Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

Report
Regulation des Zellcylus
Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs)
Dr. F. Neuschäfer-Rube
Cyclin-abhängige Kinasen: Motoren und Schalter des Zellzyclus
Dr. F. Neuschäfer-Rube
Der Zellzyklus
M
S
Der Zellzyklus
M
S = DNA-Synthese
(Replikation)
Der Zellzyklus
M = Mitose
Verteilung der Chromosomen
S = DNA-Synthese
Der Zellzyklus: Teilschritte der Mitose
Prophase
Metaphase
Anaphase
Telophase
Der Zellzyklus
M = Mitose
G2
S = DNA-Synthese
G1
Der Zellzyklus
M = Mitose
G2 = Kontrolle der
DNA-Synthese
S = DNA-Synthese
G1
Der Zellzyklus
M = Mitose
G2 = Kontrolle der
DNA-Synthese
S = DNA-Synthese
G1 = Zellwachstum
Der Zellzyklus
M = Mitose
G2 = Kontrolle der
DNA-Synthese
G1 = Zellwachstum
Go = Ruhezustand
z.B. ausdifferenzierte
Zellen
S = DNA-Synthese
Kontrollpunkte des Zellzyklus
M = Mitose
G2 = Kontrolle der
DNA-Synthese
G1 = Zellwachstum
Wie wird der korrekte
Abblauf des Zellzyklus
kontrolliert?
Go = Ruhezustand
S = DNA-Synthese
Kontrollpunkte des Zellzyklus
M = Mitose
G2 = Kontrolle der
DNA-Synthese
G1 = Zellwachstum
Wie wird der korrekte
Abblauf des Zellzyklus
kontrolliert?

Kontrollpunkte
S = DNA-Synthese
Go = Ruhezustand
Kontrollpunkte des Zellzyklus
M = Mitose
G2 = Kontrolle der
DNA-Synthese
G1 = Zellwachstum
Go = Ruhezustand
S = DNA-Synthese
Restriktionspunkt
intrinsisch: Zellgröße erreicht?
Kontrollpunkte des Zellzyklus
M = Mitose
G2 = Kontrolle der
DNA-Synthese
G1 = Zellwachstum
Go = Ruhezustand
S = DNA-Synthese
Restriktionspunkt
intrinsisch: Zellgröße erreicht?
extern: Wachstumsfaktoren?
Kontrollpunkte des Zellzyklus
M = Mitose
G2 = Kontrolle der
DNA-Synthese
G1 = Zellwachstum
G2-Kontrolle
Replikation vollständig?
DNA intakt?
S = DNA-Synthese
Go = Ruhezustand
Restriktionspunkt
intrinsisch: Zellgröße erreicht?
extern: Wachstumsfaktoren?
Kontrollpunkte des Zellzyklus
M = Mitose
G2 = Kontrolle der
DNA-Synthese
Metaphasen-Kontrolle
korrekte
Chromosomenanlagerung?
G1 = Zellwachstum
G2-Kontrolle
Replikation vollständig?
DNA intakt?
S = DNA-Synthese
Go = Ruhezustand
Restriktionspunkt
intern: Zellgröße erreicht?
extern: Wachstumsfaktoren?
Kontrollpunkte des Zellzyklus
M = Mitose
G2
G1
Durch welche biochemischen
Faktoren wird der Übergang
der Zellzyklusphasen
reguliert?
S
Go
Zellfusionsexperimente mit synchronisierten HeLa-Zellen
G1
S-Phase
+
G2
S-Phase
+
G2
G1
+
Zellfusionsexperimente mit synchronisierten HeLa-Zellen
G1
S-Phase
+
G2
S-Phase
+
G2
G1
+
Zellfusionsexperimente mit synchronisierten HeLa-Zellen
G1
S-Phase
+
G2
S-Phase
+
G2
G1
+
Zellfusionsexperimente zeigen 3 Phänomene:
1. Nur Zellen in der G1-Phase sind kompetent,
um in die S-Phase ( DNA-Replikation) überzugehen
2. Nur Zellen in der S-Phase besitzen einen Aktivator,
der die DNA-Replikation in kompetenten Zellen der G1-Phase
stimulieren kann.
