17.7:

17.7: M-CDK treibt den Übergang in die Mitose voran

M-Cdk Drives Transition Into Mitosis

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M-Cdk Drives Transition Into Mitosis

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17.6: S-Cdk Initiates DNA Replication

17.8: Mitogens and the Cell Cycle

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02:15 min

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April 07, 2021

Overview

Checkpoints während des gesamten Zellzyklus dienen als Schutz- und Torwächter, die es dem Zellzyklus ermöglichen, unter günstigen Bedingungen fortzuschreiten und ihn unter problematischen Bedingungen zu verlangsamen oder zu stoppen. Diese Regelung wird als Cell Cycle Control System bezeichnet.

Cyclin-abhängige Kinasen (Cdks) arbeiten mit Cyclinen zusammen, um Zellzyklusübergänge zu kontrollieren. M-Cdk, ein Komplex aus Cdk1, der an M-Cyclin gebunden ist, ist ein bekanntes Beispiel für diese koordinierte Steuerung, die den Übergang von der G2- in die M-Phase antreibt.

M-Cyclin fördert Ereignisse in der M-Phase, wie z. B. die Bildung einer mitotischen Spindel, die Bindung der Schwesterchromatiden an gegenüberliegende Spindelpole, die Kondensation der Chromosomen, den Abbau der Kernhülle und die Umlagerung des Aktin-Zytoskeletts und des Golgi-Apparats. Durch die Förderung dieser Prozesse treibt M-Cyclin den Übergang in die M-Phase voran.

Wie bei anderen Cyclinen schwankt der M-Cyclinspiegel während des Zellzyklus. Die Cdk-Werte bleiben jedoch relativ stabil. In den meisten Zellen (embryonale Zellen sind eine Ausnahme) nimmt die Transkription des M-Cyclin-Gens zu, und M-Cyclin akkumuliert sich, wenn sich die Zelle dem G₂/M-Übergang nähert. Das akkumulierte M-Cyclin bindet an Cdk und bildet M-Cdk-Komplexe. Die M-Cdks sind darauf vorbereitet, bei der Aktivierung M-Phasenereignisse auszulösen, hauptsächlich durch Cdc25.

Aktives M-Cdk ermöglicht den Übergang in die Mitose durch Phosphorylierung von Proteinen, die mehrere frühe mitotische Prozesse ermöglichen. M-Cdk ist jedoch nicht die einzige Proteinkinase, die diesen Übergang reguliert. Polo-ähnliche Kinasen und Aurora-Kinasen tragen zum Beispiel ebenfalls zu frühen mitotischen Prozessen bei.

Plk1 ist eine poloähnliche Kinase, die für die normale bipolare Bildung der mitotischen Spindel notwendig ist. Plk1 phosphoryliert Proteine, die helfen, die Spindelpole zu trennen. Aurora-A reguliert auch Proteine, die an der Bildung und Stabilisierung der mitotischen Spindel beteiligt sind, während Aurora-B es Schwesterchromatiden ermöglicht, sich an die Spindel anzuheften. Zusammen tragen M-Cdk und andere Proteinkinasen dazu bei, den Übergang zwischen die_G2– und M-Phasen des Zellzyklus.

Transcript

Der Übergang einer Zelle in die Mitose ist durch die Aktivierung von M-Cdk-Komplexen gekennzeichnet, die aus der Proteinkinase Cdk1 – oder Cyclin-abhängige Kinase 1 – bestehen, die an M-Cyclin gebunden ist.

M-Cdk-Komplexe entstehen, wenn sich M-Cyclin ansammelt. In den meisten Zellen erreichen die M-Cyclin-Spiegel während G₂ – der Lückenphase nach der chromosomalen Duplikation der S-Phase – und der frühen Mitose ihren Höhepunkt.

Der M-Cdk-Komplex wird an einem aktiven Zentrum durch CDK-aktivierende Kinase (CAK) phosphoryliert. Der Komplex bleibt jedoch inaktiv, da er auch an zwei inhibitorischen Stellen durch die Proteinkinase Wee1 phosphoryliert wird.

M-Cdk wird hauptsächlich durch das Protein Phosphatase Cdc25 aktiviert. Cdc25 entfernt die Phosphate, die M-Cdk hemmen, und unterdrückt die inhibitorische Aktivität von Wee1.

M-Cdk treibt den Übergang in die Mitose voran, indem es Faktoren aktiviert, die für frühe mitotische Prozesse notwendig sind.

In der Prophase regt die M-Cdk-Aktivität die Verkürzung und Verdichtung der Chromosomen an, die als Chromosomenkondensation bezeichnet wird. Während der Prophase initiiert M-Cdk auch die Bildung der mitotischen Spindel, die die Chromosomen in zwei Tochterzellen aufteilt.

Während der Prometaphase in tierischen Zellen trägt M-Cdk dazu bei, die Kernhülle abzubauen, so dass der Zellkern auseinanderbrechen kann.

In der Metaphase vermittelt M-Cdk die Bindung von Schwesterchromatiden an entgegengesetzte Pole der Spindel.

M-Cdk fördert die mehrphasige Reorganisation des Golgi-Apparates, die für die korrekte Spindelbildung und Segregation der Organelle wichtig ist. Darüber hinaus ist M-Cdk während der gesamten Mitose an der Reorganisation des Aktin-Zytoskeletts beteiligt, was unter anderem dazu beiträgt, die Spindelausrichtung und die Achse der Zellteilung zu bestimmen.

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