Cln3

Цыклін 3 фазы G1/S (Cln3) — гэта бялок, які кадуецца генам CLN3 і кантралюе час пачатку мітатычнага клеткавага цыкла (Start, або пункт невяртання) піўных дрожджаў. Cln3 з’яўляецца найвышэйшым рэгулятарам іншых цыклінаў фазы G1, а таксама лічыцца асноўным рэгулятарам, які звязвае фізічны рост клетак з хадой клеткавага цыклу. Нестабільны бялок вагой 65 кДа. Функцыянуе, як і іншыя цыкліны, праз звязванне і актывацыю цыклін-залежнай кіназы (CDK).

Cln3 у рэгуляванні пункту Start

Cln3 рэгулюе пункт клеткавага цыклу Start, калі піўныя дрожджы здзяйсняюць незваротны пераход паміж фазамі G1 і S. Упершыню ён быў ідэнтыфікаваны як ген, які кантралюе гэты працэс у 1980-х гадах. Даследаванні апошніх некалькі дзесяцігоддзяў прывялі да большага разумення механізма дзеяння Cln3 .

Ідэнтыфікацыя гена CLN3

Першапачаткова ген CLN3 быў ідэнтыфікаваны як ген WHI1 у генетычным скрынінгу, накіраваным на ідэнтыфікацыю мутантаў Saccharomyces cerevisiae з малым памерам клетак (пра ролю Cln3 у кантролі памеру гл. ніжэй). У аснове гэтага даследвання ляжала ідэя, што клеткі ажыццяўляюць дзяленне толькі калі яны дасягаюць пэўнага памера. Згодна з гэтай мадэллю, мутантныя клеткі маленькага памеру ажыццяўляюць дзяленне раней за клеткі дзікага тыпу з прычыны страчанага кантроля. Такім чынам ген WHI1 спачатку лічыўся інгібітарам клеткава цыклу, бо мутантны алель whi1-1 меў «маленькі» фенатып, як і раней ідэнтыфікаваны ген Wee1 Schizosaccharomyces pombe. Аднак пазней было выяўлена, што WHI1, насамрэч, — станоўчы рэгулятар пункту Start, паколькі яго выдаленне выклікае затрымку клетак у фазе G1 і павелічэнне іх памераў у параўнанні з клеткамі дзікага тыпу. Арыгінальны алель WHI1-1 (зменены з whi1-1, як дамінантны алель) насамрэч утрымлівае нонсэнс мутацыю, якая вядзе да павялічэння запашвання гэтага бялка ў клетках, і таму скарочанай фазы G1. Акрамя таго, было выяўлена, што WHI1 з’яўляецца гамолагам цыклінаў. Згодна з назвай дзвюх раней ідэнтыфікаваных цыклінаў фазы G1 піўных дрожджаў (CLN1 і CLN2), WHI1 быў пераназваны ў CLN3.

Пераход G1-S

Усе тры цыкліны фазы G1 стымулююць пераход дрожджавых клетак праз пункт невяртання клеткавага цыклу і надыход фазы S.

Рэгуляцыя пераходу G1-S

Асноўнымі мішэнямі цыклінаў фазы G1 у гэтым пераходзе з’яўляюцца інгібітары клеткавага цыклу: бялкі Whi5 і Sic1. Першы з’яўляецца рэпрэсарам фактара транскрыпцыі SBF, які адказны за экспрэсію генаў неабходных для перахода G1-S. Комплексы цыклін-залежнай кіназы з цылклінамі фазы G1 (Cln-CDK), ажыццяўляюць фасфараляванне бялка Whi5. Гэта вядзе да яго экспарту з ядра і пакідае SBF у актыўным стане. Пад рэгуляцыяй SBF знаходзяцца таксама гены цыклінаў фазы S — CLB5 і CLB6, неабходныя для надыхода гэтай фазы. І хаця актывацыя SBF вядзе да выраблення гэтых цыклінаў, іх актыўнасць застаецца нізкай праз фармаванне комплекса з інгібітарам Sic1. Гэты бялок таксама фасфарылюецца комплексамі Cln-CDK, і ў гэтым выпадку хутка дэградуе і вызваляе комплексы Clb-CDK з-пад інгібіравання. Гэтак адбываецца канчатковы пераход да фазы S.