3. Kerne von Zellen der G2-Phase können keine DNA-Replikation
durchführen, solange die Mitose nicht abgeschlossen ist.
Auslösen der DNA-Synthese
durch löslichen Faktorin der frühen S-Phase
G1/S-Phase: S-Phase-promoting- factor (SPF)
G2/M-Phase: Mitosis-promoting-factor (MPF)
Zellfusionsexperimente zeigen 3 Phänomene:
1. Nur Zellen in der G1-Phase sind kompetent,
um in die S-Phase ( DNA-Replikation) überzugehen
2. Nur Zellen in der S-Phase besitzen einen Aktivator,
der die DNA-Replikation in kompetenten Zellen der G1-Phase
stimulieren kann.
3. Kerne von Zellen der G2-Phase können keine DNA-Replikation
durchführen, solange die Mitose nicht abgeschlossen ist.
Auslösen der DNA-Synthese
durch löslichen Faktorin der frühen S-Phase
G1/S-Phase: S-Phase-promoting- factor (SPF)
G2/M-Phase: Mitosis-promoting-factor (MPF)
Zellfusionsexperimente zeigen 3 Phänomene:
1. Nur Zellen in der G1-Phase sind kompetent,
um in die S-Phase ( DNA-Replikation) überzugehen
2. Nur Zellen in der S-Phase besitzen einen Aktivator,
der die DNA-Replikation in kompetenten Zellen der G1-Phase
stimulieren kann.
3. Kerne von Zellen der G2-Phase können keine DNA-Replikation
durchführen, solange die Mitose nicht abgeschlossen ist.
Auslösen der DNA-Synthese
durch löslichen Faktorin der frühen S-Phase
G1/S-Phase: S-Phase-promoting- factor (SPF)
G2/M-Phase: Mitosis-promoting-factor (MPF)
Zellfusionsexperimente zeigen 3 Phänomene:
1. Nur Zellen in der G1-Phase sind kompetent,
um in die S-Phase ( DNA-Replikation) überzugehen
2. Nur Zellen in der S-Phase besitzen einen Aktivator,
der die DNA-Replikation in kompetenten Zellen der G1-Phase
stimulieren kann.
3. Kerne von Zellen der G2-Phase können keine DNA-Replikation
durchführen, solange die Mitose nicht abgeschlossen ist.
Auslösen der DNA-Synthese
durch löslichen Faktor in der frühen S-Phase
G1/S-Phase: S-Phase-promoting- factor (SPF)
G2/M-Phase: Mitosis-promoting-factor (MPF)
Zellfusionsexperimente zeigen 3 Phänomene:
1. Nur Zellen in der G1-Phase sind kompetent,
um in die S-Phase ( DNA-Replikation) überzugehen
2. Nur Zellen in der S-Phase besitzen einen Aktivator,
der die DNA-Replikation in kompetenten Zellen der G1-Phase
stimulieren kann.
3. Kerne von Zellen der G2-Phase können keine DNA-Replikation
durchführen, solange die Mitose nicht abgeschlossen ist.
