Cyclin D - Cyclin D

ciclina D1
Estrutura de cristal da ciclina D1 humana (azul / verde) em complexo com a quinase 4 dependente de ciclina (amarelo / vermelho).
Identificadores
Símbolo	CCND1
Alt. símbolos	BCL1, D11S287E, PRAD1
Gene NCBI	595
HGNC	1582
OMIM	168461
RefSeq	NM_053056
UniProt	P24385
Outros dados
Locus	Chr. 11 q13
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A ciclina D é um membro da família da proteína ciclina que está envolvida na regulação da progressão do ciclo celular . A síntese de ciclina D é iniciado durante a G1 e impulsiona o / transio de fase G1 S . A proteína ciclina D tem entre 155 (no mexilhão zebra ) e 477 (na Drosophila ) aminoácidos de comprimento.

Uma vez que as células atingem um tamanho de célula crítico (e se nenhum parceiro de acasalamento está presente na levedura) e se fatores de crescimento e mitógenos (para organismos multicelulares) ou nutrientes (para organismos unicelulares) estão presentes, as células entram no ciclo celular. Em geral, todos os estágios do ciclo celular são separados cronologicamente em humanos e são desencadeados por complexos ciclina- Cdk que são periodicamente expressos e parcialmente redundantes em função. As ciclinas são proteínas eucarióticas que formam holoenzimas com proteínas quinases dependentes de ciclinas (Cdk), que elas ativam. A abundância de ciclinas é geralmente regulada pela síntese e degradação de proteínas por meio de vias dependentes de APC / C e CRL .

A ciclina D é uma das principais ciclinas produzidas em termos de sua importância funcional. Ele interage com quatro Cdks: Cdk2 , 4 , 5 e 6 . Em células em proliferação, o acúmulo do complexo ciclina D-Cdk4 / 6 é de grande importância para a progressão do ciclo celular. Nomeadamente, o complexo ciclina D-Cdk4 / 6 fosforila parcialmente a proteína supressora de tumor de retinoblastoma ( Rb ), cuja inibição pode induzir a expressão de alguns genes (por exemplo: ciclina E ) importantes para a progressão da fase S.

A drosófila e muitos outros organismos possuem apenas uma proteína ciclina D. Em camundongos e humanos, mais duas proteínas ciclina D foram identificadas. Os três homólogos, chamados ciclina D1 , ciclina D2 e ciclina D3 são expressos na maioria das células em proliferação e as quantidades relativas expressas diferem em vários tipos de células.

Homólogos

Os homólogos de ciclina D mais estudados são encontrados em leveduras e vírus .

O homólogo de levedura da ciclina D, denominado CLN3 , interage com a Cdc28 (proteína de controle da divisão celular) durante o G1.

Em vírus, como o herpesvírus saimiriína 2 ( Herpesvírus saimiri ) e o herpesvírus humano 8 (herpesvírus associado ao sarcoma de Kaposi / HHV-8 ), os homólogos da ciclina D adquiriram novas funções para manipular o metabolismo da célula hospedeira em benefício dos vírus. A ciclina D viral se liga ao Cdk6 humano e inibe o Rb por fosforilação, resultando em fatores de transcrição livres que resultam na transcrição da proteína que promove a passagem pela fase G1 do ciclo celular. Além de Rb, o complexo de ciclina D-Cdk6 viral também tem como alvo p27 ^Kip , um inibidor de Cdk de ciclina E e A. Além disso, a ciclina viral D-Cdk6 é resistente a inibidores de Cdk, como p21 ^{CIP1 / WAF1} e p16 ^INK4a que em humanos as células inibem o Cdk4, impedindo-o de formar um complexo ativo com a ciclina D.

