제한점

Restriction point
셀 주기의 단계.제한점은 상간 G와1 S상 사이에 발생한다.

시작점 또는 G1/S 체크포인트라고도 하는 제한점(R)은 세포주기에 세포가 '충분'되는 동물세포주기의 G상1 세포주기 체크포인트로, 그 이후에는 세포외 신호가 더 이상 증식을 자극할 필요가 없게 된다.[1]제한점의 생화학적인 특징은 G1/S-와 S-상 사이클린-CDK 콤플렉스의 활성화로, DNA 복제, 센트로놈 복제, 기타 초기 세포 주기 이벤트를 개시하는 인산화 단백질이다.[2]그것은 세 개의 주요 세포 주기 체크포인트 중 하나이고, 나머지 두 가지는 G2-M DNA 손상 체크포인트와 스핀들 체크포인트다.

역사

원래, 하워드 마틴 테민은 닭 세포가 그들의 DNA를 복제하기 위해 헌신하는 지점에 도달하고 세포외 신호에 의존하지 않는다는 것을 보여주었다.[3]약 20년 후인 1973년에 아서 파르디는 G에1 하나의 제한점이 존재한다는 것을 증명했다. 이전에는 G가1 단순히 체세포 분열과 S상 사이의 시간으로 정의되었다.G에서1 세포의 위치에 대한 분자적 또는 형태학적 장소 표시자는 알려져 있지 않았다.파디는 한 세포 사이클 블록에서 다른 세포로 세포(중요 아미노산 추출이나 혈청 추출 등)를 이동시켜 각 블록의 효율을 S상 진행방지에 비교하는 이중 블록 방식을 사용했다.그는 조사된 모든 사례에서 두 블럭이 모두 S상 진행을 차단하는 데 동등하게 효율적이라는 것을 발견했는데, 이는 그가 "제한점" 또는 R점이라고 부르는1 G의 동일한 지점에서 모두 작용해야 함을 나타낸다.[4]

1985년 제터버그와 라르손은 세포 주기의 모든 단계에서 혈청 결핍이 단백질 합성을 억제한다는 것을 발견했다.오직 포스트미토틱 세포(즉, 초기1 G의 세포)에서만 혈청 철수가 세포를 정지(G0)로 만들었다.실제로 제터버그는 셀이 제한 지점에서 S 단계로 이동하는 데 걸리는 시간에 셀 주기 길이의 거의 모든 변동성이 설명될 수 있다는 것을 발견했다.[5]

세포외 신호

초기 배아 발달을 제외하고, 다세포 유기체의 대부분의 세포는 증식이 일어나지 않는 G로0 알려진 대기상태에서 유지되며, 세포는 전형적으로 말기적으로 분화된다. 다른 전문화된 세포들은 계속해서 성인으로 분화된다.이러한 두 셀 그룹에 대해, 셀 사이클을 종료하고 대기 전류(G0)가 되거나 G로1 다시 진입하는 결정이 내려졌다.

셀의 셀 사이클 진입 또는 재진입 결정은 제한점이라고 알려진 G의1 S상 이전에 이루어지며, 수신 및 처리되는 프로모션 및 억제 세포외 신호의 조합에 의해 결정된다.R 포인트 이전에, 셀은 이러한 세포외 자극제가 G의1 처음 세 개의 하위 페이즈(경쟁력, 진입1a G, 진행1b G)를 통해 진행되기 시작할 것을 요구한다.그러나 R 지점이 G로1b 통과된 후에는 세포외 신호가 더 이상 필요하지 않으며, 세포는 DNA 복제를 위한 준비에 불가역적으로 전념한다.추가 진행은 세포 내 메커니즘에 의해 조절된다.셀이 R 지점에 도달하기 전에 각성제를 제거하면 셀이 정지 상태로 되돌아갈 수 있다.[1][3]이러한 조건 하에서 세포는 실제로 세포주기에 다시 설정되며, S 단계로 진입하기 위해서는 제한점을 통과한 후 추가 시간(문화에서의 철수 시간보다 약 8시간 더 소요된다.)이 필요하다.[3]

미토겐 신호

성장인자(예: PDGF, FGF, EGF)는 세포주기에 대한 세포의 진입과 제한점까지의 진행을 조절한다.이 스위치와 같은 "반환불능의 지점"을 통과한 후, 세포 주기 완성은 더 이상 미토균의 존재에 의존하지 않는다.[6][4][7]지속적인 미토겐 신호는 주로 G1 사이클린(사이클린 D1-3)의 규제와 Cdk4/6과의 조립을 통해 셀 사이클 진입을 촉진하며, 이는 MAPK와 PI3K 경로를 통해 병렬로 매개될 수 있다.

