Новые данные о «главном регуляторе» деления клеток опровергают учебники

Ученые Института Фрэнсиса Крика под руководством сэра Пола Нерса разрешили давние споры в области науки о клеточном цикле. Это позволило им пересмотреть объяснение из учебников о том, как процесс деления клеток контролируется белком CDK.

CDK — это циклин-зависимая киназа. Открытие этого семейства белков принесло директору Института Крика Полу Нерсу часть Нобелевской премии по физиологии или медицине 2001 года.

Теперь его лаборатория нашла убедительные доказательства в пользу «модели порога активности» для CDK. Эта модель предполагает, что CDK контролирует деление клеток, просто включая белки, необходимые на разных этапах процесса, в зависимости от повышения уровня собственной активности.

Мэтью Сваффер из лаборатории Пола Нерса объясняет: «Когда клетка делится, она должна реплицировать свою ДНК (S-фаза), прежде чем разделить ДНК на две дочерние клетки (митоз). Правильная синхронизация этих двух событий критически важна, поскольку неправильная репликация или разделение ДНК могут вызвать опасные мутации, которые могут помочь раковым клеткам избежать проверок и балансов, контролирующих деление.

«S-фазу и митоз контролирует CDK — фермент-«главный регулятор», который изменяет другие белки внутри клетки, химически добавляя к ним фосфатную группу. Этот процесс называется фосфорилированием и работает как переключатель, чтобы включить модифицируемый белок».

Поскольку человеческие клетки очень сложны, исследователи изучали делящиеся дрожжи, которые проще и легче манипулировать. Это позволило им переконструировать CDK, чтобы напрямую проверить свою теорию. Они сочетали этот подход с передовой технологией — фосфопротеомикой. Соавтор Брам Снайдерс, также из Института Крика, пояснил, что «мощный фосфопротеомный подход позволяет измерять уровни фосфорилирования тысяч белков одновременно».

Команда обнаружила, что разные белки фосфорилируются, а следовательно, и активируются, в разное время в ходе деления клеток. Посредством фосфорилирования CDK включает белки, участвующие в S-фазе, в начале деления клетки, в то время как белки, необходимые для митоза, включаются позже.

Важно, что ученые обнаружили: время, в которое фосфорилируются разные белки, определяется только уровнями активности самого CDK. Белки S-фазы включаются раньше, потому что CDK легче их модифицировать, и они фосфорилируются, когда активность CDK еще низка в начале деления клетки. Позже в процессе, после того как ферментативная активность CDK возросла, белки, участвующие в митозе, фосфорилируются более высокими уровнями CDK.

Доктор Сваффер говорит: ««Модель порога активности» была впервые предложена в 1996 году в лаборатории Пола. Однако в течение последних 20 лет она не считалась центральной в процессе контроля деления клеток. Это исследование предоставляет прямые доказательства в поддержку этой модели и отвечает на ряд ключевых вопросов в этой области.

«Понимание того, как CDK регулирует деление клеток у дрожжей, многое говорит нам о том, как те же процессы работают в человеческих клетках. Это центрально для нашего понимания рака, поскольку он возникает, когда клетки делятся бесконтрольно».