Cellecyklus: Perioder og kontrol af cellens livscyklus
Læs denne artikel for at lære om perioder og kontrol af livscyklus for celler!
Cellecyklus (Howard og Pelc, 1953) er en række ændringer, der forekommer i en nydannet celle, der involverer dens vækst og opdeling for at danne to datterceller.
Den består af to stater, en lang ikke-delende voksende I-fase eller interfase og en kort delt M-fase eller mitotisk fase. Interphase er en serie af ændringer, der finder sted i en nydannet celle og dens kerne, inden den bliver i stand til at opdele igen. Derfor kaldes det også intermittose. Interfase kan ikke opføres som et stadium af mitose.
Det er en kritisk tid med hensyn til forberedelse til celledeling, idet der i denne fase forekommer overlapning af kromosomer i mitotiske celler og fordobling af cellestørrelse. Interphase indtager tiden mellem slutningen af telofase og begyndelsen af den næste profase. Varigheden af interfasen varierer fra organisme til organisme, og den optager 75-90% af den samlede generationstid.
Cyklusperioder:
Cellecyklussen er opdelt i fire perioder: G 1, S, G 2 og mitose. På basis af de syntetiske aktiviteter er interfasen opdelt i tre delstrin; Gj, S og G 2 (G står for vækst og S for syntese).
1. G 1 fase:
G af interfase varierer i længden af tiden, der optager 25 til 50% interfasetid. G 1 er tiden "mellemrum" mellem slutningen af mitose og starten af DNA-syntese (S-fase). Det er den mest variable periode; afhængigt af de fysiologiske forhold i cellerne, kan det vare dage, måneder eller år. Celler, der holder op med at proliferere, bliver arresteret ved et specifikt punkt i G1 og forbliver trukket fra cellecyklussen i G1-tilstanden.
Det vigtigste punkt i reguleringen af celleproliferation forekommer under G, når den afgørende beslutning om, hvorvidt cellen gennemgår en ny delingscyklus eller går ind i G 0- tilstanden, tages, men hvordan dette opnås er ikke kendt. G : Understadiet er præget af en række aktiviteter under forberedelse til S-fasen, og den omfatter syntese og organisering af substraterne og enzymerne nødvendige for DNA-syntese. Derfor er G, markeret ved syntesen af RNA og protein.
2. S-fase:
Det er perioden med DNA-syntese. Kromosomernes replikat finder sted for dette (arving-DNA-molekyler fungerer som skabelon og former for carbonkopier. DNA-indholdet fordobles og duplikat sæt af gener dannes. Samtidig replikation af DNA'er dannes der nye kromatinfibre, der dog forbliver forbundet i par.
Da kromatinfibre er aflange kromosomer, kommer hvert kromosom til at have to søsterkromatider, som forbliver fastgjort ved centromere. S-fasecellerne indeholder faktorer, som inducerer DNA-syntese. Histoner syntetiseres under S-fasen, den periode, i hvilken de bliver associeret med det nyligt replikerede DNA.
Sub-scenen har en forholdsvis konstant varighed blandt lignende celler af en art, der indtager 35 til 40% af interfasetiden.
3. G2-fase:
Denne fase følger DNA-syntese og går forud for mitose (M). Det kendetegnes ofte af et øget atomvolumen og i gennemsnit; varigheden af G2 svarer til den af mitose, 1-4 timer. Mere signifikant er G 2 den tid, hvor visse metaboliske og organisatoriske hændelser, der er forudsætninger for mitose, forekommer.
Under denne fase syntetiseres proteiner, der er nødvendige til dannelsen af spindelfibre. I tidlige G2 syntetiseres ribosomer, og disse er forbeholdt den efterfølgende cellecyklus. Messenger RNA (mRNA) er også lavet i G 2 .
Forud for DNA-syntese (i G) viser hvert kromosom sædvanligvis som en enkelt streng, og derfor er DNA-værdien 2C, men efter S, i G2 fremgår kromosomet som tostrengede kromatider, og DNA-indholdet har en 4C-værdi.
Under S-stadiet har DNA-indholdet en 4C-værdi. Når mitose opstår, gendannes DNA-værdien til 2C-værdi, eller hvis meiosis opstår, vil hvert produkt have DNA-konstant med 1C-værdi. Syntesen af RNA sker gennem interphase, i modsætning til DNA-syntese, som kun forekommer under S-fase. Syntese af RNA er deprimeret ved to tidsrum, under S-fase og M-fase.
