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Sic1

Sic1, una proteína , es un inhibidor estequiométrico [ 1 ] de los complejos Cdk1 -Clb ( ciclinas de tipo B ) en la levadura Saccharomyces cerevisiae . Dado que los complejos cic...

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Sic1, una proteína , es un inhibidor estequiométrico [ 1 ] de los complejos Cdk1 -Clb ( ciclinas de tipo B ) en la levadura Saccharomyces cerevisiae . Dado que los complejos ciclina de tipo B-Cdk1 son los responsables del inicio de la fase S , Sic1 previene la entrada prematura en dicha fase. [ 2 ] Se cree que la fosforilación en múltiples sitios de Sic1 regula la ubiquitinación y la degradación de Sic1 y, por extensión, el momento de la entrada en la fase S. [ 3 ]

Control del ciclo celular

Figura 1. El diagrama muestra la función de Sic1 en la inhibición de Clb5,6-Cdk1 y su poliubiquitinación y degradación mediadas por fosforilación. La degradación permite la actividad de Clb5,6-Cdk1 y la entrada en la fase S.

En la fase G1 del ciclo celular, Sic1 se une firmemente al complejo Cdc28-Clb y lo inhibe. [ 4 ] La baja actividad de Cdc28-Clb conduce al desensamblaje del huso mitótico , al ensamblaje del complejo prereplicativo y al inicio de la formación de yemas en la levadura.

En el punto INICIO del ciclo celular de la levadura, las ciclinas G1 Cln3 , Cln1 y Cln2 activan Cdc28. El complejo activado fosforila Sic1 en múltiples sitios, lo que conduce a su degradación por el complejo SCF . [ 5 ] Cuando Sic1 se degrada, el complejo Cdc28-Clb deja de estar inhibido y la célula puede entrar en la fase S/M. Por lo tanto, la inactivación de Sic1 es esencial para la transición a la fase S (Fig. 1).

Cdc28 en complejo con la ciclina de tipo B (Cdc28-Clb) fosforila Swi5 , el factor de transcripción de Sic1. Esto promueve la exportación de Swi5 del núcleo al citoplasma y evita la transcripción posterior del inhibidor de cdk. Cdc28-Clb también fosforila cualquier molécula de Sic1 aún disponible y desencadena su degradación dependiente de ubiquitina , exactamente como Cdc28-Cln. [ 4 ] Los altos niveles de Cdc28-Clb también inician la replicación del ADN y la duplicación de los cuerpos polares del huso (SPB). Luego se ensambla el huso metafásico y puede ocurrir la segregación cromosómica . La transcripción de Sic1 comienza durante la telofase , mediada por Swi5. Aca2 es otro factor de transcripción de Sic1, pero permanece inactivo hasta G1. [ 6 ] Al final de la mitosis, Sic1 participa en la inactivación de Cdc28-Clb. [ 7 ]

Degradación dependiente de ubiquitina

Fig. 2 El primer paso de la degradación de Sic1 es su fosforilación por Cdc28-Cln seguida de la degradación a través de SCF.

Para ser reconocida por Cdc4 del complejo SCF , Sic1 debe ser fosforilada , a menudo por complejos de ciclina-Cdk, al menos en 6 de los 9 sitios cdk (Fig. 2). [ 8 ] Sic1 también puede ser fosforilada por otras quinasas, como Pho85-Pc11 , una quinasa que se vuelve esencial cuando Cln1 y Cln2 están ausentes. [ 9 ] Sic1 también tiene un papel en la respuesta al estrés osmótico. La proteína quinasa activada por estrés (SAPK) Hog1 fosforila Sic1 en un único residuo en el extremo carboxilo . Esto conduce a la regulación negativa de la expresión de ciclina y la estabilización de Sic1, lo que detiene el ciclo celular. [ 10 ]