Auslösen der DNA-Synthese
durch löslichen Faktor in der frühen S-Phase
G1/S-Phase: S-Phase-promoting- factor (SPF)
G2/M-Phase: Mitosis-promoting-factor (MPF)
Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs
Leland H Hartwell
Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs
Identifizierung Temperatur-sensitiver CDC (Cell-Division-Cycle) Mutanten
Modell: Saccharomyces sereviciae
Mutagenisierte Zellen
25°C
35°C
Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs
Identifizierung Temperatur-sensitiver CDC (Cell-Division-Cycle) Mutanten
Modell: Saccharomyces sereviciae
Mutagenisierte Zellen
25°C
35°C
nicht CDC-Mutanten
Knospung
35°C
Eintritt in den
Zellzyklus
Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs
Identifizierung Temperatur-sensitiver CDC (Cell-Division-Cycle) Mutanten
Modell: Saccharomyces sereviciae
Mutagenisierte Zellen
25°C
35°C
nicht CDC-Mutante
CDC-START-Mutante
35°C
kein Eintritt in den
Zellzyklus
Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs
Identifizierung des CDC-START Gens
CDC-START-Mutante
35°C
Wt Gen X
Wt CDC-START-Gen
35°C
Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs
Identifizierung des CDC-START-Gens
CDC-START-Mutante
35°C
Wt Gen X
Wt CDC START Gen
Analyse
Cyclin-abhängige Kinase (CDK)
35°C
Entdeckung Cyclin-abhängiger Kinasen (CDKs):
Medizin Nobelpreis 2001
Leland H Hartwell
Paul Nurse
CDKs der Hefe
Tim Hunt
Cycline des Seeigels
Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs): Heterodimere Proteine
C.L. Card et al.,
EMBO Journal 2000
katalytische Untereinheit: CDK
regulatorische Untereinheit: Cyclin
Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs): Heterodimere Proteine
C.L. Card et.al.,
EMBO Journal 2000
katalytische Untereinheit: CDK
- Serin/Threonin-Kinasen
- Hefe: eine CDK
- Säugetiere: CDK1 - CDK7
- hohe Identitität
- konservierte Cyclin-Bindungsstelle
regulatorische Untereinheit: Cyclin
Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs): Heterodimere Proteine
C.L. Card et.al.,
EMBO Journal 2000
katalytische Untereinheit: CDK
- Serin/Threonin-Kinasen
- Hefe: eine CDK
- Säugetiere: CDK1 - CDK7
- hohe Identität
- konservierte Cyclin-Bindungsstelle
regulatorische Untereinheit: Cyclin
- Cyclin A-H
- heterogene Proteinfamilie
- zyklische Konzentrationsänderungen
im Zellzyklus
- Kernlokalisation
CDK/Cyclin-Komplexe im Wirbeltier-Zellzyklus
Go
M
CDK2/CyclinD
CDK4/CyclinD
CDK6/CyclinD
G2
G1
Restriktionspunkt
G1/S-Phasen
Übergang
S
CDK2/CyclinE
CDK/Cyclin-Komplexe im Wirbeltier-Zellzyklus
Go
M
CDK2/CyclinD
CDK4/CyclinD
CDK6/CyclinD
G2
G1
Restriktionspunkt
G1/S-Phasen
Übergang
S
CDK2/CyclinA
CDK2/CyclinE
CDK/Cyclin-Komplexe im Wirbeltier-Zellzyklus
CDK1/CyclinB
Go
M
G2/M-Phasen
Übergang
CDK2/CyclinD
CDK4/CyclinD
CDK6/CyclinD
G2
G1
Restriktionspunkt
G1/S-Phasen
Übergang
S
CDK2/CyclinA
CDK2/CyclinE
CDKs: Motoren des Zellzyklus
Welche "Motorwirkung" haben CDKs im
Zellzyklus ?
 Durch die Phosphorylierung welcher Substrate
werden Zellzyklusphasen eingeleitet ?
CDK Substrate: Initiation der S-Phase
Bedeutung von CDKs
bei der Initiation der S-Phase
CDK Substrate: Initiation der S-Phase
Retinoblastom-Protein (Rb)
- Schlüsselsubstrat der S-Phase nucleäres Protein, 110 kDa
NH2-
A
B
-COOH
CDK Substrate: Initiation der S-Phase
Retinoblastom-Protein (Rb)
- Schlüsselsubstrat der S-Phase nucleäres Protein, 110 kDa
NH2-
A
B
Bindung des
Transkriptionsfaktors E2F
-COOH
CDK Substrate: Initiation der S-Phase
Retinoblastom-Protein (Rb)
- Schlüsselsubstrat der S-Phase nucleäres Protein, 110 kDa
NH2-
A
B
Bindung des
Transkriptionsfaktors E2F
Rb wirkt als Tumorsupressorgen
-COOH
CDK Substrate: Initiation der S-Phase
Retinoblastom-Protein (Rb)
- Schlüsselsubstrat der S-Phase nucleäres Protein, 110 kDa
NH2-
A
B
Bindung des
Transkriptionsfaktors E2F
E2F: zentraler Transkriptionsfaktor bei der Induktion
von S-Phase Genen
-COOH
CDK Substrate: Initiation der S-Phase
Retinoblastom-Protein (Rb)
- Schlüsselsubstrat der S-Phase nucleäres Protein, 110 kDa
P
NH2-
P P P
P
P P
A
P P P
B
Bindung des
Transkriptionsfaktors E2F
E2F: zentraler Transkriptionsfaktor bei der Induktion
von S-Phase Genen
Rb wirkt als Tumorsupressorgen
-COOH
CDK Substrate: Initiation der S-Phase
Rb
Rb
E2F
Repression
E2F-kontrollierter Gene
CDK Substrate: Initiation der S-Phase
Cyclin E
CDK 2
P P P
Rb
Rb
Rb
E2F
Repression
E2F-kontrollierter Gene
E2F
Induktion
E2F-kontrollierter Gene
E2F: Initiator der S-Phase
Cyclin E
E2F-kontrollierter Gene
CDK 2
P P P
DNA-Pol I
Rb
dNTP-Synth.