Kontrol af cellecyklus:
1. Checkpoints og deres regulering:
Initieringen af en celledelingscyklus kræver tilstedeværelsen af ekstracellulære vækstfaktorer eller mitogener, hvorfra cellerne trækker sig ud af cellecyklussen i G1 og indtaster G0-hvilepasen. Pointen i G 1, hvor information om cellemiljøet vurderes, og cellen bestemmer, om man skal indtaste en anden divisionscyklus, kaldes restriktionspunktet (eller R-punktet). Celler sultede af mitogener, inden de når R-punktet, genindtræder G 0 og fejler 10 undergår celledeling.
Celler, der sultes af mitogener efter at have passeret R-punktet, fortsætter gennem cellecyklussen for at fuldføre celledeling før de går G 0 . I de fleste celletyper forekommer R-punktet et par timer efter mitose. R-punktet er af afgørende betydning for at forstå, at cellerne er forpligtet til at gennemgå en cellefordelingscyklus. Intervallet i G, mellem mitose og R-punktet er den periode, hvor flere signaler falder sammen og interagerer for at bestemme cellens skæbne.
De dele af cellecyklussen, såsom R-punktet, hvor processen kan stoppes, er kendt som kontrolpunkter. Checkpoints opererer i mellemrumsfaserne. Disse sikrer, at cellen er kompetent til at gennemgå en anden runde DNA-replikation (ved R-punktet i G, fase), og at replikation af DNA'et er blevet afsluttet inden celledeling (G 2- fase-kontrolpunkt).
2. Cycliner og cyclinafhængige kinaser:
En vigtig mekanisme til styring af cellecyklusprogression er ved regulering af proteinphosphorylering. Dette styres af specifikke proteinkinaser, der består af en regulatorisk underenhed og en katalytisk underenhed. De regulatoriske underenheder kaldes cycliner, og de katalytiske underenheder hedder cyclinafhængige kinaser (CDK'er).
CDK'erne har ingen katalytisk aktivitet, medmindre de er forbundet med en cyclin og hver især kan associere sig med mere end en type cyclin. CDK og cyclin til stede i et specifikt CDK-cyclin-kompleks bestemmer i fællesskab, hvilke målproteiner der phosphoryleres af proteinkinasen.
Der er tre forskellige klasser af cyclin-CDK-komplekser, som er forbundet med enten G1-, S- eller M-faser af cellecyklussen.
(i) G1 CDK-komplekserne forbereder cellen for S-fase ved aktivering af transkriptionsfaktorer, der forårsager ekspression af enzymer, der kræves til DNA-syntese, og generne, som koder for S-fase-CDK-komplekser.
(ii) S-fase CDK-komplekserne stimulerer starten af organiseret DNA-syntese. Maskinen sikrer, at hvert kromosom kun gentages én gang.
(iii) De mitotiske CDK-komplekser inducerer kromosomkondensation og beordrede kromosomseparation i de to datterceller.
Aktiviteten af CDK-komplekserne er reguleret på tre måder:
(i) Ved kontrol af transkriptionen af CDK-komplekse underenheder.
(ii) Ved inhibitorer, der reducerer aktiviteten af CDK-komplekserne. For eksempel syntetiseres de mitotiske COK-komplekser i S- og G.-fase, men deres aktivitet undertrykkes, indtil DNA-syntese er fuldstændig.
(iii) Ved organiseret proteolyse af CDK-komplekserne på et defineret stadium i cellecyklussen, hvor de ikke længere er påkrævet.
3. Regulering af E2F og Rb:
Cellecyklusprogression gennem G. og i S-fase reguleres delvist ved aktivering (og i nogle tilfælde inhibering) af gentranskription, hvorimod progression gennem de senere cellecyklusfaser tilsyneladende reguleres primært ved posttranskriptionelle mekanismer. Passage gennem nøglen G 1 R punkt kritisk afhænger af aktiveringen af en transkriptionsfaktor, E2F.
E2F stimulerer transkriptionen og ekspressionen af gener, som koder for proteiner, der er nødvendige for DNA-replikation og deoxyribo-nukleotidsyntese såvel som for cycliner og CDK'er, der kræves i senere cellecyklusfaser. Aktiviteten af E2F hæmmes af bindingen af proteinet Rb (retinoblastom-tumor suppressorproteinet og beslægtede proteiner).
Når Rb er hypophosphoryleret (underphosphoryleret), hæmmes E2F-aktivitet. Fosforyleringen af Rb ved cyclin-CDK-komplekser under mellem og sen G 1- fase frigør E2F, så den kan aktivere transkription.
4. Cellecyklusaktivering og hæmning:
Små inhibitorproteiner kan forsinke cellecyklusprogression ved undertrykkelse af aktiviteten af cyclin-CDK-komplekser. Der er to klasser af disse inhibitorer, CIP proteiner og INK4 proteiner.
