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Molecular Biology
Chapter 17: Cell Proliferation
17.5:
抑制 cdk 活性
细胞周期的有序进展取决于 Cdk 蛋白通过与细胞周期蛋白伴侣结合而激活。然而,当发生异常变化时,必须限制细胞周期。大多数癌症与失调的细胞周期相关,并且由于 Cdks 是细胞周期的核心组成部分,因此 Cdk 抑制剂被广泛研究以开发抗癌剂。例如,细胞周期蛋白 D 与几种 Cdk(如 Cdk 4/6)结合形成活性复合物。然后,细胞周期蛋白 D-Cdk4/6 复合物磷酸化并使抑癌基因视网膜母细胞瘤蛋白 (Rb) 失活,以促进细胞周期的 G1 到 S 阶段转变。在正常细胞中,Rb 蛋白通过调节 Cdk 活性被重新激活,从而防止异常的细胞周期转换。
调节 Cdk 活性的至少三种已知机制 – 细胞周期蛋白降解、抑制性磷酸化或抑制性蛋白结合。阻止这些机制的突变导致 Cdk 介导的肿瘤发生。
由于 Cdk 4/6 在肿瘤形成中起着重要作用,因此已经开发了几种 Cdk 抑制剂用于临床。最近的对 Cdk4 和 Cdk6 具有选择性。至少有三种临床批准的 Cdk 4/6 抑制剂:abemaciclib、ribociclib 和 palbociclib。这些抑制剂与 Cdk 4 和 6 的 ATP 口袋结合,使细胞周期蛋白 D-Cdk4/6 复合物失活,导致 Rb 蛋白激活和随后的细胞周期停滞。在某些情况下,抑制剂介导的细胞周期停滞会导致肿瘤细胞凋亡增加。
抑制细胞周期和随后的程序性细胞死亡是 Cdk4/6 抑制剂最常见的机制。然而,最近对乳腺癌小鼠模型的一项研究表明,Cdk4/6 抑制也可能导致严重的免疫原性作用。在研究过程中,Cdk 抑制剂似乎增强了肿瘤细胞的抗原呈递能力,从而使细胞毒性 T 细胞能够识别和破坏肿瘤细胞。
在细胞周期转换期间,Cdk 活性受多种蛋白质的调节,确保细胞生长受控、DNA 完全复制以及染色体向子细胞的有丝分裂分布。
在没有调节蛋白的情况下,异常细胞得不到控制,导致癌症等疾病。
在正常细胞中,Cdk 活性通过多种机制进行调节,包括细胞周期蛋白降解、抑制性磷酸化和 Cdk 抑制剂结合诱导的抑制性构象变化。
已知细胞周期蛋白水平在细胞周期中会波动。Cdks 仅在与细胞周期蛋白结合时才具有活性,因此,细胞周期蛋白降解使 Cdks 无活性,无法促进过渡到下一个细胞周期阶段。
在另一种机制中,一种名为 Wee1 的激酶磷酸化 Cdk 中的活性位点。这种磷酸化抑制了细胞周期蛋白-Cdk 复合物的活性。
此外,Cdk 抑制剂或 CKI,如 p16、p21 和 p27,通过抑制构象变化调节 Cdk 活性。
例如,如果 DNA 损伤发生在 G1 期间,则 p16 会与细胞周期蛋白-Cdk 复合物相互作用。这种相互作用导致较大的结构重排,分离结合的细胞周期蛋白,导致 Cdk 失活。
G1 期的 DNA 损伤也可触发抑癌基因蛋白 p53 激活 p21。
G1/S-Cdk 和 S-Cdk 复合物被 p21 结合和抑制,使细胞停滞在 G1 期,并为 DNA 修复留出足够的时间。
为了发生 G1/S 相变,细胞需要具备 DNA 复制所需的所有资源。如果细胞缺乏必要的资源,p27 会与 G1/S-Cdk 和 S-Cdk 复合物结合,从而抑制酶活性。
一旦满足细胞周期进程的有利条件,p27 就会降解,恢复 Cdk 活性并促进细胞转化。
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