مسیرهای پروتئولیز ونقش آنها در کنترل سیکل سلولی
مقدمه:
امروزه یکی از مسائلی که بیولوژیستها با آن درگیر هستند چگونگی کنترل تقسیم سلولی است.در مدلهای قبلی که برای سیکل سلولی ارائه شده بود فرض میشد که پروتئنهای آغازگری وجود دارند که در خلال اینترفاز جمع می شوند و هنگامیکه غلظت این پروتئینها به یک حد بحرانی برسد ، همانندسازی DNA و میتوز آغاز می شود ودر طول میتوز این آغازگرها غیرفعال شده و درنتیجه آن سلول از میتوز خارج شده و دوباره وارد چرخه سلولی میشود. این آغازگرها سایکلین های میتوزی یا MPF،(Mithose Promoting Factor) هستند.در انسا ن MPF شامل کمپلکس های سیکلین A/CDK1 وسیکلین B/CDK1 است.
در مدلهایی که امروزه برای کنترل سیکل سلولی ارئه شده است، پروتئولیز یک نقش مهم در تنظیم پیشرفت چرخه سلولی دارد.در فرایند پروتئولیز دو مساله نقش مهم دارد:
الف) فسفوریلاسیون سوبسترا(فعال کننده یا ممانعت کننده CDK) که کونفورماسیون سوبسترا را تغییر می دهد و یک سیگنال برای انجام عمل یوبی کوئیتیناسیون است.
ب) تجمع زنجیره یوبی کوئیتین بر روی سوبسترا که باعث هدف قرار گرفتن و اختصاصی شدن سوبسترا می شود.
کنترل چرخه سلولی از طریق پروتئولیز در دومرحله اساسی انجام میشود:1) انتقال از G1 به S که بوسیله CDC34 انجام می گیرد. 2) وقوع آنافاز و خروج از میتوز که بوسیله سیلکوزوم یا کمپلکس پیش برنده آنافاز (APC) انجام می شود.
1-انتقال از G1-S:
CDC28 با سایکلین G1 ترکیب می شود و تشکیل G1CDK را می نماید CDC28 سایکلین G1 را فسفوریله می نماید که در نتیجه سایکلین G1 توسط ترکیبات مسیر CDC34 شناسایی شده یوبی کوئتینه می گردد و سپس توسط پروتئوزوم تجزیه می گردد. از طرف دیگر G1CDK یک ممانعت کننده فاز S یعنی SIC1 را فسفریله می نماید که سپس SIC1 یوبی کوئیتینه شده و تجزیه می گردد و در نتیجه سلول از مرحله G1 وارد فاز S می شود.
2-پروتئولیز در میتوز:
سایکلینA در اوایل فاز S ساخته میشود. اما سایکلین B و CDK1 (نامهای دیگر آنCDC2وP34 است) در فازG2 و ساخته می شوند ودر این هنگام است که کمپلکسهای CDK1/CLNBوCDK1/CLNA تشکیل می شوند MPF دارای فعالیت کینازی است درفاز میتوز ، MPF با فسفریله کردن پروتئینهای مختلف باعث پیشرفت میتوز و تقسیم هسته می شود. در پروفاز، MPF ، باعث فسفریله شدن لامین ها می شود. لامینها پروتئینهایی هستند که به سطح داخلی غشاء هسته متصل شده اند. هنگامی که لامینها فسفریله می شوند، دپلیمریزه شده و باعث می شوند که غشاء هسته بصورت وزیکولهای کوچکی از هم بپلشد. همچنین MPF باعث فسفریله شدن هیستون H1 و پروتئینی بنام Condensin که در متراکم شدن کروماتین نقش دارند، می شود. MPF ها با فسفریله کردن پروتئینهای بنامNucleolin ،مانع از سنتز ریبوزومها در طول میتوز ودرنتیجه جلوگیری از سنتز پروتئین ها، می شوند .همچنین MPF با تاثیر بر پروتئنهای همراه میکروتوبولها باعث تشکیل دوک میتوز میشود. پس از پروفاز MPF باعث تشکیل صفحه متافاز می شود.در انتهای متافاز سیکلینA پس از یوبیکوئیتینه شدن، بوسیله کمپلکس پروتئازوم تجزیه می شود وبه این ترتیب یکی از دو نوع MPF غیر فعال میشود.اما برای شروع آنافاز و پس از آن خروج از میتوز لازم است که کمپلکس دیگر (یعنی CLNB/CDK1) نیز در مراحل بعدی میتوز، به نحوی غیر فعال شود این عمل بوسیله یک کمپلکس پروتئینی بنام سیکلوزوم یا کمپلکس پیش برنده آنافاز ( APC )انجام میشود.
APC به خودی خود غیر فعال است ، در اواخر متافاز MPF با عمل کینازی خود باعث فسفریله وفعال شدن APC میشود(به این ترتیب MPF باعث فعال شدن پروتئین تجزیه کننده خود میشود).
