사이클린

3. 기능

사이클린은 세포주기에서 농도가 주기적으로 변하는 단백질이다. 이러한 주기적인 농도 변화는 유비퀴틴과 프로테아좀의 분해작용과 밀접하게 관련되어 있다. 사이클린은 사이클린 의존적 인산화 효소(Cdk)의 활성을 조절하는데, Cdk와 사이클린이 결합하여 복합체를 형성해야만 Cdk가 활성을 띠기 때문이다. 복합체를 형성하더라도 바로 활성을 띠지 않고 추가적으로 붙어있는 인산기를 제거하는 탈인산화 작용이 있어야 한다. 결국 사이클린 농도의 주기적인 변화 때문에 Cdk의 활성도 주기적으로 변한다.

Cdk의 활성 변화는 세포주기 조절 시스템에서 중요한 역할을 한다. Cdk는 특정한 세포주기 시점에서 다음 단계로 넘어가도록 유도한다. 사이클린은 원래 세포 주기 동안 농도가 주기적으로 변하기 때문에 이름이 붙여졌지만, 모든 사이클린이 세포 주기 동안 수준이 변하는 것은 아니다.^[5] 사이클린의 유비퀴틴 매개 프로테아좀 경로에 의한 유전자 발현과 파괴의 변동은 Cdk 활성의 진동을 유도하여 세포 주기를 주도한다. 사이클린은 Cdk와 복합체를 형성하여 활성화되지만 완전한 활성화에는 인산화가 필요하다. 복합체 형성은 Cdk 활성 부위를 활성화시킨다. 사이클린 자체는 효소 활성이 없지만, 일부 기질에 대한 결합 부위가 있으며 Cdk를 특정 세포 내 위치로 표적화한다.^[5]

사이클린은 p34/cdc2/cdk1과 같은 의존성 키나아제와 결합하면 성숙 촉진 인자(MPF)를 형성한다. MPF는 인산화를 통해 다른 단백질을 활성화시킨다. 이 인산화된 단백질은 미세소관 형성 및 크로마틴 리모델링과 같은 세포 분열 동안의 특정 사건을 담당한다.

척추동물 체세포와 효모 세포의 세포 주기에서의 행동을 기반으로 G1 사이클린, G1/S 사이클린, S 사이클린, M 사이클린의 4가지 클래스로 나눌 수 있다.

• G1/S 사이클린은 후기 G1기에 증가하고 초기 S기에서 감소한다. Cdk-G1/S 사이클린 복합체는 주로 G1기에 S기 Cdk 활성을 방지하는 시스템을 중단시킴으로써 DNA 복제의 초기 과정을 유도한다.
• G1 사이클린은 다른 사이클린과 달리 세포 성장 및 외부 성장 조절 신호에 따라 세포 주기 전체에서 농도가 점진적으로 증가한다. G 사이클린은 새로운 세포 주기로의 진입과 세포 성장을 조정한다.
• S 사이클린은 Cdk에 결합하고 복합체는 DNA 복제를 직접 유도한다. S 사이클린의 수준은 S기뿐만 아니라 G2 및 초기 유사 분열 동안에도 높게 유지되어 유사 분열의 초기 사건을 촉진한다.
• M 사이클린 농도는 세포가 유사 분열에 들어가기 시작하면서 증가하고, 중기에 최고조에 달한다. 유사 분열 방추체의 조립과 방추체를 따라 자매 염색 분체의 정렬과 같은 세포 주기의 변화는 M 사이클린-Cdk 복합체에 의해 유도된다. 방추사 조립 검문점이 충족된 후 중기 및 후기 동안 M 사이클린의 파괴는 유사 분열의 탈출과 세포질 분열을 유발한다.^[6]

4. 종류

사이클린은 크게 G1/S 사이클린, S 사이클린, M 사이클린, G1 사이클린의 네 가지로 나뉜다.^[5] 이들은 세포 주기의 서로 다른 시점에서 농도가 증가하여 CDK와 함께 세포 주기를 조절한다.

• G1/S 사이클린: S기 진입에 관여하는 Cdk-G1/S 복합체를 형성한다. G1기에서 농도가 증가하여 S기에서 급격히 감소하며, DNA 복제를 시작하도록 유도한다.
• S 사이클린: DNA 복제를 진행시키고, DNA가 두 번 이상 복제되지 않도록 한다.
• M 사이클린: M기 진입에 관여한다.
• G1 사이클린: M기가 끝난 후 세포를 G0기(휴면기)로 보낼지, 아니면 다시 G1기로 진행시켜 세포 분열을 계속할지 결정하는 데 관여한다.

4. 1. 주요 그룹

• G1/S 사이클린: G1/S 전환에 관여한다.
• 사이클린 A/CDK2: S기에서 활성화된다.
• 사이클린 D/CDK4, 사이클린 D/CDK6, 사이클린 E/CDK2: G1기에서 S기로의 전환을 조절한다.
• G2/M 사이클린: G2/M 전환 (세포 분열)에 관여한다. G2기 동안 축적되며, 세포 분열이 끝나면 급격히 파괴된다.
• 사이클린 B/CDK1: G2기에서 M기로의 진행을 조절한다.