Estrutura

A ciclina D possui uma estrutura terciária semelhante a outras ciclinas, denominada dobra de ciclina. Ele contém um núcleo de dois domínios compactos com cada um tendo cinco hélices alfa. O primeiro feixe de cinco hélices é uma caixa de ciclina conservada, uma região de cerca de 100 resíduos de aminoácidos em todas as ciclinas, que é necessária para a ligação e ativação de Cdk. O segundo feixe de cinco hélices é composto do mesmo arranjo de hélices, mas a sequência primária dos dois subdomínios é distinta. Todas as três ciclinas do tipo D (D1, D2, D3) têm o mesmo patch hidrofóbico de hélice alfa 1. No entanto, é composto de diferentes resíduos de aminoácidos como o mesmo patch nas ciclinas E, A e B.

Função

Os fatores de crescimento estimulam o Ras / Raf / ERK que induz a produção de ciclina D. Um dos membros das vias, a MAPK ativa um fator de transcrição Myc , que altera a transcrição de genes importantes no ciclo celular, entre os quais está a ciclina D. Dessa forma, a ciclina D é sintetizada enquanto o fator de crescimento estiver presente.

Os níveis de ciclina D nas células em proliferação são sustentados enquanto os fatores de crescimento estiverem presentes, um jogador-chave para a transição G1 / S são os complexos de ciclina D-Cdk4 / 6 ativos. A ciclina D não tem efeito na transição G1 / S, a menos que forme um complexo com Cdk 4 ou 6.

Transição G1 / S

Um dos substratos mais conhecidos da ciclina D / Cdk4 e -6 é a proteína supressora de tumor de retinoblastoma ( Rb ). Rb é um importante regulador de genes responsáveis ​​pela progressão ao longo do ciclo celular, em particular pela fase G1 / S.

Um modelo propõe que as quantidades de ciclina D e, portanto, a atividade da ciclina D-Cdk4 e -6, aumentam gradualmente durante G1 em vez de oscilar em um padrão definido como fazem as ciclinas S e M. Isso acontece em resposta a sensores de sinais reguladores de crescimento externos e crescimento celular, e o Rb é fosforilado como resultado. Rb reduz sua ligação a E2F e, portanto, permite a ativação mediada por E2F da transcrição de ciclina E e ciclina A, que se ligam a Cdk1 e Cdk2, respectivamente, para criar complexos que continuam com a fosforilação de Rb. Os complexos de quinase dependentes de ciclina A e E também funcionam para inibir a subunidade de ativação Cdh1 de APC / C da ubiquitina ligase E3 por meio da fosforilação, que estabiliza substratos como a ciclina A. A ativação coordenada desta sequência de ciclos de feedback positivo inter-relacionados através de ciclinas e quinases dependentes de ciclina impulsiona compromisso com a divisão celular e após o checkpoint G1 / S.

Outro modelo propõe que os níveis de ciclina D permanecem quase constantes em G1. Rb é mono-fosforilado durante o início a meados de G1 pela ciclina D-Cdk4,6, opondo-se à ideia de que sua atividade aumenta gradualmente. Rb monofosforilado dependente de ciclina D ainda interage com fatores de transcrição E2F de uma forma que inibe a transcrição de enzimas que conduzem a transição G1 / S. Em vez disso, a atividade de transcrição dependente de E2F aumenta quando a de Cdk2 aumenta e hiperfosforila Rb no final de G1. O Rb pode não ser o único alvo da ciclina D a promover a proliferação e progressão celular ao longo do ciclo celular. O complexo ciclina D-Cdk4,6, por meio da fosforilação e inativação de enzimas metabólicas, também influencia a sobrevivência celular. Através de uma análise detalhada de diferentes hélices de acoplamento Rb, um motivo de sequência de hélice de consenso foi identificado, que pode ser utilizado para identificar substratos não canônicos em potencial que a ciclina D-Cdk4,6 poderia usar para promover a proliferação.

