In den meisten Arten, einschließlich Schizosaccharomyces cerevisiae, bleibt die Cdc2/cyclin B mitoseinduzierende Kinase während der Interphase aufgrund der Phosphorylierung von Tyrosin-Resten im ATP-Bindungsbereich von Cdc2 inhibiert. Diese Stelle wird von der Wee1-Kinase phosphoryliert und von der Cdc25-Phosphatase dephosphoryliert. In Spalthefe wurde ein weiteres Element der G2/M-kontrollierten Nim1/Cdr1-Kinase als effektiver mitotischer Induktor identifiziert. Diese Studien legen nahe, dass Nim1 wirkt, indem es Wee1 inhibiert, möglicherweise durch direkte Phosphorylierung. In Übereinstimmung mit diesem Modell berichten wir hier, dass Wee1 in Zellen, die Nim1 überproduzieren, hyperphosphoryliert ist. Ebenso wurde die Phosphorylierung von Wem1 in nim1-Zellen reduziert. Die hochreine Nim1-Kinase phosphoryliert Wee1 in vitro und inhibiert damit stark die Wee1-Kinase. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass Nim1 den Beginn der Mitose fördert, indem es Wee1 inhibiert.

Einführungen

Der Übergang von der G2- zur M-Phase in Eukaryoten wird durch die synergistischen und gegensätzlichen Aktivitäten einer Reihe einzigartiger Proteinkinasen und -phosphatasen reguliert. Diese Kaskade konvergiert auf Cdc2, eine Serin/Threonin-Proteinkinase, die erforderlich ist, um in die Mitose einzutreten. In Schizosaccharomyces pombe wird die Inaktivierung des Cdc2/cyclin B-Komplexes durch die Phosphorylierung von Tyrosin 15 durch Wee1 erreicht. Die Rolle der Wee1-Kinase ist das Gegenteil von der der Cdc25-Phosphatase, die Cdc2-Phosphat auf Tyrosin 15 dephosphoryliert und den Cdc2/cyclin B-Komplex aktiviert. Über die regulatorischen Signale stromaufwärts von cdc25 und wee1 ist wenig bekannt. Genetische Studien legen nahe, dass der Mitoseinduktor nim1/cdr1 stromaufwärts von wee1 wirkt und möglicherweise ein negativer Regulator von wee1 ist.

Wee1

Wee1 ist eine nukleare Kinase, die zur Proteinkinase-Familie Ser/Thr in S. pombe gehört. Mit einem Molekulargewicht von 96 kDa ist Wee1 ein wichtiger Regulator des Zellzyklus. Es hindert Zellen daran, in die Mitose einzutreten, indem es Cdk1 inhibiert, was die Zellgröße beeinflusst. Wee1 hat Homologe in vielen anderen Organismen, einschließlich Säugetieren. Die Regulierung der Zellgröße ist entscheidend, um die Zellfunktion sicherzustellen. Neben Umweltfaktoren wie Ernährung, Wachstumsfaktoren und funktioneller Belastung wird die Zellgröße auch durch den Zellgrößenkontrollpunkt reguliert. Wee1 ist Teil dieses Kontrollpunkts. Es ist eine Kinase, die den Zeitpunkt bestimmt, wann die Zelle in die Mitose eintritt, was die Größe der Tochterzellen beeinflusst. Da die Zellteilung vorzeitig erfolgt, führt der Verlust der Wee1-Funktion zu Zellen, die kleiner sind als normale Tochterzellen. Sein Name stammt von dem schottischen Dialektwort wee, was klein bedeutet - sein Entdecker, Paul Nurse, arbeitete zur Zeit der Entdeckung an der Universität Edinburgh, Schottland.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Wee1.

Funktionen

G2/M-Kontrollpunkt: Wee1 phosphoryliert die Aminosäuren Tyr15 und Thr14 von Cdk1, wodurch die Kinaseaktivität von Cdk1 verringert und verhindert wird, dass sie in die Mitose eintritt; in Schizosaccharomyces pombe kann weiteres Zellwachstum stattfinden. Die von Wee1 vermittelte Inaktivierung von Cdk1 wurde als Ergebnis von Substratwettbewerb nachgewiesen. Während des Mitoseeintritts wird die Aktivität von Wee1 durch mehrere Regulatoren verringert, sodass die Aktivität von Cdk1 erhöht wird. In Schizosaccharomyces pombe befindet sich eine Proteinkinase, Pom1, am Zellpol. Dies aktiviert den Weg, durch den Cdr2 Wee1 über Cdr1 inhibiert. Cdk1 selbst reguliert Wee1 negativ durch Phosphorylierung, was zu einer positiven Rückkopplungsschleife führt. Nur eine reduzierte Wee1-Aktivität reicht nicht aus, um in die Mitose einzutreten: auch die Synthese von Cyclin und die aktivierte Phosphorylierung durch die Cdk-aktivierte Kinase (CAK) sind erforderlich.

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

DNA-Schaden-Kontrollpunkt: Dieser Kontrollpunkt steuert ebenfalls den G2/M-Übergang. In Schizosaccharomyces pombe verzögert dieser Kontrollpunkt den Mitoseeintritt von Zellen mit DNA-Schäden, wie sie durch Gammastrahlen verursacht werden. Die Verlängerung der G2-Phase hängt von Wee1 ab; der wee1-Mutant hat nach γ-Strahlenbestrahlung 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.