Il checkpoint G1, noto anche come punto di restrizione nelle cellule di mammifero e punto di inizio nel lievito, è il punto in cui la cellula si impegna ad entrare nel ciclo cellulare. Mentre la cella progredisce attraverso G1, a seconda delle condizioni interne ed esterne, può ritardare G1, entrare in uno stato di quiescenza noto come G0 o procedere oltre il punto di restrizione. Il danno al DNA è l’indicazione principale per una cellula di “limitare” e non entrare nel ciclo cellulare., La decisione di impegnarsi in un nuovo ciclo di divisione cellulare si verifica quando la cellula attiva la trascrizione ciclina-CDK-dipendente che promuove l’ingresso nella fase S. Questo punto di controllo garantisce l’ulteriore processo.
Durante il primo G1, ci sono tre repressori trascrizionali, noti come proteine tascabili, che si legano ai fattori di trascrizione E2F. La famiglia di geni E2F è un gruppo di fattori di trascrizione che mirano a molti geni importanti per il controllo del ciclo cellulare, tra cui cicline, CDK, regolatori di checkpoint e proteine di riparazione del DNA., Misregulation della famiglia E2F è trovato spesso nei casi del cancro, fornendo la prova che la famiglia E2F è essenziale per la regolazione stretta della replicazione e della divisione del DNA. Le tre proteine tascabili sono Retinoblastoma (Rb), p107 e p130, che si legano ai fattori di trascrizione E2F per prevenire la progressione oltre il checkpoint G1.
La famiglia di geni E2F contiene alcune proteine con meccanismi attivatori e alcune proteine con meccanismi di repressione. P107 e p130 agiscono come co-repressori per E2F 4 e E2F 5,che lavorano per reprimere la trascrizione dei fattori di promozione di G1-to-S., La terza proteina tascabile, Rb, si lega e reprime E2F 1, E2F 2 e E2F 3, che sono le proteine E2F con capacità attivanti.
Il feedback positivo svolge un ruolo essenziale nel regolare la progressione dalla fase G1 alla fase S, in particolare coinvolgendo la fosforilazione di Rb da parte di un complesso proteico Ciclina / CDK. Rb senza fosfato, o Rb non fosforilato, regola l’uscita e la differenziazione del ciclo cellulare G0. Durante l’inizio della fase G1, i fattori di crescita e il danno al DNA segnalano l’aumento dei livelli di ciclina D, che poi si lega a Cdk4 e Cdk6 per formare il complesso CyclinD:Cdk4/6., Questo complesso è noto per inattivare Rb mediante fosforilazione. Tuttavia, i dettagli della fosforilazione Rb sono piuttosto complessi e specifici rispetto alle precedenti conoscenze sul G1checkpoint. CyclinD: Cdk4/6 pone solo un fosfato, o monofosforilati, Rb in uno dei suoi quattordici siti di fosforilazione accessibili e unici. Ciascuna delle quattordici specifiche isoforme mono-fosforilate ha una preferenza di legame differenziale con i membri della famiglia E2F, che probabilmente aggiunge alla diversità dei processi cellulari all’interno del corpo dei mammiferi.,
E2F 4 e E2F 5 dipendono da p107 e p130 per mantenere la loro localizzazione nucleare. Tuttavia, la ciclina D: Cdk 4/6 fosforila anche p107 e p130, un processo che rilascia il loro legame da E2F 4 e 5 (che poi sfuggono al citoplasma) e consente a E2F 1-3 di legarsi al DNA e iniziare la trascrizione delle proteine della ciclina E. Rb di mantenere il loro stato monofosforilato durante la fase iniziale G1, mentre la ciclina E si accumula e si lega a Cdk2.
CiclinA: Cdk2 svolge un ulteriore importante ruolo di fosforilazione nella transizione da G1 a S., In particolare, CyclinE: Cdk2 promuove un ciclo di feedback positivo che crea un interruttore “tutto o niente”. In molte reti di controllo genetico, il feedback positivo assicura che le cellule non scivolino avanti e indietro tra le fasi del ciclo cellulare Ciclina E: Cdk2 procede a fosforilare Rb in tutti i suoi siti di fosforilazione, chiamati anche “iper-fosforilato”, che garantisce la completa inattivazione di Rb. L’iper fosforilazione di Rb è considerata il punto di restrizione G1 tardivo, dopo di che la cellula non può tornare indietro nel ciclo cellulare. A questo punto, le proteine E2F 1-3 si legano al DNA e trascrivono la Ciclina A e il Cdc 6.,
Inibitore della chinasi ciclina-dipendente 1B (CDKN1B), noto anche come p27, si lega e impedisce l’attivazione della ciclina:Cdk2 per inibizione. Tuttavia, come ciclina A si accumula e si lega a Cdk2, formano un complesso e inibiscono p27. La chinasi dipendente dalla ciclina di fase G1 funziona insieme alla chinasi dipendente dalla ciclina di fase S che mira a p27 per la degradazione. A sua volta, ciò consente l’attivazione completa della ciclina A:Cdk2, un complesso che fosforila E2F 1-3 iniziando la loro dissociazione dai siti del promotore del DNA. Ciò permette che E2F 6-8 leghi al DNA ed inibisca la trascrizione., Il ciclo di feedback negativo utilizzato per inibire con successo l’inibitore, p27, è un altro processo essenziale utilizzato dalle cellule per garantire il movimento mono-direzionale e nessuna marcia indietro attraverso il ciclo cellulare.
Quando si verifica un danno al DNA o quando la cellula rileva difetti che richiedono di ritardare o arrestare il ciclo cellulare in G1, l’arresto avviene attraverso diversi meccanismi. La risposta rapida comporta eventi di fosforilazione che iniziano con chinasi ATM (Atassia telangiectasia mutata) o ATR (Atassia Telangiectasia e Rad3 correlati), che agiscono come sensori, a seconda del tipo di danno., Queste chinasi fosforilano e attivano le chinasi effettori Chk2 e Chk1, rispettivamente, che a loro volta fosforilano la fosfatasi Cdc25A, marcandola così per l’ubiquitinazione e la degradazione. Poiché Cdc25A attiva il complesso ciclina E-CDK2 precedentemente menzionato rimuovendo i fosfati inibitori da CDK2, in assenza di Cdc25A, la ciclina E-CDK2 rimane inattiva e la cellula rimane in G1.,
Per mantenere l’arresto, viene avviata un’altra risposta, mediante la quale Chk2 o Chk1 fosforilano p53, un soppressore del tumore, e questo stabilizza p53 impedendogli di legare Mdm2, una ligasi ubiquitina che inibisce p53 mirandola alla degradazione. Il p53 stabile poi agisce un attivatore trascrizionale di parecchi geni dell’obiettivo, compreso p21, un inibitore del G1-a-S che promuove la ciclina complessa E-CDK2. Inoltre, un altro meccanismo mediante il quale p21 viene attivato è attraverso l’accumulo di p16 in risposta al danno al DNA., p16 interrompe i complessi della ciclina D-CDK4, causando così il rilascio di p21 dai complessi, che porta alla defosforilazione e all’attivazione di Rb, che consente a Rb di legarsi e inibire E2F 1-3, mantenendo così la cellula dalla transizione alla fase S. Recentemente, alcuni aspetti di questo modello sono stati contestati.