Docking to Rb

Mutações de docking baseadas em RxL e LxCxE afetam amplamente os complexos ciclina-Cdk. Mutações de resíduos Rb chave previamente observados como sendo necessários para interações de docking do complexo Cdk resultam na redução da atividade geral da quinase em relação ao Rb. A fenda de ligação de LxCxE no domínio de bolso Rb, que demonstrou interagir com proteínas como a ciclina D e oncoproteínas virais, tem apenas uma redução marginal de 1,7 vezes na fosforilação pela ciclina D-Cdk4,6 quando removida. Da mesma forma, quando o motivo RxL, mostrado para interagir com as ciclinas da fase S E e A, é removido, a atividade da ciclina D-Cdk4,6 tem uma redução de 4,1 vezes. Assim, os locais de ancoragem baseados em RxL- e LxCxE têm interações com a ciclina D-Cdk4,6 como fazem com outras ciclinas, e a remoção delas tem um efeito modesto na progressão G1.

Os complexos de ciclina D-Cdk 4,6 têm como alvo Rb para fosforilação através do acoplamento de uma hélice C-terminal. Quando os 37 resíduos de aminoácidos finais são truncados, foi anteriormente demonstrado que os níveis de fosforilação de Rb são reduzidos e a parada de G1 é induzida. Ensaios cinéticos mostraram que, com o mesmo truncamento, a redução da fosforilação de Rb pela ciclina D1-Cdk4,6 é de 20 vezes e a constante de Michaelis-Menten (Km) é significativamente aumentada. A fosforilação de Rb pela ciclina A-Cdk2, ciclina B-Cdk1 e ciclina E-Cdk2 não são afetadas.

O terminal C tem uma extensão de 21 aminoácidos com propensão a hélice alfa. A deleção desta hélice ou rompimento dela por meio de substituições de resíduos de prolina também mostram uma redução significativa na fosforilação de Rb. A orientação dos resíduos, junto com as propriedades ácido-base e polaridades são críticas para o docking. Assim, os locais de ancoragem LxCxE, RxL e hélice interagem com diferentes partes da ciclina D, mas a interrupção de qualquer um dos três mecanismos pode interromper a fosforilação de Rb in vitro. A ligação helicoidal, talvez a mais importante, funciona como um requisito estrutural. Isso torna a evolução mais difícil, levando o complexo ciclina D-Cdk4 / 6 a ter um número relativamente pequeno de substratos em relação a outros complexos ciclina-Cdk. Em última análise, isso contribui para a fosforilação adequada de um alvo-chave em Rb.

Todos os seis complexos de ciclina D-Cdk4,6 (ciclina D1 / D2 / D3 com Cdk4 / 6) direcionam Rb para fosforilação através de docking baseado em hélice. O patch hidrofóbico de hélice α 1 compartilhado que todas as ciclinas D têm não é responsável por reconhecer a hélice C-terminal. Em vez disso, ele reconhece as sequências RxL que são lineares, incluindo aquelas em Rb. Por meio de experimentos com ciclina D1-Cdk2 purificada, concluiu-se que o local de ancoragem da hélice provavelmente está na ciclina D em vez de no Cdk4,6. Como resultado, provavelmente outra região na ciclina D reconhece a hélice C-terminal de Rb.

Uma vez que Rb's C - a hélice terminal se liga exclusivamente à ciclina D-Cdk4,6 e não a outros complexos ciclina-Cdk dependentes do ciclo celular, por meio de experimentos que mutam esta hélice em células HMEC, foi conclusivamente mostrado que a interação ciclina D - Rb é crítica no seguintes papéis (1) promoção da transição G1 / S (2) permitindo a dissociação de Rb da cromatina, e (3) ativação de E2F1.

Regulamento

Em vertebrados

A ciclina D é regulada pela via a jusante dos receptores mitogênicos via Ras / MAP quinase e as vias β-catenina -Tcf / LEF e PI3K . A MAP-quinase ERK activa os jusante factores de transcrição Myc, AP-1 e Fos, que por sua vez activam a transcrição do Cdk4 , CDK6 e ciclina D genes, e aumentam ribossoma biogénese. As GTPases da família Rho , a quinase ligada à integrina e a quinase de adesão focal ( FAK ) ativam o gene da ciclina D em resposta à integrina .

p27 ^kip1 e p21 ^cip1 são inibidores da quinase dependente de ciclina ( CKIs ) que regulam negativamente os CDKs. No entanto, eles também são promotores do complexo ciclina D-CDK4 / 6. Sem p27 e p21, os níveis de ciclina D são reduzidos e o complexo não é formado em níveis detectáveis.

