사이클린

사이클린은 사이클린 의존성 인산화 효소 (Cyclin-dependent kinase, Cdk)를 활성화 시켜서 세포주기의 진행을 조절하는 단백질의 한 종류이다. 두 가지 세포분열, 즉 유사분열 (mitosis)과 감수분열 (meiosis) 의 진행을 조절하며 세포주기의 진행과정동안 여러 종류의 사이클린이 조절하는 것으로 알려져 있다. 사이클린 단백질은 R. Timothy Hunt가 1982년 성게의 세포주기에 대해 연구하는 도중 발견하였으며 그로인해 2001년 리하트웰, 폴너스와 함께 노벨생리의학상을 수여하게 되었다.

목차

사이클린 단백질의 이름은 그들의 농도가 세포주기에서 주기적으로 변한다는 것에서 비롯되었다. 이러한 그들의 주기적인 농도 변화는 유비퀴틴과 프로테아좀에 의한 분해 작용과 밀접한 관련을 맺고 있다. 이들은 Cdk-단백질, 즉 사이클린 의존적 인산화 효소의 활성을 조절하는데, 그것은 Cdk-단백질과 사이클린이 결합하여 복합체를 형성해야만 Cdk-단백질이 활성을 나타내기 때문이다. 물론 복합체를 형성하더라도 바로 활성을 띠지 않고 추가적으로 붙어있는 인산기를 제거하는 탈인산화 작용이 있어야 활성을 띤다. 결국 사이클린 농도의 주기적인 변화 때문에 Cdk-단백질의 활성도 주기적으로 변화하게 된다.

이러한 Cdk-단백질들의 활성의 변화는 세포주기 조절 시스템에서 중요한 역할을 수행한다. Cdk-단백질들은 특정한 세포주기 시점에서 다음 단계로 넘어가도록 유도하는 역할을 한다. 그림 1은 세포주기동안 활성화된 주요 사이클린을 나타낸다.

그림 1은 세포주기에 따른 주요 사이클린을 보여준다 (그림 1).

그림 1. 세포주기에 따른 사이클린의 변화 (출처: 위키피디아 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cyclin_Expression.svg)

사이클린에는 네 가지 종류가 있는데, G1/S 사이클린, S 사이클린, M 사이클린, 그리고 G1 사이클린이 그것이다. 이들은 각기 서로 다른 세포주기의 시점에서 농도가 증가하고 변하여 세포주기를 조절한다. 구체적인 사이클린의 종류는 아래와 같다.

원래 성게나 붉은빛조개 등의 해산무척추동물에서 수정란의 초기 난할기에서 항구적으로 합성되면서, M기 특이적 단백질분해에 의해 그 양이 M기를 정점(peak)으로 하여 세포주기에 따라 변동한다. 분자량 약 50K의 2종의 단백질로서 동정되어 각각 A유형사이클린(사이클린A), B유형사이클린(사이클린B)이라고 명명하였다.

그 후 진핵세포에는 상동인 단백질이 보편적으로 존재하며, Cdc2 단백질과 복합체를 형성하여 그 단백질인산화효소활성을 발현시키는데 필수적인 조절서브유닛이라고 판명되었다. 사이클린B-Cdc2 단백질복합체가 Cdc2인산화효소이다. 또한 A와 B 이외의 유형의 사이클린이 존재하여 CDK의 조절서브유닛으로서 G1기의 진행을 제어하는 것이 판명되었으며, 이들은 M기 사이클린과 구분하여 G1사이클린이라고 총칭한다.

그러나 G1사이클린에서는 세포주기에 따른 단백질량의 변동이라는 사이클린 원래의 정의가 항상 적용되는 것은 아니다. G1사이클린 중의 대표적인 것은 D와 E 유형이고, 이들의 각각은 주로 CDK4와 CDK2에 결합하며, G1기의 S기로 향한 진행을 초래한다. 사이클린H는 CDK7과 결합하며, 이 복합체는 세포주기에 의존하지 않고 사이클린-CDK복합체군 중의 CDK단백질을 인산화하는 한편, 보편전사인자인 TFIIH의 구성요소가 되기도 한다.

G1/S 사이클린은 S기의 진입에 관련하는 Cdk-G1/S 복합체를 형성한다. G1/S 사이클린은 G1기에서 농도가 증가하여 S기에서 급격히 감소한다. 특정한 Cdk와 함께 형성하는 Cdk-G1/S 복합체는 DNA 복제의 시작을 유도함으로써 S기의 진입에 관여한다.

S 사이클린은 DNA의 복제를 진행시키는데 관여하는 사이클린이다. 이 사이클린들과 Cdk 단백질이 함께 형성하는 Cdk-S 복합체는 DNA 복제를 진행시키며, DNA 가 두번 이상 복제되는 것을 막아 오직 한번만 복제되도록 한다.

M 사이클린은 M기의 진입에 관여하는 사이클린이다.

G1 사이클린은 세포주기에서 M기가 끝난 후에 이 세포를 G0기(휴면기) 또는 다시 G1기로 진행시켜 세포분열을 진행할지 여부를 결정하는데 관여하는 사이클린이다.

각각 사이클린의 구조와 아미노산 서열은 서로 매우 다르다. 그러나 이들은 모두 사이클린 박스를 생성하는 비슷한 100개의 아미노산 서열을 지니고 있다. 또한, 이들은 대체적으로 5개의 알파-나선으로 이루어진 비슷한 구조를 가지고 있다.

세포주기 (cell cycle), 사이클린 의존적 인산화 효소 (Cdk, cyclin-dependent kinase), A유형사이클린(사이클린A), B유형사이클린(사이클린B), Cdc2단백질, 사이클린-CDK복합체군

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