Zrození moderního modelu BC (a co předcházelo)

Edgar and Epstein 1965

Buněčný cyklus Saccharomyces... CDC geny a cdc mutanti

cdc25 cdc28 cdc24 cdc4 cdc9 cdc15 cdc5 cdc3, 10, 11, 12

Pořadí funkce CDC genů transition point execution point

cdc4 cdc4 cdc24

„Double shift“ experiment 0HU HU pm- pm+ HU 0HU pm+ pm- replikace  cdc cdc  replikace replikace  cdc replikace cdc

„Double shift“ experiment 0HU HU pm- pm+ HU 0HU pm+ pm- replikace  cdc +- cdc  replikace -+ replikace  cdc -- replikace cdc ++

Mapa funkcí CDC genů (Hartwell 1974) CDC28

Má BC přirozený začátek? „probabilistická fáze“ „deterministická fáze“

Definice startu „We assume... that the CDC28 gene product and the  factor sensitive step mediate some early event or events in the cell cycle that are necessary prerequisites for both [budding and DNA replication]... We shall term this event „start“.... Completion of the „start“ event can be monitored by the acquisition of insensitivity to  factor... or... to temperature in a cdc28 mutant, although this is not possible in all experimental situations. Hartwell et al. 1974

2 alternativní pohledy na BC (Hartwell 1974) (domino) (hodiny)

Cykly bez cytokineze jsou synchronn í ! (Sullivan et al., www)

Fúze buněk dokládí centrální regulaci (Rao and Johnson) (D. Dudits)

Modely typu „hodiny“ (T. Hunt, M. Kirschner, A. Murray)

MPF - maturation promoting factor

(blok replikace) (Shamu and Murray 1992)

MPF = p34 + „cyklin“

prof. Paul Maxime Nurse (Velká Británie) generální ředitel Imperial Cancer Research Fund, Londýn; nositel Nobelovy ceny... nyní Rockefeller University doktor honoris causa přírodních věd „za zásadní příspěvky k poznání regulace buněčného dělení, které významně posouvají poznání v biologii a lékařství“ (na návrh PřF UK)

cdc2 S. pombe wt cdc2 t.s. wt cdc2-w CDC28 S.cer. komplementuje cdc2 (ale ne naopak)! (Beach et al. 1982) G1 nebo G2? A co to znamená??

Ale co když jsou kvasinky jiné?... The simplest explanation... is that the mechanisms regulating cell cycle progression are different in yeast (or Neurospora) and in animal cells. This is not a wild idea, since other aspects of the cell cycle are different (mating, growth factors, budding etc.).... Alternative explanations are possible but more complicated. R. Baserga, 1985

(Lee a Nurse 1987)

Simanis a Nurse, 1986: cdc2 protilátky rozpoznávají p34 z MPF (Lee a Nurse 1987)

CDC28 kóduje p34! „cyclin-dependent kinase“, CDK

Sjednocený model BC (1988)

„cell cycle engine“ vstupy výstupy velikost signály poškození... gen. exprese morfogeneze...

Komplex CDK - cyklin - CKI + p13 Suc1 : CDC kinase subunit – CKS family (modulace substrátové specifity/Pace/stability?)

Kvasinky (S. cerevisiae) mají CDK... mají i cykliny? Žádný CDC gen zatím nekóduje cyklin. Cdc28 se účastní G1/S a G2/M. G1/S („start“) je místem sepětí růstu a velikosti (jak to může fungovat?... povrch/objem, objem/jádro, akumulace aktivátoru, ředění represoru). A co mutace ovlivňující velikost buněk?

Mutace ovlivňující průchod startem DAF1: dominantní rezistent k alfa-faktoru (Cross 1988)

Mutace ovlivňující průchod startem WHI1-1: semidominantní malé b. whi2: malé b.... ne vše je to pravé (Nash et al. 1988) Coulter counter, sestřičky z tetrády

WHI1 = DAF1 = cyklin!!

Komplementace mutací, „multicopy suppression“, syntetická letalita cdc28-4: klonováno CDC28, CLN1 a CLN2! cln1-, cln2- a cln1-cln2- naživu!! cln1-cln2-daf1- NE!!!... jako cdc28 v pm- WHI1/DAF1 → CLN3 Redundance v genomech – obecný jev!

Kvasinkové cykliny a anomální alela CDC28 Suprese: CLB1, CLB2, CLB4... B-cykliny! CLB3: PCR – strukturní homolog cdc28-1N mutant (Surana et al. 1991)

„redundance“ CLB1-4 A to ještě není vše: CLB5 a 6!... cloned by accident (Schwob a Nasmyth 1993)

Kvasinkový BC jakožto posloupnost „vln“ cyklinů

Vlny –CDK –cyklinů –CDK inhibitorů Regulace: –transkripce –proteolýza Modulace aktivity CDK –fosforylace

PHO80 (cyklin) A to není vše... Regulace příjmu fosfátu kvasinkou PHO5 mRNA permeáza P PHO2 PHO4 PHO85 (CDK) P

CLB CLN cykliny asociované s Pho85 (ale částečná redundance s CLN!) (Measday et al. 1997)... cykliny mimo cyklus?

(Measday et al. 1997, Carroll and O'Shea, 2003) wt diploid pho85 pcl1,2 clg1,9 Amino acid metabolism

Cykliny poltivé kvasinky: jednodušší?

Živočišné buňky: CDK a cyklinů je víc CDK: rozlišení G1 a S/G2/M funkcí „Klasické“ cykliny: A a B – S a M fáze C,D,E: komplemetace G1 cdc28 (D je onkogen) nyní až po S, T (!)

Evoluce cyklinů Robbens et al unicellular green alga Ostreococcus tauri vs. Arabidopsis

Cykliny z Arabidopsis – Wang et al. 2004

Cykliny - dělba práce „Mitotické“ - klasické: –A - S fáze –B - mitosa „G1“ - heterogenní skupina; cell cycle commitment a ???

Cykliny jsou spřízněné s TFIIB a pRb! Nucleic Acids Res March 25; 22(6): 946–952.

Co dělají „příbuzní“ cyklinů? viz též Pho80/85

Cykliny jakožto derivát transkripčních regulátorů? A co CDK?? (Noble et al. 1997)

Není CDK jako CDK Cdc2MsA vs. Cdc2MsB (Hirt et al. 1993)

(Doerner lab 2005) exocytosis via NSF (PCTAIRE! – Liu et al. 2006)

CDK1 CDK2 CDK3 CDK4 CDK5 CDK6 CDK7 CDK8 CDK9 ? cyclinA cyclinB cyclinC cyclinD cyclinE cyclinF cyclinG cyclinH cyclinK cyclinT ?

Evoluce CDK (a co rostliny?) RegulátorA. thalianaS. cerevisiaeH. sapiens CDK1 CDK2 CDKA CDKB CDK4/6 CDKC CDK7 CDKD CDK8 CDKE Cyclin ?

Evoluce CDK-cyklinových komplexů: rekapitulace postavení rostlin (Simpson and Roger, Curr. Biol. 14:R693, 2005)

Evoluce CDK Robbens et al genom řasy Ostrecoccus

CDK: rozmanitost se dala očekávat! Kromě „ústřední“ funkce i další (CLN, meiotické...) Spřízněnost s transkripčním aparátem (TFIIH, CTD kinázy) ALE rodina CCC (cell cycle control) kináz stará, CDK jsou mladá větev, divergence až v eukaryotech... a velké větve dosti slušně konzervovány. (Guo a Stiller 2004; Krylov et al., Curr. Biol. 13: , 2004)

RegulátorA. thalianaS. cerevisiaeH. sapiens CDK1 CDK2 CDKA CDKB CDK4/6 CDKC CDK7 CDKD CDK8 CDKE RegulátorA. thalianaS. cerevisiaeH. sapiens CDK1/2/4/5/6/A/B CDK7/D/F CDK8/E CDK9/C CDK10/11

CDK/cykliny a fenotyp: organismus vládne svým buňkám!

16 Arabidopsis CDK dosud zmeškáno, 2 CDK10/11 a 14 recentně duplik. CDK9 Guo and Stiller 2004 CdkC CdkB CdkA CdkD CdkF CdkE CAK + TFIIH CTD kinase P-TEFb RNA proc.? G2M?

CDK-like kinázy a transkripce TFIIH CTD kinase (S.cer.: KIN28) P-TEFb (Positive- Transcription Elongation Factor)... + cyclin T (referát)

Příště: transkripce (nejen cyklinů)