Cykl komórkowy: Okresy i kontrola cyklu życia komórki
Przeczytaj ten artykuł, aby poznać okresy i kontrolę cyklu życia komórki!
Cykl komórkowy (Howard i Pelc, 1953) to seria zmian, które zachodzą w nowo powstałej komórce, która obejmuje jej wzrost i podział, tworząc dwie komórki potomne.
Składa się z dwóch stanów, długiej nie dzielącej się fazy I lub fazy interfazy oraz krótkiej fazy podziału M lub fazy mitotycznej. Interfaza jest serią zmian, które zachodzą w nowo utworzonej komórce i jej jądrze zanim stanie się zdolna do ponownego podziału. Dlatego jest również nazywany inter-mitozą. Interfazy nie można wymienić jako stadium mitozy.
Jest to krytyczny czas pod względem przygotowania do podziału komórki, ponieważ podczas tej fazy następuje duplikacja chromosomów w komórkach mitotycznych i podwojenie wielkości komórki. Interfaza zajmuje czas między końcem telofazy a początkiem następnej profazy. Czas trwania interfazy zmienia się od organizmu do organizmu i zajmuje 75-90% całkowitego czasu generowania.
Okresy cyklu komórkowego:
Cykl komórkowy dzieli się na cztery okresy: G 1, S, G 2 i mitozę. Na podstawie syntetycznych działań, interfaza podzielona jest na trzy podetapy; Gj, S i G 2 (G oznacza wzrost, a S oznacza syntezę).
1. Faza G 1 :
G interfazy zmienia się w czasie, zajmując 25 do 50% czasu międzyfazowego. G 1 jest "luką" czasową między końcem mitozy a początkiem syntezy DNA (S-faza). Jest to najbardziej zmienny okres; w zależności od warunków fizjologicznych komórek może to trwać dni, miesiące lub lata. Komórki, które zatrzymują proliferację zostają zatrzymane w określonym punkcie G1 i pozostają wycofane z cyklu komórkowego w stanie G1.
Najważniejszym punktem regulacji proliferacji komórek jest G, gdy podjęta zostaje kluczowa decyzja, czy komórka przechodzi nowy cykl podziału, czy wchodzi w stan G0, ale nie wiadomo, jak to osiągnąć. G : sub-etap jest oznaczony przez szereg aktywności w przygotowaniu do fazy S i obejmuje syntezę i organizację substratów i enzymów niezbędnych do syntezy DNA. Zatem G jest oznaczony przez syntezę RNA i białka.
2. S-faza:
Jest to okres syntezy DNA. Replikacja chromosomów znajduje się w tym celu (cząsteczki DNA potomka funkcjonują jako matryca i tworzą kopie węglowe, tworzy się DNA i tworzy się podwójny zestaw genów, a wraz z replikacją DNA powstają nowe włókna chromatyny, które jednak pozostają w parach.
Ponieważ włókna chromatyny są wydłużonymi chromosomami, każdy chromosom ma dwie siostrzane chromatydy, które pozostają przyłączone w centromerach. Komórki fazy S zawierają czynniki indukujące syntezę DNA. Histony są syntetyzowane podczas fazy S, okresu, w którym stają się one związane z nowo replikowanym DNA.
Podetap ma stosunkowo stałą długość wśród podobnych komórek gatunku, zajmując od 35 do 40% czasu między fazami.
3. Faza G 2 :
Faza ta następuje po syntezie DNA i poprzedza mitozę (M). Często charakteryzuje się zwiększoną objętością jądrową i średnio; czas trwania G 2 jest podobny do czasu trwania mitozy, 1-4 godziny. Co ważniejsze, G 2 to czas, w którym zachodzą pewne metaboliczne i organizacyjne zdarzenia, które są niezbędne dla mitozy.
Podczas tej fazy syntetyzuje się białka potrzebne do tworzenia włókien wrzeciona. We wczesnej fazie G2 zsyntetyzowane są rybosomy, które są zarezerwowane dla następnego cyklu komórkowego. Messenger RNA (mRNA) jest również wytwarzany w G2.
Przed syntezą DNA (w G), każdy chromosom pojawia się zazwyczaj jako pojedyncza nić, a zatem wartość DNA wynosi 2 ° C, ale po S, w G2 chromosom pojawia się jako dwie chromosomy złożone, a zawartość DNA ma wartość 4C.
Podczas etapu S zawartość DNA ma wartość 4C. Kiedy zachodzi mitoza, wartość DNA zostaje przywrócona do wartości 2C lub jeśli wystąpi mejoza, każdy produkt będzie miał stałą DNA o wartości 1C. Synteza RNA występuje w całej interfazie, w przeciwieństwie do syntezy DNA, która zachodzi tylko podczas fazy S. Synteza RNA ulega depresji po dwóch okresach, w fazie S i fazie M.