MAPK 신호 캐스케이드

수용체 티로신 키나제스(RTK)에 세포외 성장 인자를 결합하면 순응적 변화가 유발되며, RTK의 세포질 꼬리에 있는 티로신 잔류물의 조광화와 자기인산화를 촉진한다.이러한 인산화 타이로신 잔류물은 SH2-도메인(예: Grb2)을 포함하는 단백질의 도킹을 촉진하며, 이는 이후 혈장 막에 다른 신호 단백질을 모집하고 신호 키나제 캐스케이드를 유발할 수 있다.RTK 관련 Grb2는 막 결합 Ras를 활성 형태로 변환하는 구아닌 뉴클레오티드 교환 인자인 Sos를 결합한다(Ras-GDP Ras-GTP).[8]액티브 라스(Active Ras)는 MAP 키나제 캐스케이드를 활성화하고, 결합 및 활성화하며, Laf는 MEK를 인산화하여 활성화시킨다(MAPK라고도 하며, MAPK/ERK 경로 참조).

그런 다음 활성 ERK는 핵으로 변환되어 전사 인자 혈청-반응 인자(SRF)와 같은 복수의 표적을 활성화시켜 즉, 초기 유전자의 발현, 즉 전사인자 Fos와 Myc가 된다.[8][9]Fos/Jun 다이머는 전사 계수 복합 AP-1로 구성되며 주요 G1 사이클린, 사이클린 D1을 포함한 지연 반응 유전자를 활성화한다.[8]마이크는 또한 사이클린 D2와 Cdk4의 어느 정도 유도를 포함하여, 광범위한 친증식 및 친성장 유전자의 발현을 규제한다.[5]또한 지속적인 ERK 활동은 CDK2의 인산화 및 핵 국산화에는 중요한 것으로 보이며,[8] 제한점을 통한 진행을 더욱 뒷받침한다.

PI3K 경로 신호 방식

또 다른 SH2-도메인 함유 단백질인 p85는 활성화된 RTK를 묶고 PI3K(인산인산화물-3-키나아제)를 채용해 인산피질 PIP2를 PIP3로 인산염화시켜 Akt(PH-도메인을 통해)를 모집한다.Akt는 다른 프로 성장 및 프로생존 기능 외에도 글리코겐 싱타아제 키나제-3β(GSK3β)를 억제하여 GSK3β 매개 인산화 및 이후 사이클린 D1의[10] 열화를 방지한다(그림[11] 참조).akt는 또 사이클린 D1번역의 mTOR 매개 촉진,[12] Cdk 억제제 p27kip1(핵 수입 금지)과 p21Cip1(안정성 저하)[13]의 인산화, 전사 인자 FOXO4(p27 표현을 조절)의 인산화 불활성화 등을 통해 G1/S 성분을 규제한다.이와 함께 사이클린 D1의 안정화와 Cdk 억제제의 불안정화는 G1과 G1/S-Cdk 활동을 선호한다.

Akt 신호는 사이클린/Cdk 활동을 촉진한다.

안티미토겐 신호

사이토카인 TGF-β와 같은 항미트균은 제한점을 통한 진행을 억제하여 G1을 체포한다.TGF-β 신호는 Smad를 활성화하는데, 이 신호는 Myc 표현을 억제하기 위해 E2F4/5와 콤플렉스를 발생시키고, 또한 사이클린 D-Cdk 복합형성과 활동을 차단하기 위해 Cdk 억제제 p15의INK4b 표현을 활성화하기 위해 Miz1과 연결된다.[8][14]TGF-β로 체포된 세포도 p21과 p27을 축적한다.[14]

메커니즘

개요

위에서 설명한 것처럼 세포외 성장 인자의 신호는 일반적인 방식으로 변환된다.성장 인자는 세포 표면의 수용체와 결합하며, 다양한 인산화 폭포는 Ca2+ uptake와 단백질 phosphylation을 낳는다.인산염은 인산염에 의해 균형이 잡힌다.궁극적으로 특정 표적 유전자의 전사적 활성화가 일어난다.세포외 신호는 유지되어야 하며, 세포는 또한 빠른 단백질 합성을 지원하기에 충분한 영양소 공급에 접근해야 한다.사이클린 D의 축적은 필수적이다.[15]

Cyclin D-bound cdk 4와 6은 cdk-activing kinase에 의해 활성화되며, 셀을 제한점 쪽으로 구동시킨다.그러나 사이클린 D는 높은 이직률(t1/2<25분)을 갖고 있다.세포가 사이클린 D 생산을 자극할 뿐만 아니라 세포 내에서 사이클린 D를 안정시키는 데 도움을 주는 유사성 신호 수준에 극도로 민감하게 반응하는 것은 이러한 빠른 회전율 때문이다.[15][16]이러한 방식으로 사이클린 D는 유사성 신호 센서의 역할을 한다.[16]잉크4 단백질과 p21과 같은 Cdk 억제제(CKI)는 부적절한 사이클린-cdk 활동을 예방하는 데 도움이 된다.

