CDKs y Ciclinas

1. CDKs y Ciclinas Y. Acosta, N. Akizu, E. Castellanos, A. Corrionero y M. Ruiz

2. Introducción CDKs y ciclinas • CDKs (Cyclin-Dependent Kinases) • Ser/Thr Kinasas • Fosforilación de histonas, proteínas del citoesqueleto, APC, pRB... • 33-40 kDa • CDK1-4 y CDK6 • Regulación: • Ciclinas • Fosforilación • Inhibidores (CKIs) • REGULACIÓN CICLO CELULAR

3. Introducción • Ciclinas • Reguladoras actividad de CDK • Concentraciones variables a lo largo del ciclo • Ciclinas A, B, D, E • Degradadas por ubiquitinación

4. Introducción Ciclo celular • Se divide en 4 fases: • Fase G1: preparación para la duplicación del DNA; aumento del tamaño y síntesis de proteínas. • Fase S: se produce la duplicación del DNA. • Fase G2: comprobación de la correcta replicación del DNA. • Fase M: condensación del DNA en cromosomas y separación de las cromátidas dando lugar a los dos núcleos de las células hijas. Citocinesis.

5. Ciclo celular

6. CDKs

7. CDKs Clasificación • Clase:α + β • Plegamiento: Protein Kinase-like • Superfamilia: Protein Kinase-like • Familia: Protein Kinase, catalytic subunit • Subfamilia: Serine/Threonin Kinases

8. CDKs Regulación CDK Inactiva INK4 Inhibidores Ciclina CDK-Ciclina Parcialmente activa Cip Inhibidores CAK Fosforilación inhibitoria Ciclina-CDK- P Totalmente activa

9. CDKs Estructura • Región N-terminal (N-lobe): láminas β • PSTAIRE • Región C-terminal (C-lobe): hélices α • Región central: • Centro catalítico • Unión ATP • T-loop

10. CDK2 N-lobe N-lobe PSTAIRE PSTAIRE 90º T-loop T-loop C-lobe C-lobe

11. CDKs CDK2-CDK6 PSTAIRE N-lobe Thr160 PSTAIRE T-loop Thr160 Thr153 Thr153 T-loop CDK2 CDK6 C-lobe RMSD = 1.25

12. CDKs CDK2-CDK5 N-lobe CDK2 CDK5 PSTAIRE T-loop PSTAIRE Thr160 Ser159 T-loop C-lobe RMSD = 1.25

13. CDKs CDK2-CiclinaA CDK2: T-loop PSTAIRE Ciclina A Sustrato ATP Mg

14. Ciclinas

15. Ciclinas Clasificación • Clase: All α-proteins • Plegamiento: Cyclin-like • Superfamilia: Cyclin-like • Familia: Cyclin

16. Ciclinas Estructura • 12 hélices α en dos dominios (90 aa) con idéntico plegamiento: • Caja ciclina (hélices α1- α5) • hélice α3: núcleo hidrofóbico • Hélices α1’- α5’ • Caja de ubiquitinación (9 aa en N-terminal) Right handed 3 helix bundle + 2 α hélices

17. Ciclinas Estructura Caja ciclina α C-terminal α4 α1 α5’ α3 α2’ α3’ α2 α5 α1’ α4’ α N-terminal

18. Ciclinas Superposición de dominios: 3 helix-bundle + 2 hélices α α5 α3 α4 α2 α1 RMSD = 2.50

19. CDKs α4’ a α2 α5 α1’ α3’ α3 α4 α2’ α5’ α1 CiclinaA-CiclinaH RMSD = 2.50

20. CDKs Caja ciclina α5’ α1 α4 α3’ α3 α2’ α2 α5 α1’ α4’ CiclinaA-Ciclina Viral RMSD = 2.50

21. CDK2-CiclinaA

22. Superposición CDK2 CDK2 CDK2/CiclinaA CDK2-P/CiclinaA T-loop PSTAIRE RMSD=1.49

23. Superposición CDK2 CDK2-CDK2/ciclina CDK2/ciclinaA CDK2 PSTAIRE Thr160 T-loop CDK2/ciclinaACDK2 (T-loop) (T-loop) Thr160 Giro reverso Hélice αL12 Hojas β RMSD=1.39

