In den meisten Spezies, einschließlich Schizosaccharomyces cerevisiae, bleibt die Cdc2/Cyclin B mitoseinduzierende Kinase während der Interphase durch Phosphorylierung von Tyrosinresten in der Cdc2-ATP-Bindungsregion gehemmt. Diese Stelle wird durch die Wee1-Kinase phosphoryliert und durch die Cdc25-Phosphatase dephosphoryliert. In der Spalthefe wurde ein weiteres Element der G2/M-kontrollierten Nim1/Cdr1-Kinase als effektiver Mitose-Induktor identifiziert. Diese Studien deuten darauf hin, dass Nim1 durch Hemmung von Wee1 wirkt, möglicherweise durch direkte Phosphorylierung. Im Einklang mit diesem Modell berichten wir hier, dass Wee1 in Zellen, die Nim1 überproduzieren, hyperphosphoryliert ist. Ebenso war die Wee1-Phosphorylierung in nim1-Zellen reduziert. Die hochgereinigte Nim1-Kinase phosphoryliert Wee1 in vitro und hemmt dadurch die Wee1-Kinase stark. Diese Beobachtungen zeigen, dass Nim1 den Beginn der Mitose durch Hemmung von Wee1 fördert.

Einleitung

Der G2-M-Phasenübergang bei Eukaryoten wird durch die synergetischen und entgegengesetzten Aktivitäten einer Reihe einzigartiger Proteinkinasen und Phosphatasen reguliert. Diese Kaskade konvergiert auf Cdc2, eine Serin/Threonin-Proteinkinase, die für den Eintritt in die Mitose erforderlich ist. In Schizosaccharomyces pombe wird die Inaktivierung des Cdc2/Cyclin B-Komplexes durch Phosphorylierung von Tyrosin 15 durch Wee1 erreicht. Die Rolle der Wee1-Kinase ist entgegengesetzt zu der der Cdc25-Phosphatase, die das Cdc2-Phosphat an Tyrosin 15 dephosphoryliert und den Cdc2/Cyclin B-Komplex aktiviert. Über die regulatorischen Signale stromaufwärts von cdc25 und wee1 ist wenig bekannt. Genetische Untersuchungen deuten darauf hin, dass der Mitose-Induktor nim1/cdr1 stromaufwärts von wee1 wirkt und möglicherweise ein negativer Regulator von wee1 ist.

Wee1

Wee1 ist eine nukleäre Kinase, die zur Proteinkinase-Ser/Thr-Familie in S. pombe gehört. Mit einem Molekulargewicht von 96 kDa ist Wee1 ein wichtiger Regulator des Zellzyklus. Sie verhindert den Eintritt der Zellen in die Mitose durch Hemmung von Cdk1, was die Zellgröße beeinflusst. Wee1 besitzt Homologe in vielen anderen Organismen, einschließlich Säugetieren. Die Regulation der Zellgröße ist essenziell, um die Zellfunktion sicherzustellen. Neben Umweltfaktoren wie Ernährung, Wachstumsfaktoren und funktioneller Belastung wird die Zellgröße auch durch den Zellgrößen-Kontrollpunkt reguliert. Wee1 ist Teil dieses Kontrollpunkts. Es ist eine Kinase, die den Zeitpunkt des Eintritts in die Mitose bestimmt und damit die Größe der Tochterzellen beeinflusst. Da die Zellteilung vorzeitig erfolgt, führt der Verlust der Wee1-Funktion zu Zellen, die kleiner als normale Tochterzellen sind. Ihr Name stammt aus dem schottischen Dialektwort "wee", was "klein" bedeutet – ihr Entdecker, Paul Nurse, arbeitete zum Zeitpunkt der Entdeckung an der Universität Edinburgh in Schottland.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Wee1.

Funktionen

G2/M-Kontrollpunkt: Wee1 phosphoryliert die Aminosäuren Tyr15 und Thr14 von Cdk1 und reduziert dadurch die Kinaseaktivität von Cdk1 und verhindert den Eintritt in die Mitose; in Schizosaccharomyces pombe kann weiteres Zellwachstum erfolgen. Es wurde gezeigt, dass die durch Wee1 vermittelte Cdk1-Inaktivierung das Ergebnis von Substratkonkurrenz ist. Während des Mitoseeintritts wird die Wee1-Aktivität durch mehrere Regulatoren reduziert, sodass die Cdk1-Aktivität erhöht wird. In Schizosaccharomyces pombe befindet sich eine Proteinkinase, Pom1, am Zellpol. Diese aktiviert den Weg, über den Cdr2 Wee1 durch Cdr1 hemmt. Cdk1 selbst reguliert Wee1 negativ durch Phosphorylierung, was zu einer positiven Rückkopplungsschleife führt. Eine alleinige Reduktion der Wee1-Aktivität reicht nicht aus, um in die Mitose einzutreten: Auch die Cyclin-Synthese und die durch Cdk-aktivierte Kinase (CAK) vermittelte Phosphorylierung sind erforderlich.

Zellgrößen-Kontrollpunkte: Es gibt Hinweise auf Zellgrößen-Kontrollpunkte, die verhindern, dass kleine Zellen in die Mitose eintreten. Wee1 spielt bei diesem Kontrollpunkt eine Rolle, indem es Zellgröße und Zellzyklusfortschritt koordiniert.

DNA-Schadenskontrollpunkt: Auch dieser Kontrollpunkt steuert den G2/M-Übergang. In Schizosaccharomyces pombe verzögert dieser Kontrollpunkt den Mitoseeintritt von Zellen mit DNA-Schäden, wie sie beispielsweise durch Gammastrahlen verursacht werden. Die Verlängerung der G2-Phase hängt von Wee1 ab; der wee1-Mutant zeigt nach γ-Bestrahlung keine verlängerte G2-Phase.

Referenzen:

1. Parker, L. L; et al. Phosphorylierung und Inaktivierung des mitotischen Inhibitors Weel durch die nim1/cdr1-Kinase. Nature, 363(6431), 736–738.