Cyclin-abhängige Kinase 7 ist ein Enzym, das beim Menschen durch das CDK7-Gen kodiert wird. Die Monomere von 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 entsprechender Substrate, treiben die verschiedenen Prozesse des Zellzyklus voran, vollenden die DNA-Synthese und Mitose in Folge und verursachen Zellwachstum und -proliferation. Im menschlichen Genom wurde festgestellt, dass 21 CDKs und mehr als 15 Cycline kodiert werden. Je 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 Informationen in der Regulierung des Zellzyklus verbunden, während CDK 7/8/9/10 hauptsächlich mit dem Transkriptionsmechanismus intrazellulärer genetischer Informationen in Verbindung steht.

Abbildung 1. Proteinstruktur von CDK7.

Einführungen

CDK7 hat die Funktion, Kinasen zu aktivieren. Der aus CDK7, CyclinH und MAT1 bestehende CDK-aktivierende Kinase (CAK) Komplex kann eine Vielzahl von CDK (1, 2, 4, 6) Kinasen phosphorylieren, die an der Regulierung des Zellzyklus beteiligt sind. Zum Beispiel treibt CDK2, das den Zellzyklus in die S-Phase führt, und CDK1, das den Zellzyklus in die Mitose führt, den Beginn, den Fortschritt und das Ende des Zellzyklus. Andererseits ist CDK7 hauptsächlich an der Regulierung des Transkriptionsprozesses beteiligt, und es kann Ser-Reste an den Positionen 5 und 7 der carboxyterminalen Domäne (CTD) der großen Untereinheit der RNA-Polymerase II phosphorylieren, was die Initiation 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 Ziel für die Behandlung von bösartigen Tumoren angesehen.

Strukturelle Merkmale von CDK7

CDK7 hat eine klassische Protein-Kinase-Faltung, einschließlich des N-terminalen (13-96 Reste) und des C-terminalen (97-311 Reste) Kinase-Blattes. Das N-terminale Kinase-Blatt besteht hauptsächlich aus β-Faltblatt und einer α-Helix, und das C-terminale Kinase-Blatt besteht hauptsächlich aus α-Helix. Es gibt eine Lücke zwischen den Resten 44 und 55 des N-terminalen Kinase-Blattes, die der Verbindung zwischen der β3-Faltung und der α-Helix entspricht. Darüber hinaus enthalten die Reste 1 bis 12 und 312 bis 346 eine mögliche nukleare Lokalisierungssequenz. Die ATP-Bindungsstelle befindet sich zwischen den N-terminalen und C-terminalen Kinase-Blättern und ist hoch konserviert. Die αC-Helix des N-terminalen Kinase-Domäne enthält NRTALRE-ähnliche Sequenzen, die anderen CDK-Familienuntertypen entsprechen, die an cyclin-ähnliche 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 eine wichtige Rolle im Zellzyklus, bei der Transkription und der DNA-Schadenreparatur spielt. CDK7-CyclinH-MAT1 ist auch eine Untereinheit des universellen Transkriptionsfaktors TFIIH. TFIIH besteht aus zehn Untereinheiten, von denen 7 Untereinheiten (p62, p52, p44, p34, XPD, XPB und TTDA) die Kernstruktur bilden. Kombiniert mit der Kernstruktur von TFIIH nach der Interaktion mit XPD. Der Transkriptionsprozess von RNA kann in drei Phasen unterteilt werden: Initiation, Verlängerung und Termination. In der Anfangsphase der Transkription wirkt die DNA-Helikase in TFIIH auf das DNA-Fragment des Kernpromotors, und CDK7 kann Ser-Reste an den Positionen 5 und 7 der CTD der RNA-Polymerase II phosphorylieren, was die Promotorfreigabe fördert und die Transkription weiter anregt. Die Aktivierung von CDK7 kann den Abgang des Transkriptionsfaktors TFIHI und die Rekrutierung des nukleosidanalogen DRB-sensitiven Induktionsfaktors (DSIF) und des negativen Verlängerungsfaktors (NELF) fördern, was zu einer Transkriptionsbeendigung in der Nähe der Promotorregion führt. CDK7 aktiviert CDK9, indem es die CDK9 T-Schleifenregion phosphoryliert. Das aktivierte CDK9 phosphoryliert den RNA-Polymerase II CTD Ser-Rest an Position 2 und phosphoryliert auch die RD-Untereinheit von NELF und die SPT5-Untereinheit von DSIF. NELF verschwindet, was es der Transkription ermöglicht, fortgesetzt zu werden. CDK7 spielt eine scheinbar widersprüchliche Funktion bei der Etablierung und Freigabe der Transkriptionsbeendigung. Tatsächlich ist diese kurze Pause vor der Rekrutierung des Transkriptionsverlängerungsfaktors und der Aktivierung von CDK9 dazu gedacht, die Transkription besser zu fördern.

Referenz:

1. Fisher RP; et al. A novel cyclin associates with MO15/CDK7 to form the CDK-activating kinase. Cell. 1994, 78 (4): 713–24