細胞周期制御システム

細胞周期制御システムは、周期の事象を誘発および調整し、進行を許可する前にそれらの完了を確認する、調節タンパク質のネットワークです。

Definition

細胞周期制御システムは、細胞が周期の各段階をいつ進行するかを決定する、サイクリン依存性キナーゼとその調節因子およびチェックポイントのセットです。

Scope

このトピックでは、細胞周期の移行を促進するサイクリンおよびサイクリン依存性キナーゼの機構、サイクリンの合成と分解、リン酸化、および阻害剤によるこの機構の調節、ならびにDNAの完全性、複製、および染色体結合を監視するチェックポイントについて扱います。

Core questions

• サイクリンとサイクリン依存性キナーゼは、どのように細胞周期の移行をタイミングよく制御するのでしょうか？
• サイクリン依存性キナーゼの活性は、どのようにオン・オフされるのでしょうか？
• 主要なチェックポイントは、何を監視しているのでしょうか？
• システムは、事象が一度だけ、かつ正しい順序で起こることをどのように保証するのでしょうか？

Key theories

サイクリン-CDKオシレーター

サイクリン依存性キナーゼの活性は、サイクリンが周期的に合成され、突然分解されることで振動し、これらの振動が細胞周期の秩序だった移行を促進します。

チェックポイント制御

監視機構は、DNA損傷や不完全な複製などの問題を検出し、それらが解決されるまで周期を停止させ、細胞周期の事象の順序と忠実度を保証します。

Mechanisms

サイクリン依存性キナーゼは、サイクリンに結合している場合にのみ活性を示し、そのレベルは周期を通じて上昇および下降します。活性化リン酸化および阻害リン酸化、ならびにCDK阻害タンパク質は、さらに活性を微調整します。異なるサイクリン-CDK複合体は、S期および有糸分裂への進入を促進し、ユビキチン-プロテアソーム系によるサイクリンの標的分解は、移行を不可逆的にします。G1/S、G2/M、および中期から後期への移行におけるチェックポイントは、準備状況と損傷を感知し、条件が満たされるまでCDK活性または後期開始をブロックします。

Clinical relevance

制御システムは、細胞がいかに高い忠実度で増殖を調節するかを説明し、細胞調節を理解するための中心的なモデルです。ここでの扱いは記述的であり、処方的なものではありません。

History

ハントによるサイクリンの発見とナースによる中心的なサイクリン依存性キナーゼの同定は、周期の原動力を明らかにしました。一方、ハートウェルのチェックポイントの概念は、秩序と忠実度がいかに強制されるかを説明し、現代の制御システムの枠組みを形成しました。

Key figures

• Leland Hartwell
• Paul Nurse
• Tim Hunt
• David Morgan

Seminal works

• evans1983
• hartwell1989

Frequently asked questions

なぜサイクリンは分解されなければならないのでしょうか？

サイクリンを分解することで、対応するキナーゼ活性がオフになり、各移行が不可逆的になり、システムがリセットされて次の段階が順序通りに進行できるようになります。

何らかの問題がある場合、チェックポイントでは何が起こるのでしょうか？

チェックポイントは、例えばサイクリン依存性キナーゼ活性を阻害したり、染色体分離を遅らせたりすることで、DNA損傷などの問題が修正されるまで、それ以上の進行をブロックします。