G2期
G2期是間期的第三個也是最後一個階段。細胞在S期完成了DNA複製後進入G2期，G2期結束後，前期隨即開始，染色質凝聚為染色體，核膜也開始解體。
概述
[編輯]G2期中細胞快速生長並大量合成有絲分裂所需蛋白質。但有趣的是，G2期並不是細胞周期必需的一部分，一些細胞例如非洲爪蟾幼胚[1]和一些癌細胞[2]可不經G2期而直接在DNA複製完成後進入有絲分裂。儘管目前通過G2期調控了解到了基因網絡的存在，但是特別是針對癌細胞還存在很多需要進一步探索的意義和控制規律。一個假說認為G2期中細胞增長是調控細胞大小的一種方法。裂殖酵母已經顯示通過Cdr2介導調控Wee1活性而調整細胞大小[3].。雖然Wee1是相當保守的有絲分裂負向調整因子，但仍無理論闡述G2期中通用的細胞尺寸調控機制。
又名周期蛋白 B1／CDK1複合體的促成熟因子濃度達到一定程度後會使G2期結束[4]，該複合體的活性在G2期受到嚴格控制。G2檢查點會通過CDK1的抑制性調節來中止DNA受到損傷的細胞繼續分裂。
G2/M檢查點
[編輯]脊椎動物細胞會在G2／M期DNA損傷檢查點停止而不進入有絲分裂階段，此時細胞會處理如氧化、紫外線或DNA嵌入劑等因素造成的DNA損傷。[5]。DNA若受損則會活化轉錄因子p53。CDK1則會被p53的轉錄產物p21、Gadd45和14-3-3σ直接失活。失活周期蛋白B1／CDK1會被p21隔離 [6]，活化周期蛋白B1／CDK1複合體被14-3-3σ隔離[5]。Gadd45通過與CDK1直接作用而切斷周期蛋白B1與CDK1的連接。p53也通過轉錄抑制CDK1生成 [5]。p53依賴的G2阻斷主要通過Chk1激酶的活動影響。脊椎動物通過ATM與ATR檢測出DNA，酵母使用Rad3與Mec1檢測DNA損傷。當檢測到DNA損傷後會驅動Chk1與Chk2。Chk1則降解CDK1激活物cdc25A。[7]ATR與ATM還會激活p53，暗示這些途徑也許協同調節G2阻斷[5]。
p53依賴途徑與不依賴p53途徑細胞周期阻斷不僅對G2期有特異性。一些蛋白同樣在G1期與S期中作為DNA損傷檢查點上游蛋白。酵母無p53同源物，G2期阻斷通過p53不依賴途徑運作[5]。
G2結束與開始有絲分裂
[編輯]活化周期蛋白B1／CDK1複合體濃度決定了細胞能否進入有絲分裂。脊椎動物細胞中周期蛋白B有五種亞型（B1、B2、B3、B4、B5），但是每種亞型在調節有絲分裂過程中的具體角色尚不清楚。但目前了解到周期蛋白B1至少可以取代周期蛋白B2，在果蠅中反之亦然。周期蛋白B1／CDK1複合體在時間和空間上都受到調控以確保準確進入有絲分裂[8]。
周期蛋白B1在S期DNA複製結束後開始轉錄，其啟動子包含包括p53、p21、Ets、AP-1、NF-Y、c-Myc、TFE3、USF等在內轉錄因子的共有序列[8]。周期蛋白B1在G2期中聚集並活化CDK1激酶。CDK1活性則主要通過Thr14和Tyr15兩個抑制性磷酸化位點調節。Wee1磷酸化蘇氨酸殘基，Myt1磷酸化酪氨酸殘基。Myt1還從另一途徑來抑制CDK1：Myt1將C端蛋白質結構域作用於CDK1而將CDK1從細胞質中隔離[9]。Cdc25的活動會使CDK1的Thr14與Tyr15兩殘基去磷酸化[9]。Cdc25在哺乳動物中有A、B、C三個亞型，且都在G2期調節中起到作用[8][9]。
CDK1依次磷酸化和調節Wee1與Cdc25A、Cdc25C的活性。磷酸化CDK1抑制了Wee1激酶活性[8]，活化Cdc25C磷酸酶活性，並固定Cdc25A[10]。因此CDK1與Cdc25構成了一個正反饋循環，與Wee1構成了一個雙重負反饋循環。這些循環構成了CDK1活性與周期蛋白B1濃度的滯後雙穩態開關。有研究認為滯後行為可以確保細胞在周期蛋白B1降低時仍能進行有絲分裂[4]。
哺乳動物細胞中周期蛋白B1的胞質保留位點（CRS）上五個絲氨酸殘基Ser116、Ser26、Ser128、Ser133與Ser147被磷酸化後激活周期蛋白B1／CDK1向核中轉運。在非洲爪蟾中，周期蛋白B1包含了4個類似的CRS磷酸化位點：Ser94、Ser96、Ser101、Ser113，這證明該機制是高度保守的。 出核轉運也被磷酸化周期蛋白B1的出核信號所失活[8]。這些磷酸化位點的調節仍然大部分未知，但是已識別出了包括Erk, Plk1和CDK1在內的一些因子。[8][11]若磷酸化水平超過某一門檻，周期蛋白B1／CDK1向核中大量轉運[12]。進入細胞核後，周期蛋白B1／CDK1磷酸化組蛋白H1、核仁、中心體蛋白、微管組織蛋白等受體為有絲分裂做準備[8]。
最近的研究提示周期蛋白A2／CDK複合體在進入有絲分裂時的調節中起到重要作用。周期蛋白A2／CDK2在S期早期顯示出活性，並在G2期進一步增加[13]。Cdc25B在G2期早期到中期將CDK2的Tyr15位點去磷酸化，該過程與CDK1去磷酸化過程類似[14]。U2OS瘤細胞中周期蛋白A2的減少造成Wee1活性的增加和Plk1與Cdc25C活性的降低[15]。因為CDK2需要活化p53依賴性G2檢查點，周期蛋白A2／CDK複合體並不嚴格地在G2期通過Cdc6上固定的磷酸化表現出周期蛋白B1／CDK1活化劑的作用。[16] 無CDK2的細胞擁有異常高的Cdc25A含量[16]。周期蛋白A2／CDK1同樣顯示出調控Cdc25A降解酶活性的能力 [17]，而該機制常常在癌細胞中失效[15]。
參考文獻
[編輯]- ^ Alberts, B. Molecular Biology of the Cell. New York: Garland Science. 2004. ISBN 978-0-81-533875-8.
