Cdk1. Acest feedback negativ este considerat a fi baza oscilatorului care controlează creșterea și declinul activității Cdk1 în timpul ciclului celular 9, dar multe nu au fost clare cu privire la această schemă. Cum activează fosforilarea APC/C Cdc20? Cum se întârzie activarea APC/C pentru a permite o creștere a activității Cdk1 în mitoza timpurie - chiar și în tipurile de celule în care SAC nu este prezent?
Analiza lui Zhang și a colegilor săi, împreună cu recentele studii biochimice 10, 11, oferă indicii valoroase. Fosforilarea regiunii buclei în subunitatea Apc3 a APC/C oferă situri de andocare pentru subunitatea de legare a fosfatului Cdk1-ciclină B. Ancorarea Cdk1-ciclina B își mărește activitatea împotriva siturilor de fosforilare suboptimă din bucla unei alte subunități APC/C, Apc1. Această buclă dezordonată conține un segment scurt "autoinhibitor" care ocupă locul de legare Cdc20 pe APC/C, dar fosforilarea schimbă segmentul, permițând Cdc20 să se lege și să activeze APC/C. și să activeze Cdc20 APC/C după cum este necesar pentru feedback negativ pentru a crea un oscilator robust 9, 12 .
Nu am auzit ultimul cuvânt despre fosforilarea APC/C. Pe lângă site-urile descrise mai sus 8, 10, 11, APC/C conține multe situri de fosforilare, lăsând deschisă posibilitatea altor mecanisme de reglementare sau legături între fosforilare și SAC.
Următorul număr rămâne nerezolvat. După mitoză, Cdc20 este degradat și APC/C interacționează cu proteina Cdhl legată de Cdc20. Cdhl interacționează cu site-ul ocupat de segmentul autoinhibitor Apcl și totuși fosforilarea acestui segment nu este necesară pentru legarea Cdhl. Cum se leagă Cdh1 de această regiune? Cdhl poate fi un concurent mai bun decât Cdc20 pentru legarea la acest site 8 sau pot exista alte mecanisme.
În cele din urmă, segmentele Apc1 și segmentele autoinhibitoare non-vertebrate sunt slab conservate evolutiv, ridicând întrebări cu privire la reglarea APC/C la alte specii. Din fericire, rezolvarea acestor probleme și a problemelor conexe a devenit mult mai ușoară, acum că avem o bază structurală puternică pe care să ne bazăm experimentele viitoare. Suntem un pas important mai aproape de înțelegerea robustetii remarcabile a mitozei.
Note
Vedeți toate știrile și opiniile
Link-uri conexe
Linkuri conexe în sondajul de natură
- Biologie structurală: noul aspect al APC
- Divizia celulară: Așteptați și dați drumul
Comentarii
Prin trimiterea unui comentariu, sunteți de acord să respectați Termenii și condițiile și Regulile comunității. Dacă găsiți ceva jignitor sau nu respectați termenii sau liniile directoare, marcați-l ca fiind nepotrivit.