Em eucariotos, a superexpressão do fator de iniciação da tradução 4E ( eIF4E ) leva a um aumento do nível da proteína ciclina D e ao aumento da quantidade de mRNA da ciclina D fora do núcleo. Isso ocorre porque eIF4E promove a exportação de mRNAs de ciclina D para fora do núcleo.

A inibição da ciclina D por inativação ou degradação leva à saída e diferenciação do ciclo celular. A inativação da ciclina D é desencadeada por várias proteínas inibidoras da quinase dependente da ciclina (CKIs), como a família INK4 (por exemplo , p14 , p15 , p16 , p18 ). As proteínas INK4 são ativadas em resposta à resposta ao estresse hiperproliferativo que inibe a proliferação celular devido à superexpressão de, por exemplo, Ras e Myc. Portanto, INK4 se liga a CDKs dependentes de ciclina D e inativa todo o complexo. A glicogênio sintase quinase três beta, GSK3β , causa a degradação da Ciclina D por fosforilação inibitória na treonina 286 da proteína Ciclina D. GSK3β é controlado negativamente pela via PI3K na forma de fosforilação, que é uma das várias maneiras pelas quais os fatores de crescimento regulam a ciclina D. A quantidade de ciclina D na célula também pode ser regulada por indução transcricional, estabilização da proteína, sua translocação para o núcleo e sua montagem com Cdk4 e Cdk6.

Foi demonstrado que a inibição da ciclina D (ciclina D1 e 2, em particular) pode resultar da indução da proteína WAF1 / CIP1 / p21 por PDT. Ao inibir a ciclina D, essa indução também inibe Ckd2 e 6. Todos esses processos combinados levam a uma parada da célula no estágio G0 / G1.

Existem duas maneiras pelas quais os danos ao DNA afetam os Cdks. Após o dano ao DNA, a ciclina D (ciclina D1) é rápida e transitoriamente degradada pelo proteassoma após sua ubiquitilação pela ligase de ubiquitina CRL4- AMBRA1 . Esta degradação causa a liberação de p21 de complexos Cdk4, que inativa Cdk2 de uma maneira independente de p53. Outra maneira pela qual o dano ao DNA atinge os Cdks é a indução de p21 dependente de p53 , que inibe o complexo ciclina E-Cdk2. Em células saudáveis, o p53 do tipo selvagem é rapidamente degradado pelo proteassoma. No entanto, o dano ao DNA faz com que ele se acumule, tornando-o mais estável.

Em fermento

Uma simplificação na levedura é que todas as ciclinas se ligam à mesma subunidade Cdc, a Cdc28. As ciclinas na levedura são controladas pela expressão, inibição via CKIs como Far1 e degradação por proteólise mediada por ubiquitina .

Papel no câncer

Dado que muitos cânceres humanos acontecem em resposta a erros na regulação do ciclo celular e nas vias intracelulares dependentes do fator de crescimento, o envolvimento da ciclina D no controle do ciclo celular e na sinalização do fator de crescimento a torna um possível oncogene . Em células normais, a superprodução de ciclina D encurta a duração da fase G1 apenas e, considerando a importância da ciclina D na sinalização do fator de crescimento, defeitos em sua regulação podem ser responsáveis ​​pela ausência de regulação do crescimento em células cancerosas. A produção descontrolada de ciclina D afeta a formação do complexo ciclina D-Cdk4, que pode conduzir a célula através do ponto de verificação G0 / S, mesmo quando os fatores de crescimento não estão presentes.