Fosforilación

Sic1 necesita ser fosforilado en múltiples sitios para la degradación impulsada por ubiquitinación (Fig. 2). Las múltiples fosforilaciones son necesarias para que Sic1 sea reclutado por Cdc4 al complejo SCF. [ 11 ] El mecanismo de reconocimiento del sustrato de Cdc4 incluye la interacción con motivos de unión consenso en la superficie de Sic1 plegado y fosforilado, los llamados fosfodegrones de Cdc4 (CPD). Se ha demostrado que la secuencia consenso óptima para Cdc4 es una serina o treonina fosforilada seguida de una prolina y un aminoácido básico. Sin embargo, ninguno de los CPD en la superficie de Sic1 muestra tal composición. Por lo tanto, la fosforilación múltiple de Sic1 es necesaria para obtener una unión de alta afinidad a Cdc4. [ 8 ] Aunque este mecanismo parece ineficiente, proporciona ventajas para una célula porque es posible medir la concentración ambiental de Cln/cdc28. El número de sitios fosforilados corresponde a la concentración de Cln/cdc28 y Sic1 podría considerarse un sensor de esta proteína. A diferencia de las numerosas transiciones bruscas de los bucles de retroalimentación de cascadas de quinasas ultrasensibles, este mecanismo permite una regulación finamente ajustada. [ 8 ] Además, debido a que se requieren múltiples fosforilaciones, la probabilidad de que Sic1 se degrade aleatoriamente es pequeña. Mediante la fosforilación múltiple de Sic1, la célula desarrolló una estrategia para regular con precisión el inicio de la replicación del ADN, que es absolutamente vital para proporcionar estabilidad genética.

Una comprensión simplificada de la regulación de la degradación de Sic1 implica la fosforilación de múltiples sitios de CDK, que consisten en motivos de fosforilación consenso óptimos y subóptimos. Estudios recientes realizados por Koivomagi et al. han revelado las numerosas complejidades de la reacción de multifosforilación entre el complejo ciclina-CDK y la proteína Sic1. Estos estudios desvelan las características importantes de los sitios de fosforilación de Sic1 CDK, que incluyen sitios de cebado, sitios de unión, pares de degrones, distanciamiento de los sitios de fosforilación y ubicación relativa de los sitios. Además, los estudios también enfatizan la influencia de otros factores en la fosforilación de Sic1, incluyendo el bolsillo de unión de fosfo de Cks1 , los motivos de acoplamiento de ciclina y la especificidad del sitio activo de Cdk1 . Todos estos mecanismos contribuyen a la dinámica de la secuencia de eventos que conducen a la degradación de Sic1 y al inicio de la fase S. [ 12 ] [ 13 ]

Función

Además de ser un componente frecuentemente ignorado del complejo de ciclina Cdk1, Cks1 es fundamental para la multifosforilación y degradación de Sic1. El bolsillo de unión a fosfato de Cks1 es capaz de unirse de forma independiente a los sitios CDK fosforilados en Sic1. Adicionalmente, la afinidad de unión de Cks1 por las fosfoserinas es extremadamente débil, lo que esencialmente hace que la unión de Cks1 dependa únicamente de la presencia de fosfotreoninas. Por lo tanto, en mutantes de Sic1 con un sitio de fosforilación de Cdk1 o solo fosfoserinas presentes, Cks1 no puede unirse correctamente al sustrato y promover la multifosforilación de Sic1. Esto proporciona un fuerte argumento a favor de un mecanismo de fosforilación procesivo en lugar de la teoría previa de un modelo de fosforilación distributiva aleatoria. [ 8 ] Además de requerir treonina, la unión de Cks1 a Sic1 puede mejorarse con la introducción de un residuo de prolina en la posición -2 con respecto al residuo de treonina. [ 12 ] [ 13 ]

Posicionamiento del sitio

Figura 3. Proteína Sic1 diferenciada por distintas cadenas proteicas. La proteína presenta regiones desordenadas, lo que la convierte en una herramienta útil para el estudio y la manipulación de los sitios de fosforilación.

