Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs) Dr. F. Neuschäfer-Rube

Regulation des Zellcylus

Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs)

Dr. F. Neuschäfer-Rube

Cyclin-abhängige Kinasen: Motoren und Schalter des Zellzyclus

Dr. F. Neuschäfer-Rube

M

S

Der Zellzyklus

S = DNA-Synthese (Replikation)

Der Zellzyklus

M

M = MitoseVerteilung der Chromosomen

S = DNA-Synthese

Der Zellzyklus

Der Zellzyklus: Teilschritte der Mitose

Prophase Metaphase Anaphase Telophase

M = Mitose

S = DNA-Synthese

G1

Der Zellzyklus

G2

S = DNA-Synthese

G2 = Kontrolle der DNA-Synthese

Der Zellzyklus

M = Mitose

G1

M = Mitose

S = DNA-Synthese

G1 = Zellwachstum

Der Zellzyklus

G2 = Kontrolle der DNA-Synthese

M = Mitose

S = DNA-Synthese

Go = Ruhezustandz.B. ausdifferenzierte

Zellen

G1 = Zellwachstum

G2 = Kontrolle der DNA-Synthese

Der Zellzyklus

M = Mitose

S = DNA-Synthese

Go = Ruhezustand

G1 = Zellwachstum

G2 = Kontrolle der DNA-Synthese

Kontrollpunkte des Zellzyklus

Wie wird der korrekte Abblauf des Zellzyklus

kontrolliert?

M = Mitose

S = DNA-Synthese

Go = Ruhezustand

G1 = Zellwachstum

G2 = Kontrolle der DNA-Synthese

Kontrollpunkte des Zellzyklus

Wie wird der korrekte Abblauf des Zellzyklus

kontrolliert?

Kontrollpunkte

M = Mitose

S = DNA-Synthese

Go = Ruhezustand

G1 = Zellwachstum

G2 = Kontrolle der DNA-Synthese

Kontrollpunkte des Zellzyklus

Restriktionspunktintrinsisch: Zellgröße erreicht?

M = Mitose

S = DNA-Synthese

Go = Ruhezustand

G1 = Zellwachstum

G2 = Kontrolle der DNA-Synthese

Kontrollpunkte des Zellzyklus

Restriktionspunktintrinsisch: Zellgröße erreicht?extern: Wachstumsfaktoren?

M = Mitose

S = DNA-Synthese

Go = Ruhezustand

G1 = Zellwachstum

G2 = Kontrolle der DNA-Synthese

Kontrollpunkte des Zellzyklus

G2-KontrolleReplikation vollständig?

DNA intakt?

Restriktionspunktintrinsisch: Zellgröße erreicht?extern: Wachstumsfaktoren?

M = Mitose

S = DNA-Synthese

Go = Ruhezustand

G1 = Zellwachstum

G2 = Kontrolle der DNA-Synthese

Kontrollpunkte des Zellzyklus

G2-KontrolleReplikation vollständig?

DNA intakt?

Metaphasen-Kontrollekorrekte

Chromosomenanlagerung?

Restriktionspunktintern: Zellgröße erreicht?

extern: Wachstumsfaktoren?

M = Mitose

S

Go

G1G2

Kontrollpunkte des Zellzyklus

Durch welche biochemischenFaktoren wird der Übergang

der Zellzyklusphasen reguliert?

S-Phase

S-Phase

G1

G2

G1G2

Zellfusionsexperimente mit synchronisierten HeLa-Zellen

+

+

+

S-Phase

S-Phase

G1

G2

G1G2

Zellfusionsexperimente mit synchronisierten HeLa-Zellen

+

+

+

S-Phase

S-Phase

G1

G2

G1G2

Zellfusionsexperimente mit synchronisierten HeLa-Zellen

+

+

+

Zellfusionsexperimente zeigen 3 Phänomene:

1. Nur Zellen in der G1-Phase sind kompetent, um in die S-Phase ( DNA-Replikation) überzugehen

2. Nur Zellen in der S-Phase besitzen einen Aktivator,der die DNA-Replikation in kompetenten Zellen der G1-Phase

stimulieren kann.

