Cyclin-dependent kinase 1は、セリン/スレオニンキナーゼとして機能する高度に保存されたタンパク質であり、細胞周期の調節において重要な役割を果たします。これは、出芽酵母のcdc28およびcdc2遺伝子によってコードされており、シュードモナス酵母ではそれぞれ異なります。ヒトでは、Cdk1はCDC2遺伝子によってコードされています。Cdk1は、そのサイクリンシャペロンと複合体を形成し、この複合体は複数の標的基質をリン酸化します（発芽酵母では75以上が特定されています）；これらのタンパク質のリン酸化は細胞周期の進行を引き起こします。

CDK1と転写プログラム

細胞周期における一方向の動きは、細胞の生存能力と生物学的健康にとって重要です。細胞周期の方向を逆転させることは、細胞にとって壊滅的な結果をもたらす可能性があり、ゲノムの不安定性を引き起こすことがあります。その結果、細胞は細胞周期が不可逆であることを保証するメカニズムを発展させました。一方向性を促進する主なメカニズムの1つは、細胞周期の異なる段階で異なる転写プログラムを調節することです。一般的に、各転写プログラムは、次の細胞周期の段階に重要なプロセスを実行するプロテオームの発現をもたらし、細胞周期全体での一方向の動きを促進します。さらに、以下で説明するように、細胞周期が不可逆であることを保証するためのフィードバックメカニズムが開発されています。ポジティブフィードバックループは、細胞周期への進入が堅牢でスイッチのように似ていることを保証し、ネガティブフィードバックループは、細胞周期の逆転を防ぐために転写プロセスを抑制します。

図1. CDK1のタンパク質構造。

Cdk1の調節

Cdk1の上流調節については広範にレビューされているため、バチルス酵母におけるCdk1調節に関する既知の情報の一般的な概要のみを提供します。サッカロミセス・セレビシエと哺乳類の間でサイクリンとCDKはよく保存されています。たとえば、ヒトのサイクリンは発芽酵母のサイクリンを置き換えることができ、ヒトのCdc2（サッカロミセス・セレビシエのCdk1）はシュードモナス酵母のCdc2およびサッカロミセス・セレビシエのCdk1を置き換えることができ、進化が細胞周期の制御を維持していることを示しています。Cdk1は、サイクリン濃度が低く、サイクリン依存性キナーゼ阻害因子（CKI）であるSic1およびFar1が存在するため、G1期中は不活性です。サイクリン濃度が増加し、CKIが分解されると、G1期の後半でその活性が増加します。サイクリンが破壊され、CKIが再発現されるまで、Cdk1の活性は高いままであり、Cdk1の活性が低下します。Cdk1の活性の低下は、有糸分裂からの脱出に不可欠であり、細胞周期を低いCdk1活性の基本的なG1状態にリセットします。後で説明するように、Cdk1活性の変動は、DNA複製、修復、および特定の細胞周期の段階への隔離を制限する上で重要な役割を果たし、細胞周期の各段階の不可逆性を保証します。以下に最も重要なCdk1の調節因子について説明しますが、他のタンパク質もある程度Cdk1の活性に影響を与える可能性があります。

CDK1とDNA複製

細胞周期の重要な結果は、1世代から次の世代に渡される完全で完全な遺伝物質のセットです。このプロセスを忠実に実行する鍵は、2つのイベントにあります：（i）ゲノム複製と（ii）複製されたゲノムを娘細胞に隔離すること（これについては「Cdk1と染色体分配」のセクションで説明します）。細胞が複製が完了する前に遺伝物質を分離しないようにするためには、そうでなければゲノムが不安定になるため、これら2つのプロセスは時間的に分離されなければなりません。染色体の複製はS期に発生し、複製された染色体の分離はM期に発生します。細胞は、DNA複製の開始を制御し、DNA複製が細胞周期ごとに1回だけ発生することを決定する複雑なメカニズムを発展させており、Cdk1はこれらのイベントにおいて中心的な役割を果たします。

参考文献：

1. Farcas R; et al. Differences in DNA Methylation Patterns and Expression of the CCRK Gene inHuman and Nonhuman Primate Cortices., Mol Biol Evol, 2009, 26: 13791389.