• G1/S 사이클린: G1기 후반에 농도가 증가하고 S기 초기에 감소한다. Cdk-G1/S 복합체는 DNA 복제를 유도하여 S기 진입을 돕는다.
• G1 사이클린: 다른 사이클린과 달리 세포 성장 및 외부 신호에 따라 세포 주기 동안 농도가 점진적으로 증가한다. 세포 성장과 새로운 세포 주기로의 진입을 조절한다.
• S 사이클린: Cdk와 결합하여 DNA 복제를 유도한다. S기뿐만 아니라 G2기, 초기 유사 분열 동안에도 농도가 높게 유지되어 유사 분열의 초기 단계를 촉진한다.
• M 사이클린: 세포가 유사 분열에 들어가면서 농도가 증가하고 중기에 최고조에 달한다. M 사이클린-Cdk 복합체는 방추체 조립, 자매 염색 분체 정렬 등 유사 분열 관련 변화를 유도한다. 중기 및 후기 동안 M 사이클린이 파괴되면 유사 분열이 종료되고 세포질 분열이 일어난다.^[6]

4. 2. 하위 유형

• G1/S 사이클린: S기 진입에 관여하는 Cdk-G1/S 복합체를 형성한다. G1기에서 농도가 증가하여 S기에서 급격히 감소하며, DNA 복제를 시작하도록 유도한다.
• S 사이클린: DNA 복제를 진행시키고, DNA가 두 번 이상 복제되지 않도록 한다.
• M 사이클린: M기 진입에 관여한다.
• G1 사이클린: M기가 끝난 후 세포를 G0기(휴면기)로 보낼지, 아니면 다시 G1기로 진행시켜 세포 분열을 계속할지 결정하는 데 관여한다.

다음 표는 사이클린 계열과 구성원을 나타낸다.

5. 구조

사이클린은 1차 구조인 아미노산 서열은 서로 매우 다르지만, 모두 사이클린 박스를 만드는 비슷한 100개의 아미노산 서열을 가지고 있다. 이들은 대체적으로 5개의 알파-나선으로 이루어진 비슷한 모습을 하고 있다.

5. 1. 사이클린 도메인

6. 기타

다음 인간 단백질은 사이클린 도메인을 포함한다.

CNTD1

7. 역사

R. 티머시 헌트는 1982년 성게의 세포 주기를 연구하던 중 사이클린을 처음 발견했다.^[2][3]

짐 알-칼릴리가 진행한 "The Life Scientific" 인터뷰 (2011년 12월 13일 방송)에서 R. 티머시 헌트는 "사이클린"이라는 이름이 원래 그의 취미인 사이클링에서 따온 것이라고 설명했다. 이름을 지은 후에야 세포 주기에서의 중요성이 명백해졌고, 적절했기에 이름이 굳혀졌다.^[4] 그는 인터뷰에서 "제가 붙인 '사이클린'이라는 이름은 사실 농담이었어요. 당시 제가 사이클링을 너무 좋아해서 그랬는데, 세포 안에서 오고 가기도 하잖아요..."라고 밝혔다.^[4]

리랜드 하트웰, R. 티머시 헌트, 폴 너스는 사이클린과 사이클린 의존성 키나아제의 발견으로 2001년 노벨 생리학·의학상을 수상했다.^[17]

참조

_[1] 논문 Cell cycle regulation and neural differentiation 2003-08
_[2] 논문 Cyclin: a protein specified by maternal mRNA in sea urchin eggs that is destroyed at each cleavage division 1983-06
_[3] 웹사이트 Tim Hunt - Biographical http://nobelprize.or[...]
_[4] 웹사이트 The Life Scientific http://www.bbc.co.uk[...] BBC 2011-12-13
_[5] 서적 The cell cycle: principles of control Oxford University Press 2006
_[6] 논문 Temporal and spatial control of cyclin B1 destruction in metaphase 1999-06
_[7] 논문 Cytometry of cyclin proteins 1996-09
_[8] 논문 Initiation and termination of DNA replication during S phase in relation to cyclins D1, E and A, p21WAF1, Cdt1 and the p12 subunit of DNA polymerase δ revealed in individual cells by cytometry 2015-05
_[9] 논문 Cyclin encoded by KS herpesvirus 1996-08
_[10] 논문 The crystal structure of cyclin A 1995-11
_[11] 논문 Inhibitor binding to active and inactive CDK2: the crystal structure of CDK2-cyclin A/indirubin-5-sulphonate 2001-05
_[12] 논문 A roller coaster ride with the mitotic cyclins 2005-06
_[13] 서적 Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments Wiley
_[14] 논문 C. elegans mitotic cyclins have distinct as well as overlapping functions in chromosome segregation 2009-12
_[15] 논문 The specific roles of mitotic cyclins revealed 2010-01
_[16] 논문 Cell cycle: Cyclin A corrections 2013-11
_[17] 웹사이트 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001 http://nobelprize.or[...] The Nobel Foundation 2009-03-15