15.4: Activación e inactivación del complejo ciclina-cdk

A medida que se estaban cribando más levaduras mutantes para detectar cambios en su ciclo celular, se encontraron otros dos genes en los que mutaciones dieron lugar a fenotipos similares. Los mutantes cdc25 no funcionales o wee1 hiperactivos generaron las células demasiado grandes con un solo núcleo y, a la inversa, cdc25 hiperactiva o wee1 inactiva generaron muchas células de tamaño muy inferior. Ambos productos génicos cdc25 y wee1 interactúan con cdk, y de hecho, son reguladores positivos y negativos de cdk, respectivamente. Actuando junto con una enzima más, CAK (quinasa activadora de cdk), activan la cdk (Figura\(\PageIndex{3}\)).

Figura\(\PageIndex{3}\). Activación del complejo mitótico ciclina/cdk

Usando el complejo mitótico ciclina/cdk como ejemplo, la ciclina (cdc13) y cdk (cdc2) se unen para formar un complejo inactivo. El cdk es luego fosforilado por wee1, una quinasa. El fosfato que le pone a la tirosina-15 es necesario para el resto de la secuencia de activación, pero es inhibitorio: en realidad impide la activación final. Pero una vez que Tyr-15 está fosforilado, CAK puede fosforilar una treonina vecina (Thr-161), que se requiere para la activación. Finalmente, cdc25, una proteína fosfatasa, elimina el fosfato en Tyr-15, permitiendo la activación de la cdk por el Thr-161 fosforilado, y el MPF finalmente está en camino. También hay autoamplificación de la activación, ya que una de las dianas de MPF es cdc25, por lo que hay un bucle de retroalimentación positiva en el que la actividad de cdc25 está regulada positivamente por fosforilación.

Como verás en una sección posterior de este capítulo, el MPF realiza muchas funciones, algunas de las cuales previenen el avance de la mitosis más allá de la anafase. Por lo tanto, debe haber una manera de apagar el MPF (y para el caso, cualquier complejo ciclina/cdk) rápida y completamente cuando la célula alcanza la etapa apropiada del ciclo celular. Esto lo confirman los estudios de curso temporal de la actividad de MPF, que muestran una caída precipitada en la actividad en la anafase. Esto coincide con un agotamiento de la ciclina B (cdc13 en S. pombe) debido a una combinación de desactivación de la transcripción del gen y degradación proteolítica específica. La vía de degradación es ahora bien entendida, y es un ejemplo interesante de una especie de regulación de retroalimentación.

Figura\(\PageIndex{4}\). La actividad de MPF y la expresión de la proteína ciclina B aumentan a medida que la célula entra en la mitosis pero caen justo antes de la anafase Sin embargo, los niveles de cdk permanecen estables a lo largo del ciclo celular.

Esencialmente, el MPF asegura su propia destrucción: una de sus dianas de fosforilación es cdc20. Tras la fosforilación, cdc20 se activa y luego activa el complejo promotor de anafase (APC). APC es una ubiquitina ligasa (tipo E3) que poliubiquitina la ciclina del complejo MPF, convirtiéndola en una diana para la degradación proteolítica por un proteosoma. Tenga en cuenta que solo se destruye la ciclina, mientras que la quinasa se deja sola. Sin la ciclina, la quinasa es inactiva y debe esperar a que los niveles de ciclina vuelvan a subir antes de que pueda ser reactivada por una nueva ronda de fosforilación y desfosforilación.

Figura\(\PageIndex{5}\). El MPF y otros complejos ciclina/cdk se inactivan destruyendo la ciclina.