周期蛋白依赖性激酶
周期蛋白依赖性激酶或周期素依赖性激酶（英語：Cyclin-dependent kinases，CDKs）是一个蛋白质激酶家族，因其在细胞周期中的调控作用而首次被发现，该蛋白家族也涉及转录调控、mRNA加工和神经细胞的分化[1]。这类酶存在于已知所有真核生物中，其在细胞周期中的调控作用在进化中相当保守。事实上，酵母细胞的CDK基因被人类的同源基因替换后仍可以正常生长分裂[1][2]。CDK还是相对较小的蛋白，其分子量在34到40千道尔顿之间，包含有多个激酶结构域[1]。
如其名称，CDK的激酶调控活性依赖于週期素。在没有週期素的情况下，CDK几乎没有激酶活性，只有週期素-CDK复合物才是有活性的激酶。CDK磷酸化其底物的丝氨酸/苏氨酸残基，因此属于丝氨酸/苏氨酸激酶类[1]。CDK的磷酸化位点的共有氨基酸序列为*Ser/Thr-Pro-X-Lys/Arg（其中X为任意氨基酸，*为磷酸化位点，/表示两种氨基酸皆可）[1]。
类型
表1：已知的CDK与对应的周期蛋白，及其在人类中的功能[3]以及在功能缺失小鼠中的影响[4]
| CDK | 结合的周期素 | 功能时期 | 小鼠中缺失的影响 |
|---|---|---|---|
| Cdk1 | Cyclin B | M phase | None. ~E2.5. |
| Cdk2 | Cyclin E | G1/S transition | Reduced size, imparted neural progenitor cell proliferation. Viable, but both males & females sterile. |
| Cdk2 | Cyclin A | S phase, G2 phase | |
| Cdk3 | Cyclin C | G1 phase ? | No defects. Viable, fertile. |
| Cdk4 | Cyclin D | G1 phase | Reduced size, insulin deficient diabetes. Viable, but both male & female infertile. |
| Cdk5 | p35 | Transcription | Severe neurological defects. Died immediately after birth. |
| Cdk6 | Cyclin D | G1 phase | |
| Cdk7 | Cyclin H | CDK-activating kinase, transcription | |
| Cdk8 | Cyclin C | Transcription | Embryonic lethal |
| Cdk9 | Cyclin T | Transcription | Embryonic lethal |
| Cdk11 | Cyclin L | ? | Mitotic defects. E3.5. |
| ? | Cyclin F | ? | Defects in extraembryonic tissues. E10.5. |
| ? | Cyclin G | ? |
CDK、周期蛋白在细胞周期中的作用
大部分已知的周期素-CDK复合体有调控细胞周期进程的功能。动物细胞中至少有九种CDK，其中四种Cdk1、2、3、4直接涉及细胞周期的调节[1]。在哺乳动物细胞中，CDK1与周期蛋白A2和B1配搭，驱动细胞周期前进[4]。而另一个CDK，Cdk7则间接涉及周期蛋白依赖性激酶激活激酶的活化[1]。周期素-CDK复合物的磷酸化底物由细胞周期时期不同而不同[3]。在细胞周期较前期的周期素-CDK复合体会帮助激活较后期的周期素-CDK复合体[1]。
表2：细胞周期不同时期的周期蛋白和CDK
| 细胞周期 | 周期素 | CDK |
|---|---|---|
| G0 | C | Cdk3 |
| G1 | D, E | Cdk4, Cdk2, Cdk6 |
| S | A, E | Cdk2 |
| G2 | A | Cdk2, Cdk1 |
| M | B | Cdk1 |
表3： 模式生物中的CDK控的细胞周期[1]
| 物种 | 名称 | 原名称 | 大小（氨基酸残基） | 功能 |
|---|---|---|---|---|
| 芽殖酵母 | Cdk1 | Cdc28 | 298 | All cell-cycle stages |
| 裂殖酵母 | Cdk1 | Cdc2 | 297 | All cell-cycle stages |
| 黑腹果蝇 | Cdk1 | Cdc2 | 297 | M |
| Cdk2 | Cdc2c | 314 | G1/S, S, possibly M | |
| Cdk4 | Cdk4/6 | 317 | G1, promotes growth | |
| 非洲爪蟾 | Cdk1 | Cdc2 | 301 | M |
| Cdk2 | 297 | S, possibly M | ||
| 智人 | Cdk1 | Cdc2 | 297 | M |
| Cdk2 | 298 | G1, S, possibly M | ||
| Cdk4 | 301 | G1 | ||
| Cdk6 | 326 | G1 |
CDK与所调节的周期素或其它蛋白列表：
- CDK1; cyclin A, cyclin B
- CDK2; cyclin A, cyclin E
- CDK3; cyclin C
- CDK4; cyclin D1, cyclin D2, cyclin D3
- CDK5; CDK5R1, CDK5R2. See also CDKL5.