Sic1 es una molécula con regiones desordenadas, lo que facilita la manipulación de las distancias de los sitios de fosforilación. Para los siguientes hallazgos, Koivomagi et al. utilizaron una construcción de Sic1 con un motivo de consenso óptimo T33, que actúa como sitio de fosforilación primario, y un motivo subóptimo, que actúa como sitio secundario. [ 12 ] [ 13 ]

Al limitar las observaciones a construcciones de Sic1 doblemente fosforiladas, se observó un proceso de fosforilación en dos etapas, donde la primera etapa fue la fosforilación del sitio primario. Sin embargo, para que ocurra la fosforilación, el sitio secundario debe estar ubicado hacia el extremo C-terminal de la proteína con respecto al sitio primario. La fosforilación del sitio secundario también es sensible al posicionamiento. Se encontraron tasas máximas de fosforilación entre las distancias de aminoácidos +12 a +16, con un aumento distintivo alrededor del rango de +10 a +12 y una disminución gradual en el rango de +20 a +30. La introducción del residuo de prolina -2 mejora la fosforilación in vitro al expandir el rango máximo de fosforilación, pero no aumenta la actividad de fosforilación a distancias menores a +10. Esta expansión del rango máximo de fosforilación podría atribuirse a una mayor unión del sitio de cebado a Cks1. [ 12 ] [ 13 ]

Un constructo simple de Sic1 que contiene 5 residuos de fosforilación (1 sitio de cebado y dos pares de fosfodegrones) reveló que cualquier ligero movimiento del sitio de cebado puede tener efectos significativos en la progresión del ciclo celular. El sitio de cebado debe estar dentro del rango de +12 a +16 de ambos residuos en el par de fosfodegrones para maximizar la fosforilación. [ 12 ] [ 13 ]

Direccionalidad

La fosforilación de Sic1 es iniciada por las ciclinas G1, Cln1,2, y luego completada por las ciclinas de la fase S, Clb5,6 (Fig. 1). Los motivos de acoplamiento de la ciclina participan en la dinámica de la fosforilación de Sic1. Las ciclinas de la fase S utilizan el acoplamiento RXL, mientras que las ciclinas G1 utilizan el acoplamiento LLPP. La fosforilación de Sic1 aumenta cuando el motivo RXL de Clb5 se encuentra entre +16 y +20 posiciones con respecto al motivo CDK óptimo. El posicionamiento de RXL en el extremo N-terminal del motivo resultó en cantidades insignificantes de fosforilación. Por el contrario, alejar el motivo LLPP del sitio de cebado aumenta la fosforilación de Cln2, independientemente de la direccionalidad. [ 12 ] [ 13 ]

Procesividad

Fig. 4 Mecanismo de fosforilación de Sic1 1. En el mecanismo 1, Koivomagi propone que el sitio primario fosforilado se desplaza inmediatamente a otra ubicación para que otro sitio de CDK pueda ser fosforilado durante el mismo evento de unión.
Fig. 5 Mecanismo de fosforilación de Sic1 2. Koivomagi propone que el sitio primario fosforilado no se disocia del complejo, de modo que los sitios intermedios de CDK se fosforilan secuencialmente en un único evento de unión.

La multifosforilación dependiente de Cks1 ocurre de manera procesiva o semiprocesiva, como lo demuestra la ausencia de estados intermedios de fosforilación de Sic1 en células normales. Esta procesividad también depende de la presencia del sitio de unión de la ciclina, ya que el aumento del número de mutaciones en este sitio disminuye la tasa neta de fosforilación. La fosforilación procesiva tiene dos mecanismos plausibles en los que un único evento de unión conduce a la fosforilación de dos o más sitios. El primer mecanismo propone que, sin disociarse del complejo enzimático, el sitio primario se fosforila y se desplaza inmediatamente del sitio activo al bolsillo de unión de Cks1 para permitir la fosforilación adicional de otros sitios de CDK. El segundo mecanismo propone que el sitio primario fosforilado se une a otra ubicación y permanece unido continuamente mientras otros sitios de CDK se unen al sitio activo de manera secuencial para la multifosforilación. Las simulaciones predicen que la probabilidad de un segundo evento de fosforilación después del primero, sin disociación, es del 40% y del 20-40% para el primer y segundo mecanismo, respectivamente. [ 12 ] [ 13 ]

Sic1 es degradada por SCF (Cdc4), que reconoce pares de fosfodegrones de Sic1. Estos pares de fosfodegrones son residuos de fosforilación emparejados y muy próximos entre sí, cada uno con una fuerte afinidad por Cdc4. En una construcción de Sic1 con el clúster S69/S76/S80, la fosforilación procesiva de estos pares de fosfodegrones depende de los sitios de Cdk1. La procesividad de Clb5 depende de los sitios T5 y T33, mientras que la procesividad de Cln2 depende de T5. La reintroducción de varios residuos condujo al descubrimiento del residuo T33 como sitio de unión para el par de fosfodegrones T45/T48, que puede promover la degradación de Sic1 hasta cierto punto en ausencia de otros pares de fosfodegrones. [ 12 ] [ 13 ]

Mecanismo

A continuación se presenta un mecanismo propuesto por Koivomagi et al. para la cascada in vivo que promueve la fosforilación y degradación de Sic1.

