Der Zellteilungszyklus 7 (Cdc7) ist eine Serin-Threonin-Kinase, die für die Regulierung des normalen Zellzyklusfortschritts unerlässlich ist. Die Cdc7-Kinase ist während der Evolution hochgradig konserviert, und die biologische Rolle der Cdc7-Kinase beim Menschen wurde durch das Studium niedriger Eukaryoten, insbesondere Hefen, verstanden. Zwei wichtige regulatorische Proteine, Dbf4 und Drf1, binden und regulieren die Kinaseaktivität der menschlichen Cdc7, wobei letzteres mehrere Stellen an Mcm2 (Minichromosomen-Erhaltungsprotein 2) phosphoryliert, das für die DNA-Entwindung erforderlich ist, die für die Genomduplikation notwendig ist, eine der sechs Untereinheiten des Enzyms. Durch die Regulierung der DNA-Synthese und der DNA-Schadenreaktion, zwei Schlüssel-Funktionen des Überlebens von Tumorzellen, ist Cdc7 zu einem attraktiven Ziel für die pharmakologische Hemmung geworden.

Rolle bei DNA-Schäden und DNA-Replikationsstress

Der richtige Umgang mit gestoppten oder beschädigten Replikationsgabeln ist entscheidend für die Zelllebensfähigkeit. Zellen mit Defekten in der Checkpoint-Regulation erlauben es DNA-Schäden, durch den Zellzyklus in die Mitose einzutreten, was zu mitotischen Katastrophen und Zelltod führt. Checkpoint-Reaktionen treten an Schlüsselstellen im Zellzyklus auf und bestehen aus Mediatorproteinen, die Checkpoint-Kinasen aktivieren, und Effektorproteinen, die die Effekte des Checkpoints ausführen. Die Cdc7-Kinase ist an zwei Phasen der Checkpoint-Reaktion beteiligt. Cdc7 interagiert mit und phosphoryliert das Claspin, das erforderlich ist, um den ATR–Chk1-Checkpoint zu aktivieren. In einem Hefemodell hängt die Phosphorylierung von Mrc1 (entspricht dem Claspin in Hefe) von dem Cdc7-Hefehomolog Hsk1 ab, das erforderlich ist, um die Hefeeffekt-Checkpoint-Kinase Cds1 zu aktivieren. In anderen Hefemodellen spielt Cdc7 eine Rolle bei der kontinuierlichen Aktivierung der Rad53-Checkpoints als Reaktion auf Hydroxyurea. In Xenopus-Eiextrakten wird Cdc7 durch das DNA-störende Mittel Etoposid inaktiviert, während die Reaktion auf dasselbe Mittel in menschlichen Modellen herunterreguliert wird. Daher spielt Cdc7 in nicht-klinischen Modellen eine wichtige Rolle bei der Vermittlung und Beeinflussung der Cdc7-Checkpoint-Reaktion. Es ist jedoch unklar, ob diese Funktionen von Cdc7 in menschlichen Modellen ebenso wichtig sind. Tatsächlich wurde gezeigt, dass die Blockade von Replikationsgabeln in menschlichen Zellen die Aktivität von Cdc7 nicht verändert. Aber es ist klar, dass der Verlust der Cdc7-Funktion zu einem S-Phasen-Stillstand, DNA-Fragmentierung und Zelltod führen kann, wenn die Checkpoint-Reaktion aufgehoben wird.

Regulation der Cdc7-Kinase

In keimenden Hefen bleiben die Cdc7-Spiegel während des gesamten Zellzyklus konstant, und die Regulation der Kinaseaktivität erfolgt hauptsächlich durch die Bindung anderer Proteine, die während des Zellzyklus Spitzen und Täler erreichen. Der erste dieser Proteinregulatoren wurde während der Forschung zur Cdc7-Kinase in keimenden Hefen entdeckt, als das DBF4-Gen entdeckt wurde, während man nach gestoppten Mutanten in Form von Hanteln suchte (was auf einen Defekt bei der Initiierung der DNA-Synthese hinweist). Das transkribierte Protein Dbf4 (dumbbell-forming factor 4) bindet und aktiviert Cdc7 und wird durch posttranskriptionale und posttranslationale Modifikationen reguliert. Die Dbf4-Spiegel beginnen während G1 zu steigen, was teilweise erklärt, warum die Cdc7-Kinaseaktivität an der G1/S-Grenze liegt.

Ähnlichkeiten zwischen den Cdks und der Cdc7-Kinase

Bei der Kontrolle des G1/S-Prozesses wurden drei cyclinabhängige Kinasen (Cdks) als Schlüsselregulatoren identifiziert (Cyclin D/Cdk4, Cyclin E/Cdk2 und Cyclin A/Cdk2). Die sequenzielle Aktivierung dieser Kinasen führt zur Phosphorylierung des Retinoblastom-Proteins (pRb) und seiner verwandten Familienmitglieder p107 und p130. Anschließend werden E2F-Transkriptionsfaktoren aktiviert und induzieren die Expression anderer Gene, die für die DNA-Synthese erforderlich sind, einschließlich Cyclin E. Drei Cdks, Cdk2 (auch eine Serin-Threonin-Kinase) aktivieren zusammen mit Cdc7 den Initiations-Replikationskomplex und initiieren den DNA-Replikations- und Gabelungsprozess durch die Regulation von Mcm2. Kürzlich wird das Protein CINP, das mit Cdk2 interagiert, als funktionale Verbindung zwischen Cdk2 und Cdc7 bei der Entstehung von Erregung betrachtet und könnte eine Rolle bei der Regulation der beiden Kinasen bei der Aktivierung von Mcm2 spielen.

Referenz:

1. Swords R; et al. Cdc7 kinase – A new target for drug development. European Journal of Cancer, 2010, 46(1):0-40.