周期蛋白
週期蛋白（英語：cyclin）或称周期素是一個藉由周期蛋白依赖性激酶（CDK）調節細胞週期的蛋白質家族[1]。
功能
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簡單來講，細胞週期可以分為四個階段：G0/G1、S、G2及M。G1和G2期是細胞生長期；S期是細胞將細胞核內的染色體複製的時期；M期是細胞進行有絲分裂或減數分裂的時期。在各個時期各有不同的週期蛋白所調控著，不同的週期蛋白在細胞週期的不同階段發生作用。細胞週期的主要週期素有：cyclin A, cyclin B, cyclin D及cyclin E。在G1期→S期調控蛋白為細胞週期蛋白D1以及細胞週期蛋白E，s期→G2期調控蛋白為細胞週期蛋白A(cyclin A)，G2期→M期調控蛋白為細胞週期蛋白B(cyclin B)。
这类蛋白得名为周期蛋白是因为他们的浓度在细胞周期中周期性地变化。每一個週期蛋白都有一個保守的周期蛋白框（cyclin box）。cyclin box的功能是激活一種叫周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase; CDK）。周期蛋白与相应的依赖性激酶结合形成成熟促进因子（MPFs）。成熟促进因子磷酸化并激活其他蛋白，这些磷酸化的蛋白之后会负责细胞分裂中的特定步骤，例如微管形成和染色质重塑。
不同的週期素激酶在細胞週期的不同階段發生作用。
Cyclin D的浓度在一个细胞周期中根据细胞的生长与外部的生长调节信号逐步增长，激活CDK4或CDK6掌控G1期的細胞生長，使细胞生长与细胞周期相协调。
Cyclin E的浓度在G1期末尾上升并在S期初期下降。Cyclin A和Cyclin E激活CDK2調控染色體複製。Cyclin E也促进其他推动细胞周期的活动，例如中心体的复制。
Cyclin B激活CDK1調控有絲分裂和減數分裂，Cyclin B与Cdk的复合体引发纺锤体组装和姐妹染色单体沿纺锤体排列等细胞过程。在有丝分裂中期（姐妹染色单体整列在赤道板上）和后期（姐妹染色单体被拉向细胞两极），当纺锤体组装的检查点通过后，Cyclin B的降解导致分裂期结束。
有趣的是，有些週期素雖然擁有cyclin box但它們沒有可激活的CDK：例如cyclin F, cyclin I以及cyclin G。而且cyclin I並沒有細胞週期的調控功能，它主要作用在神經細胞上。
域結構
[编辑]一般而言，細胞蛋白在主要結構或氨基酸序列上彼此有很大的差異。然而，週期蛋白家族的所有成員在組成週期蛋白盒的100個胺基酸上都很相似。週期蛋白包含兩個類似all-α折疊的結構域，第一個位於N端，第二個位於C端。所有的週期蛋白都被認為含有類似由5 α螺旋組成的兩個緊湊結構域的三級結構。其中第一個是保守的週期蛋白盒，週期蛋白盒之外的週期蛋白則有差異。例如，S和M週期蛋白的氨基末端區域含有短的毀滅盒動物，在有細胞分裂過程中，這些蛋白質會被蛋白質分解。
分類
[编辑]有幾種不同的細胞週期蛋白活躍於細胞週期的不同部分，它們會導致Cdk將不同的底物磷酸化。此外，還有幾種「孤兒」週期蛋白，尚未發現其Cdk夥伴。例如，細胞週期蛋白F是一種孤兒細胞週期蛋白，對G2/M轉換非常重要。[4][5]在秀麗隱桿線蟲中進行的一項研究揭示了有細胞分裂週期蛋白的特殊作用。[6][7] 值得注意的是，最近的研究顯示，細胞週期蛋白A會創造一個細胞環境，促進微管在原核期脫離動子，以確保有效率的錯誤修正和忠實的染色體分離。
主要分類
[编辑]週期素總共有兩大類
- G1/S cyclins – essential for the control of the cell cycle at the G1/S transition,
- G2/M cyclins – essential for the control of the cell cycle at the G2/M transition (mitosis). G2/M cyclins accumulate steadily during G2 and are abruptly destroyed as cells exit from mitosis (at the end of the M-phase).
