Молекулярные механизмы G2-чекпойнта

Временная остановка клеточного цикла в ответ на облучение является одним из первых описанных эффектов радиации. G2-арест в этом контексте рассматривался, как пассивный пороцесс – следствие наличия поврежденной ДНК. Сейчас мы приходим к представлению, что G2-чекпойнт является наиболее активным ответом клетки, играющим серьезную роль в репарации ДНК. Ключевым эффектором этого процесса является необходимая для перехода клетки в митоз CDC2 (CDK1) киназа, активирующаяся при ее ассоциации с циклином B. Это отличие данного чекпойнта от G1 и S-чекпойнтов и утверждение его центральной роли в регуляции клеточного цикла.

Все это подробно показано на рис. 43. G2-арест требует изменения множества регуляторных процессов, вовлеченных в нормальный переход клетки из G2 в М: блокирование киназных функций самой CDC2, отсутствие или перемещение циклина В, а также изменение активности других белков, влияющих на регуляторный комплекс CDC2-циклин В. Основным событием, контролирующим вхождение в митоз, является снятие ингибирующего фосфорилирования с CDC2 по тирозину в 15 положении и триптофану в 14, для чего необходима активная фосфатаза. Таким образом, G2-арест ингибирует это дефосфорилирование, то есть ключевым его событием является регуляция активности фосфатазы CDC25C. Так, активация АТМ приводит к активации СНК2 через фосфорилирование триптофана в 68 положении. Активная CHK2 в свою очередь фосфорилирует CDC25C по серину в 215 положении, что приводит к блокированию ее функций. Фосфорилированная форма фосфатазы CDC25C связывается с белком 14-3-3σ, что поддерживает ее каталитическую неактивность и способствует переходу в цитоплазму и секвестрированию. Вторая ветвь G2-чекпойнта опосредуется через ATR/CHK1 активацию. При этом пути одновременно фосфорилируется-выключается белок CDC25А, а также фосфорилируется серин-549 белка Wee1, что облегчает его связывание тем же белком 14-3-3σ и приводит к усилению ингибиторной активности киназ по отношению к CDC2. Это придает второй ветви большую гибкость в контроле и консолидации G2-ареста.

Сами пореждения ДНК тоже могут регулировать активность CDC2 через циклин В. В некоторых клеточных линиях после облучения резко падает уровень мРНК циклина В, возможно из-за ее повышенной нестабильности, причем этот эффект определяет протяженность G2-ареста.

Также нужно иметь ввиду, что циклин В во время G1 и S фаз имеет цитоплазматическую локализацию и перемещается в ядро только к началу митоза. Также есть данные, что белок 14-3-3σ приводит к секвевтрированию циклина В в цитоплазме в ответ на повреждение ДНК.

Рисунок 43. Схема G2-чекпойнта, возникающего в ответ на повреждение ДНК.

Недавно были описаны еще два белка – регулятора CDC25C, принимающих участие в G2-чекпойнте, названные PLK1 и PLK3 (Polo-like kinase). Белки этого семейства принимают активное участие в митозе, включая вход и выход из него. У них всех есть крайне консервативный карбоксильный домен, имеющий два блока очень высокой гомологии, названные поло-боксами. PLK1 является позитивным регулятором CDC25C-активности в необлученных клетках и, специфически фосфорелируя ее, способствует вхождению в митоз. PLK3, напротив, активируется АТМ в ответ на повреждение ДНК, взаимодействует с CDC25C, фосфорелируя ее по серину-216, что приводит к ингибировангию ее активности Еще одной возможностью остановить вход в митоз при наличии повреждений в ДНК является взаимодействие белка PCNA c Р21, CDC25C и комплексом CDC2-циклин В, но не одновременное, а последовательное. Показано, что связывание Р21 и CDC25C с комплексом PCNA-CDC2-циклин В является совершенно особым и не позволяет CDC25C дефосфорелировать CDC2 для активации митоза. В дополнение к этому, Р21 может блокировать особую киназу САК (CDКs activating kinase), которая активирует CDC2 путем фосфорелирования триптофана в 161 положении. Участие Р21 в G2-ответе указывает на то, что в нем участвует и Р53. Роль Р53 в поддержании G2-ареста состоит в том, что он активирует транскрипцию трех вовлеченных в него белков: GADD45. P21 и 14-3-3σ и подавляет транскрипцию CDC2 и циклина В.

И, наконец, есть данные о вовлеченности в G2-арест BRCA1, опосредованно через ATM/ATR или напрямую, через активацию CHK1, но механизм этого остается неясным.

Таким образом, к настоящему времени стало ясно, что G2-реакция клетки на облучение зависит от фазы цикла, в которую это произошло. Одновременно становится понятным, что G2 чекпойнт-ответ разделяется на два молекулярно различных пути. Один начинается сразу же после облучения, захватывает клетки, облученные непосредственно в G2-фазе и является АТМ-зависимым, проходящим и независимым от дозы. Он приводит к резкому снижению митотического индекса. Второй, который развивается позже, в клетках, облученных на более ранних стадиях клеточного цикла, является АТМ-независимым, зато зависимым от дозы и приводит к накоплению клеток в фазе G2.