In den meisten Spezies, einschließlich Schizosaccharomyces cerevisiae, bleibt die mitoseinduzierende Cdc2/Cyclin‑B‑Kinase während der Interphase aufgrund der Phosphorylierung von Tyrosinresten in der ATP‑Binderegion von Cdc2 inhibiert. Diese Stelle wird durch die Wee1‑Kinase phosphoryliert und durch die Cdc25‑Phosphatase dephosphoryliert. In der Spalthefe wurde ein weiteres Element der G2/M‑Kontrolle, die Nim1/Cdr1‑Kinase, als wirksamer Mitoseinduktor identifiziert. Diese Studien legen nahe, dass Nim1 durch Inhibition von Wee1 wirkt, möglicherweise durch direkte Phosphorylierung. In Übereinstimmung 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 inhibiert dadurch die Wee1‑Kinase stark. Diese Beobachtungen zeigen, dass Nim1 den Eintritt in die Mitose fördert, indem es Wee1 inhibiert.

Einleitung

Der Übergang von der G2‑ in die M‑Phase bei Eukaryoten wird durch das synergistische und antagonistische Zusammenspiel einer Reihe spezifischer 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 Funktion der Wee1‑Kinase ist derjenigen der Cdc25‑Phosphatase entgegengesetzt, die das Phosphat an Tyrosin 15 von Cdc2 entfernt und den Cdc2/Cyclin‑B‑Komplex aktiviert. Über die regulatorischen Signale stromaufwärts von cdc25 und wee1 ist wenig bekannt. Genetische Daten deuten darauf hin, dass der Mitoseinduktor nim1/cdr1 stromaufwärts von wee1 wirkt und ein negativer Regulator von wee1 sein könnte.

Wee1

Wee1 ist eine nukleäre Kinase und gehört in S. pombe zur Ser/Thr‑Proteinkinase‑Familie. Mit einem Molekulargewicht von 96 kDa ist Wee1 ein zentraler Regulator der Zellzyklusprogression. Es verhindert den Eintritt in die Mitose durch Inhibition von Cdk1, was die Zellgröße beeinflusst. Wee1 besitzt Homologe in vielen anderen Organismen, einschließlich Säugern. Die Regulation der Zellgröße ist essenziell, um die Zellfunktion sicherzustellen. Neben Umweltfaktoren wie Nährstoffversorgung, Wachstumsfaktoren und funktioneller Belastung wird die Zellgröße auch durch den Zellgrößen‑Checkpoint kontrolliert. Wee1 ist Bestandteil dieses Checkpoints. Es handelt sich um eine Kinase, die den Zeitpunkt des Mitoseeintritts bestimmt und damit die Größe der Tochterzellen beeinflusst. Da die Zellteilung vorzeitig erfolgt, führt ein Funktionsverlust von Wee1 zu Zellen, die kleiner als normale Tochterzellen sind. Der Name leitet sich vom schottischen Dialektwort „wee“ (klein) ab – sein Entdecker Paul Nurse arbeitete zum Zeitpunkt der Entdeckung an der University of Edinburgh, Schottland.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Wee1.

Funktionen

G2/M‑Checkpoint: Wee1 phosphoryliert die Aminosäuren Tyr15 und Thr14 von Cdk1, wodurch die Kinaseaktivität von Cdk1 reduziert und der Eintritt in die Mitose verhindert wird; in Schizosaccharomyces pombe kann dadurch weiteres Zellwachstum erfolgen. Es wurde gezeigt, dass die Wee1‑vermittelte Inaktivierung von Cdk1 auf Substratkonkurrenz beruht. Beim Eintritt in die Mitose wird die Wee1‑Aktivität durch mehrere Regulatoren vermindert, sodass die Cdk1‑Aktivität ansteigt. In Schizosaccharomyces pombe ist die Proteinkinase Pom1 an den Zellpolen lokalisiert. Dies aktiviert den Signalweg, über den Cdr2 Wee1 über Cdr1 inhibiert. Cdk1 selbst reguliert Wee1 durch Phosphorylierung negativ, was zu einer positiven Rückkopplungsschleife führt. Eine alleinige Reduktion der Wee1‑Aktivität reicht für den Eintritt in die Mitose nicht aus: Erforderlich sind zudem Cyclin‑Synthese und eine durch die Cdk‑aktivierende Kinase (CAK) vermittelte aktivierende Phosphorylierung.

Zellgrößen‑Checkpoints: Es gibt Hinweise auf Zellgrößen‑Checkpoints, die verhindern, dass kleine Zellen in die Mitose eintreten. Wee1 spielt in diesem Checkpoint eine Rolle, indem es Zellgröße und Zellzyklusprogression koordiniert.

DNA‑Schadens‑Checkpoint: Dieser Checkpoint kontrolliert ebenfalls den G2/M‑Übergang. In Schizosaccharomyces pombe verzögert dieser Checkpoint den Mitoseeintritt von Zellen mit DNA‑Schäden, wie sie beispielsweise durch Gammastrahlung verursacht werden. Die Verlängerung der G2‑Phase ist von Wee1 abhängig; die wee1‑Mutante zeigt nach γ‑Bestrahlung keine verlängerte G2‑Phase.

Referenzen:

1. Parker, L. L; et al. Phosphorylation and inactivation of the mitotic inhibitor Weel by the nim1/cdr1 kinase. Nature, 363(6431), 736–738.