E2F
E2F: Initiator der S-Phase
Cyclin E
E2F-kontrollierter Gene
CDK 2
Cyclin E
P P P
DNA-Pol I
Rb
dNTP-Synth.
E2F
E2F
positiv autoregulatorischer
Verstärkungsmechanismus!
E2F: Initiator der S-Phase
Cyclin E
E2F-kontrollierter Gene
CDK 2
Cyclin E
P P P
DNA-Pol I
Rb
dNTP-Synth.
E2F
"Lawinenhafter"
Übergang über den
Restriktionspunkt
E2F
positiv autoregulatorischer
Verstärkungsmechanismus!
S-Phase
CDK Substrate: Mitose
Bedeutung von CDKs
bei der Mitose
CDK Substrate: Mitose
Ein Teilschritt der Mitose ist die Auflösung der Kernmembran
Interphase
Mitose
CDK Substrate: Mitose
Chromatin
Kernlamina
innere Kernmembran
CDK Substrate: Mitose
Chromatin
Kernlamina
Mitose
Desintegration
der Kernlamina
Auflösen der
Kernmembran
CDK Substrate: Mitose
Chromatin
Kernlamina
ATP
Mitose
Cyclin B
CDK 1
Desintegration
der Kernlamina
Auflösen der
Kernmembran
CDK Substrate: Mitose
Chromatin
Kernlamina
Laminnetzwerk
Lamintetramer
ATP
Mitose
Cyclin B
CDK 1
Desintegration
der Kernlamina
Auflösen der
Kernmembran
CDK Substrate: Mitose
Chromatin
Kernlamina
Laminnetzwerk
Lamintetramer
ATP
Mitose
Cyclin B
ATP
CDK 1
Desintegration
der Kernlamina
-P P-P P-
Auflösen der
Kernmembran
phosphorylierte
Lamindimere
CDK/Cyclin-Komplexe im Wirbeltier-Zellzyklus
CDK1/CyclinB
Lamin-P
Go
M
G2/M-Phasen
Übergang
CDK2/CyclinD
CDK4/CyclinD
CDK6/CyclinD
G2
G1
Restriktionspunkt
G1/S-Phasen
Übergang
S
Rb-P  E2F
CDK2/CyclinA
CDK2/CyclinE
CDKs: Schalter des Zellzyklus
Wie wird die Aktivität der CDKs im Zellzyklus
an- und ausgeschaltet?
Regulation der CDK-Aktivität
inaktiv
CDK
Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration
Cyclin
inaktiv
CDK
Cyclin
CDK
inaktiv
Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration
Cyclin
Cyclin
inaktiv
CDK
CDK
inaktiv
P
ATP
Threonin-Kinase (CAK)
Cyclin
CDK
aktiv
P
T160 P
nur CDK-Cyclin Komplexe
sind Substrate
Veränderungen der CDK Struktur
durch Cyclin-Bindung
Veränderungen der CDK Struktur
durch Cyclin-Bindung
+ CAK
Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration
Cyclin
Cyclin
inaktiv
CDK
CDK
Cyclinkonzentration
inaktiv
ATP
Threonin-Kinase (CAK)
Cyclin
CDK
aktiv
P
T160 P
Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration
Wie wird die Konzentration der Cycline im Zellzyklus
reguliert?
