To maintain cellular homeostasis against the demands of the extracellular environment, a precise regulation of kinases and phosphatases is essential. In cell cycle regulation mechanisms, activation of the cyclin-dependent kinase (CDK1) and cyclin B complex (CDK1:cyclin B) causes a remarkable change in protein phosphorylation. Activation of CDK1:cyclin B is regulated by two auto-amplification loops-CDK1:cyclin B activates Cdc25, its own activating phosphatase, and inhibits Wee1, its own inhibiting kinase. Recent biological evidence has revealed that the inhibition of its counteracting phosphatase activity also occurs, and it is parallel to CDK1:cyclin B activation during mitosis. Phosphatase regulation of mitotic kinases and their substrates is essential to ensure that the progression of the cell cycle is ordered. Outlining how the mutual control of kinases and phosphatases governs the localization and timing of cell division will give us a new understanding about cell cycle regulation.
The cyclin-dependent kinases (CDKs), a group of serine/threonine kinases that form active heterodimeric complexes binding to cyclins, are key regulators of the cell cycle. The role of cyclin dependent kinases(CDKs) in cell cycle regulation has stimulated an interest in them as potential targets for proliferative diseases such as cancer, psoriasis, and chemotherapeutic agent-induced alopecia. Indirubin, an active ingredient of a traditional Chinese recipe Danggui Longhui Wan, are potent CDK inhibitors competing with ATP for binding to the catalytic site of the CDKs. (omitted)
Cyclin D is a member of the cyclin protein family, which plays a critical role as a core member of the mammalian cell cycle machinery. D-type cyclins (D1, D2, and D3) bind to and activate the cyclin-dependent kinases 4 and 6, which can then phosphorylate the retinoblastoma tumor suppressor gene products. This phosphorylation in turn leads to release or derepression of E2F transcription factors that promote progression from the G1 to S phase of the cell cycle. Among the D-type cyclins, cyclin D3 encoded by the CCND3 gene is one of the least well studied. In the present study, we have investigated the biochemistry of the proteolytic mechanism that leads to loss of cyclin D3 protein. Treatment of human prostate carcinoma PC-3-M cells with lovastatin and actinomycin D resulted in a loss of cyclin D3 protein that was completely reversible by the peptide aldehyde calpain inhibitor, LLnL. Additionally, using inhibitors for various proteolytic systems, we show that degradation of cyclin D3 protein involves the $Ca^{2+}$-activated neutral protease calpain. Moreover, the half-life of cyclin D3 protein half-life increased by at least 10-fold in PC-3M cells in response to the calpain inhibitor. We have also demonstrated that the transient expression of the calpain inhibitor calpastatin increased cyclin D3 protein in serum-starved NIH 3T3 cells. These data suggested that the function of cyclin D3 is regulated by $Ca^{2+}$-dependent protease calpain.
The $Ca^{2+}-activated$ neutral protease calpain induced proteolysis has been suggested to play a role in certain cell growth regulatory proteins. Cyclin proteolysis is essential for cell cycle progression. D-type cyclins, which form an assembly with cyclin-dependent kinases (cdk4 and cdk6), are synthesized earlier in G1 of the cell cycle and seem to be induced in response to external signals that promote entry into the cell cycle. Here we show that cyclin D3 protein levels are regulated at the posttranscriptional level by calpain protease. Treatment of human breast carcinoma MDA-MB-231 cells with lovastatin and actinomycin D resulted in a loss of cyclin D3 protein that was completely reversible by the peptide aldehyde calpain inhibitor, LLnL. The specific inhibitor of the 26S proteasome, lactacystin, the lysosome inhibitors, ammonium chloride and chloroquine, and the serine protease inhibitor, phenylmethylsulfonylfluoride (PMSF), did not block the degradation of cyclin D3 by lovastatin and actinomycin D. Results of in vitro degradation of cyclin D3 by purified calpain showed that cyclin D3 protein is degraded in a $Ca^{2+}-dependent$ manner, and the half-life of cyclin D3 protein was dramatically increased in LLnL treated cells. These data suggested that cyclin D3 protein is regulated by the $Ca^{2+}-activated$ protease calpain.
Shanshan Yang;Dingxing Jiao;Tao Song;Ping Rui;Ruiwen Fan;Zengjun Ma
Animal Bioscience
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v.37
no.4
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pp.567-575
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2024
Objective: This study aimed to identify genes regulated by cyclin dependent kinases 5 (CDK5) that participate in hair pigmentation in mice. Methods: The mRNA expression profiles of skin samples from CDK5-knockdown mice were constructed using high-throughput RNA sequencing and compared with those of wild-type mice. Results: In total, 8,002 known genes were differentially expressed between CDK5-knockdown and wild-type mice. Of these, 3,658 were upregulated and 4,344 were downregulated in the skin of CDK5-knockdown mice. An additional 318 previously unknown genes were also differentially expressed, with 171 downregulated and 147 upregulated genes in the skin of CDK5-knockdown mice. Of the known genes expressed in mouse skin, 80 were associated with hair color, with 61 showing lower expression and 19 exhibiting higher expression in skin of CDK5-knockdown mice. Importantly, the expression of the tyrosinase-related protein 1 (TYRP1) and the calcium signaling pathway were also found to be regulated by CDK5, suggesting that pigmentation is regulated by CDK5 via the calcium signaling pathway and TYRP1. Conclusion: The transcriptome profiles obtained from the skin of CDK5-knockdown mice compared to wild-type mice provide a valuable resource to help understand the mechanism by which CDK5 regulates melanogenesis in mice and other animals.
Cancer is frequently considered to be a disease of the cell cycle. As such, it is not surprising that the deregulation of the cell cycle is one of the most frequent alterations during tumor development. Cell cycle progression is a highly-ordered and tightly-regulated process that involves multiple checkpoints that assess extracellular growth signals, cell size, and DNA integrity. Cyclin-dependent kinases (CDKs) and their cyclin partners are positive regulators of accelerators that induce cell cycle progression; whereas, cyclin-dependent kinase inhibitors (CKIs) that act as brakes to stop cell cycle progression in response to regulatory signals are important negative regulators. Cancer originates from the abnormal expression of activation of positive regulators and functional suppression of negative regulators. Therefore, understanding the molecular mechanisms of the deregulation of cell cycle progression in cancer can provide important insights into how normal cells become tumorigenic, as well as how cancer treatment strategies can be designed.
Human cyclin D3 gene (CCND3) located on 6p21.1 is important for the regulation of the G1-S phase transition of the cell cycle by modulating the activity of the cyclin-dependent kinases Cdk4 and Cdk6. Because little is known about the effect of cyclin D3 in various human cancers, we evaluated the intricate relationship between expression of cyclin D3 and the process of HCC development using immunohis tochemistry and TUNEL assay on 43 paraffin embedded tissues. Cyclin D3 immunoreactivity was more frequently observed in the tumors with high histologic grade and the tumors with metastasis, and more frequently expressed in HCCs with cirrhotic background and gain of 6p21.1 when compared with those with non-neoplastic tissue. Apoptotic cells were more common in tumor with cirrhotic background, amplification of 6p21.1 and expression of cyclin D3 when compared with HCCs with lower level of cyclin D3 expression. Also, we observed that some of the cyclin D3 positive cell and apoptotic cell were co-localized. From these results, it is suggested that over-expression of cyclin D3 may contribute to more rapid cell turn-over in the background of HCC, and balance between proliferation and apoptosis is a role in the progression of HCC with cirrhotic background.
Regulation of cell proliferation is a complex process involving the regulated expression and /or modification of discrete gene products. which control transition between different stages of the cycle. The purpose of this short review is to provide an overview of somatic cell cycle events and their controls. Cycline have appeared as major positive regulators in this network, because their association to the cyclin-dependent kinases(Cdks) allows the subsequent activation on the Cdk/cyclin complexes and their catalatic activity. In mammalian cells, early to mid G1 progression and late G1 progression leading to S phase entry are directed by D-type cyclins-Cdk4, 6 and cyclin E-Cdk 2 both of which can phosphorylate the retinoblastoma protein (pRB). pRB is a transcriptional repressor which, in its unphosphorylated state, binds to members of the E2F transcription factor family and blocks E2F-dependent transcription of genes controlling the G1 to S phase transition an subsequent DNA synthesis. Cyclin A is produced in late G1 and expressed during S and G2 phae, and expression of B-type cyclins is typically maximal during the G2 to M phase transition and it controls the passage through M phase. They primarily associate with the activate Cdk2, and Cdc2, respectively. On the other hand, the Cdk inhibitors negatively control the activity of C아/cyclin complex by coordinating internal and/or external signals and impending proliferation at several key checkpoints. These current and further findings will provide novel approaches to understanding and treating major diseases.
Previous studies have shown that BMI-1026 is a potent inhibitor of the cyclin-dependent kinases (cdk). In cell culture, the compound also arrests G2/M strongly and G1/S and S weakly. Two key kinases, cdk1 (p34cdc2 kinase) and mitogen-activated protein (MAP) kinase (erk1 and 2), perform crucial roles during oocyte maturation and, later, metaphase II (MII) arrest. In mammalian oocytes, both kinases are activated gradually around the time of germinal vesicle breakdown (GVBD) and maintain high activity in eggs arrested at metaphase II. In this study, we examined the effects of BMI-1026 on GVBD and MII arrest in mouse oocytes. BMI-1026 inhibited GVBD of immature oocytes and activated MII-arrested oocytes in a concentration-dependent manner, with more than 90% of oocytes exhibiting GVBD inhibition and MII activation at 100 nM This is approximately 500$\sim$1,000 times more potent than the activity reported for the cdk inhibitors roscovitine (${\sim}50{\mu}M$) and butyrolactone (${\sim}100{\mu}M$). Based on the results of previous in vitro kinase assays, we expected BMI-1026 to inhibit only cdk1 activation in oocytes and eggs, not MAP kinase. However, in our cell-based system, it inhibited the activity of both kinases. We also found that the effect of BMI-1026 is reversible. Our results suggest that BMI-1026 inhibits GVBD and activates MII-arrested oocytes efficiently and reversibly and that it also inhibits both cdk1/histone HI kinase and MAP kinase in mouse oocytes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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