Сайт использует файлы cookie. Продолжая пользоваться нашим сайтом, вы соглашаетесь на использование нами ваших данных.
Узнать больше
Принять и продолжить

Базовый онлайн-курс.
Контрольные точки клеточного цикла

Факторы, влияющие на остановку и продолжение клеточного цикла
Вступление

По мере того, как клетки движутся по клеточному циклу, перескакивают ли они бесконтрольно с одной фазы в другую? Если это раковые клетки, ответ может быть да. Нормальные клетки, однако, проходят клеточный цикл регулируемым образом, используя информацию о своем внутреннем состоянии и сигналы из окружающей среды, они решают, следует ли продолжать деление. Это гарантирует, что клетки не станут делиться в неблагоприятных условиях (например, когда их ДНК повреждена или в ткани или органе нет места для большего количества клеток).
Контрольные точки клеточного цикла

Контрольная точка
— это стадия в эукариотическом клеточном цикле, на которой клетка анализирует внутренние и внешние сигналы и «решает», стоит ли продвигаться дальше в процессе деления.

Существует несколько контрольных точек, но мы рассмотрим три наиболее важных из них:

· G1 контрольная точка, которую клетка проходит перед переходом из фазы G1 в фазу S.
· G2 контрольная точка,которую клетка проходит перед переходом из фазы G2 в фазу M.
· Контрольная точка шпинделя, при переходе из метафазы в анафазу.
Схема клеточного цикла с отмеченными контрольными точками.
Контрольная точка G1 находится в конце фазы G1 (близко к переходу G1 / S).
Контрольная точка G2 находится в конце фазы G2 (близко к переходу G2 / M).
Контрольная точка шпинделя находится на середине фазы M, а точнее, на переходе от метафазы к анафазе.
Контрольная точка G1

Контрольная точка G1 является основной точкой, в которой клетка должна сделать выбор, делиться ей или нет. Как только клетка проходит G1-контрольную точку и вступает в S -фазу, процесс деления запускается и может прерваться только в случае непредвиденных проблем, таких как повреждение ДНК или ошибки репликации. В остальных случаях клетка, которая прошла через контрольную точку G1, продолжит движение по клеточному циклу и в результате образует две дочерние клетки.
На контрольной точке G1 клетки решают, следует ли продолжить деление, основываясь на таких факторах, как:

· Размер клетки
· Питательные вещества
· Факторы роста
· Повреждение ДНК

В контрольной точке G1 клетка проверяет, являются ли внутренние и внешние условия подходящими для деления. Вот некоторые из факторов, которые может оценить клетка:

· Размер. Достаточно ли велика клетка для деления?
· Питательные вещества. Достаточно ли у клетки запасов энергии или доступных питательных веществ для деления?
· Молекулярные сигналы. Получает ли клетка положительные сигналы (например, факторы роста) от соседей?
· Целостность ДНК. Повреждена ли ДНК?

Это не единственные факторы, которые могут повлиять на прохождение через контрольную точку G1, и то, какие факторы являются наиболее важными, зависит от типа клетки. Например, некоторые клетки также нуждаются в механических сигналах (таких как соединение с поддерживающей сетью — внеклеточным матриксом), чтобы начать деление.

Если клетка не получает сигналов, нужных для прохождения контрольной точки G1, она может выйти из клеточного цикла и войти в состояние покоя под названием фаза G0. После чего в некоторых случаях клетки могут либо постоянно оставаться в фазе G0, либо возобновить деление, если условия поменяются на благоприятные.

Контрольная точка G1
Контрольная точка G1 находится в конце фазы G1, до перехода в S-фазу.

Если клетка не проходит контрольную точку G1, она может «выйти из клеточного цикла» и перейти в состояние покоя, называемое G0, из которого она может впоследствии повторно войти в G1 при соответствующих условиях.
Контрольная точка G2
Чтобы убедиться, что деление клетки пройдет успешно (клетка произведет здоровые дочерние клетки с неповрежденной ДНК), перед фазой М клетка проходит дополнительную контрольную точку — контрольную точку G2.

На этом этапе клетка проверяет:
· Целостность ДНК. Повреждена ли ДНК?
· Процесс репликации ДНК. Была ли ДНК полностью скопирована во время S-фазы?

Если обнаружены ошибки или повреждения, клеточный цикл останавливается на контрольной точке G2 для устранения неполадок. Если механизмы контрольных точек обнаруживают проблемы с ДНК, клеточный цикл останавливается, и клетка пытается либо завершить репликацию ДНК, либо восстановить поврежденную ДНК.

Если повреждение непоправимо, клетка может подвергнуться апоптозу — запрограммированной клеточной гибели [2]. Этот механизм самоуничтожения играет важную роль в профилактике рака, поскольку гарантирует, что поврежденная ДНК не передастся дочерним клеткам.

