7.2: Клітинний цикл

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Еукаріотична клітина не може розділитися на дві, дві на чотири тощо, якщо не чергуються два процеси:

подвоєння його генома (ДНК) в S-фазі (фазі синтезу) клітинного циклу;
зменшення вдвічі цього генома під час мітозу (M фаза).

альт — Малюнок 7.2.1 Клітинний цикл: Клітинний цикл складається з: **G ₁** = зростання і підготовка хромосом до реплікації, S = синтез ДНК і дублювання центросоми, **G ₂** = підготовка до M = мітоз. Коли клітина знаходиться в будь-якій фазі клітинного циклу, крім мітозу, часто кажуть, що вона знаходиться в **інтерфазі**.

Контроль клітинного циклу

Проходження клітини через клітинний цикл контролюється білками в цитоплазмі. Серед основних гравців у тваринних клітинок:

Їх рівні в клітині підвищуються і падають зі стадіями клітинного циклу.
Їх рівні в клітці залишаються досить стабільними, але кожен повинен пов'язувати відповідний циклін (рівні якого коливаються), щоб активуватися. Вони додають фосфатні групи до різноманітних білкових субстратів, які контролюють процеси в клітинному циклі.
Комплекс, що сприяє анафазі (APC). (БТР також називають циклосомою, а комплекс часто позначається як APC/C.) АТР/С
- запускає події, що призводять до руйнування когезину (як описано нижче), тим самим дозволяючи сестринським хроматидам відокремлюватися
- погіршує мітотичні (B) цикли

Етапи в циклі

Підвищення рівня G ₁ -циклінів зв'язується зі своїми Cdks і сигналізує клітині підготувати хромосоми до реплікації.
Підвищення рівня фактора, що сприяє S-фазі (SPF) - який включає цикліни A, пов'язані з Cdk2, потрапляє в ядро і готує клітину до дублювання своєї ДНК (та її центросом).
У міру продовження реплікації ДНК циклін Е руйнується, і рівень мітотичних циклінів починає підвищуватися (в G ₂).
Ініціює транслокацію М-фазового стимулюючого фактора (комплексу мітотичних циклінів [B] з М-фазою Cdk [Cdk1]) в ядро
- збірка мітотичного веретена
- розрив ядерної оболонки
- припинення транскрипції всіх генів
- конденсація хромосом
Ці події призводять клітину до метафази мітозу.
У цей момент фактор, що сприяє M-фазі, активує комплекс, що сприяє анафазі (APC/C), який
- дозволяє сестринським хроматидам у метафазної пластини відокремлюватися і рухатися до полюсів (= анафази), завершуючи мітоз.

Поділ сестринських хроматидів залежить від розпаду когезину, який утримував їх разом. Це працює так.

Розпад когезину викликаний протеазою, яка називається сепараза (також відома як сепарин).
Сепараза зберігається неактивною до пізньої метафази інгібуючим шапероном, який називається секурін.
Анафаза починається, коли комплекс, що сприяє анафазі (APC/C), руйнує securin (шляхом позначення його убіквітином для депозиту в протеасомі), тим самим закінчуючи його гальмування сепарази і дозволяючи
відокремити, щоб розбити когезин

руйнує цикли B. Це також робиться шляхом приєднання їх до убіквітину, який націлений на них для знищення протеасомами.
включає синтез циклів G ₁ (D) на наступний виток циклу.
деградує гемінін, білок, який утримував свіжосинтезовану ДНК у S-фазі від повторної реплікації до мітозу.

Це лише один із механізмів, за допомогою якого клітина гарантує, що кожна частина її генома копіюється один раз - і лише один раз - під час S-фази.

Деякі клітини навмисно скорочують клітинний цикл коротко, дозволяючи повторювати S-фази без завершення мітозу та/або цитокінезу. Це називається ендореплікацією.

Мейоз і клітинний цикл

Особлива поведінка хромосом при мейозі I вимагає деякого особливого контролю. Тим не менш, проходження клітинного циклу при мейозі I (а також мейозі II, який по суті є мітотичним поділом) використовує багато однакових гравців, наприклад, MPF і APC. (Насправді, MPF також називають моїм насиченням-р сприяння фактору за його роль в мейозі I і II розвиваються яйцеклітин.

Контроль якості клітинного циклу

Клітина має кілька систем переривання клітинного циклу, якщо щось піде не так.

Контрольно-пропускні пункти пошкодження ДНК. Ці чутливі пошкодження ДНК як до того, як клітина увійде в S-фазу (контрольна точка G ₁), так і після S фази (контрольна точка G ₂). Пошкодження ДНК до того, як клітина увійде в S-фазу, гальмує дію Cdk2, тим самим зупиняючи прогресування клітинного циклу, поки пошкодження не можна буде відновити. Якщо пошкодження настільки серйозне, що його неможливо відновити, клітина саморуйнується апоптозом. Пошкодження ДНК після S-фази (контрольна точка G ₂) пригнічує дію Cdk1, тим самим запобігаючи клітині переходити від G ₂ до мітозу. Перевірка успішної реплікації ДНК під час S-фази. Якщо реплікація припиняється в будь-якій точці ДНК, прогрес через клітинний цикл зупиняється, поки проблема не буде вирішена.

Контрольні точки шпинделя. Деякі з них, які були виявлені для виявлення будь-якої несправності волокон шпинделя приєднуватися до кінетохорів і заарештувати клітину в метафазі, поки всі кінетохори не будуть прикріплені правильно. Вони виявляють неправильне вирівнювання самого веретена і блокують цитокінез. Крім того, вони викликають апоптоз, якщо шкода непоправна. Всі оглянуті контрольно-пропускні пункти вимагають послуг комплексу білків. Мутації в генах, що кодують деякі з них, були пов'язані з раком; тобто вони є онкогенами. Це не повинно дивуватися, оскільки збої контрольно-пропускних пунктів дозволяють осередку продовжувати ділитися, незважаючи на пошкодження її цілісності.

Приклади контрольних точок

p53

Білок p53 відчуває пошкодження ДНК і може зупинити прогресування клітинного циклу в G ₁ (блокуючи активність Cdk2). Обидві копії гена p53 повинні бути мутовані, щоб це не вдалося, тому мутації в p53 є рецесивними, а p53 кваліфікується як ген супресора пухлини.

Білок p53 також є ключовим гравцем в апоптозі, змушуючи «погані» клітини покінчити життя самогубством. Отже, якщо клітина має лише мутантні версії білка, вона може жити далі - можливо, перерости в рак. Більше половини всіх видів раку людини насправді містять мутації p53 і не мають функціонуючого білка p53.