Молекулярные механизмы регуляции митотического цикла

После завершения митоза, в началь­ной стадии пресинтетического периода, белки-циклины в клетке обнаружить не удается. Первым в ответ на действие факторов роста в клетке синтезируется циклин D, который образует комплек­сы с киназами Cdk4, Cdk6, и Cdk2.

Указанные Cdk в результате активации их циклином D наиболее активно функционируют на начальном этапе постмитотического периода. Они фосфорилируют белки, необходимые для прохождения клеткой пресинтети­ческого периода и перехода ее к следу­ющей стадии интерфазы. Важнейшим субстратом такого фосфорилирования служит белок Rb-ингибитор транскрип­ционного фактора E2F. Свое название белок Rb получил в связи с тем, что мутации гена, кодирующего этот белок, вызывают у человека зло­качественное наследственное заболева­ние глаз — ретинобластому.

В покоящихся клетках нефосфорилированный белок Rb связан с транс­крипционным фактором E2F—DP и ингибирует его биологическую актив­ность. Фосфорилирование белка Rb приводит к освобождению фактора E2F из состава комплекса. После чего транскрипционный фактор E2F транс­портируется из цитоплазмы в ядро, где инициирует экспрессию большой группы генов, кодирующих ключевые ферменты синтеза дезоксирибонуклеотидов и репликации ДНК, а также генов циклинов Е, А, В и Cdk2. Экспрессия указанных генов способ­ствует образованию пререпликативных комлексов в сайтах начала репликации ДНК и обеспечивает переход клетки из G₁- в S-период и дальнейшее про­хождение ею митотического цикла. Ведущую роль в этом играет комплекс циклин Е—Cdk2, функция которого за­ключается в фосфорилировании белков пререпликативного комплекса, что со­провождается прохождением клеткой точки рестрикции и необратимым пе­реходом ее из G₁- в S-период. Наряду с этим активированная Cdk2 в комплек­се с циклином Е, действуя совместно с комплексами циклин D—Cdk4/6, осу­ществляет дополнительное фосфорилирование белка Rb, способствуя тем самым максимальной экспрессии ге­нов, контролирующих прохождение клеткой митотического цикла.

Кроме циклина D, большую роль в механизме, запускающем вхождение клетки в митотический цикл, играет так называемый SCF-белковый комплекс, который активируется в пресинтетический период. Функция SCF-белка, обладающего убиквитинлигазной ак­тивностью, заключается в разрушении белка р27 — одного из ингибиторов комплексов циклин D—Cdk4/6, резуль­татом чего служит инициация процес­сов, связанных с вхождением клетки в митотический цикл.

В начале синтетического периода циклин Е разрушается и основные вну­триклеточные процессы S-периода ми­тотического цикла протекают под вли­янием комплексов циклин A-Cdk2/ Cdkl. Действие активированной Cdk2 в составе комплекса с циклином А за­ключается в дополнительном фосфорилировании и активации белков ре­пликативного комплекса, благодаря чему достигаются сразу два эффекта. Указанные белки начинают активно синтезировать ДНК, но при этом теря­ют способность повторно связываться с любой точкой начала репликации ДНК. Благодаря этому обеспечивается лишь однократная репликация ДНК в любом из многочисленных репликонов эука­риотических хромосом.

В постсинтетический период, на фоне действия комплексов циклин A—Cdkl, интенсифицируется образо­вание митозстимулирующего фактора (МСФ), представляющего собой ком­плекс Cdkl и циклина В. Однако на про­тяжении большей части постсинтетического периода он остается неактивным. И лишь в конце этого периода, когда указанный фактор активируется, клетка вступает в митоз. В результате действия МСФ осуществляется фосфорилирование многочисленных клеточных белков, изменения функциональной активности которых во многом определяют харак­тер основных процессов, протекающих в про- и метафазу митоза.

Ведущую роль в инициации про­цессов, протекающих в ана- и телофазу митоза, играет активация анафаза-стимулирующего фактора (АСФ), или APF (от англ. anaphase promoting factor). Указанный фактор представляет собой убиквитинлигазу и обладает способно­стью избирательно присоединять мо­лекулы убиквитина — белка с неболь­шим молекулярным весом к другим белковым молекулам, тем самым как бы оставляя на них «метку». В резуль­тате такие «меченые» белки захваты­ваются протеосомами и разрушаются их протеолитическими ферментами.

Таблица

Белки, фосфорилируемые под действием МСФ,