A evidência de que a ciclina D1 é necessária para a tumorigênese inclui a descoberta de que a inativação da ciclina D1 por anti-sentido ou deleção do gene reduziu o tumor da mama e o crescimento do tumor gastrointestinal in vivo. A superexpressão da ciclina D1 é suficiente para a indução da tumorigênese mamária, atribuída à indução da proliferação celular, aumento da sobrevivência celular, indução da instabilidade cromossômica, restrição da autofagia e funções potencialmente não canônicas.

A superexpressão é induzida como resultado da amplificação do gene, fator de crescimento ou expressão induzida por oncogene por Src, Ras, ErbB2, STAT3, STAT5, degradação de proteína prejudicada ou translocação cromossômica. A amplificação do gene é responsável pela superprodução da proteína ciclina D no câncer de bexiga e no carcinoma de esôfago , entre outros.

Nos casos de sarcomas , cânceres colorretais e melanomas , observa-se a superprodução de ciclina D, porém, sem a amplificação da região cromossômica que a codifica ( cromossomo 11q 13, oncogene putativo PRAD1 , que foi identificado como evento de translocação no caso de células do manto linfoma). No adenoma de paratireoide , a hiperprodução de ciclina D é causada pela translocação cromossômica, que colocaria a expressão da ciclina D (mais especificamente, ciclina D1) sob um promotor inadequado , levando à superexpressão. Neste caso, o gene da ciclina D foi translocado para o gene do hormônio da paratireóide , e esse evento causou níveis anormais de ciclina D. Os mesmos mecanismos de superexpressão de ciclina D são observados em alguns tumores das células B produtoras de anticorpos . Da mesma forma, a superexpressão da proteína ciclina D devido à translocação do gene é observada no câncer de mama humano .

Além disso, o desenvolvimento do câncer também é potencializado pelo fato de que a proteína supressora de tumor de retinoblastoma (Rb), um dos principais substratos do complexo ciclina D-Cdk 4/6, é frequentemente mutada em tumores humanos . Em sua forma ativa, o Rb impede o cruzamento do checkpoint G1 ao bloquear a transcrição de genes responsáveis ​​por avanços no ciclo celular. O complexo ciclina D / Cdk4 fosforila Rb, que o inativa e permite que a célula passe pelo ponto de verificação. No caso de inativação anormal de Rb, nas células cancerosas, um importante regulador da progressão do ciclo celular é perdido. Quando Rb sofre mutação, os níveis de ciclina D e p16INK4 são normais.

Outro regulador de passagem pelo ponto de restrição G1 é o inibidor de Cdk p16, que é codificado pelo gene INK4. P16 funciona na inativação do complexo ciclina D / Cdk 4. Assim, o bloqueio da transcrição do gene INK4 aumentaria a atividade da ciclina D / Cdk4, que por sua vez resultaria na inativação anormal de Rb. Por outro lado, no caso de ciclina D em células cancerosas (ou perda de p16INK4), o Rb de tipo selvagem é retido. Devido à importância da via p16INK / ciclina D / Cdk4 ou 6 / Rb na sinalização do fator de crescimento, mutações em qualquer um dos jogadores envolvidos podem dar origem ao câncer.

Fenótipo mutante

Estudos com mutantes sugerem que as ciclinas são reguladores positivos da entrada no ciclo celular. Na levedura, a expressão de qualquer uma das três ciclinas G1 desencadeia a entrada no ciclo celular. Uma vez que a progressão do ciclo celular está relacionada ao tamanho da célula, as mutações na ciclina D e seus homólogos mostram um atraso na entrada do ciclo celular e, portanto, as células com variantes na ciclina D têm um tamanho celular maior do que o normal na divisão celular.

O fenótipo nocaute de p27 ^- / ^- mostra uma superprodução de células porque a ciclina D não é mais inibida, enquanto os nocautes p27 ^- / ^- e ciclina D ^- / ^{- se} desenvolvem normalmente.

Veja também

• CDK
• Ciclinas
• Ciclo de célula

Referências

links externos

• Cyclin + D nos títulos de assuntos médicos da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA (MeSH)
• Drosophila Cyclin D - The Interactive Fly