Основно съдържание

Курс: Биологична библиотека > Раздел 15

Урок 4: Регулация на клетъчния цикъл, ракови и стволови клетки

Контролни пунктове на клетъчния цикъл

Как клетките използват контролни пунктове в края на G1 фазата, края на G2 фазата и по средата на М фазата (вретеновидния контролен пункт), за да регулират клетъчния цикъл.

Въведение

Докато клетките се придвижват през клетъчния цикъл, бързо ли преминават от една фаза към друга? Ако са ракови клетки, отговорът може би е да. Нормалните клетки обаче се придвижват през клетъчния цикъл по регулиран начин. Те използват информация за собственото си вътрешно състояние и условни знаци от околната си среда, за да решат дали да продължат с клетъчното делене. Това регулиране гарантира, че клетките не се делят при неблагоприятни условия (например когато тяхното ДНК е повредено, или когато няма място за повече клетки в тъканта или органа).

Контролни пунктове на клетъчния цикъл

Контролен пункт е етап в клетъчния цикъл на еукариотните клетки, при който клетката проучва вътрешните и външните условни знаци и "решава" дали да продължи с деленето, или не.

Има няколко контролни пункта, но трите най-важни са:

Контролният пункт G $_{1}$ ‍, при прехода G $_{1}$ ‍/S.
Контролният пункт G $_{2}$ ‍, при прехода G $_{2}$ ‍/M.
Контролният пункт на вретеното, при прехода от метафаза към анафаза.

Контролният пункт G $_{1}$ ‍

Контролният пункт G $_{1}$ ‍ е основната решаваща точка за една клетка – тоест, основната точка, при която тя трябва да реши дали да се дели, или не. След като клетката премине контролния пункт G

_{1}

и навлезе в S фазата, тя необратимо се отправя по пътеката на деленето. Тоест, ако изключим неочаквани проблеми като ДНК увреждане или грешки при репликацията, една клетка, която премине през G

_{1}

контролния пункт, ще продължи през клетъчния цикъл и ще произведе две дъщерни клетки.

При контролния пункт G

_{1}

една клетка проверява дали вътрешните и външните условия са правилни за делене. Ето някои фактори, които една клетка може да оцени:

Размер. Достатъчно голяма ли е клетката, за да се раздели?
Хранителни вещества. Клетката има ли достатъчно енергийни резерви или налични хранителни вещества, за да се дели?
Молекулярни сигнали. Получава ли клетката положителни подсещания (като растежни фактори) от съседите?
Цялостност на ДНК. Има ли повредени участъци от ДНК?

Това не са единствените фактори, които могат да повлияят на прогреса през контролния пункт G

_{1}

, и кои фактори са най-важни зависи от вида на клетката. Например някои клетки имат нужда и от механични условни насоки (като прикрепяне към подкрепяща мрежа, наречена извънклетъчен матрикс), за да се делят

^{1}

Ако една клетка не получи "зелена светлина" от условните насоки, които са ѝ нужни при контролния пункт G

_{1}

, тя може да излезе от клетъчния цикъл и да навлезе в състояние на покой, наречено G $_{0}$ ‍ фаза. Някои клетки остават постоянно в G

_{0}

, докато други продължават деленето, ако условията се подобрят.

Контролният пункт G $_{2}$ ‍

За да се увери, че клетъчното деление върви гладко (произвежда здрави дъщерни клетки с пълно, неувредено ДНК), клетката има допълнителен контролен пункт преди М фазата, наречена контролен пункт G $_{2}$ ‍. На този етап клетката ще провери:

Цялостност на ДНК. Има ли повредени участъци от ДНК?
Репликация на ДНК. Напълно копирана ли е ДНК по време на фаза S?

Ако бъдат засечени грешки или увреждане, клетката ще спре в контролен пункт G

_{2}

, за да позволи поправки. Ако механизмите на контролния пункт засекат проблеми с ДНК, клетъчният цикъл приключва и клетката опитва или да завърши ДНК репликацията, или да поправи повреденото ДНК.

Ако увреждането е непоправимо, клетката може да премине през апоптоза, или програмирана клетъчна смърт

^{2}

. Този механизъм на саморазрушение гарантира, че увреденото ДНК не е предадено на дъщерните клетки, и е важен за предотвратяването на рак.

Контролният пункт на вретеното

Контролният пункт М също е познат като контролен пункт на вретеното: тук клетката проверява дали всички сестрински хроматиди са правилно прикрепени към микротубулите на вретеното. Понеже разделянето на сестринските хроматиди по време на анафаза е необратима стъпка, клетката няма да продължи, докато всички хромозоми не бъдат здраво прикрепени към поне две нишки на вретеното от противоположните полюси на клетката.

