CIP/KIP
Rodzina CIP/KIP (białko oddziałujące z CDK/białko hamujące kinazę) jest jedną z dwóch rodzin (CIP/KIP i INK4 ) inhibitorów ssaczych kinaz zależnych od cyklin ( CDK ) ( CKI ) zaangażowanych w regulację cyklu komórkowego. Rodzina CIP/KIP składa się z trzech białek: p21 cip1/waf1 , P27 kip1 , p57 kip2. Te białka mają wspólną homologię sekwencji w domenie N-końcowej, co pozwala im wiązać się zarówno z cykliną , jak i CDK . Ich aktywność obejmuje przede wszystkim wiązanie i hamowanie G1/S- i S-Cdks; jednakże wykazano również, że odgrywają one ważną rolę w aktywacji G1-CDK CDK4 i CDK6 . Ponadto nowsze prace wykazały, że członkowie rodziny CIP/KIP pełnią szereg niezależnych od CDK ról obejmujących regulację transkrypcji , apoptozy i cytoszkieletu .
Rola w progresji cyklu komórkowego
Białka z rodziny CIP/KIP wiążą szeroki zakres kompleksów cyklina-CDK fazy G1/S i S, w tym kompleksy cyklina D-CDK4,6 i cyklina E-, A-CDK2. Tradycyjnie zakładano, że białka CIP/KIP odgrywają rolę w hamowaniu wszystkich tych kompleksów; jednakże później odkryto, że białka CIP/KIP, hamując CDK2 , mogą również aktywować aktywność cykliny D-CDK4,6, ułatwiając stabilne wiązanie między cykliną D i CDK4,6.
regulacja cyklina-CDK2
Struktura krystaliczna p27 w kompleksie z cykliną A-CDK2 została opublikowana w 1996 roku. Struktura pokazuje, że p27 oddziałuje zarówno z cykliną A, jak i CDK2. Ponadto p27 naśladuje ATP i wstawia się do miejsca wiązania ATP, zapobiegając w ten sposób wiązaniu ATP. Mechanizm ten blokuje jakąkolwiek aktywność kinazy i zapobiega dalszej hiperfosforylacji Rb , która umożliwia uwolnienie czynnika transkrypcyjnego E2F i transkrypcję genów związanych z cyklem komórkowym.
regulacja cyklinyD-CDK4,6
Cyklina D ma niskie powinowactwo do CDK. Dlatego postawiono hipotezę, że potrzebne są dodatkowe białka, aby umożliwić stabilny kompleks cykliny D-CDK4,6. Coraz więcej dowodów wskazuje na udział białek CIP/KIP w tej stabilizacji. Pierwszy dowód na to pochodzi z obserwacji, że p27 często ulega immunoprecypitacji z aktywnymi kompleksami cykliny D-CDK4. Co więcej, embrionalne fibroblasty myszy z niedoborem p21 i p27 miały niższy poziom cykliny D1, a immunoprecypitowane kompleksy cyklina-D-CDK nie miały aktywności kinazy. Efekty te zostały uratowane przez ponowne wprowadzenie p21 i p27, ale nie ponowne wprowadzenie cykliny D1, co sugeruje, że białka CIP/KIP są kluczowe dla aktywności cykliny D-CDK. Dowody in vitro wykazały, że wiązanie cykliny D-CDK z CIP/KIP nie jest ograniczone do p21 i p27 i może być również przeprowadzane przez p57.
Model regulacji CIP/KIP G1-S
Rozbieżna rola białek CIP/KIP w zależności od tego, czy są one związane z CDK2 czy CDK4,6 doprowadziła do modelu, w którym białka CIP/KIP wiążą się i inaktywują kompleksy CDK2 we wczesnym G1; jednak po wytworzeniu cykliny D białka CIP/KIP są usuwane i ponownie wykorzystywane do stabilizacji cykliny D-CDK. To sekwestrowanie następnie uwalnia cyklinę A-, E-CDK2 w celu hiperfosforylacji Rb i promowania postępu cyklu komórkowego. Model ten jest poparty odkryciem, że ekspresja CDK4 typu dzikiego lub nieaktywnego katalitycznie może sekwestrować białka CIP / KIP, powodując aktywację cykliny E-CDK2. To odkrycie sugeruje, że zdolność kompleksów cyklinaD-CDK do sekwestracji białek CIP/KIP przeważa nad ich aktywnością hamującą CDK2.
Role poza progresją cyklu komórkowego
apoptoza
Wykazano, że białka CIP/KIP regulują apoptozę poprzez różne mechanizmy. Wiadomo, że cięcie p21 i p27 promuje apoptozę poprzez aktywację aktywacji CDK2. Wykazano również, że p57 hamuje apoptozę, ponieważ myszy zerowe p57 wykazują szereg wad rozwojowych, w tym rozszczep podniebienia i szereg nieprawidłowości jelitowych związanych ze zwiększoną apoptozą.
Wykazano również, że białka CIP/KIP regulują apoptozę poprzez mechanizmy niezależne od CDK. p57 może wiązać JNK1/SAPK , kinazę związaną ze stresem i blokować jej aktywność, chroniąc przed apoptozą regulowaną przez JNK1.
Transkrypcja
Białka CIP/KIP mogą pośrednio regulować transkrypcję poprzez stabilizację cykliny-D-CDK i niehamowanie kompleksów cyklina-CDK2, które są kluczowe dla fosforylacji Rb i uwalniania czynnika transkrypcyjnego E2F. Wykazano również, że białka CIP/KIP bezpośrednio wiążą czynniki transkrypcyjne. Na przykład. Wykazano, że p27 wiąże się i stabilizuje neurogeninę-2 , promując różnicowanie neuronalnych komórek progenitorowych.
Cytoszkielet
Wcześniej wykazano, że białka CIP/KIP hamują sygnalizację Rho / ROCK /LIMK/ Cofilin . Ponadto fibroblasty z niedoborem p27 mają zmniejszoną ruchliwość. Fibroblasty z niedoborem p27 mają również zwiększone poziomy włókien stresowych i zrostów ogniskowych. Rola białek CIP/KIP w ruchliwości stała się również szczególnie interesująca w przypadku raka, gdzie nieprawidłowa regulacja p27 może skutkować zwiększoną proliferacją i zwiększoną ruchliwością, co może przyczynić się do bardziej inwazyjnych nowotworów.
Rola w raku i chorobach
Jako inhibitory kinaz zależnych od cyklin, białka CIP/KIP były klasycznie postrzegane jako supresory nowotworów ; jednak dokładna rola białek CIP/KIP w progresji nowotworu była trudna do oszacowania, ponieważ w żadnym raku nie zaobserwowano całkowitej utraty funkcji CIP/KIP. Jednak niską ekspresję p27 obserwowano w wielu różnych nowotworach i wiąże się to ze zwiększoną agresją nowotworu. Ponadto myszy zerowe p27 spontanicznie rozwijają guzy w przysadce mózgowej i są bardziej podatne na chemiczne czynniki rakotwórcze lub napromieniowanie. W szczególności uważa się, że nie tylko ekspresja p27, ale także lokalizacja subkomórkowa p27 odgrywa ważną rolę w nowotworzeniu. Podwyższoną cytoplazmatyczną lokalizację p27 zaobserwowano w wielu nowotworach i powiązano ze złym rokowaniem. Ta błędna lokalizacja może potencjalnie wyjaśnić, w jaki sposób p27 może jednocześnie promować progresję cyklu komórkowego i zwiększoną ruchliwość w nowotworach. Podobny model może być równie prawdziwy dla innych białek CIP/KIP.