La quinasa activadora de CDK (CAK) activa el complejo ciclina- CDK mediante la fosforilación del residuo de treonina 160 en el bucle de activación de CDK . CAK en sí mismo es un miembro de la familia Cdk y funciona como un regulador positivo de Cdk1 , Cdk2 , Cdk4 y Cdk6 . [1]
Actividad catalítica
La activación del CDK requiere dos pasos. Primero, la ciclina debe unirse al Cdk . En el segundo paso, CAK debe fosforilar el complejo ciclina- Cdk en el residuo de treonina 160, que se encuentra en el segmento de activación de Cdk . Desde Cdks necesidad de estar libre de proteínas inhibidoras de Cdk (CKIs) y asociado con ciclinas con el fin de ser activado, se considera actividad CAK ser regulada indirectamente por ciclinas. [¿ por quién? ]
La fosforilación generalmente se considera una modificación reversible que se usa para cambiar la actividad enzimática en diferentes condiciones. Sin embargo, la activación de la fosforilación de Cdk por CAK parece ser una excepción a esta tendencia. De hecho, la actividad de CAK permanece alta durante todo el ciclo celular y no está regulada por ningún mecanismo conocido de control del ciclo celular. Sin embargo, en comparación con las células normales, la actividad CAK se reduce en las células G0 en reposo y se eleva ligeramente en las células tumorales. [1]
En los mamíferos, la activación de la fosforilación por CAK solo puede ocurrir una vez que se une la ciclina. En la levadura en ciernes, la activación de la fosforilación por CAK puede tener lugar antes de la unión de la ciclina. Tanto en humanos como en levaduras, la unión de ciclina es el paso limitante de la velocidad en la activación de Cdk . Por lo tanto, la fosforilación de Cdk por CAK se considera una modificación postraduccional que es necesaria para la actividad enzimática. Aunque la activación de la fosforilación por CAK no se explota con fines de regulación del ciclo celular, es un proceso muy conservado porque CAK también regula la transcripción.
Ortólogos
CAK varía dramáticamente en diferentes especies. En vertebrados y Drosophilia, CAK es un complejo proteico trimérico que consta de Cdk7 (una proteína quinasa relacionada con Cdk), ciclinaH y Mat1 . [2] La subunidad Cdk7 es responsable de la activación de Cdk mientras que la subunidad Mat1 es responsable de la transcripción. El trímero CAK se puede fosforilar en el segmento de activación de la subunidad Cdk7. Sin embargo, a diferencia de otros Cdks , esta fosforilación podría no ser esencial para la actividad de CAK. En presencia de Mat1 , la activación de CAK no requiere la fosforilación del segmento de activación. Sin embargo, en ausencia de Mat1 , se requiere la fosforilación del segmento de activación para la actividad CAK. [1]
En los vertebrados, CAK se localiza en el núcleo. Esto sugiere que CAK no solo participa en la regulación del ciclo celular, sino que también participa en la transcripción. De hecho, la subunidad Cdk7 de CAK de vertebrados fosforila varios componentes de la maquinaria transcripcional.
En la levadura en ciernes, CAK es una proteína quinasa monomérica y se conoce como Cak1. [2] Cak1 es lejanamente homóloga a Cdks . Cak1 se localiza en el citoplasma y es responsable de la activación de Cdk . El homólogo de Cdk7 de levadura en ciernes , Kin28, no tiene actividad CAK.
Las levaduras de fisión tienen dos CAK con funciones tanto superpuestas como especializadas. El primer CAK es un complejo de Msc6 y Msc2. El complejo Msc6 y Msc2 está relacionado con el complejo Cdk7-ciclinaH de vertebrados. El complejo Msc6 y Msc2 no solo activa las Cdks del ciclo celular sino que también regula la expresión génica porque es parte del factor de transcripción TFIIH . La segunda levadura de fisión CAK, Csk1, es un ortólogo de la levadura en ciernes Cak1. Csk1 puede activar Cdks pero no es esencial para la actividad de Cdk. [2]
Tabla de quinasas de activación de Cdk
http://www.oup.com/uk/orc/bin/9780199206100/resources/figures/nsp-cellcycle-3-3-3_7.jpg .