3. Kerne von Zellen der G2-Phase können keine DNA-Replikation durchführen, solange die M itose nicht abgeschlossen ist.

Auslösen der DNA-Synthese in der frühen S-Phase durch löslichen Faktor

G1/S-Phase: S-Phase-promoting- factor (SPF)G2/M-Phase: Mitosis-promoting-factor (MPF)

Zellfusionsexperimente zeigen 3 Phänomene:

1. Nur Zellen in der G1-Phase sind kompetent, um in die S-Phase ( DNA-Replikation) überzugehen

2. Nur Zellen in der S-Phase besitzen einen Aktivator,der die DNA-Replikation in kompetenten Zellen der G1-Phase

stimulieren kann.

3. Kerne von Zellen der G2-Phase können keine DNA-Replikation durchführen, solange die M itose nicht abgeschlossen ist.

Auslösen der DNA-Synthese in der frühen S-Phase durch löslichen Faktor

G1/S-Phase: S-Phase-promoting- factor (SPF)G2/M-Phase: Mitosis-promoting-factor (MPF)

Zellfusionsexperimente zeigen 3 Phänomene:

1. Nur Zellen in der G1-Phase sind kompetent, um in die S-Phase ( DNA-Replikation) überzugehen

2. Nur Zellen in der S-Phase besitzen einen Aktivator,der die DNA-Replikation in kompetenten Zellen der G1-Phase

stimulieren kann.

3. Kerne von Zellen der G2-Phase können keine DNA-Replikation durchführen, solange die M itose nicht abgeschlossen ist.

Auslösen der DNA-Synthese in der frühen S-Phase durch löslichen Faktor

G1/S-Phase: S-Phase-promoting- factor (SPF)G2/M-Phase: Mitosis-promoting-factor (MPF)

Zellfusionsexperimente zeigen 3 Phänomene:

1. Nur Zellen in der G1-Phase sind kompetent, um in die S-Phase ( DNA-Replikation) überzugehen

2. Nur Zellen in der S-Phase besitzen einen Aktivator,der die DNA-Replikation in kompetenten Zellen der G1-Phase

stimulieren kann.

3. Kerne von Zellen der G2-Phase können keine DNA-Replikation durchführen, solange die M itose nicht abgeschlossen ist.

Auslösen der DNA-Synthese in der frühen S-Phase durch löslichen Faktor

G1/S-Phase: S-Phase-promoting- factor (SPF)G2/M-Phase: Mitosis-promoting-factor (MPF)

Zellfusionsexperimente zeigen 3 Phänomene:

1. Nur Zellen in der G1-Phase sind kompetent, um in die S-Phase ( DNA-Replikation) überzugehen

2. Nur Zellen in der S-Phase besitzen einen Aktivator,der die DNA-Replikation in kompetenten Zellen der G1-Phase

stimulieren kann.

3. Kerne von Zellen der G2-Phase können keine DNA-Replikation durchführen, solange die M itose nicht abgeschlossen ist.

Auslösen der DNA-Synthese in der frühen S-Phase durch löslichen Faktor

G1/S-Phase: S-Phase-promoting- factor (SPF)G2/M-Phase: Mitosis-promoting-factor (MPF)

Leland H Hartwell

Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs

25°C

35°C

Identifizierung Temperatur-sensitiver CDC (Cell-Division-Cycle) Mutanten Modell: Saccharomyces sereviciae

Mutagenisierte Zellen

Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs

Identifizierung Temperatur-sensitiver CDC (Cell-Division-Cycle) Mutanten Modell: Saccharomyces sereviciae

Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs

25°C

35°C

35°Cnicht CDC-Mutanten

Mutagenisierte Zellen

Knospung

Eintritt in den Zellzyklus

Identifizierung Temperatur-sensitiver CDC (Cell-Division-Cycle) Mutanten Modell: Saccharomyces sereviciae

Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs

25°C

35°C

35°C

CDC-START-Mutante

nicht CDC-Mutante

Mutagenisierte Zellen

kein Eintritt in den Zellzyklus

35°C 35°C

Identifizierung des CDC-START Gens

Wt CDC-START-Gen

Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs

CDC-START-Mutante

Wt Gen X

35°C 35°C

Identifizierung des CDC-START-Gens

Wt CDC START Gen

Identifizierung von Zellzyklusregulatoren: CDKs

CDC-START-Mutante

Wt Gen X

Cyclin-abhängige Kinase (CDK)

Analyse

Entdeckung Cyclin-abhängiger Kinasen (CDKs): Medizin Nobelpreis 2001

Leland H Hartwell Tim HuntPaul Nurse

CDKs der Hefe Cycline des Seeigels

Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs): Heterodimere Proteine

C.L. Card et al., EMBO Journal 2000

katalytische Untereinheit: CDK regulatorische Untereinheit: Cyclin

Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs): Heterodimere Proteine

C.L. Card et.al., EMBO Journal 2000

katalytische Untereinheit: CDK- Serin/Threonin-Kinasen- Hefe: eine CDK- Säugetiere: CDK1 - CDK7- hohe Identitität- konservierte Cyclin-Bindungsstelle

regulatorische Untereinheit: Cyclin

C.L. Card et.al., EMBO Journal 2000

katalytische Untereinheit: CDK- Serin/Threonin-Kinasen- Hefe: eine CDK- Säugetiere: CDK1 - CDK7- hohe Identität- konservierte Cyclin-Bindungsstelle-

regulatorische Untereinheit: Cyclin- Cyclin A-H- heterogene Proteinfamilie- zyklische Konzentrationsänderungen im Zellzyklus- Kernlokalisation

Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs): Heterodimere Proteine

M

S

G1

G2

CDK/Cyclin-Komplexe im Wirbeltier-Zellzyklus

Restriktionspunkt

Go

CDK2/CyclinDCDK4/CyclinDCDK6/CyclinD

CDK2/CyclinE

G1/S-PhasenÜbergang

M

S

G1

G2

CDK/Cyclin-Komplexe im Wirbeltier-Zellzyklus

Restriktionspunkt

Go

CDK2/CyclinE

CDK2/CyclinA

G1/S-PhasenÜbergang

CDK2/CyclinDCDK4/CyclinDCDK6/CyclinD

M

S

G1

G2

CDK/Cyclin-Komplexe im Wirbeltier-Zellzyklus

Restriktionspunkt

Go

CDK2/CyclinE

CDK1/CyclinB

G1/S-PhasenÜbergang

G2/M-PhasenÜbergang

CDK2/CyclinDCDK4/CyclinDCDK6/CyclinD

CDK2/CyclinA

CDKs: Motoren des Zellzyklus

Welche "Motorwirkung" haben CDKs im Zellzyklus ?

Durch die Phosphorylierung welcher Substratewerden Zellzyklusphasen eingeleitet ?

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

Bedeutung von CDKs bei der Initiation der S-Phase

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

NH2- -COOHA B

Retinoblastom-Protein (Rb)- Schlüsselsubstrat der S-Phase -

nucleäres Protein, 110 kDa

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

NH2- -COOHA B

Retinoblastom-Protein (Rb)- Schlüsselsubstrat der S-Phase -

nucleäres Protein, 110 kDa

Bindung des Transkriptionsfaktors E2F

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

NH2- -COOHA B

Retinoblastom-Protein (Rb)- Schlüsselsubstrat der S-Phase -

nucleäres Protein, 110 kDa

Bindung des Transkriptionsfaktors E2F

Rb wirkt als Tumorsupressorgen

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

NH2- -COOHA B

E2F: zentraler Transkriptionsfaktor bei der Induktion von S-Phase Genen

Retinoblastom-Protein (Rb)- Schlüsselsubstrat der S-Phase -

nucleäres Protein, 110 kDa

Bindung des Transkriptionsfaktors E2F

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

NH2- -COOHA B

Bindung des Transkriptionsfaktors E2F

P P P P P P P P PP

Retinoblastom-Protein (Rb)- Schlüsselsubstrat der S-Phase -

nucleäres Protein, 110 kDa

E2F: zentraler Transkriptionsfaktor bei der Induktion von S-Phase Genen

Rb wirkt als Tumorsupressorgen

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

Rb

E2F

Rb

Repression E2F-kontrollierter Gene

CDK Substrate: Initiation der S-Phase

Rb

E2F

InduktionE2F-kontrollierter Gene

P P P

CDK 2

Cyclin E

Rb

E2F

Rb

Repression E2F-kontrollierter Gene

E2F: Initiator der S-Phase

E2F

E2F-kontrollierter Gene

DNA-Pol I

dNTP-Synth.