APC از هشت سابیونیت تشکیل شده است چهار تا از آن شامل تکرار تتراتری کوپپتید است که واسطه واکنش پروتئین- پروتئین است سه تا از این پروتئین ها CDC28- CDC23- CDC16 هستند که برای پیش رفتن آنافاز مورد نیازند و CDC26 برای پروتئولیز سایکلین میتوزی مورد نیاز است APC باعث یوبی کوئیتینه شدن CUT2,PDS1 می شود .پروتئینهایی که به این طریق یوبیکوئیتینه میشوند سپس بوسیله کمپلکس پروتئازوم، تجزیه می شوند. PDS1 (نام دیگر آنISS است) با اثر بر پروتئین Cohesin ، مانع جدا شدن کروماتیدهای خواهری در هنگام آنافاز می شود. با تجزیه ISS، کروماتیدهای خواهری از هم جدا می شوند.CUT2 نیز مانع آنافاز می شود و در نتیجه تخریب این دو پروتئین سلول وارد آنافاز می شود.
از طرفی APC باعث پروتئولیز سایکلین B که بوسیله UBCx,UBC4 یوبی کوئیتینه شده است می شود و در نتیجه سلول از میتوز وارد G1 می گردد.
مراحل تنظیم کننده چرخه سلولی:
هر مرحله تنظیم کننده دارای دو فعالیت است 1) یک واقعه کروموزومی از قبیل همانندسازی، صف شدن کروموزومها یا جداشدن آنها را انجام می دهد 2) انتقال به مرحله تنظیمی بعدی را میسر می نماید.
تنظیم فعالیتAPC:
بین فعالیتCDC2 وفعال شدن سیستم سیکلین میتوزی یک فاز تاخیری وجود .اگرچه بیشتر اجزاء تشکیل دهنده APC شناسایی شده اند، اما هنوز چگونگی تنظیم فعالیت APC بطور کامل مشخص نشده است.برخی از عواملی که میتوانند تاحدودی در تنظیم فعالیت APC نقش داشته باشند، عبارتند از :
1)تنظیم فعالیتE3 : E3 آنزیم یوبیکوئیتین-لیگاز میباشد که باعث اتصال متوالی یوبیکوئیتینها بر روی سوبسترا(پروتئینی که باید تجزیه شود)میشود.فعالیت این آنزیم بوسیله فسفریلاسیون کنترل میشود.برخی از فسفاتازها با دفسفریله کردن این آنزیم ، میتوانند APC را غیر فعال کنند.
2)اثرکینازهای داوطلب: کینازهای داوطلب از قبیل CDC2 میتوانند با یک فاز تاخیری ،قسمتهایی از سیکلوزوم اینترفاز را فعال کنند.همچنین پروتئین-کیناز A که در طول میتوز فعال میشود، بر روی فعالیت APC اثر تنظیمی دارد.
3)دفسفریلاسیون: دفسفریلاسیون نیز ممکن است یک مکانیسم مهم برای کنترل ثبات سیکلینهای میتوزی باشد.
4)اثر CDK های G1 :در مخمر ساکارومایسس سرویزیه وپستانداران، APC تا اواسط فاز G1 فعال باقی میماند .در اواسط فاز G1 با فعال شدن CDK4وCDK6 ( که به همراه سیکلین D ،کمپلکس CDK های G1 را تشکیل میدهند) مسیر پروتئولیز APC ،متوقف میشود.
5)Spidle –assembly Check-point: در صورتیکه در بوجود آمدن دوک تقسیم سلولی ویا اتصال کروموزومها از ناحیه کینه توکور به رشته های دوک ، نقصی بوجود آید،فعال شدن APC و درنتیجه مرحله آنافاز ،به تاخیر می افتد.این تاخیر تحت اثر یک سیستم کنترلی بنام Spidle –assembly Check-point روی میدهدوجود اینچنین سیستم کنترلی ، برای جداشدن دقیق(Exact segregation) کروماتیدهای خواهری ، ضروری میباشد.هرگونه نقص در این سیستم ، منجر به آنیوپلوئیدی میشود. یکی از خصوصیا ت سلولهای سرطانی که منجر به بروز آنیو پلوئیدی در آنها میشود، نفص در همین سیستم کنترلی میباشد.در اثر کنترل این سیستم، تجزیه سوبستراهایی از قبیل PDS1 ،تا اتصال کامل همه کروموزومها به دوک میتوز ، به تعویق می افتد.
مشابه چنین تعویقی ، در خلال تقسیم دوم میوز اووسیت مهره داران روی میدهد. در مهره داران تشکیل اووسیت در جنس ماده ، در دوران جنینی آغاز میشود، ولی اووژنز در مرحله دیپلوتن پروفازI میوز ، تا رسیدن جاندار به دوران بلوغ متوقف میماند.بنظر میرسد که مکانیسم تعویق میوزI نیزز مانند مکانیسم تعویقی باشد که در Spidle –assembly Check-point بکار میرود.
بطور خلاصه در مورد تنظیم فعالیت APC میتوان گفت: G1CDK پروتئین SIC1 را پروتئولیز می نماید در نتیجه CDK فاز S فعال شده همانندسازی DNA را انجام می دهد از طرف دیگر G1CDKs باعث غیر فعال شدن APC و در نتیجه تجمع سایکلین های میتوزی می شود. CDK میتوزی باعث متراکم شدن کروموزومها و تجمع دوکها می شود همچنین باعث فعال شدن APC می گردد. APC با یوبی کوئیتین نمودن و تخریب POS1, CUT2 باعث ورود به آنافاز و با پروتئولیز سایلکین های میتوزی باعث خروج از میتوز می گردد همچنین سنتز دوباره سایکلین G1 می شود که مرحله بعدی آغاز می گردد.
دیدگاه خود را درج کنید