Cyclin-abhängige Kinase 7 ist ein Enzym, das beim Menschen durch das CDK7-Gen kodiert wird. Die Monomere der CDK sind nicht aktiv und müssen mit den entsprechenden Cyclinen (Cyclins) kombiniert werden, um aktive Isoformen zu bilden. Dimer-Komplexe spielen eine regulatorische Rolle bei der Katalyse der Phosphorylierung der entsprechenden Substrate, treiben die verschiedenen Prozesse des Zellzyklus an, vervollständigen nacheinander die DNA-Synthese und Mitose und bewirken so Zellwachstum und -proliferation. Es wurde festgestellt, dass das menschliche Genom 21 CDKs und mehr als 15 Cycline kodiert. Nach ihren Funktionen können CDKs in zwei Kategorien unterteilt werden: CDKs, die den Zellzyklus steuern, und CDKs, die von Zellen transkribiert werden. Unter ihnen sind CDK1/2/4/6 hauptsächlich mit der Replikation genetischer Information in der Zellzyklusregulation verbunden, während CDK7/8/9/10 hauptsächlich mit dem Transkriptionsmechanismus der intrazellulären genetischen Information in Zusammenhang stehen.

Abbildung 1. Proteinstruktur von CDK7.

Einführungen

CDK7 besitzt die Funktion einer aktivierenden Kinase. Der CDK-aktivierende Kinase (CAK)-Komplex, bestehend aus CDK7, CyclinH und MAT1, kann verschiedene an der Zellzyklusregulation beteiligte CDK(1, 2, 4, 6)-Kinasen phosphorylieren. Zum Beispiel dominieren CDK2, das den Zellzyklus in die S-Phase überführt, und CDK1, das den Zellzyklus in die Mitose überführt, den Beginn, den Verlauf und das Ende des Zellzyklus. Andererseits ist CDK7 hauptsächlich an der Regulation des Transkriptionsprozesses beteiligt und kann Serinreste an den Positionen 5 und 7 der Carboxyterminaldomäne (CTD) der großen Untereinheit der RNA-Polymerase II phosphorylieren, was die Initiierung der Transkription fördert. Immer mehr Studien zeigen, dass CDK7 eng mit dem Auftreten von Tumoren wie Leukämie, triple-negativem Brustkrebs, kleinzelligem Lungenkrebs, Magenkrebs und Neuroblastom verbunden ist. Daher wird CDK7 als potenzielles Arzneimittelziel für die Behandlung bösartiger Tumoren angesehen.

Strukturelle Merkmale von CDK7

CDK7 besitzt einen klassischen Proteinkinase-Falt, einschließlich des N-terminalen (13-96 Aminosäuren) und C-terminalen (97-311 Aminosäuren) Kinaseblatts. Das N-terminale Kinaseblatt besteht hauptsächlich aus β-Faltblatt und einer α-Helix, und das C-terminale Kinaseblatt besteht hauptsächlich aus α-Helices. Zwischen den Aminosäuren 44 bis 55 des N-terminalen Kinaseblatts befindet sich eine Lücke, die der Verbindung zwischen der β3-Faltung und der α-Helix entspricht. Darüber hinaus enthalten die Aminosäuren 1 bis 12 und 312 bis 346 eine mögliche nukleäre Lokalisationssequenz. Die ATP-Bindungsstelle befindet sich zwischen dem N-terminalen und C-terminalen Kinaseblatt und ist hoch konserviert. Die αC-Helix der N-terminalen Kinasedomäne enthält NRTALRE-ähnliche Sequenzen, die anderen CDK-Familien-Subtypen entsprechen, die an cyclinähnliche PSTAIRE-Sequenzen binden.

Biologische Funktion und Mechanismus von CDK7

Als wichtiges Mitglied der CDK-Familie beteiligt sich CDK7 an der Bildung des CDK7-CyclinH-Binärkomplexes oder des CDK7-CyclinH-MAT1-Ternärkomplexes, der durch Phosphorylierung aktiviert wird, um aktives CAK zu erzeugen, das im Zellzyklus, bei der Transkription und der DNA-Schadensreparatur eine wichtige Rolle spielt. CDK7-CyclinH-MAT1 ist auch eine Untereinheit des universellen Transkriptionsfaktors TFIIH. TFIIH besteht aus zehn Untereinheiten, von denen sieben (p62, p52, p44, p34, XPD, XPB und TTDA) die Kernstruktur bilden. Diese verbinden sich mit der Kernstruktur von TFIIH nach der Interaktion mit XPD. Der Transkriptionsprozess der RNA kann in drei Phasen unterteilt werden: Initiation, Elongation und Termination. In der Anfangsphase der Transkription wirkt die DNA-Helikase in TFIIH auf das DNA-Fragment des Kernpromotors, und CDK7 kann Serinreste an den Positionen 5 und 7 der CTD der RNA-Polymerase II phosphorylieren, was die Promotorfreisetzung und die weitere Initiierung der Transkription fördert. Die Aktivierung von CDK7 kann das Verlassen des Transkriptionsfaktors TFIHI und die Rekrutierung des Nukleosidanalogons DRB-sensitive Induktionsfaktor (DSIF) und des negativen Elongationsfaktors (NELF) fördern, was zur Transkriptionstermination in der Nähe der Promotorregion führt. CDK7 aktiviert CDK9 durch Phosphorylierung der CDK9 T-Loop-Region. Das aktivierte CDK9 phosphoryliert das Serinrest 2 der RNA-Polymerase II CTD und phosphoryliert auch die RD-Untereinheit von NELF und die SPT5-Untereinheit von DSIF. NELF verschwindet, wodurch die Transkription verlängert werden kann. CDK7 spielt eine scheinbar widersprüchliche Funktion bei der Etablierung und Freisetzung der Transkriptionstermination. Tatsächlich dient diese kurze Pause vor der Rekrutierung des Transkriptions-Elongationsfaktors und der Aktivierung von CDK9 dazu, die Transkription besser zu fördern.

Referenz:

1. Fisher RP; et al. Eine neuartige Cyclin verbindet sich mit MO15/CDK7, um die CDK-aktivierende Kinase zu bilden. Cell. 1994, 78 (4): 713–24