亞型
[编辑]特殊的週期素亞型包含：
| 物種 | G1 | G1/S | S | M |
|---|---|---|---|---|
| 釀酒酵母（S. cerevisiae） | Cln3 (Cdk1) | Cln 1,2 (Cdk1) | Clb 5,6 (Cdk1) | Clb 1,2,3,4 (Cdk 1) |
| 粟酒裂殖酵母（S. pombe） | Puc1? (Cdk1) | Puc1, Cig1? (Cdk1) | Cig2, Cig1? (Cdk1) | Cdc13 (Cdk1) |
| 黑腹果蝇（D. melanogaster） | cyclin D (Cdk4) | cyclin E (Cdk2) | cyclin E, A (Cdk2,1) | cyclin A, B, B3 (Cdk1) |
| 非洲爪蟾（X. laevis） | either not known or not present | cyclin E (Cdk2) | cyclin E, A (Cdk2,1) | cyclin A, B, B3 (Cdk1) |
| 智人（H. sapiens） | cyclin D 1,2,3 （Cdk4,Cdk6） | cyclin E（Cdk2） | cyclin A（Cdk2,1） | cyclin B （Cdk1） |
| 蛋白質家族 | 成員 |
|---|---|
| A | CCNA1、CCNA2 |
| Cyclin B | CCNB1、CCNB2、CCNB3 |
| C | CCNC |
| D | CCND1、CCND2、CCND3 |
| E | CCNE1、CCNE2 |
| F | CCNF |
| G | CCNG1、CCNG2 |
| H | Cyclin H |
| I | CCNI、CCNI2 |
| J | CCNJ、CCNJL |
| K | CCNK |
| L | CCNL1、CCNL2 |
| O | CCNO |
| T | CCNT1、CCNT2 |
| Y | CCNY、CCNYL1、CCNYL2、CCNYL3 |
其他含有此結構域的蛋白質
[编辑]此外，以下三個人類蛋白質具有周期素結構域：
歷史
[编辑]利兰·哈特韦尔 (Leland H. Hartwell)、蒂姆·亨特 (R. Timothy Hunt)，和保罗·纳斯 (Paul M. Nurse) 由於發現週期素和周期蛋白依赖性激酶，而獲得2001年諾貝爾生理醫學獎[8]。
参考资料
[编辑]- ^ Galderisi U; Jori FP; Giordano A. Cell cycle regulation and neural differentiation. Oncogene. August 2003, 22 (33): 5208–19. PMID 12910258. doi:10.1038/sj.onc.1206558.
- ^ Brown NR, Noble ME, Endicott JA, Garman EF, Wakatsuki S, Mitchell E, Rasmussen B, Hunt T, Johnson LN. The crystal structure of cyclin A. Structure. November 1995, 3 (11): 1235–47. PMID 8591034. doi:10.1016/S0969-2126(01)00259-3
.
- ^ Davies TG, Tunnah P, Meijer L, Marko D, Eisenbrand G, Endicott JA, Noble ME. Inhibitor binding to active and inactive CDK2: the crystal structure of CDK2-cyclin A/indirubin-5-sulphonate. Structure. May 2001, 9 (5): 389–97. PMID 11377199. doi:10.1016/S0969-2126(01)00598-6 .
- ^ Fung TK, Poon RY. A roller coaster ride with the mitotic cyclins. Seminars in Cell & Developmental Biology. June 2005, 16 (3): 335–42. PMID 15840442. doi:10.1016/j.semcdb.2005.02.014.
- ^ Karp G. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. New York: Wiley. 2007: 148, 165–170, and 624–664. ISBN 978-0-470-04217-5.
- ^ van der Voet M, Lorson MA, Srinivasan DG, Bennett KL, van den Heuvel S. C. elegans mitotic cyclins have distinct as well as overlapping functions in chromosome segregation. Cell Cycle. December 2009, 8 (24): 4091–102. PMC 3614003 . PMID 19829076. doi:10.4161/cc.8.24.10171.
- ^ Rahman MM, Kipreos ET. The specific roles of mitotic cyclins revealed. Cell Cycle. January 2010, 9 (1): 22–3. PMID 20016257. doi:10.4161/cc.9.1.10577 .
- ^ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001. The Nobel Foundation. [2009-03-15]. （原始内容存档于2007-07-18）.
- Plattner, Helmut; Hentschel, Joachim. Zellbiologie 第四版. 斯图加特: Thieme. 2011. ISBN 3-1310-6514-1 （德语）.
延伸閱讀
[编辑]- Monty Krieger; Matthew P Scott; Matsudaira, Paul T.; Lodish, Harvey F.; Darnell, James E.; Lawrence Zipursky; Kaiser, Chris; Arnold Berk. Molecular cell biology Fifth. New York: W.H. Freeman and CO. 2004. ISBN 0-7167-4366-3.