Как работи този контролен пункт? Изглежда клетките всъщност не сканират метафазната плочка, за да се уверят, че всички хромозоми са там. Вместо това те търсят "скитащи" хромозоми, които са на неправилното място (например плуват си в цитоплазмата)

^{3}

. Ако една хромозома е на грешното място, клетката ще спре митозата, давайки време на вретеното да улови скитащата хромозома.

Как точно работят контролните пунктове?

Тази статия дава много общ преглед на контрола върху клетъчния цикъл, очертавайки факторите, които влияят на решението на клетката да спре или да продължи при всеки контролен пункт. Но може би се чудиш какво всъщност правят тези фактори на клетката, или какво променят в нея, за да причинят (или блокират) прогресията от една фаза на клетъчния цикъл към следващата.

Общият отговор е, че вътрешните и външните условни насоки полагат началото на сигнализиращи пътища в клетката, които активират или деактивират група основни протеини, които придвижват клетъчния цикъл напред. Можеш да научиш повече за тези протеини и да видиш примери за това как биват повлияни от неща като ДНК увреждане, например, в тази статия за регулатори на клетъчния цикъл.

Източници

Тази статия е производна модификация на "Контрол на клетъчни цикъл" от Колеж ОупънСтакс, Биология, CC BY 3.0. Изтегли оригиналната статия безплатно на http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.87.

Изменената статия е лицензирана под разрешително CC BY-NC-SA 4.0.

Цитирани трудове:

Пикъп, М. У., Моу, Дж. К. и Уивър, В. М. (2014). Извънклетъчният матрикс модулира отличителните признаци на рака. EMBO Reports 15(12), 1244. http://dx.doi.org/10.15252/embr.201439246.
Хан, З., Чатердже, Д., Хе, Д. М., Ърли, Дж., Пантазис, П., Вуче, Дж. Х. и Хендриксън, Е. А. (1995). Доказателство за G2 контролен пункт в индукцията на р-53 зависимата апоптоза от Х-ирадиацията. Молекулярна и клетъчна биология, 15(11), 5849. http://dx.doi.org/10.1128/MCB.15.11.5849.
Горбски, Г. Дж. (2001). Контролен пункт на делителното вретено. Съвременна биология, 24(11), R1001. http://dx.doi.org/10.1016/S0960-9822(01)00609-1.

Допълнителни източници:

ДиПаола, Р. С. (2002). To arrest or not to G2-M cell-cycle arrest. Clin. Cancer Res., 8, 3311-3314. Получено от http://clincancerres.aacrjournals.org/content/8/11/3311.short.

Хан, Д., Четърджи, Д., Хи, Д. М., Иърли, Дж., Пантазис, П., Виши, Дж. Х., и Хендриксън, И. А. (1995). Доказателство за контролен пункт G2 при въвеждането на p53-независима апоптоза от X-облъчване. Молекулярна и клетъчна биология, 15(11), 5849-5857. http://dx.doi.org/10.1128/MCB.15.11.5849.

Китагава, Кацуми. (2009). Митотична смърт, независима от каспази. В X.-M. Yin и X. Dong (Ред.), Съществени елементи на апоптозата: ръководство за основни и клинично изследване (2ро изд., стр. 635-646). Ню Йорк, Ню Йорк: Humana Press.

Ли, Ф., Амброзини, Г., Чу, И. Й., Плеша, Дж., Тогнин, С., Марчизио, П. К., и Алтиери, Д. К. (1998). Контрол на апоптозата и контролен пункт на митотичното вретено чрез оцеляване. Nature, 396, 580-584. http://dx.doi.org/10.1038/25141.

Пикъп, М. У., Моу, Дж. К. и Уивър, В. М. (2014). Извънклетъчният матрикс модулира отличителните признаци на рака. EMBO Reports 15(12), 1243-1253. http://dx.doi.org/10.15252/embr.201439246.

Рейвън, П. Х., Джонсън, Г. Б., Мейсън, К. А., Лосос, Дж. Б., и Сингър, С. Р. (2014). Как се делят клетките. В Биология (10-то изд., AP ed., стр. 187-206). Ню Йорк, Ню Йорк: McGraw-Hill.

Рийс, Дж. Б., Юри, Л. А., Кейн, М. Л., Васерман, С. А., Минорски, П. В., и Джаксън, Р. Б. (2011). Клетъчният цикъл. В Кампбел биология (10-то издание, стр. 232-250). Сан Франциско, Калифорния: Пиърсън.

Селуанов, А., Хайн, К., Азпуруа, Дж., Фейгенсън, М., Бозела, М., Мао, Д., … Горбунова, В. (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.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.

Биологична библиотека

Курс: Биологична библиотека > Раздел 15

Въведение

Контролни пунктове на клетъчния цикъл

Контролният пункт G1‍

Контролният пункт G2‍

Контролният пункт на вретеното

Как точно работят контролните пунктове?

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Контролният пункт G $_{1}$ ‍

Контролният пункт G $_{2}$ ‍