Cyclin
Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration
Wie wird die Konzentration der Cycline im Zellzyklus
reguliert?
Neusynthese
durch transkriptionelle
Induktion
Cyclin
Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion
Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten
P
WF
WF-R
Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion
Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten
P
WF
WF-R
Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion
Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten
Proteinkinasen
TF-OH
TF-O-P
P
WF
WF-R
Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion
Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten
Proteinkinasen
TF-OH
TF-O-P
immediate early
genes
P
WF
WF-R
Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion
Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten
Proteinkinasen
c-jun/c-fos (TF)
TF-OH
TF-O-P
immediate early
genes
P
WF
WF-R
Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion
Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten
Proteinkinasen
c-jun/c-fos (TF)
TF-OH
TF-O-P
immediate early
genes
P
c-jun
c-fos
delayed genes
WF
WF-R
Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion
Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten
Proteinkinasen
c-jun/c-fos (TF)
Cyclin D
Cyclin E
CDK2
CDK4
TF-OH
TF-O-P
immediate early
genes
P
c-jun
c-fos
delayed genes
WF
WF-R
Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion
Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten
Cyclin D
Cyclin E
Proteinkinasen
c-jun/c-fos (TF)
CDK2
CDK4
TF-OH
TF-O-P
immediate early
genes
P
c-jun
c-fos
delayed genes
Restriktionspunkt
(G1  S-Phase)
Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration
Wie wird die Konzentration der Cycline im Zellzyklus
reguliert?
Neusynthese
durch trankriptionelle
Induktion
Abbau
durch Proteolyse
Restriktionspunkt
(G1 S-Phase)
Cyclin
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
CDK1-Aktivität
Beispiel: Regulation der CDK1-Aktivität durch Abbau von Cyclin B
Metaphase
G1
S
G2
M
G1
S
Zellzyclus-Phase
G2
M
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Beispiel: Regulation der CDK1-Aktivität durch Abbau von Cyclin B
CDK1-Aktivität
CDK1-Konzentration
Metaphase
G1
S
G2
M
G1
S
Zellzyclus-Phase
G2
M
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Beispiel: Regulation der CDK1-Aktivität durch Abbau von Cyclin B
CDK1-Aktivität
Metaphase
Abbau von
CyclinB
G1
S
G2
M
G1
S
Zellzyclus-Phase
G2
M
CyclinB-Konzentration
CDK-1 Konzentration
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Cyclin A,B
NH2
COOH
Destruction-Box
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Cyclin A,B
NH2
COOH
Destruction-Box
NH2
Ubiquitin
COOH
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Cyclin A,B
NH2
COOH
Destruction-Box
NH2
Ubiquitin
Anaphase-promoting-complex
(APC, Ubiquitin-Ligase-Komplex)
COOH
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Cyclin A,B
NH2
COOH
Destruction-Box
NH2
Ubiquitin
Anaphase-promoting-complex
(APC, Ubiquitin-Ligase-Komplex)
COOH
Markierung für
proteolytischen Abbau
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Cyclin A,B
NH2
COOH
Destruction-Box
Ubiquitin
NH2
Anaphase-promoting-complex
(APC, Ubiquitin-Ligase-Komplex)
COOH
Markierung für
proteolytischen Abbau
Proteasom
Abbau
NH2
COOH
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Wie wird der proteolytische Abbau von Cyclin B reguliert?