활성 사이클린 D-cdk는 핵에 인산염 레티노블레스모세포종 단백질(pRb)을 복합체화한다.비인산화 Rb는 E2F 매개 전사를 방지하여 G의1 억제제 역할을 한다.일단 인산화되면 E2F는 사이클린 E와 A의 전사를 활성화한다.[15][16][17]활성 사이클린 E-cdk는 그림과 같이 pRb 인산화가 축적되어 완성되기 시작한다.[18]

Cyclin D/Cdk 복합활동의 Cdk 억제제 및 규제

p27과 p21은 G1/S-와 S-사이클로인-Cdk 단지의 계면계 억제제다.셀 사이클 입력 시 p21 레벨이 증가하는 반면, 셀이 G1 후반으로 진행되면서 p27은 일반적으로 비활성화된다.[8]높은 세포 밀도, 미토겐 기아, TGF-β는 p27의 축적과 세포주기 구속을 초래한다.[14]마찬가지로 DNA 손상과 다른 스트레스 요인은 p21 레벨을 증가시키는 반면, 미토겐 자극 ERK2와 Akt 활동은 p21의 인산화 불활성화를 초래한다.[19]

p27 과대압압박에 대한 초기 연구에서는 체외 및 선별된 세포 유형에서 사이클린 D-Cdk4/6 콤플렉스와 사이클린 E/A-Cdk2 콤플렉스를 연관시키고 억제할 수 있다고 제안하였다.[14]그러나, LaBaer 외 연구진(1997)의 운동 연구 결과, p21과 p27의 적정화가 사이클린 d-Cdk 단지의 조립을 촉진하여, 단지의 전반적인 활동과 핵 지역화를 증가시킨다는 것을 발견했다.[20]후속 연구는 p27-/-, p21-/- MEF가 p27 재표현으로 구조될 수 있는 사이클린 D-Cdk4 복합화의 감소를 보였기 때문에 사이클린 D-Cdk 복합형성에 p27이 필요할 수 있다는 것을 입증했다.[21]

James 외 연구자(2008) 또한 p27에 대한 티로신 잔류물의 인산화 작용이 사이클린 D-Cdk4/6에 바인딩된 상태에서 억제 상태와 비 억제 상태 간에 p27을 전환할 수 있으며, p27이 사이클린-Cdk 복합 조립체와 활동을 모두 조절할 수 있는 방법에 대한 모델을 제공한다.[22]cyclin D-Cdk4/6과 p27의 연관성은 cyclin E-Cdk2 단지의 불활성화에 사용할 수 있는 p27의 풀을 제한함으로써 세포 주기 진행을 더욱 촉진할 수 있다.[8][23]G1 말기의 사이클린 E-Cdk2 활동 증가(및 S초기의 사이클린 A-Cdk2)는 그들의 핵 수출, 편재화 및 열화를 촉진하는 p21/p27 인산화(phosphylation)로 이어진다.

역학

2008년 듀크 대학교의 링총 유와 조 네빈스 그룹이 발표한 논문은 바이스트 가능 히스테리 E2F 스위치가 제한점의 기초가 된다는 것을 보여주었다.E2F는 자체 활성화를 촉진하고 또한 자체 억제제(pRb)의 억제를 촉진하여 바이스트 가능 시스템 구축에 중요한 두 개의 피드백 루프(다른 루프 중)를 형성한다.이 연구의 저자는 E2F 활동의 판독으로 E2F 추진자의 통제 하에 불안정한 GFP 시스템을 사용했다.혈청 별세포는 혈청 농도의 변화로 자극을 받아 GFP 판독값을 단세포 수준으로 기록했다.그들은 GFP 리포터가 켜지거나 꺼지는 것을 발견했는데, 이는 분석된 모든 다른 혈청 수준에서 E2F가 완전히 활성화되거나 비활성화되었음을 나타낸다.그들이 E2F 시스템의 역사 의존성을 분석한 추가 실험에서 E2F 시스템이 이력 바이스트(hysteretic bistable) 스위치로 작동한다는 것이 확인되었다.[24]

암에서

암은 세포가 세포주기에 연속적이고 부적절하게 재진입하고 G에0 들어가지 않기 때문에 정상적인 제한점 기능의 붕괴로 볼 수 있다.[1]제한점을 향한 경로의 많은 단계에서 돌연변이는 세포의 암적 성장을 초래할 수 있다.암에서 가장 흔하게 변이되는 유전자 중에는 Cdks와 CKI가 있다; 지나치게 활동적인 Cdks나 저활동 CKI는 제한점의 끈적함을 낮춰 더 많은 세포들이 노화를 우회할 수 있게 한다.[17]

제약점은 신약 치료법의 개발에 있어서 중요한 고려사항이다.정상적인 생리학적 조건 하에서 모든 세포 증식은 제한점에 의해 조절된다.이것은 화학요법 치료로부터 비암세포를 보호하는 방법으로 이용될 수 있다.화학요법 약물은 일반적으로 빠르게 증식하는 세포를 공격한다.성장인자 수용체 억제제 등 제한점 완성을 억제하는 약물을 사용함으로써 정상 세포의 증식을 방지하여 화학요법 치료로부터 보호한다.[16]

참고 항목

참조

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