Crédito a: Oxford University Press "Morgan: The Cell Cycle"
Cdkactivation
http://www.oup.com/uk/orc/bin/9780199206100/resources/figures/nsp-cellcycle-3-3-3_8.jpg
Crédito de: Oxford University Press "Morgan: The Cell Cycle"
Estructura
La conformación del sitio activo de Cdk2 cambia drásticamente con la unión de ciclina y la fosforilación de CAK. El sitio activo de Cdk2 se encuentra en una hendidura entre los dos lóbulos de la quinasa. El ATP se une profundamente dentro de la hendidura y su fosfato se orienta hacia afuera. Los sustratos de proteínas se unen a la entrada de la hendidura del sitio activo.
En su forma inactiva, Cdk2 no puede unirse al sustrato porque la entrada de su sitio activo está bloqueada por el T-loop. El Cdk2 inactivo también tiene un sitio de unión de ATP desorientado . Cuando Cdk2 está inactivo, la pequeña hélice L12 empuja la gran hélice PSTAIRE hacia afuera. La hélice PSTAIRE contiene un residuo, glutamato 51, que es importante para posicionar los fosfatos de ATP . [2]
Cuando la ciclinaA se une, se producen varios cambios conformacionales. El bucle en T sale de la entrada del sitio activo y ya no bloquea el sitio de unión del sustrato. La hélice PSTAIRE se mueve hacia adentro. La hélice L12 se convierte en una hebra beta. Esto permite que el glutamato 51 interactúe con la lisina 33. El aspartato 145 también cambia de posición. Juntos, estos cambios estructurales permiten que los fosfatos de ATP se unan correctamente. [2]
Cuando CAK fosforila el residuo de treonina de Cdk160, el bucle en T se aplana e interactúa más estrechamente con la ciclina A. La fosforilación también permite que la Cdk interactúe más eficazmente con los sustratos que contienen la secuencia SPXK. La fosforilación también aumenta la actividad del complejo ciclinaA- Cdk2 . Diferentes ciclinas producen diferentes cambios de conformación en Cdk .
Enlace de imagen: base estructural de la activación de Cdk
http://www.oup.com/uk/orc/bin/9780199206100/resources/figures/nsp-cellcycle-3-4-3_12.jpg
Crédito para: Oxford University Press "Morgan: El ciclo celular "
Funciones adicionales
Además de activar Cdks , CAK también regula la transcripción. Se han identificado dos formas de CAK: CAK libre y CAK asociada a TFIIH. La CAK libre es más abundante que la CAK asociada a TFIIH. [1] La CAK libre fosforila las Cdks y participa en la regulación del ciclo celular. La CAK asociada es parte del factor de transcripción general TFIIH . CAK asociado con TFIIH fosforila proteínas involucradas en la transcripción, incluida la ARN polimerasa II. Más específicamente, la CAK asociada está involucrada en la eliminación del promotor y la progresión de la transcripción desde la etapa previa a la iniciación.
En los vertebrados, el complejo CAK trimérico es responsable de la regulación de la transcripción. En la levadura en ciernes, el homólogo de Cdk7 , Kin28, regula la transcripción. En la levadura de fisión, el complejo Msc6 Msc2 controla la transcripción de genes basales. [2]
Además de regular la transcripción, CAK también mejora la transcripción mediante la fosforilación de los receptores de estrógeno y ácido retinoico. La fosforilación de estos receptores conduce a una mayor expresión de genes diana. En las células leucémicas, donde el ADN está dañado, la capacidad de CAK para fosforilar los receptores de estrógeno y ácido retinoico está disminuida. La disminución de la actividad de CAK crea un ciclo de retroalimentación, que desactiva la actividad de TFIIH.
CAK también juega un papel en la respuesta al daño del ADN. [1] La actividad de CAK asociada con TFIIH disminuye cuando el ADN se daña por irradiación UV. La inhibición de CAK evita que el ciclo celular progrese. Este mecanismo asegura la fidelidad de la transmisión cromosómica. [1]
Referencias
- ↑ a b c d e f Lolli G, Johnson LN (abril de 2005). "Quinasa activadora dependiente de CAK-ciclina: ¿una quinasa clave en el control del ciclo celular y un objetivo para los fármacos?" . Ciclo celular . 4 (4): 572–7. doi : 10.4161 / cc.4.4.1607 . PMID 15876871 .
- ^ a b c d e f Morgan, David L. (2007). El ciclo celular: principios de control . Londres: Publicado por New Science Press en asociación con Oxford University Press. ISBN 0-87893-508-8.
enlaces externos
- Cdk-activating + kinase en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .