PERSPECTIVAS MODELO MATEMATICO FASE G1 S

Report
INSIGHTS INTO THE NETWORK CONTROLLING THE Gl/S
TRANSITION IN BUDDING YEAST
PERSPECTIVAS DE LA RED QUE CONTROLA LA
TRANSICIÓN G1/S EN LA GEMACIÓN DE
LEVADURAS
MATTEO BARBERIS & EDDA KLIPP
Max-Planck-Institute for Molecular Genetics, Berlin, Germany
Humboldt University Berlin, Institute for Biology, Berlin, Germany
REPLICACIÓN DEL DNA EN LA TRANSICIÓN G1/S
El desencadenamiento del proceso de los orígenes de replicación
del DNA se modelo en tres pasos:
Eventos que suceden desde los
orígenes de replicación libres, a la
formación del complejo pre-
replicativo (pre-RC).
• La distancia entre los origines de
replicación es fija.
• Formación del complejo pre-RC
en cada origen: 15 minutos (± 2
min).
• El numero de orígenes de
replicación se fijo en 440
Paso dependiente del complejo
nuclear Cdk1-Clb5,6.
• Activación de los origines de
replicación por Cdk1-Clb5,6
determinada por la
concentración te complejo en
ese tiempo.
• Concentraciones de 0.03 μM (±
0.01 μM).
• Concentración de Cdk1-Clb5,6,
los sustratos específicos son
fosforilados y liberados de cada
origen de replicación
Activación de los orígenes de
replicación.
• El tiempo para activar cada
origen de replicación : 1 minuto
(± 0.01 min.)
• Activación del rigen de
replicación
• Replicación bidireccional del
DNA de multiples orígenes de
replicación.
EVENTOS RELEVANTES
EN EL DESENCADENAMIENTO
DE LA REPLICACIÓN DEL
DNA
1. Ensamble de los
complejos en los
orígenes de replicación.
2. Fosforilación de lugares
específicos como
función de la
disponibilidad de Cdk-1Clb5,6.
3. Se desencadena la
replicación del DNA de
manera bidireccional
Nota: Cdt1 y Cdc6 son ejemplos entre muchas otras proteínas involucradas en el proceso
CONDICIONES NUTRICIONALES Y REPLICACIÓN DEL DNA.
GLUCOSA
• Con una concentración
eficiente de Cdk1-Clb5,6 y
siguiendo la degradación de
Sic1, se obtiene un aumento
brusco de la actividad de Cdk1Clb5,6 (A).
• Este aumento brusco a su vez
permite la liberación fuerte y
eficientemente de los orígenes
de replicación (B).
ETANOL
• Con etanol el complejo Cdk1-Clb5,6
es ineficientemente importado
dentro del núcleo durante un largo
periodo, resultando en un
desencadenamiento espaciado de
los orígenes (D).
• Cdk1-Clb5,6 no puede activar el
proceso de replicación en tiempo
fisiológico, resultando en una fase S
mas larga (E).
DISPONIBILIDAD NUCLEAR DE CDK1-CLB5,6 Y LIBERACIÓN DE LOS
ORÍGENES DE REPLICACIÓN DE DNA.
A. Simulación del mutante sic1Δ en un medio de glucosa. La cantidad de
Cdk1-Clb5,6 en células silvestres es alrededor de siete a ocho veces mas
grande que en las células sic1Δ. (Ver fig. Glucosa A)
B. Escaso desencadenamiento de DNA en células mutantes que comienza
mas temprano en células silvestre, ya que la degradación de Sic 1 es
requerida y procede en forma lenta
.
LOS GENES CLN3, FR1 Y WHI5 SON CENTRALES
EN LA TRANSICIÓN G1/S.
La deleción de CLN3 (cln3)
previene la formación del
complejo nuclear Cdk1-Cln3 en el
comienzo de G1/S, previniendo la
activación de los factores de
transcripción SBF/MBF
La sobre-expresión de Cln3 (OECLN3) conduce a superar la
actividad inhibitoria de Far1. Esto
acelera la formación de Cdk1Cln1,2 resultando en un inicio
anticipado de la replicación del
ADN
En células far1Δ no hay balance
entre Far1 y Cln3 y los complejos:
nuclear Cdk1-Cln3,
citoplasmático Cdka1-Cln2 y
nuclear Cdk1-Clb5,6; aparecen
pronto, como resultado hay una
ligera entrada en la fase S
comparada con las células
silvestres
En la sobre-expresión de FAR1 (OEFAR1) la formación del complejo
nuclear Cdk1-Cln3 sucede de forma
muy lenta. Este efecto propaga una
baja formación de Cdk1-Cln2 y Cdk1Clb5,6 dando como resultado una
reducción en el numero de orígenes
de replicación activados
(E) el mutante whi5Δ bloquea la
inhibición inicial de los factores de
transcripción SBF/MBF, el evento
central de la transición G1/S y
comienza la transcripción de los genes
Cln1,2 y Clb5,6. La formación de
complejos Cdk/ciclina se adelanta y el
mutante se somete a la transición G1/S
alrededor de 40 minutos antes que en
células silvestres. Resultando en una
temprana replicación del DNA.
(F) La sobre expresión de WHI5 (OEWHI5) es una fuerte inhibición de los
factores de transcripción SBF/MBF y se
requieren mas complejos nucleares
Cdk1-Cln3 para fosforilar a Whi5 y
libera la inhibición. Por lo tanto la
transcripción de Cln1,2 y Clb5,6 es
disminuida resultando en una
reducción de la formación de
complejos con Cdk1 y una gran retraso
en los eventos de replicación del DNA.
EL VALOR CRÍTICO DEL TAMAÑO CELULAR (PS) EN LA
DINÁMICA DE TRANSICIÓN G1/S
El tamaño crítico de la célula (Ps),
•
Es un parámetro cuantitativo que caracteriza el crecimiento
exponencial de la población.
•
Su valor puede ser estimado en función del contenido
promedio de proteínas (una medida del tamaño celular).
•
La replicación del DNA comienza solamente cuando la célula
alcanza el valor de Ps .
FLUCTUACIÓN DEL VALOR PS
Los principales parámetros cinéticos que influencian el ajuste del tamaño
crítico Ps, están relacionados en dos eventos regulatorios, los cuales
controlan la entrada en la fase S.
1. El crecimiento dependiente implica la interacción del activador Cln3 que
enlaza con la cinasa Cdk1 y el inhibidor Far1. La actividad Cdk1-Cln3
incrementa proporcionalmente los niveles de Cln3 y disminuye Far1, así el
mecanismo que controla el inicio de la fase S es operativamente tan largo
como Cln3 incremente más rápido que Far1. El umbral Cln3/Far1 indica la
llegada del tamaño, cuando la cantidad de Cln3 (que incrementa la masa
celular) supera la de Far1. Cdk1.Cln3 fosforila Whi5, conduciendo la
activación de los factores de transcripción SBF/MBF, así se abre la vía
que conduce la iniciación de la replicación del DNA.
2. El tamaño critico llega cuando las células superan el segundo umbral
dependiente del balance entre la ciclina Clb5(el activador) y la Cki-Sic1 (el
inhibidor). El análisis confirma que la coordinación secuencial entre los
dos mecanismos umbrales regulan la masa crítica celular necesaria para
someterse a la fase S, así efectivamente se acopla el crecimiento celular
y el inicio de la replicación del DNA.
FLUCTUACIÓN DEL VALOR PS
Los principales parámetros cinéticos que influencian el ajuste del tamaño
crítico Ps, están relacionados en dos eventos regulatorios, los cuales
controlan la entrada en la fase S
1. El umbral Cln3/Far1 indica la llegada de Ps, cuando la cantidad de Cln3
(que incrementa la masa celular) supera la de Far1. Cdk1-Cln3 fosforila
Whi5, conduciendo la activación de los factores de transcripción
SBF/MBF, abriendo la vía que conduce la iniciación de la replicación del
DNA.
2. El tamaño critico llega cuando las células superan el segundo umbral
dependiente del balance entre la ciclina Clb5(el activador) y la Cki-Sic1 (el
inhibidor).
La coordinación secuencial entre los dos mecanismos umbrales regulan la
masa crítica celular necesaria para someterse a la fase S, así se acopla el
crecimiento celular y el inicio de la replicación del DNA.
TABLA DE PARÁMETROS CINÉTICOS Y SUS REACCIONES CORRESPONDIENTES
ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD QUE MUESTRA LOS CAMBIOS DE PS SEGUIDOS DE LA
VARIACIÓN DE PARÁMETROS CINÉTICOS DE 0.1 A 100 VECES.
CONCLUSIÓN
 Una parte significativa de los eventos regulatorios en células
vivas esta relacionada con el ciclo celular
 La replicación del DNA es el principal evento que conduce
el ciclo celular después de la transición G1 / S
 De los análisis de sensibilidad del valor Ps, los parámetros
cinéticos son importantes par la regulación de los eventos de
G1 / S.

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