Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

15.3: Контроль клітинного циклу

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    3679

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Існує три основні контрольні точки для контролю клітинного циклу (рис.\(\PageIndex{1}\)). Перший регулює перехід від G 1 до S фази. Нагадаємо, що G 1 може бути дуже тривалою фазою, навіть (у випадку G 0) до тих пір, поки тривалість життя клітини. Однак, як тільки клітина досягає S-фази, вона прагне пройти через фази S, G 2 та M для відтворення. Це пов'язано з тим, що як тільки почалася S-фаза, всередині клітини є більше, ніж нормальний диплоїдний комплемент ДНК. З часом це заплутало б клітину (наприклад, надмірною експресією дубльованих генів), оскільки вона намагалася використовувати ДНК для спрямування синтезу РНК та білка, і вона могла захворіти і померти. Другий великий КПП регулює вступ в мітоз. Як тільки починається мітоз, більша частина метаболічної активності клітини припиняється, і клітина концентрує свої ресурси на поділі ядерного і клітинного матеріалу в рівній мірі для підтримки життя обох результуючих дочірніх клітин. Якщо клітині потрібно більше часу, щоб зробити остаточний ремонт ДНК або навіть трохи збільшити, ця контрольна точка може тримати клітину в G 2 трохи довше, щоб ці речі відбулися. Нарешті, третій великий контрольний пункт виникає під час мітозу і регулює перехід від метафази в анафазу. Оскільки сестринські хроматиди розщеплюються і переміщуються на протилежні полюси, щоб сформувати нові ядра, важливо, щоб усі вони ідеально вишикувалися в метафазі, а білки, що тримають їх разом, випали. Якщо вони не розщеплюються рівномірно, дочірні клітини матимуть аномальні номери хромосом (анеуплоїдії), які зазвичай призводять до згубних наслідків.

    Знімок екрана 2019-01-08 в 6.59.27 PM.png
    Малюнок\(\PageIndex{2}\)). Цікаво, що внутрішньоклітинний рівень cdks досить постійний. Рівень циклінів, з іншого боку, різко коливається залежно від стану клітини щодо клітинного циклу.
    Знімок екрана 2019-01-08 в 7.03.52 PM.png
    Малюнок\(\PageIndex{2}\). Цикліни беруть участь в контролі клітинного циклу.

    Методологія деяких ранніх експериментів ідеально підходить для пояснення того, як це працює. Насіннєвим папером у цій галузі був папір 1971 року в J. Exp. Зоол. Масуй і Маркерт. У ньому вони досліджували яйцеклітини жаби (Xenopus laevis), які були заарештовані в G 2. Ооцити затримуються близько 8 місяців природним шляхом, щоб накопичити масу, необхідну для запуску нового організму після його запліднення. Основне питання, яке задається, полягає в тому, що призводить до того, що яйцеклітини виходять з G 2 і переходять у фазу M? Вже було відомо, що гормон прогестерон може спровокувати цей перехід, але які внутрішньоклітинні гравці в зміні стану клітин? Масуї і Маркерт вирішили перевірити, чи існує цитоплазматична молекула, яка відповідала. Вони взяли невелику кількість цитоплазми з яйцеклітини М-фази і ввели її в G 2 -арештовану яйцеклітину. Це спровокувало дозрівання G2-арештованої яйцеклітини і виштовхнуло її в фазу М, навіть без прогестерону. Діяльність називалася фактором сприяння дозріванню (MPF) і була висунута як розчинний цитозольний білок.

    У більш пізніх експериментах інші дослідники намагалися знайти специфічний білок тригер, а звідти, імовірно, решту механізму. Встановлено, що фракціонування цитоплазми М-фази яйцеклітини за допомогою колоночної хроматографії білок, названий цикліном В, зростає і падає в концентрації при безпосередній синхронізації з активністю MPF. Крім того, додавання лише цикліну В було достатньо для порятунку активності MPF від цитоплазматичного екстракту М-фази, який був виснажений лікуванням РНАзи (запобігання синтезу будь-яких нових білків, включаючи циклін В, та скасування активності MPF). Це чітко ставить циклін В на перший план механізму дозрівання, але існувала одна головна проблема: циклін В не мав ферментативної активності. Як це впливало на зміни, необхідні для переходу від фази G 2 до M?

    На цю проблему відповіли експерименти над зовсім іншим організмом, діленням дріжджів, Schizosaccharomyces pombe. Оскільки вони мають дуже короткий час циклу, відносно невеликий геном, і їм можна масово давати випадкові мутації опроміненням або хімічною обробкою, дріжджі є чудовими модельними організмами для багатьох видів біологічного дослідження. Після випадкової мутації популяції дріжджів вони можуть бути скринінговані на наявність мутацій певних типів, таких як цикл поділу клітин (cdc). Коли мутації послідовні і ідентифіковані, їх часто називають за типом мутації і порядку відкриття. Cdc2, виявляється, показав два цікавих фенотипа при мутації в протилежних напрямках. Мутації, що вибивали функцію cdc2, викликали утворення надзвичайно великих дріжджів, які не піддаються поділу клітин, в той час як мутації, які зробили cdc2 надактивним, викликали утворення швидко діляться дуже дрібних клітин. Інтерпретація полягала в тому, що коли cdc2 відсутній або неактивний, клітини не можуть прогресувати до мітозу, тому вони залишаються в G2, накопичуючи сипучий матеріал, готуючись до розщеплення клітин, який ніколи не настає. І навпаки, коли cdc2 є надмірно активним, він швидко рухає клітину в мітоз, навіть якщо вона не була в G 2 досить довго, щоб синтезувати достатню масу, щоб сформувати дві клітини нормального розміру. Це добре пов'язує cdc2 з регулюванням клітинного циклу, і він навіть має ферментативну активність: це кіназа. Це зробило його ідеальним кандидатом як координатор клітинних подій першого порядку, оскільки фосфорилювання відбувається швидко, фосфорилювання зазвичай активує якийсь інший фермент, а кінази зазвичай діють на масив цілей, а не лише на одну. Отже, тепер у нас є циклін (ідентифікований як cdc13 в S. pombe) і циклінозалежна кіназа, які працюють разом, щоб сприяти прогресії клітинного циклу в фазу М.