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
APC
inaktiv
Cyclin B
CDK1
G1-Phase
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Cyclin B
Synthese
APC
inaktiv
Cyclin B
S, G2-Phase
CDK1
G1-Phase
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Metaphase
Cyclin B
CDK1
P
Cyclin B
Synthese
APC
APC
inaktiv
aktiv
Cyclin B
S, G2-Phase
CDK1
G1-Phase
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Metaphase
Cyclin B
CDK1
ATP
P
Cyclin B
Synthese
APC
APC
inaktiv
aktiv
Cyclin B
S, G2-Phase
CDK1
G1-Phase
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Metaphase
Cyclin B
CDK1
Polyubiquitinylierung
ATP
P
Cyclin B
Synthese
Cyclin B
APC
APC
inaktiv
aktiv
Cyclin B
S, G2-Phase
CDK1
G1-Phase
CDK1
Proteasom
Abbau
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Metaphase
Cyclin B
CDK1
Polyubiquitinylierung
ATP
P
Cyclin B
Synthese
Cyclin B
APC
APC
inaktiv
aktiv
CDK1
Cyclin B
S, G2-Phase
Anaphase
CDK1
G1-Phase
Proteasom
Abbau
Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau
Metaphase
negativ autoregulatorischer
Mechanismus
Cyclin B
CDK1
Polyubiquitinylierung
ATP
P
Cyclin B
Synthese
Cyclin B
APC
APC
inaktiv
aktiv
CDK1
Cyclin B
S, G2-Phase
Anaphase
CDK1
G1-Phase
Proteasom
Abbau
Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration
Wachstumsfaktoren
Autoregulation
Neusynthese
durch transkriptionelle
Induktion
Abbau
durch Proteolyse
Metaphase  Anaphase
Abschluss der Mitose
Restriktionspunkt
G1  S-Phase
Cyclin
Regulation der CDK-Aktivität: Phosphorylierung
Cyclin
Cyclin
inaktiv
CDK
CDK
Cyclinkonzentration
inaktiv
ATP
Threonin-Kinase (CAK)
Cyclin
CDK
aktiv
T160 P
ATP
Threonin/TyrosinKinase
Cyclin
P T14
P Y15
P
CDK
inaktiv
T160 P
Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung
Cyclin
Cyclin
inaktiv
CDK
CDK
Cyclinkonzentration
inaktiv
P
ATP
Threonin-Kinase (CAK)
Cyclin
CDK
aktiv
T160 P
ATP
Threonin/Tyrosin Pi
P T14
Phosphatase
P Y15
P
Threonin/TyrosinKinase
Cyclin
CDK
inaktiv
T160 P
Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung
Wie wird die Aktivierung der CDK durch
Dephosphorylierung reguliert?
Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung von CDK1
CyclinB
P T14
G2-Phase
P Y15
CDK1
T160 P
inaktiv
P
Threonin/Tyrosin
inaktiv
Phosphatase
G2-Phase
Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung von CDK1
CyclinB
P T14
G2-Phase
CDK1
P Y15
T160 P
Mitose
inaktiv
P
P
Threonin/Tyrosin aktiv
Phosphatase
Pi
CyclinB
Mitose
CDK1
T160 P
aktiv
P
Threonin/Tyrosin
inaktiv
Phosphatase
G2-Phase
Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung von CDK1
CyclinB
P T14
G2-Phase
CDK1
P Y15
T160 P
Mitose
inaktiv
P
P
Threonin/Tyrosin aktiv
Phosphatase
Pi
P
CyclinB
Mitose
CDK1
aktiv
Aktivierung
T160 P
ATP
Threonin/Tyrosin
inaktiv
Phosphatase
G2-Phase
Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung von CDK1
CyclinB
P T14
G2-Phase
CDK1
P Y15
T160 P
Mitose
inaktiv
P
P
Threonin/Tyrosin aktiv
Phosphatase
Pi
CyclinB
Mitose
CDK1
aktiv
positiv autoregulatorischer
Verstärkungsmechanismus
Aktivierung
T160 P
ATP
Threonin/Tyrosin
inaktiv
Phosphatase
G2-Phase
Regulation der CDK-Aktivität: Inhibitoren
Cyclin
Cyclin
inaktiv
CDK
CDK
Cyclinkonzentration
CDK-Inhibitoren
Cyclin
CKI
CDK
T160 P
CDK
Phosphorylierung
Dephosphorylierung
Cyclin
Pi
P T14
CKI
inaktiv
ATP
ATP
aktiv
T160 P
P Y15
P
inaktiv
CDK
inaktiv
T160 P
Regulation der CDK-Aktivität: Inhibitoren
Beispiel: CKI p21
isosterische Hemmung durch Bindung im aktiven Zentrum
Cyclin E
CDK 2
CKI p21
G1  S-Phase
Regulation der CDK-Aktivität: Inhibitoren
Wie wird die Konzentration von CKI p21 reguliert?
Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21
p53
Transkriptionsfaktor, Tumorsupressor-Gen
Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21
p53
Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen
CKI p21
p53
Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21
p53
Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen
CKI p21
p53
Cyclin E
CDK 2
CKI p21
Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21
p53
Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen
T1/2 = 30 min
CKI p21
p53
Cyclin E
CDK 2
p53
Abbau
CKI p21
Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21
T1/2 = 150 min
T1/2 = 30 min
p53
Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen
CKI p21
DNA
Schäden
p53
Cyclin E
CDK 2
p53
Abbau
CKI p21
Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21
T1/2 = 150 min
T1/2 = 30 min
p53
Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen
CKI p21
DNA
Schäden
p53
Cyclin E
CDK 2
p53
Abbau
CKI p21
G1-Phasen Arrest
Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21
T1/2 = 150 min
T1/2 = 30 min
p53
Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen
CKI p21
DNA
Schäden
p53
Cyclin E
CDK 2
CKI p21
p53
Abbau
Zeit für DNA-Reparatur
vor der Replikation
G1-Phasen Arrest
Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53
p53
Mdm2
p53 Mdm2
Abbau
Ubiquitin-Ligase
Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53
P
p53
p53
Mdm2
p53 Mdm2
Abbau
Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53
Wachstumsfaktorhyperstimulation
P
p53
MAPK
p53
Mdm2
p53 Mdm2
Abbau
Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53
Wachstumsfaktorhyperstimulation DNA-Schaden
P
DNA-PK
MAPK ATM
p53
p53
Mdm2
Proteinkinase
p53 Mdm2
Abbau
Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53
Wachstumsfaktorhyperstimulation DNA-Schaden
P
Mdm2
P
p53
DNA-PK
MAPK ATM
Proteinkinase
ATR
p53
Mdm2
p53 Mdm2
Abbau
Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53
Wachstumsfaktorhyperstimulation DNA-Schaden
P
Mdm2
P
p53
DNA-PK
MAPK ATM
ATR
p53
Mdm2
p53 Mdm2
Abbau
p19/Arf
Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53
Wachstumsfaktorhyperstimulation DNA-Schaden
P
Mdm2
P
p53
DNA-PK
MAPK ATM
ATR
p53
Mdm2
p53 Mdm2
Abbau
p19/Arf
Mdm2 p19/Arf
Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53
Wachstumsfaktorhyperstimulation DNA-Schaden
P
Mdm2
P
DNA-PK
MAPK ATM
p53
Induktion von:
p21
GADD45
14-3-3-
ZellzyklusArrest
ATR
p53
Mdm2
p53 Mdm2
Abbau
p19/Arf
Mdm2 p19/Arf
Regulation der CDK-Aktivität: Übersicht
Cyclin
Cyclin
inaktiv
CDK
G1
CDK
S
Cyclinkonzentration M
Cyclin
CDK
aktiv
P
T160 P
G1
P
ATP
inaktiv
Regulation der CDK-Aktivität: Übersicht
Cyclin
Cyclin
inaktiv
CDK
G1
CDK
S
Cyclinkonzentration M
G1
ATP
G2
Cyclin
CDK
T160 P
M
Phosphorylierung
Dephosphorylierung
ATP
aktiv
G2
M
Cyclin
Pi
P T14
P Y15
P
inaktiv
CDK
inaktiv
T160 P
Regulation der CDK-Aktivität: Übersicht
Cyclin
Cyclin
inaktiv
CDK
G1
CDK
S
Cyclinkonzentration M
G1
ATP
G2
CDK-Inhibitoren
G1
Cyclin
CKI
CDK
S
T160 P
CDK
M
P T14
CKI
inaktiv
G2
Cyclin
Pi
T160 P
M
Phosphorylierung
Dephosphorylierung
ATP
aktiv
P Y15
P
inaktiv
CDK
inaktiv
T160 P
Cyclin-abhängige Kinasen: Motoren und Schalter des Zellzyclus
M
Dephosphorylierung
Cyclinabbau
G2
G1
Lamin-P
pRb/E2F
R
Cyclinsynthese
S
Inhibitoren

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