Al final de la fase G1, Sic1 inhibe el complejo Clb5-Cdk1, inhibiendo simultáneamente su propia degradación. La cascada de fosforilación se inicia con la fosforilación del sitio de cebado T5 por Cln2-Cdk1. Posteriormente, los residuos T33, T45 y S76 son fosforilados por Cln2-Cdk1, pero no se fosforilan pares de degrones. Sin embargo, estos sitios fosforilados mejoran el acoplamiento de Clb5-Cdk1, lo que conduce a una mayor fosforilación de Sic1 en sitios subóptimos y a un bucle de retroalimentación positiva donde la inhibición de Clb5-Cdk1 disminuye continuamente mientras que la degradación de Sic1 aumenta. [ 12 ] [ 13 ]

Homólogo de Sic1 en humanos y enfermedades

La proteína p27 Kip1 es un homólogo humano de Sic1, ambos poseen un dominio inhibidor conservado, [ 14 ] pero p27Kip1 inhibe las ciclinas G1 y no la ciclina B.

Existen varias enfermedades humanas relacionadas con p27Kip1 y otros inhibidores de la cinasa de ciclina:

  • Todos los microcarcinomas papilares (PMC) de tiroides presentan una menor expresión de p27Kip1 que el tejido tiroideo normal. Además, la expresión de p27Kip1 en los microcarcinomas papilares metastásicos más agresivos se reduce considerablemente en comparación con los microcarcinomas no metastásicos. Estos resultados sugieren que p27Kip1 actúa como un supresor tumoral . [ 15 ]
  • El sarcoma de Kaposi es un tipo de cáncer que aparece junto con el SIDA y presumiblemente es causado por el herpesvirus humano 8 (HHV8) . Este virus expresa una ciclina viral que forma un complejo con Cdk6. Este complejo KSHV-ciclina-Cdk6 fosforila y desestabiliza p27Kip1, lo que resulta en un bajo nivel de p27Kip1. Esto sugiere que la degradación de p27Kip1 está asociada con el desarrollo de los tumores. [ 16 ]
  • Los pacientes con adenocarcinoma gástrico ( cáncer de estómago ) tienen mayor probabilidad de supervivencia si el tumor presenta una alta expresión de p27Kip1. Una baja expresión de p27Kip1 puede provocar desdiferenciación tumoral, mayor penetración a través de la pared gástrica, metástasis en los ganglios linfáticos y un estadio tumoral avanzado. [ 17 ]

Por lo tanto, el inhibidor humano de Cdk, p27Kip1, es una proteína supresora de tumores potencial. Si su expresión disminuye, podría producirse una progresión desregulada de la fase G1 a la fase S, lo que desregula la división celular y facilita la formación de tumores.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Schwob E, Böhm T, Mendenhall MD, Nasmyth K (octubre de 1994). "El inhibidor de la cinasa de ciclina de tipo B p40SIC1 controla la transición de G1 a S en S. cerevisiae". Cell . 79 ( 2): 233– 44. doi : 10.1016/0092-8674(94)90193-7 . PMID 7954792. S2CID 34939988 .  
  2. ↑ Morgan DO (1997). El ciclo celular: principios de control . Londres: New Science Press. págs. 200–21 . ISBN  978-0-87893-508-6.
  3. ↑ Tripodi F, Zinzalla V, Vanoni M, Alberghina L, Coccetti P (agosto de 2007). "En células con CK2 inactivada, el inhibidor de la quinasa dependiente de ciclina Sic1 participa en la detención del ciclo celular antes del inicio de la fase S". Biochemical and Biophysical Research Communications . 359 (4): 921–7 . Bibcode : 2007BBRC..359..921T . doi : 10.1016/j.bbrc.2007.05.195 . PMID 17574209 . 
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  • Página de Sic1 en yeastgenome.org
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