サイクリン依存性キナーゼ1（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、細胞周期制御の重要な役割を担っています。このタンパク質は、出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeではcdc28遺伝子、分裂酵母Schizosaccharomyces pombeではcdc2遺伝子によってコードされています。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（発芽酵母では75以上が同定されています）をリン酸化します。これらのタンパク質のリン酸化は細胞周期の進行をもたらします。

CDK1と転写プログラム

細胞周期における一方向の進行は、細胞の生存および生物学的健全性にとって極めて重要です。細胞周期の進行方向が逆転すると、ゲノムの不安定性を含む壊滅的な結果をもたらす可能性があります。そのため、細胞は細胞周期が不可逆的であることを保証するメカニズムを発達させてきました。一方向性を促進する主なメカニズムの一つは、細胞周期の異なる段階で異なる転写プログラムを制御することに関与しています。一般的に、各転写プログラムは、細胞周期の次の段階で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、これによって細胞周期全体を一方向に進行させます。さらに、後述するように、細胞周期が不可逆的であることを保証するフィードバックメカニズムも発達しています。正のフィードバックループは、細胞周期への進入が強固でスイッチのようになることを保証し、負のフィードバックループは転写プロセスを抑制して細胞周期の逆転を防ぎます。

図1. CDK1のタンパク質構造。

Cdk1の制御

Cdk1の上流制御については広くレビューされているため、ここではバシラス酵母におけるCdk1制御に関する既知の情報の一般的な概要のみを提供します。サイクリンとCDKは、Saccharomyces cerevisiaeと哺乳類の間でよく保存されています。例えば、ヒトサイクリンは発芽酵母のサイクリンの代替となり、ヒトCdc2（Saccharomyces cerevisiaeにおけるCdk1）はSchizosaccharomyces cerevisiaeのCdc2およびSaccharomyces cerevisiaeのCdk1の代替となることができ、進化が細胞周期制御を維持してきた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期では不活性です。サイクリン濃度が上昇し、CKIが分解されると、G1期後期にその活性が増加します。Cdk1活性は後期まで高いままですが、サイクリンが分解され、CKIが再発現するとCdk1活性は低下します。Cdk1活性の低下は有糸分裂からの脱出に不可欠であり、Cdk1活性が低い基本的なG1状態に細胞周期をリセットします。後述するように、Cdk1活性の変動は、DNA複製、修復、および分離を細胞周期の特定の段階に制限し、各段階の不可逆性を保証する上で重要な役割を果たします。Cdk1の最も重要な調節因子については以下で説明しますが、他にも多くのタンパク質がある程度Cdk1活性に影響を与えることができます。

CDK1とDNA複製

細胞周期の主要な結果は、完全かつ完全な遺伝物質のセットが一世代から次世代へと受け継がれることです。このプロセスを忠実に実行する鍵は、（i）ゲノム複製と（ii）複製されたゲノムの娘細胞への分離（これについては「Cdk1と染色体分離」のセクションで説明します）の2つのイベントにあります。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、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ていなければなりません。染色体の複製はS期に起こり、複製された染色体の分離はM期に起こります。細胞はDNA複製の開始を制御し、DNA複製が細胞周期ごとに一度だけ起こることを決定する複雑なメカニズムを発達させており、Cdk1はこれらのイベントに中心的な役割を果たしています。

参考文献:

1. Farcas R; et al. ヒトおよび非ヒト霊長類皮質におけるCCRK遺伝子のDNAメチル化パターンと発現の違い., Mol Biol Evol, 2009, 26: 1379-1389.