CDK 2

Cyclin E

Rb

P P P

E2F: Initiator der S-Phase

E2F

E2F-kontrollierter Gene

Cyclin E

E2F

DNA-Pol I

dNTP-Synth.

CDK 2

Cyclin E

Rb

P P P

positiv autoregulatorischerVerstärkungsmechanismus!

E2F: Initiator der S-Phase

E2F

E2F-kontrollierter Gene

Cyclin E

E2F

DNA-Pol I

dNTP-Synth.

CDK 2

Cyclin E

Rb

P P P

positiv autoregulatorischerVerstärkungsmechanismus!

"Lawinenhafter"Übergang über denRestriktionspunkt

S-Phase

CDK Substrate: Mitose

Bedeutung von CDKsbei der Mitose

CDK Substrate: Mitose

Ein Teilschritt der Mitose ist die Auflösung der Kernmembran

InterphaseMitose

CDK Substrate: Mitose

Chromatin Kernlamina

innere Kernmembran

CDK Substrate: Mitose

Chromatin Kernlamina

Desintegration der Kernlamina

Auflösen der Kernmembran

Mitose

CDK Substrate: Mitose

Chromatin Kernlamina

CDK 1

Cyclin B

Desintegration der Kernlamina

Auflösen der Kernmembran

Mitose

ATP

CDK Substrate: Mitose

Chromatin Kernlamina

CDK 1

Cyclin B

Lamintetramer

Desintegration der Kernlamina

Auflösen der Kernmembran

Mitose

Laminnetzwerk

ATP

CDK Substrate: Mitose

Chromatin Kernlamina

CDK 1

Cyclin B

Lamintetramer

-P P--P P-

phosphorylierteLamindimere

Desintegration der Kernlamina

Auflösen der Kernmembran

Laminnetzwerk

Mitose

ATP ATP

M

S

G1

G2

CDK/Cyclin-Komplexe im Wirbeltier-Zellzyklus

Restriktionspunkt

Go

CDK2/CyclinE

CDK1/CyclinB

G1/S-PhasenÜbergang

G2/M-PhasenÜbergang

CDK2/CyclinDCDK4/CyclinDCDK6/CyclinD

CDK2/CyclinA

Lamin-P

Rb-P E2F

CDKs: Schalter des Zellzyklus

Wie wird die Aktivität der CDKs im Zellzyklus an- und ausgeschaltet?

Regulation der CDK-Aktivität

CDKinaktiv

Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration

inaktivCDK

CyclinCyclin

CDKinaktiv

Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration

inaktivCDK

CyclinCyclin

CDKinaktiv

P

nur CDK-Cyclin Komplexesind Substrate

Threonin-Kinase (CAK)

aktiv

T160 PCDK

Cyclin

PATP

Veränderungen der CDK Struktur durch Cyclin-Bindung

Veränderungen der CDK Struktur durch Cyclin-Bindung

+ CAK

Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration

inaktivCDK

CyclinCyclin

CDKinaktiv

P

Cyclinkonzentration

aktiv

T160 PCDK

Cyclin

ATP

Threonin-Kinase (CAK)

Wie wird die Konzentration der Cycline im Zellzyklus reguliert?

Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration

Cyclin

Wie wird die Konzentration der Cycline im Zellzyklus reguliert?

Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration

Neusynthesedurch transkriptionelle

Induktion

Cyclin

Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion

P

Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten

Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion

P

Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten W

F-RWF

Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion

P

WF

-RWF

TF-OH TF-O-P

Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten

Proteinkinasen

Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion

P

WF

-RWF

TF-OH TF-O-P

immediate early genes

Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten

Proteinkinasen

Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion

P

WF

-RWF

TF-OH TF-O-P

immediate early genes

c-jun/c-fos (TF)

Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten

Proteinkinasen

Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion

P

WF

-RWF

TF-OH TF-O-P

immediate early genes

c-jun/c-fos (TF)

delayed genes

c-jun

c-fos

Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten

Proteinkinasen

Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion

P

WF

-RWF

TF-OH TF-O-P

immediate early genes

c-jun/c-fos (TF)

delayed genes

Cyclin DCyclin E

CDK2CDK4

c-jun

c-fos

Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten

Proteinkinasen

Regulation der Cyclinkonzentration: transkriptionelle Induktion

P

WF

-RWF

TF-OH TF-O-P

immediate early genes

c-jun/c-fos (TF)

delayed genes

Restriktionspunkt(G1 S-Phase)

c-jun

c-fos

Beispiel: Induktion durch Wachstumsfaktorsignalketten

Cyclin DCyclin E

CDK2CDK4

Proteinkinasen

Wie wird die Konzentration der Cycline im Zellzyklus reguliert?

Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration

Neusynthesedurch trankriptionelle

Induktion

Cyclin

Restriktionspunkt(G1 S-Phase)

Abbaudurch Proteolyse

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

CD

K1

-Ak

tiv

ität

Zellzyclus-Phase

G1 S G2 M G1 S G2 M

Beispiel: Regulation der CDK1-Aktivität durch Abbau von Cyclin B

Metaphase

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

CD

K1

-Ak

tiv

ität

Zellzyclus-Phase

G1 S G2 M G1 S G2 M

CDK1-Konzentration

Beispiel: Regulation der CDK1-Aktivität durch Abbau von Cyclin B

Metaphase

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

Beispiel: Regulation der CDK1-Aktivität durch Abbau von Cyclin B

Abbau von CyclinB

CD

K1-

Akt

ivit

ätC

yclinB

-Ko

nzen

tration

Zellzyclus-Phase

G1 S G2 M G1 S G2 M

CDK-1 KonzentrationMetaphase

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

NH2 COOH

Cyclin A,B

Destruction-Box

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

NH2 COOH

Cyclin A,B

Destruction-Box

NH2 COOH

Ubiquitin

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

NH2 COOH

Cyclin A,B

Destruction-Box

NH2 COOH

Ubiquitin Anaphase-promoting-complex (APC, Ubiquitin-Ligase-Komplex)

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

NH2 COOH

Cyclin A,B

Destruction-Box

NH2 COOH

Ubiquitin

Markierung für proteolytischen Abbau

Anaphase-promoting-complex (APC, Ubiquitin-Ligase-Komplex)

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

NH2 COOHProteasom

Abbau

NH2 COOH

Cyclin A,B

Destruction-Box

NH2 COOH

Ubiquitin

Markierung für proteolytischen Abbau

Anaphase-promoting-complex (APC, Ubiquitin-Ligase-Komplex)

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

Wie wird der proteolytische Abbau von Cyclin B reguliert?

