Cyclin/Cdk-Komplexe: ihre Beteiligung an der Progression des Zellzyklus und der mitotischen Teilung

DNA-Replikation und Mitose sind abhängig von der Aktivität der Cyclin-abhängigen Proteinkinase (CDK)-Enzyme, die Heterodimere aus einer katalytischen Untereinheit mit einer Cyclin-Untereinheit sind. Es wird angenommen, dass die Bindung von Cyclin an spezifische individuelle Proteine potenzielle Substrate für Cdk bereitstellt. Die Proteinbindung durch Cycline wird im Hinblick auf ihre Mechanismen und biologische Bedeutung bewertet, wobei Nachweise aus verschiedenen Organismen verwendet werden, einschließlich der Substratspezifität in tierischen Cdk-Enzymen, die Cycline vom D-, A- und B-Typ enthalten, sowie umfangreiche Cyclin-Genmanipulationen in Hefen. Der Aufbau von Proteinkomplexen mit Cyclin/Cdk wird aufgezeigt und die Fähigkeit der Cyclin-abhängigen Kinase-Untereinheit Cks, in einem solchen Komplex die Palette der Cdk-Substrate zu erweitern, wird dokumentiert und im Hinblick auf die Zellzyklusregulation diskutiert. Die Zellzyklusprogression beinhaltet eine sich ändernde Abundanz einzelner Cycline, bedingt durch sich ändernde Raten ihrer Transkription oder Proteolyse, mit daraus folgenden Änderungen der CDK-Substrate durch den Zellzyklus. Eine gewisse Überlappung der Funktionen einzelner Cycline in vivo wurde durch Cyclin-Deletionen identifiziert und es wird vermutet, dass sie einem Muster folgen, bei dem Cycline häufig Funktionen vervollständigen können, die von den vorhergehenden Cyclinen gut genug initiiert wurden, um die Lebensfähigkeit zu erhalten, wenn Gruppen von Cyclinen durch Proteolyse entfernt werden. Die Cyclin-Akkumulation ist besonders wichtig für die Beendigung der G1-Phase, wenn sie die CDK-Aktivität erhöht und Ereignisse startet, die zur DNA-Replikation führen. Es wird vermutet, dass Pflanzen diesen Mechanismus teilen. Die Verteilung von Cyclinen und Cdk in Mais-Wurzelspitzenzellen während der Mitose und Zytokinese zeigt das Vorhandensein von Cdk1 (Cdc2a) und Cyclin CycB1zm;2 am reifen und zerfallenden Präprophasenbandenband und das Vorhandensein von CycB1zm;2 an kondensierenden und kondensierten Chromosomen. Beide Beobachtungen korrelieren mit der früher berichteten Fähigkeit von injiziertem Metaphase-Cyclin/CDK, den Abbau der Präprophase-Bande und die Chromosomenkondensation zu beschleunigen, sowie mit Beobachtungen der Lokalisation von Cdk und Cyclinen in anderen Labors. Zusätzlich wird CycB1zm;2 an der Kernhülle während ihres Abbaus gesehen, was mit einer Beschleunigung des Prozesses durch injiziertes Metaphase-Cyclin B/CDK korreliert. Ein möglicherweise im Pflanzenreich einzigartiges Phänomen ist die Persistenz von mitotischen Cyclinen nach der Anaphase. Die Beteiligung von Cyclinen an der Zytokinese wird durch die Konzentration des mitotischen Cyclins CycA1;zm;1 am Phragmoplasten angezeigt. Es wird vorgeschlagen, dass Cycline eine allgemeine Funktion der räumlichen Fokussierung der Cdk-Aktivität haben und dass in der Pflanzenzelle die Konzentrationen von Cyclinen wichtige Vermittler der CDK-Aktivität am Zytoskelett, den Chromosomen, der Spindel, der Kernhülle und dem Phragmoplasten sind.