JoVE Core
Molecular Biology
Chapter 17: Cell Proliferation
17.7:
M-CDK 驱动向有丝分裂的转变
整个细胞周期中的检查点充当保护装置和守门人,允许细胞周期在有利条件下进行,并在有问题的条件下减慢或停止它。这种调节被称为细胞周期控制系统。
细胞周期蛋白依赖性激酶 (Cdks) 与细胞周期蛋白协同作用以控制细胞周期转换。M-Cdk 是 Cdk1 与 M 周期蛋白结合的复合体,是这种协调控制的一个众所周知的例子,它驱动从 G2 期到 M 期的转变。
M 细胞周期蛋白促进 M 期事件,例如有丝分裂纺锤体形成、姐妹染色单体附着在相对的纺锤体极上、染色体浓缩、核膜破裂以及肌动蛋白细胞骨架和高尔基体重排。通过促进这些过程,M 周期蛋白驱动过渡到 M 期。
与其他细胞周期蛋白一样,M 细胞周期蛋白水平在细胞周期期间波动。然而,Cdk 水平保持相对稳定。在大多数细胞中(胚胎细胞是一个例外),M 细胞周期蛋白基因转录增加,并且随着细胞接近 G2/M 转换,M 细胞周期蛋白积累。积累的 M 细胞周期蛋白与 Cdk 结合,形成 M-Cdk 复合物。M-Cdks 在激活时触发 M 期事件,主要由 Cdc25 触发。
活化 M-Cdk 通过磷酸化支持多个早期有丝分裂过程的蛋白质来过渡到有丝分裂。然而,M-Cdk 并不是调节这种转变的唯一蛋白激酶。例如,Polo 样激酶和 Aurora 激酶也有助于早期有丝分裂过程。
Plk1 是一种 polo 样激酶,是有丝分裂纺锤体正常双极形成所必需的。Plk1 磷酸化有助于分离纺锤体极的蛋白质。Aurora-A 还调节参与形成和稳定有丝分裂纺锤体的蛋白质,而 Aurora-B 允许姐妹染色单体附着在纺锤体上。M-Cdk 和其他蛋白激酶共同有助于调节 细胞周期的 G2 和 M 期。
细胞向有丝分裂转变的特征是 M-Cdk 复合物的激活,该复合物由与 M 细胞周期蛋白结合的蛋白激酶 Cdk1 或细胞周期蛋白依赖性激酶 1 组成。
当 M 细胞周期蛋白积累时,会形成 M-Cdk 复合物。在大多数细胞中,M 细胞周期蛋白水平在 G2(S 期染色体复制后的间隙期)和早期有丝分裂期间达到峰值。
M-Cdk 复合物在活性位点被 CDK 激活激酶 (CAK) 磷酸化。然而,该复合物仍然无活性,因为它也在两个抑制位点被蛋白激酶 Wee1 磷酸化。
M-Cdk 主要被蛋白磷酸酶 Cdc25 激活。Cdc25 去除抑制 M-Cdk 的磷酸盐并抑制 Wee1 的抑制活性。
M-Cdk 通过激活早期有丝分裂过程所需的因子来驱动向有丝分裂的转变。
在前期,M-Cdk 活性刺激染色体的缩短和压缩,称为染色体浓缩。在前期,M-Cdk 还启动有丝分裂纺锤体的形成,该纺锤体将染色体分离成两个子细胞。
在动物细胞的前中期,M-Cdk 有助于降解核膜,使细胞核破裂。
在中期,M-Cdk 介导姐妹染色单体与纺锤体相对两极的附着。
M-Cdk 促进高尔基体的多相重组,这对于正确的纺锤体形成和细胞器的分离很重要。此外,在整个有丝分裂过程中,M-Cdk 参与肌动蛋白细胞骨架的重组,这有助于确定纺锤体方向和细胞分裂轴等功能。
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