- CDK6; cyclin D1, cyclin D2, cyclin D3
- CDK7; cyclin H
- CDK8; cyclin C
- CDK9; cyclin T1, cyclin T2a, cyclin T2b, cyclin K
- CDK10
- CDK11 (CDC2L2) ; cyclin L
- CDK12 (CRKRS) ; cyclin L
- CDK13 (CDC2L5) ; cyclin L
CDK活性的调节
周期蛋白结合
磷酸化作用
CDK抑制因子
CDK抑制因子（CKI）是一类与周期素-CDK复合物相互作用来阻断其激酶活性的蛋白，常见于G1期或对DNA损伤及环境信号的响应[1]。在动物细胞中，主要有两个CKI基因家族：INK4家族和CIP/KIP家族[1]。
历史
利兰·哈特韦尔、蒂姆·亨特和保罗·纳斯因他们完整地述了细胞周期调控中细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶的机制获得了2001年诺贝尔生理学或医学奖。
医学意义
一些开发中的CDK药物不只针对细胞周期，还涉及其它过程比如转录、神经机能以及血糖浓度的稳定[5]。
表4： CDK抑制性药物 [5]
| 药物 | 所抑制的CDK |
|---|---|
| Flavopiridol (Alvocidib) | 1, 2, 4, 6, 7, 9 |
| Olomoucine | 1, 2, 5 |
| Roscovitine | 1, 2, 5 |
| Purvalanol | 1, 2, 5 |
| Paullones | 1, 2, 5 |
| Butryolactone | 1, 2, 5 |
| Thio/oxoflavopiridols | 1 |
| Oxindoles | 2 |
| Aminothiazoles | 4 |
| Benzocarbazoles | 4 |
| Pyrimidines | 4 |
| Seliciclib | 未知 |
参考文献
- ^ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 Morgan, David O. (2007). The Cell Cycle: Principles of Control. London: New Science Press, 1st ed.
- ^ Lee, Melanie; Nurse, Paul. (1987). "Complementation used to clone a human homologue of the fission yeast cell cycle control gene cdc2." Nature 327:31-35.
- ^ 3.0 3.1 引用错误：没有为名为
Morgan1997的参考文献提供内容 - ^ 4.0 4.1 Satyanarayana, A; Kaldis. (2009). “Mammalian cell-cycle regulation: several Cdks, numerous cyclins, and diverse compensatory mechanisms” “Oncogene” 28:2925-2939
- ^ 5.0 5.1 Sausville, Edward A. (2002) “Complexities in the development of cyclin-dependent kinase inhibitor drugs” “Trends in Molecular Medicine” 8:S32-S37
外部链接
- 醫學主題詞表（MeSH）：Cyclin-Dependent+Kinases
- EC 2.7.11.22
- KEGG - Human Cell Cycle （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Loyer P; Trembley J; Katona R; Kidd V; Lahti J. Role of CDK/cyclin complexes in transcription and RNA splicing. Cell Signal. 2005, 17 (9): 1033–51. PMID 15935619. doi:10.1016/j.cellsig.2005.02.005. 已忽略未知参数
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