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

CDK1

Cyclin B

G1-Phase

APC

inaktiv

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

Cyclin BSynthese

Cyclin B

S, G2-Phase

G1-PhaseCDK1

APC

inaktiv

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

CDK1

Cyclin B

Cyclin BSynthese

P

Metaphase

Cyclin B

APCAPC

P

inaktiv aktiv

S, G2-Phase

G1-PhaseCDK1

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

CDK1

Cyclin B

Cyclin BSynthese

P

Metaphase

Cyclin B

APCAPC

P

inaktiv aktiv

S, G2-Phase

G1-PhaseCDK1

ATP

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

CDK1

Cyclin B

CDK1

Cyclin BCyclin BSynthese

P

Polyubiquitinylierung

Metaphase

Cyclin B

APCAPC

P

inaktiv aktiv

ProteasomAbbau

S, G2-Phase

G1-PhaseCDK1

ATP

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

CDK1

Cyclin B

CDK1

Cyclin BCyclin BSynthese

P

Polyubiquitinylierung

Metaphase

Anaphase

Cyclin B

APCAPC

P

inaktiv aktiv

ProteasomAbbau

S, G2-Phase

G1-PhaseCDK1

ATP

Regulation der Cyclinkonzentration: proteolytischer Abbau

CDK1

Cyclin B

CDK1

Cyclin BCyclin BSynthese

P

Polyubiquitinylierung

Metaphase

Anaphase

Cyclin B

APCAPC

P

inaktiv aktiv

ProteasomAbbau

S, G2-Phase

G1-PhaseCDK1

negativ autoregulatorischer Mechanismus

ATP

Regulation der CDK-Aktivität: Cyclinkonzentration

Neusynthesedurch transkriptionelle

Induktion

Cyclin

RestriktionspunktG1 S-Phase

Abbaudurch Proteolyse

Metaphase Anaphase Abschluss der Mitose

Wachstumsfaktoren Autoregulation

Regulation der CDK-Aktivität: Phosphorylierung

inaktivCDK

CyclinCyclin

aktiv

T160 PCDK

Cyclin

CDK

Cyclin

CDK

T14

Y15

P

P

inaktiv

inaktivP

T160 P

Threonin/Tyrosin-Kinase

Cyclinkonzentration ATP

ATP

Threonin-Kinase (CAK)

inaktivCDK

CyclinCyclin

aktiv

T160 PCDK

Cyclin

CDK

Cyclin

CDK

T14

Y15

P

P

inaktiv

inaktiv

Threonin/TyrosinPhosphatase

P

T160 P

Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung

Cyclinkonzentration

Threonin/Tyrosin-Kinase

P

Pi

ATP

ATP

Threonin-Kinase (CAK)

Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung

Wie wird die Aktivierung der CDK durch Dephosphorylierung reguliert?

CDK1

CyclinBT14

Y15

P

Pinaktiv

P

T160 P

Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung von CDK1

G2-Phase

Threonin/TyrosinPhosphatase

inaktiv

G2-Phase

Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung von CDK1

P P

Threonin/TyrosinPhosphatase

aktiv

Threonin/TyrosinPhosphatase

inaktiv

CDK1

CyclinBT14

Y15

P

Pinaktiv

P

T160 P

CDK1

CyclinB

aktiv

T160 P

G2-Phase

Mitose

G2-Phase

Mitose

Pi

Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung von CDK1

Aktivierung

P P

Threonin/TyrosinPhosphatase

aktiv

Threonin/TyrosinPhosphatase

inaktiv

CDK1

CyclinBT14

Y15

P

Pinaktiv

T160 P

CDK1

CyclinB

aktiv

T160 P

P

G2-Phase

Mitose

G2-Phase

Mitose

Pi

ATP

Regulation der CDK-Aktivität: Dephosphorylierung von CDK1

Aktivierung

P P

Threonin/TyrosinPhosphatase

aktiv

Threonin/TyrosinPhosphatase

inaktiv

CDK1

CyclinBT14

Y15

P

Pinaktiv

T160 P

CDK1

CyclinB

aktiv

T160 P

G2-Phase

Mitose

G2-Phase

Mitose

positiv autoregulatorischer Verstärkungsmechanismus

Pi

ATP

Regulation der CDK-Aktivität: Inhibitoren

inaktiv

inaktivCDK

CyclinCyclin

aktiv

T160 PCDK

Cyclin

T160 PCDK

CKI

CDKinaktiv

Cyclin

CKI

P

Cyclinkonzentration

PhosphorylierungDephosphorylierung

CDK-Inhibitoren

CDK

CyclinT14

Y15

P

Pinaktiv

T160 P

ATP

Pi

ATP

Regulation der CDK-Aktivität: Inhibitoren

Beispiel: CKI p21

isosterische Hemmung durch Bindung im aktiven Zentrum

CDK 2

Cyclin E

CKI p21

G1 S-Phase

Regulation der CDK-Aktivität: Inhibitoren

Wie wird die Konzentration von CKI p21 reguliert?

Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21

p53 Transkriptionsfaktor, Tumorsupressor-Gen

Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21

p53

p53

CKI p21

Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen

Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21

p53

p53

CKI p21

CDK 2

Cyclin E

Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen

CKI p21

Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21

p53

p53

CKI p21

T1

/2 =

30

min

p53

Abbau

Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen

CDK 2

Cyclin E

CKI p21

Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21

p53

p53

CKI p21

T1

/2 =

30

min

p53

Abbau

DNASchäden

T1

/2 =

15

0 m

in

Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen

CDK 2

Cyclin E

CKI p21

Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21

p53

p53

CKI p21

T1

/2 =

30

min

p53

Abbau

DNASchäden

T1

/2 =

15

0 m

in

Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen

CDK 2

Cyclin E

CKI p21

G1-Phasen Arrest

Regulation der CDK-Aktivität: Induktion des Inhibitors p21

p53

p53

CKI p21

T1

/2 =

30

min

p53

Abbau

DNASchäden

T1

/2 =

15

0 m

in

Transkriptionsfaktor, Tumorsupressorgen

CDK 2

Cyclin E

CKI p21

Zeit für DNA-Reparatur vor der Replikation

G1-Phasen Arrest

p53

M dm 2p53

M dm 2

A bbau

Ubiquitin-Ligase

Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53

p53

M dm 2p53

M dm 2p53

P

A bbau

Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53

p53

M dm 2p53

M dm 2p53

P MAPK

A bbau

W achs tum sfakto r-hype rstim u la tion

Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53

p53

M dm 2p53

M dm 2p53

P

D N A -S chaden

DNA-PKATMMAPK

A bbau

W achs tum sfakto r-hype rstim u la tion

Proteinkinase

Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53

p53

M dm 2p53

M dm 2p53

P

D N A -S chaden

DNA-PKATM ATR

M dm 2

P

MAPK

A bbau

W achs tum sfakto r-hype rstim u la tion

Proteinkinase

Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53

p53

M dm 2p53

M dm 2 p19 /A rfp53

P

D N A -S chaden

DNA-PKATM ATR

M dm 2

P

MAPK

A bbau

W achs tum sfakto r-hype rstim u la tion

Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53

p53

M dm 2p53

M dm 2 p19 /A rf

M dm 2 p19 /A rf

p53

P

D N A -S chaden

DNA-PKATM ATR

M dm 2

P

MAPK

A bbau

W achs tum sfakto r-hype rstim u la tion

Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53

p53

M dm 2p53

M dm 2 p19 /A rf

M dm 2 p19 /A rf

p53

P

D N A -S chaden

DNA-PKATM ATR

M dm 2

P

MAPK

A bbau

W achs tum sfakto r-hype rstim u la tion

Induktion von:p21G A D D 4514-3 -3 -Zellzyklus-Arrest

Regulation der CDK-Aktivität: Regulation von p53

Regulation der CDK-Aktivität: Übersicht

inaktivCDK

CyclinCyclin

aktiv

T160 PCDK

Cyclin

CDKinaktiv

P

CyclinkonzentrationP

G1 S M G1ATP

Regulation der CDK-Aktivität: Übersicht

inaktivCDK

CyclinCyclin

aktiv

T160 PCDK

Cyclin

CDKinaktiv

P

Cyclinkonzentration

PhosphorylierungDephosphorylierung

G2 M

G1 S M G1

G2 M

ATP

CDK

CyclinT14

Y15

P

Pinaktiv

T160 P

ATP

Pi

Regulation der CDK-Aktivität: Übersicht

inaktiv

inaktivCDK

CyclinCyclin

aktiv

T160 PCDK

Cyclin

T160 PCDK

CKI

CDKinaktiv

Cyclin

CKI

P

Cyclinkonzentration

PhosphorylierungDephosphorylierung

CDK-Inhibitoren

G1 S

G2 M

G1 S M G1

G2 M

ATP

CDK

CyclinT14

Y15

P

Pinaktiv

T160 P

ATP

Pi

M

S

G1G2

Cyclin-abhängige Kinasen: Motoren und Schalter des Zellzyclus

R

Dephosphorylierung Cyclinabbau

Cyclinsynthese

Inhibitoren

pRb/E2F

Lamin-P