Роля Cln3 у пераходзе G1-S

Нягледзячы на тое, што асноўнай функцыяй усіх трох цыклінаў фазы G1 з’яўляецца актывацыя CDK, кожны з іх выконвае адмысловую ролю. Сярод іх, Cln3 адыгрывае ролю першаснага штуршку для ўсёй рэгуляторнай сетцы генаў пераходу G1-S. Cln3 — нестабільны бялок, з нізкай клеткавай канцэнтрацыяй, і таму актыўнасць комплекса Cln3-CDK нявысокая. Аднак, у ранняй фазе G1, калі канцэнтрацыя ўсіх цыклінаў клеткавага цыклу нізкая, невялікая актывацыя CDK цыклінам 3 з’яўляецца вырашальнай для запуску механізма ўвахода ў клеткавы цыкл. У асобнасці мяркуецца, што актыўнасць Cln3-CDK паслабляе рэпресію SBF з боку Whi5, што дазваляе невялікую экспресію Cln1 і Cln2. У сваю чаргу, гэтыя два цыкліны лічацца моцнымі актыватарамі CDK, што вядзе да большай фасфарыляцыі Whi5 і, як следства, яшчэ большай экспресіі Cln1 і Cln2. Такім чынам, Cln3 запускае дадатную зваротную сувязь актывацыі CDK, якая доўжыцца пакуль клетка не дэградуе ўсе цыкліны ў позняй фазе М (пераход M-G1). Трэба асобна адзначыць, што менавіта ў фазе G1 клеткі піўных дрожджаў вырашаюць свой далейшы лёс (спакой, кан'югацыя або клеткавае дзяленне) на падставе вонкавых сігналаў. Нестабільнасць Cln3 дазваляе хутка рэагаваць на гэтыя сігналы і прымаць мелеклярна ўважанае рашэнне аб уваходзе ў клеткавы цыкл.

Cln3 і памер клеткі

Даследванні, накіраваныя на высвятленне механізмаў праходу праз пункт Start, таксама дапамаглі растлумачыць чаму ген CLN3 быў першапачаткова апісаны як рэгулятар памеру клетак.

Клеткі растуць перад праходам праз пукт Start

Пытанне аб тым, чаму клеткі ў папуляцыі маюць аднастайны памер даўно цікавіць клеткавых біёлагаў. Вывучэнне гэтага феномена было стымулявана гіпотэзай аб тым, што клеткі эвалюцыйна прыдбалі механізмы кантролю памеру. Грунтоўнае даследванне гэтых гіпатэтычных механізмаў пачалося ў сярэдзіне 1970-х гадоў, калі Лі Хартвел з калегамі ўпершыню высвятлілі рэгуляцыю клеткавага цыкла піўных дрожджаў. Асноватворнай з’яўляецца работа 1977-га года, якая паказала, што навароджаныя клеткі дрожджаў дасягаюць свайго сталага памеру ў першай фазе G1 свайго жыцця. Далейшыя рыботы ўдакладнілі, што гэты рост адбываецца менавіта перад першым праходам пункта Start, то бок падчас асноўнага дзеяння Cln3. Шырокая інтэрпрэтацыя гэтых даследванняў аргументуе, што клетка мае набыць пэўны памер перад тым як увайсці ў свой першы клеткавы цыкл. Альтэрнатыўны пункт гледжання разглядае памер як эвалюцыйна-нейтральную эмерджэнтную якасць біясінтэтычнай сістэмы клеткі. Незалежна ад гэтага, важная роля Cln3 у відавочнай сувязі паміж клеткавым памерам і клеткавым цыклам з’яўляецца шырока прынятай.

Актыўнасць Cln3 адлюстроўвае біясінтэтычныя магчымасці клеткі

Памер клеткі — вынік дзейнасці яе сістэмы бялковай трасляцыі, якая прадстаўлена рыбасомамі. Гэтая ж сістэма абслугоўвае працэсы сінтэза ДНК (фаза S), размеркавання храмасом і клеткавага раздзялення (фаза М). Асноўны рост клеткі адбываецца у фазе G1, да ўвахода ў клеткавы цыкл. Гіпатэтычна, гэта адбываецца таму, што клеткі павялічваюць свой памер згодна з неабходнасцю павялічыць колькасць рыбасом (т.б. эфектыўнасць трансляцыі) перад пачаткам праграмы клеткавага дзялення. Гэта мадэль прадугледжвае, што клетка каардынуе пачатак клеткавага цыклу згодна з прапускной здольнасцю апарата бялковага сінтэзу, і таму яна павінна мець механізмы адчування гэтага параметра.

Cln3, як бялок з малым узроўнем экспресіі і ранішні рэгулятар пераходу праз пункт Start, з’яўляецца прыдатным кандыдатам на ролю чуйніка здольнасці клеткі сінтэзаваць бялок у фазе G1. У прыватнасці, рост колькасці рыбасом можа выклікаць павелічэнне хуткасці сінтэза (трансляцыі) Cln3 і рост яго раўнаважнай клеткавай канцэнтрацыі. Гэта, у сваю чаргу, вядзе да узвышэння актыўнасці CDK і таму пераход пункта Start (гл. рэгуляцыю Start вышэй).

Такім чынам, навароджаныя клеткі дрожджаў павялічваюць свой памер перад уваходам у клеткавы цыкл дзеля нарошчвання патэнцыяла бялковага сінтэза. Гэта забяспечвае працэсы падваення храмасом у фазе S і нармальную хаду клеткавага дзялення. У гэтым сцэнары, Cln3 адыгрывае ролю трансфарматара паміж прапускной здольнасцю трансляцыі (памер) і актыўнасцю цыклін-залежнай кіназы (клеткавы цыкл).