Cycline

Der Zellzyklus

Der Zellzyklus, vereinfacht dargestellt
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende.

Hier sehen wir den Zellzyklus in einer vereinfachten und einigermaßen maßstabsgerechten Form.

An drei Stellen des Zellzyklus, den sogenannten Kontrollpunkten, können bestimmte Enzyme, nämlich die Cycline, steuernd in den Zyklus eingreifen.

Es gibt drei Kontrollpunkte des Zellzyklus und vier Cycline, die zu verschiedenen Zeiten des Zyklus aktiv sind und danach schnell wieder abgebaut werden.

Cyclin D

Dieses Cyclin wird zu Beginn der G1-Phase produziert, und seine Konzentration steigt bis zur Mitte des Zellzyklus kontinuierlich an. Während der G2-Phase und erst recht in der Mitose nimmt die Konzentration dann wieder kontinuierlich ab.

Cyclin D, Verlauf der Konzentration während des Zellzyklus
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Cyclin D bindet an cyclinabhängige Kinasen, und zwar an CDK4 und CDK6. Diese Enzyme werden dadurch aktiviert. Kinasen übertragen Phosphatgruppen auf andere Enzyme. In diesem Fall wird das Retinoblastom-Protein (pRb) phosphoryliert und dadurch aktiviert. Das so aktivierte pRb wiederum aktiviert bestimmte Transkriptionsfaktoren, so dass wichtige Enzyme für die Replikation der DNA exprimiert hergestellt werden können.

In bestimmten Tumorzellen findet man eine Überproduktion von Cyclin D, daher gilt Cyclin D als möglicher Kandidat für die Entstehung von bestimmten Krebsarten wie Brustkrebs ^[2].

Cyclin E

Wenn die Konzentration von Cyclin D einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird die Synthese eines zweiten Cyclins eingeleitet; Cyclin E wird exprimiert. Dieses Cyclin ist essentiell für die S-Phase. Ist die Cyclin D-Konzentration nicht hoch genug, so verbleibt die Zelle in der G1-Phase bzw. in der G0-Phase, falls es sich um eine differenzierte Zelle handelt.

Cyclin E bindet an CDK2, eine weitere cyclinabhängige Kinase. Der Komplex aus Cyclin E und CDK2 phosphoryliert den Cyclin D-Inhibitor p27^Kip1, was dann zur Expression von Cyclin A führt.

Cyclin E, Verlauf der Konzentration während des Zellzyklus
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Cyclin A

Cyclin A hat zwei Aufgaben im Zellzyklus

S-Phase

Das Cyclin A bindet ebenfalls an CDK2. Der Cyclin A/CDK2-Komplex ist einer der Initiationsfaktoren der DNA-Replikation, gleichzeitig sorgt dieser Komplex auch dafür, dass nur eine Replikation pro Zellzyklus stattfindet.

Mitose

Cyclin A soll auch am Übergang von der G₂-Phase zur M-Phase (Mitose) beteiligt sein. Genaueres weiß man aber dazu noch nicht.

Cyclin B

Dieses Cyclin ist wichtig für den Eintritt des Zellzyklus in die M-Phase, also in die Mitose. Cyclin B bindet an die cyclinabhängige Kinase 1 (CDK1) und bildet den Cyclin B/CDK1-Komplex. Dieser Komplex aktiviert Enzyme, die beispielsweise für die Bildung des Spindelapparates zuständig sind, aber auch das endoplasmatische Reticulum einschließlich der Kernhülle "bearbeiten" können.

Wirkung, Aktivierung und Hemmung von Cyclin B
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Diese Graphik habe ich mit Hilfe der Informationen aus [3] erstellt. Cyclin B bindet zunächst an CDK 1, der Cyclin B/CDK1-Komplex ist aber noch inaktiv, daher wurde er in grauer Farbe dargestellt.

Die Serin/Threonin-Kinasen Myt1 und Wee1 übertragen je eine Phosphatgruppe auf den Komplex, der dadurch nicht nur inaktiv bleibt, sondern auch noch gehemmt wird.

Erst in Anwesenheit der Cdc25-Phosphatase werden die beiden Phosphatgruppen wieder entfernt, und der Cyclin B/CDK1-Komplex wird aktiv, kann also viele Enzyme phosphorylieren, die für die Einleitung der Mitose verantwortlich sind.

Wie funktioniert nun der Kontrollpunkt 2 des Zellzyklus (siehe Abbildung 1)?

Nun, wenn es zu irgendwelchen DNA-Schäden gekommen ist, werden die Verbindungen CHK1 und CHK2 produziert. Diese Verbindungen hemmen aber die Cdc25-Phosphatase. Der Cyclin B/CDK1-P-P-Komplex kann nicht mehr dephosphoryliert werden, und der Komplex verharrt in dem inaktiven gehemmten Zustand. Eine Mitose wird so verhindert.