Leland Hartwell

yeast S. cerevisiae は動物細胞と同様に　　G1期 -> S期が、細胞周期の律速

S期を過ぎると、通常、一定時間後Ｍ期に到達する（細胞分裂）。

分子細胞生物学 Fig.13-22

S. cerevisiaebudding yeastは、bud の大きさで、cell cycle のどのステージにいるかがわかる。cdc変異を単離する時、bud が特定の大きさの細胞ができる変異に注目。-> 特定のステージで止った細胞。

分裂

出芽

多くの温度感受性 (ts) 変異株（25℃で成育、37℃で増殖が止る）のなかで、すべての細胞が、一定の大きさの bud で（細胞周期の特定のステージで）、成育をとめるものを、単離した。

bud なし cdc28 S期への以降に必須中程度の bud 大きな bud cdc7

cdc28 遺伝子の単離　-> kinase リン酸化酵素S. pombe の cdc2 遺伝子と類似　　　S. pombe では　cdc2 は　G2 -> M に必要

cdc28 タンパク質と結合して作用する　cyclin 遺伝子 CLN1 CLN2 G1 cyclin G1 -> S にのみ作用 CLN3

G1期 S期cdc28

yeast では、cyclin依存性リン酸化酵素CDK は１種類（S. pombe: cdc2, S. cerevisiae: cdc28）

種々のcyclin と結合することで、異なるタンパク質をリン酸化する。mitotic cyclin (cyclin B) , G2 -> MG1 cyclin (cyclin D, E; CLN1,2,3) G1 -> S

cdc28- は「budなし」で止る 各ステージに必要な酵素の遺伝子が発見された

cdc7

cdc28- cdc7- cdc7- はDNA 合成直前で止る

yeast, S. cerevisiae cyclin + CDK

G1-cyclin + CDK

S-phase cyclin + CDK

mitotic cyclin + CDK

S-phase as well asmitotic cyclin + CDK

分子細胞生物学 Fig.13-26

CDKはどのcyclinと結合するかで、リン酸化酵素として働く時期と、リン酸化する基質タンパク質が異なる。

CDK: cdc28 遺伝子産物

cyclin 色々な種類がある。cyclinが合成される時期によりリン酸化酵素として働く時期が決まる。

Cell Cycle の調節 （cyclin-cdk のリン酸化活性の調節）　

MPF (cyclin-cdk)によるリン酸化 cyclin のmRNAからの合成Ｇ２－＞Ｍ　染色体の凝集、　microtubles による染色体分割、

細胞分裂　ー＞　cyclin の分解　ー＞　リン酸化能の低下

ubiquitin 化　による　cyclin の分解、　cdk-inhibitorの分解ubiquitin ligase APC (anaphase-promoting complex)mitotic cyclin を分解

ubiquitin ligase SCF リン酸化されたcdk-inhibitor を分解

S-phase promoting factor (SPF) [G1-cyclin-CDK]cdk-inhibitor による　SPF(G1-cyclin-CDK)の阻害G1 -> S への移行　（DNA合成の開始）

cdk のリン酸化、脱リン酸による調節wee-1 kinase, cdc25 phosphatase

G1-Cdk

G1-cyclin

complex Vertebrates S. cerevisiae S. pombeG1-Cdk cyclin D Cdk4, Cdk6 Cln3 Cdk1(cdc28)G1/S-Cdk cyclin E Cdk2 Cln1, 2 Cdk1(cdc28)S-Cdk cyclin A Cdk2, Cdk1 Clb5, 6 Cdk1(cdc28)M-Cdk cyclin B Cdk1 Clb1,2,3,4 Cdk1(cdc28) cyclin Cdk(cdc2)

複数のcyclin がそれぞれの時期に増加しCdkのリン酸化作用を調節cyclinの種類によりリン酸化する相手のタンパク質が異なる。

ubiquitin化（蛋白質分解）による cell cycle の進行

sister chromatidsの分離

mitotic cyclinの不活化MPF活性の消失染色体の脱凝集核膜再形成細胞分裂

CDK阻害蛋白質の分解cyclin-CDKの活性化DNA replication の開始

M期CDK-cyclinB の活性化　-> 核膜の消失、　染色体の凝集

Anaphase Promoting Complex (APC) -> 染色体の分離Ｍ期初期　(methapase)cdc20タンパク質の合成・増加 -> APCを活性化

-> securin をubiquitin 化　分解

分解

Separase がScc1を分解

染色体が分離

APCcdc20

染色体が分離した後、 cdc14 脱リン酸化酵素が放出される。

Cdh1 ---> Cdh1 ---->P cdc14 APC

APC

Cdh1

Mitotic cyclin を分解

kinetochore

複合体形成

Mitotic cyclin (cyclinB)CDK (cdc2)

M期の開始核膜の消失、染色体の凝集　etc.

リン酸化作用

cdc20の増加APC APC

cdc20

染色体を分離

cdc14の増加

Cdh1 -----> Cdh1 --->Pcdc14

APCCdh1脱リン酸化

Mitotic cyclin (cyclinB)を ubiquitin 化　分解

リン酸化作用が低下

核膜の再構成、染色体の脱凝集 etc. M期の終了、　 G1期に移行

G1 cyclin の合成

anaphase promoting complex

G1 cyclin - CDK

G1 cyclin - CDKリン酸化

APC の不活化

G2後期

Mitotic cyclin (cyclinB) の増加分解が止る

M期初期

cyclin B (mitotic cyclin) の分解

cyclin B は常に合成し続けられている。M期の後期に、cyclin B の急激な分解がおこる。ー＞　染色体がうすくなり核膜が再生ー＞　Ｇ1期に移行

種々の生物のＢ型cyclin のＮ末付近の９残基が保存　　destruction box

destruction box の変異　ー＞　cyclin B は分解しなくなる。 ー＞　M期から出られなくなる。

cyclin B の分解は、染色体の脱凝集、および、核が再形成されるのに必要（Ｍ期からの脱出）

Cdh1 は　CDK + G1 cyclin によりリン酸化され、不活性化　(G1, S, G2)

特異的脱リン酸化酵素 cdc14 が　Cdh1 を脱リン酸化すると活性化し、　APC に結合

cyclin B のdestruction box に結合し ubiquitin 化cyclin B を急激に分解

APC: anaphase-promotging complexubiquitin ligase

Cdh1: APC specificity factor, APC を cyclin B に結合させる。

cyclinBの分解

cyclinBCDK

核膜laminをリン酸化 -> 核膜の消失

G1期

Cdh1

cyclin B

APC

ubiquitin 化したcyclin B はproteosome で分解される。

ubiquitin 化タンパク質のアミノ基（Ｎ端またはLys 残基）と共有結合する”分解しろ！”という目印

E1: ubiquitin-activating enzyme, E2: ubiquitin-conjugating enzyme, E3: ubiquitin ligase

細胞の分子生物学 Fig. 17-20

destruction box

APC