Изображение клеточного цикла с отмеченной контрольной точкой G2.
На контрольной точке G2 клетка проверяет:
· Повреждение ДНК
· Завершение репликации ДНК.
Контрольная точка шпинделя
Контрольная точка M также известна как контрольная точка шпинделя : здесь клетка проверяет, правильно ли все сестринские хроматиды прикреплены к микротрубочкам шпинделя. Поскольку разделение сестринских хроматид во время анафазы является необратимым этапом, цикл не будет продолжаться до тех пор, пока все хромосомы не будут прочно прикреплены по крайней мере к двум веретенообразным волокнам с противоположных полюсов клетки.

Как работает эта контрольная точка? Кажется, что клетки на самом деле не сканируют метафазную пластинку, чтобы подтвердить, что все хромосомы на месте. Вместо этого происходит поиск хромосом, которые находятся в неправильном месте (например, плавают в цитоплазме) [3]. Если хромосома не на своем месте, клетка приостановит митоз, предоставив время для веретена захватить беспризорную хромосому.

Изображение клеточного цикла с отмеченной контрольной точкой шпинделя
На контрольной точке шпинделя клетка проверяет:
Прикрепление хромосомы к метафазной пластинке.
Как на самом деле работают контрольные точки?

В этой статье дается общий обзор контроля клеточного цикла, описываются факторы, которые влияют на решение клетки приостановить или продолжить клеточный цикл на каждой из контрольных точек. Однако вам может быть интересно, какие механизмы запускают эти факторы внутри клетки, и каким образом управляется переход от одной фазы клеточного цикла к следующей.

Общий ответ заключается в том, что внутренние и внешние сигналы запускают сигнальные пути внутри клетки, которые активируют или инактивируют набор основных белков, которые продвигают клеточный цикл вперед. Вы можете узнать больше об этих белках и увидеть примеры того, как на них влияют такие сигналы, как повреждение ДНК, в статье о регуляторах клеточного цикла.
Атрибуция и ссылки
Эта статья является производной статьи "Cell cycle checkpoints" от Khan Academy (https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/stem-cells-and-cancer/a/cell-cycle-checkpoints-article) и распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0.
Цитируемые работы
  1. Pickup, M. W., Mouw, J. K., and Weaver, V. M. (2014). The extracellular matrix modulates the hallmarks of cancer. EMBO Reports 15(12), 1244. http://dx.doi.org/10.15252/embr.201439246.
  2. Han, Z., Chatterjee, D., He, D. M., Early, J., Pantazis, P., Wyche, J. H., and Hendrickson, E. A. (1995). Evidence for a G2 checkpoint in p53-indepenent apoptosis induction by X-irradiation. Molecular and Cellular Biology, 15(11), 5849. http://dx.doi.org/10.1128/MCB.15.11.5849.
  3. Gorbsky, G. J. (2001). The mitotic spindle checkpoint. Current Biology, 24(11), R1001. http://dx.doi.org/10.1016/S0960-9822(01)00609-1.
Дополнительные ссылки
DiPaola, R. S. (2002). To arrest or not to G2-M cell-cycle arrest. Clin. Cancer Res., 8, 3311-3314. Retrieved from http://clincancerres.aacrjournals.org/content/8/11/3311.short.

Han, Z., Chatterjee, D., He, D. M., Early, J., Pantazis, P., Wyche, J. H., and Hendrickson, E. A. (1995). Evidence for a G2 checkpoint in p53-indepenent apoptosis induction by X-irradiation. Molecular and Cellular Biology, 15(11), 5849-5857. http://dx.doi.org/10.1128/MCB.15.11.5849.

Kitagawa, Katsumi. (2009). Caspase-independent mitotic death. In X.-M. Yin and X. Dong (Eds.), Essentials of apoptosis: a guide for basic and clinical research (2nd ed., pp. 635-646). New York, NY: Humana Press.

Li, F., Ambrosini, G., Chu, E. Y., Plescia, J., Tognin, S., Marchisio, P. C., and Altieri, D. C. (1998). Control of apoptosis and mitotic spindle checkpoint by survivin. Nature, 396, 580-584. http://dx.doi.org/10.1038/25141.

Pickup, M. W., Mouw, J. K., and Weaver, V. M. (2014). The extracellular matrix modulates the hallmarks of cancer. EMBO Reports 15(12), 1243-1253. http://dx.doi.org/10.15252/embr.201439246.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). How cells divide. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 187-206). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). The cell cycle. In Campbell biology (10th ed., pp. 232-250). San Francisco, CA: Pearson.

Seluanov, A., Hine, C., Azpurua, J., Feigenson, M., Bozzella, M., Mao, Z., … Gorbunova, V. (2009). Hypersensitivity to contact inhibition provides a clue to cancer resistance of naked mole-rat. PNAS, 106, 10352-19357. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0905252106.
Проверьте свои знания
comments powered by HyperComments