Kontrola cyklu komórkowego:
1. Punkty kontrolne i ich regulacja:
Rozpoczęcie cyklu podziału komórkowego wymaga obecności pozakomórkowych czynników wzrostu lub mitogenów, przy braku których komórki odrywają się z cyklu komórkowego w G1 i wchodzą w fazę spoczynkową G0. Punkt w G1, w którym oceniane są informacje dotyczące środowiska komórki, a komórka decyduje, czy wprowadzić inny cykl podziału, nazywany jest punktem ograniczenia (lub punktem R). Komórki pozbawione mitogenów przed osiągnięciem punktu R ponownie wchodzą w G0, a porażka 10 ulega podziałowi komórek.
Komórki, które są pozbawione mitogenów po przejściu przez punkt R, kontynuują cykl komórkowy, aby zakończyć podział komórek przed wprowadzeniem G0. W większości typów komórek punkt R pojawia się kilka godzin po mitozie. Punkt R ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia zaangażowania komórek w przechodzenie cyklu podziału komórkowego. Odstęp w G, między mitozą a punktem R jest okresem, w którym wiele sygnałów pokrywa się i współdziała w celu ustalenia losów komórki.
Te części cyklu komórkowego, takie jak punkt R, w którym proces może zostać zatrzymany, są znane jako punkty kontrolne. Punkty kontrolne działają podczas faz luki. Zapewniają one, że komórka jest kompetentna do poddania się kolejnej rundzie replikacji DNA (w punkcie R w fazie G) i że replikacja DNA została pomyślnie zakończona przed podziałem komórki (punkt kontrolny fazy 2 G2).
2. Cykliny i kinazy zależne od cyklin:
Głównym mechanizmem kontroli progresji cyklu komórkowego jest regulacja fosforylacji białek. Jest to kontrolowane przez specyficzne kinazy białkowe składające się z regulacyjnej podjednostki i katalitycznej podjednostki. Podjednostki regulatorowe nazywane są cyklinami, a podjednostki katalityczne są nazywane kinazami zależnymi od cyklin (CDK).
CDK nie wykazują aktywności katalitycznej, chyba że są związane z cykliną i każdy z nich może łączyć się z więcej niż jednym typem cykliny. CDK i cyklina obecna w specyficznym kompleksie cyklin CDK wspólnie określają, które białka docelowe są fosforylowane przez kinazę białkową.
Istnieją trzy różne klasy kompleksów cyklina-CDK, które są związane z fazami G1, S lub M cyklu komórkowego.
(i) Kompleksy CDK G1 przygotowują komórkę do fazy S przez aktywację czynników transkrypcyjnych, które powodują ekspresję enzymów wymaganych do syntezy DNA i genów kodujących kompleksy CDK fazy S.
(ii) Kompleksy CDK fazy S stymulują początek uporządkowanej syntezy DNA. Maszyna zapewnia, że każdy chromosom jest replikowany tylko raz.
(iii) Mitotyczne kompleksy CDK indukują kondensację chromosomów i porządkują rozdział chromosomów w dwie komórki potomne.
Aktywność kompleksów CDK reguluje się na trzy sposoby:
(i) Kontrolując transkrypcję podjednostek kompleksowych CDK.
(ii) przez inhibitory, które zmniejszają aktywność kompleksów CDK. Na przykład, kompleksy mitotycznego COK są syntetyzowane w fazie S i G., ale ich aktywność jest tłumiona do momentu zakończenia syntezy DNA.
(iii) Przez zorganizowaną proteolizę kompleksów CDK na określonym etapie cyklu komórkowego, gdzie nie są już potrzebne.
3. Rozporządzenie E2F i Rb:
Postęp cyklu komórkowego przez G. i fazę S jest częściowo regulowany przez aktywację (i w niektórych przypadkach hamowanie) transkrypcji genu, podczas gdy progresja w późniejszych fazach cyklu komórkowego wydaje się być regulowana głównie przez mechanizmy post-transkrypcyjne. Przejście przez punkt G 1 R krytycznie zależy od aktywacji czynnika transkrypcyjnego E2F.
E2F stymuluje transkrypcję i ekspresję genów kodujących białka wymagane do replikacji DNA i syntezy dezoksyrybonukleotydów, a także cyklin i CDK wymaganych w późniejszych fazach cyklu komórkowego. Aktywność E2F jest hamowana przez wiązanie białka Rb (białka supresorowego guza siatkówki i pokrewnych białek).
Gdy Rb jest podfosforylowane (niefosforylowane), aktywność E2F jest hamowana. Fosforylacja Rb przez kompleksy cyklina-CDK podczas fazy środkowej i późnej G 1 uwalnia E2F, dzięki czemu może aktywować transkrypcję.
4. Aktywacja i hamowanie cyklu komórkowego:
Małe białka inhibitorów mogą opóźniać postęp cyklu komórkowego przez represję aktywności cyklinowych kompleksów CDK. Istnieją dwie klasy tych inhibitorów, białka CIP i białka INK4.