- ^ Liskay, RM. Absence of a measurable G2 phase in two Chinese hamster cell lines. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1977, 74 (4): 1622–5. PMC 430843
. PMID 266201.
- ^ Moseley, J. B.; Mayeux, A.; Paoletti, A.; Nurse, P. A spatial gradient coordinates cell size and mitotic entry in fission yeast. Nature. 2009, 459 (7248): 857–60. PMID 19474789. doi:10.1038/nature08074.
- ^ 4.0 4.1 Sha, W. Hysteresis drives cell-cycle transitions in Xenopus laevis egg extracts. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2002, 100: 975. PMC 298711 . PMID 12509509. doi:10.1073/pnas.0235349100.
- ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 Taylor, W. R.; Stark, G. R. Regulation of the G2/M transition by p53. Oncogene. 2001, 20 (15): 1803–15. PMID 11313928. doi:10.1038/sj.onc.1204252.
- ^ Charrier-Savournin, F. B.; Château, M.; Gire, V.; Sedivy, J.; Piette, J.; Dulic, V. P21-Mediated Nuclear Retention of Cyclin B1-Cdk1 in Response to Genotoxic Stress. Molecular Biology of the Cell. 2004, 15 (9): 3965. PMC 515331 . PMID 15181148. doi:10.1091/mbc.E03-12-0871.
- ^ Xiao, Z.; Chen, Z.; Gunasekera, A.; Sowin, T.; Rosenberg, S.; Fesik, S.; Zhang, H. Chk1 Mediates S and G2 Arrests through Cdc25A Degradation in Response to DNA-damaging Agents. Journal of Biological Chemistry. 2003, 278 (24): 21767. PMID 12676925. doi:10.1074/jbc.M300229200.
- ^ 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 Porter, LA; Donoghue, DJ. Cyclin B1 and CDK1: nuclear localization and upstream regulators. Progress in cell cycle research. 2003, 5: 335–47. PMID 14593728.
- ^ 9.0 9.1 9.2 Chow, J. P. H.; Siu, W.; Ho, H.; Ma, K.; Ho, C.; Poon, R. Differential Contribution of Inhibitory Phosphorylation of CDC2 and CDK2 for Unperturbed Cell Cycle Control and DNA Integrity Checkpoints. Journal of Biological Chemistry. 2003, 278 (42): 40815. PMID 12912980. doi:10.1074/jbc.M306683200.
- ^ Mailand, N; Podtelejnikov, AV; Groth, A; Mann, M; Bartek, J; Lukas, J. Regulation of G(2)/M events by Cdc25A through phosphorylation-dependent modulation of its stability. The EMBO journal. 2002, 21 (21): 5911–20. PMC 131064 . PMID 12411508.
- ^ Chambard, J.; Lefloch, R.; Pouyssegur, J.; Lenormand, P. ERK implication in cell cycle regulation. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 2007, 1773 (8): 1299. PMID 17188374. doi:10.1016/j.bbamcr.2006.11.010.
- ^ Lindqvist, A. Cyclin B-Cdk1 activates its own pump to get into the nucleus. The Journal of Cell Biology. 2010, 189 (2): 197. PMC 2856906 . PMID 20404105. doi:10.1083/jcb.201003032.
- ^ Hu, B.; Mitra, J.; Van Den Heuvel, S.; Enders, G. H. S and G2 Phase Roles for Cdk2 Revealed by Inducible Expression of a Dominant-Negative Mutant in Human Cells. Molecular and Cellular Biology. 2001, 21 (8): 2755. PMC 86906 . PMID 11283255. doi:10.1128/MCB.21.8.2755-2766.2001.
- ^ Goldstone, S.; Pavey, S.; Forrest, A.; Sinnamon, J.; Gabrielli, B. Cdc25-dependent activation of cyclin A/cdk2 is blocked in G2 phase arrested cells independently of ATM/ATR. Oncogene. 2001, 20 (8): 921. PMID 11314027. doi:10.1038/sj.onc.1204177.
- ^ 15.0 15.1 Mitra, J.; Enders, G. H. Cyclin A/Cdk2 complexes regulate activation of Cdk1 and Cdc25 phosphatases in human cells. Oncogene. 2004, 23 (19): 3361. PMC 1924680 . PMID 14767478. doi:10.1038/sj.onc.1207446.
- ^ 16.0 16.1 Chung, J. H.; Bunz, F.; Biggins, S. Cdk2 is Required for p53-Independent G2/M Checkpoint Control. PLoS Genetics. 2010, 6 (2): e1000863. PMC 2829054 . PMID 20195506. doi:10.1371/journal.pgen.1000863.
- ^ Baldin, V; Cans, C; Knibiehler, M; Ducommun, B. Phosphorylation of human CDC25B phosphatase by CDK1-cyclin a triggers its proteasome-dependent degradation. The Journal of biological chemistry. 1997, 272 (52): 32731–4. PMID 9407044.