24. Superposición CDK2 CDK2/ciclinaA -CDK2-P/ciclinaA CDK2/CiclinaA PSTAIRE T-loop CDK2-P/CiclinaA RMSD=0.80

25. Interacciones CDK2

26. Interacciones CDK2 Interacciones THR160 Arg50 Arg50 Thr160 Arg150 Arg150 Arg126 Thr160 Arg126 CDK2 CDK2/ciclinaA

27. Interacciones CDK2 Interacciones THR160 CDK2/ciclinaA CDK2-P/ciclinaA Arg50 Arg50 Arg150 Arg126 Arg126 Thr160 Thr160

28. Interacciones CDK2 Sustrato y ATP/Mg PSTAIRE ATP Mg Sustrato T-loop

29. Interacciones CDK2 ATP/Mg - CiclinaA + CiclinaA Lys33 Lys33 ATP Asp145 Glu51 Glu51 Mg Asp145

30. Interacciones CDK2 Interacciones sustrato Lys33 ATP Glu51 Asp145 Mg Phe267 Sustrato Ile270 Arg169 T-loop

31. Interacciones CDK2-CiclinaA

32. Interacciones CDK2-ciclinaA Interacciones CDK2-CiclinaA CDK2: T-loop PSTAIRE Ciclina A Sustrato ATP Mg

33. Interacciones CDK2-ciclinaA Interacciones CDK2-CiclinaA

34. Interacciones CDK2-ciclinaA Hidrofóbicas CDK2 His71 Val69 Leu72 Ile52 Ile49 Leu54 CiclinaA Leu299 Phe304 Leu263 Leu306 Ala307 Phe267

35. Interacciones CDK2-ciclinaA Puentes de Hidrógeno

36. Interacciones CDK2-ciclinaA Van der Waals

37. Interacciones CDK2-ciclinaA Van der Waals CDK2 Ile52 Leu54 Ala151 Phe152 Tyr159 CiclinaA Leu299 Phe207 Ala307 Phe267 Ile182 Ile270

38. Conservación de residuos funcionales

39. Conservación de residuos CDKs 1 Interacción con ciclina Interacción Thr160 Interacción ATP/Mg PSTAIRE 98 Aa conservados

40. Conservación de residuos CDKs 99 Interacción con ciclina Interacción Thr160 Interacción ATP/Mg T-loop 228 Aa conservados

41. Conservación de residuos Ciclinas 151 Interacción con CDK Interacción intramolecular Caja ciclina 282

42. Conservación de residuos Ciclinas 283 Interacción con CDK Interacción intramolecular Caja ciclina 350

43. Inhibición por p27Cip

44. Inhibición por p27 Inhibidores • Familia Kip/Cip • Inhibición de la forma totalmente activa • Ej: p27Cip y p21Cip inhiben CDK2 y CDK4 • Familia INK4: • Inhibición de la unión de ciclina a CDK. • Inhibición del complejo activo. • Ej: p16INK4a inhibe CDK6 • Proteína Wee: • Inhibición por fosforilación de Thr14-Tyr15 de CDK.

45. Inhibición por p27 Interacción con CDK2/ciclinaA CiclinaA p27 • Dos mecanismos: • - Cambio conformacional • - Mimetización ATP CDK2

46. Inhibición por p27 Cambio conformacional CDK2 CDK2-P/ciclinaA + p27 CDK2-P/ciclinaA CDK2/ciclinaA RMSD=0.72

47. Inhibición por p27 Mimetización ATP + p27 + ATP Lys33 Lys33 Glu51 Glu81 Glu81 Tyr88 Glu51 Leu58 Leu83 Leu83 Leu58

48. Ciclina del Herpesvirus murino

49. Ciclina herpesvirus Ciclinas virales • γ-herpesvirus • Relacionado con desórdenes neoplásicos: • Ej: HSV, γ-herpesvirus murino... • Mecanismo: presenta homólogos de ciclina (V-, K- y M-ciclinas) que forman complejos con CDKs, impidiendo su inhibición. INDUCCIÓN CICLO CELULAR

50. CDKs CiclinaA-Ciclina Viral α3’ α2’ α5’ α1’ α2 Caja ciclina α4’ Asp220 α1 Glu283 α4 α3 Leu297 α5 Leu255 RMSD=2.50