Клітинний цикл

ГОУ ВПО Новосибірський державний педагогічний університет
Інститут природничих і соціально-економічних наук
Кафедра зоології та МОБ
Контрольна робота
з цитології
на тему:
«Клітинний цикл»
Виконала: студентка 1 курсу
Судакова М.С.
Перевірив: Веселов А.А.
Новосибірськ 2008

Зміст
Введення
1. Клітинний цикл: періоди
2. Клітинний цикл: фази
3. Цикліни і циклін-залежні кінази
4. Цикліни: загальні відомості
5. Розподіл еукаріотичної клітини: початок
6. Фаза S клітинного циклу: синтез ДНК
7. Мітоз
8. Фаза G0 клітинного циклу
9. Клітинний цикл: інгібітори
10. Клітинний цикл: регуляція переходу від G1-к S-фазі і регуляція переходу від G2 до фази M
Висновок
Бібліографічний список

Введення
Природа клітинного циклу прояснилася в результаті вивчення мутантних клітин, що ростуть і діляться при низьких температурах (34 градуси С для клітин ссавців, 23 градуси С для клітин дріжджів). У таких температурочувствітельних мутантів зазвичай є один змінений білок, який функціонує тільки при низькій температурі. І у більшості таких мутантів зростання порушується незабаром після підвищення температури. Однак деякі мутанти перестають рости лише тоді, коли клітина досягає певної стадії циклу, наприклад, початку синтезу ДНК, поділу ядра або цитокінез. Мутанти по клітинному циклу найкраще вивчені у пекарських дріжджів (Saccharomyces cerevisiae: у них виділені мутанти за більш ніж 35 різним генам циклу клітинного ділення (cell division cycle, cdc). На цих мутантів досліджували взаємозв'язок між функціями певних білків і клітинним циклом.
Згідно визначення вільної енциклопедії 2008 року, клітинний цикл - це узгоджена односпрямована послідовність подій, в ході якої клітина послідовно проходить його різні періоди без їх пропуску або повернення до попередніх стадій. Клітинний цикл закінчується поділом вихідної клітини на дві дочірні клітини.
Метою даного реферативного дослідження є розкриття принципів клітинного циклу, особливостей і його значення.

1. Клітинний цикл, періоди

Клітинний цикл включає суворо детермінований ряд послідовних процесів, згідно з позицією Hartwellа, 1995. Клітка повинна між двома послідовними поділами подвоїти усі свої компоненти і свою масу. Таким чином клітинний цикл становлять два періоди:
1) період клітинного росту, званий "інтерфаза", і
2) період клітинного ділення, званий "фаза М" (від слова mitosis). У свою чергу, в кожному періоді виділяють кілька фаз (рис.3).
Зазвичай інтерфаза займає не менше 90% часу всього клітинного циклу. Наприклад, у швидко діляться клітин вищих еукаріот послідовні поділу відбуваються один раз на 16-24 години, і кожна фаза М триває 1-2 години. Більша частина компонентів клітини синтезується протягом всієї інтерфази, це ускладнює виділення в ній окремих стадій на думку Pardee, 1989. У інтерфазі виділяють фазу G1, фазу S і фазу G2. Період інтерфази, коли відбувається реплікація ДНК клітинного ядра, був названий "фаза S" (від слова synthesis). Період між фазою М і початком фази S позначений як фаза G1 (від слова gap - проміжок), а період між кінцем фази S та подальшої фазою М - як фаза G2. Період клітинного ділення (фаза М) включає дві стадії: мітоз (поділ клітинного ядра) і цитокінез (поділ цитоплазми). У свою чергу, мітоз ділиться на п'ять стадій (рис.3), In vivo ці шість стадій утворюють динамічну послідовність. Опис клітинного ділення базується на даних світловій мікроскопії у поєднанні з мікрокінозйомок і на результатах світлової та електронної мікроскопії фіксованих і пофарбованих клітин.
Повторювана сукупність подій, що забезпечують розподіл еукаріотичних клітин, одержала назву клітинного циклу. Тривалість клітинного циклу залежить від типу клітин, які діляться. Деякі клітини, наприклад, нейрони людини, після досягнення стадії термінальної диференціювання припиняють своє розподіл взагалі. Клітини легенів, нирок або печінки в дорослому організмі починають ділитися лише у відповідь на пошкодження відповідних органів. Клітини епітелію кишечнику діляться протягом всього життя людини. Навіть у швидко проліферуючих клітин підготовка до поділу займає близько 24 год Клітинний цикл поділяють на стадії: Мітоз - М-фаза, поділ клітинного ядра. G1-фаза період перед синтезом ДНК. S-фаза - період синтезу (реплікації ДНК). G2-фаза - період між синтезом ДНК і митозом. Інтерфаза - період, що включає в себе G1 -, S-і G2-фази. Цитокінез - розподіл цитоплазми. Точка рестрикції, R-point - час у клітинному циклі, коли просування клітини до поділу стає незворотнім. G0 фаза - стан клітин, досягли монослоя або позбавлених фактора росту в ранній G1 фазі.
Поділу клітини (мітозу або мейозу) передує подвоєння хромосом, яке відбувається в періоді S клітинного циклу (рис.1). Період позначають першою літерою слова synthesis - синтез ДНК. З моменту закінчення періоду S до завершення метафази ядро ​​містить у чотири рази більше ДНК, ніж ядро ​​сперматозоїда чи яйцеклітини, а кожна хромосома складається з двох ідентичних сестринських хроматид. Під час мітозу хромосоми конденсуються і врешті профази або початку метафази стають помітними при оптичної мікроскопії. Для цитогенетичного аналізу звичайно використовують препарати саме метафазних хромосом.
На початку анафази центромери гомологічних хромосом роз'єднуються, і хроматиди розходяться до протилежних полюсів мітотичного веретена. Після того як до полюсів відійдуть повні набори хроматид (з цього моменту їх називають хромосомами), навколо кожного з них утворюється ядерна оболонка, формуючи ядра двох дочірніх клітин (руйнування ядерної оболонки материнської клітини відбулося в кінці профази). Дочірні клітини вступають у період G1, і тільки при підготовці до наступного поділу вони переходять в період S і в них відбувається реплікація ДНК.
Клітини зі спеціалізованими функціями, тривалий час не вступають у мітоз або взагалі втратили здатність до поділу, знаходяться в стані, званому періодом G0. Більшість клітин в організмі диплоїдні - тобто мають два гаплоїдних набору хромосом (гаплоїдний набір - це число хромосом у гаметах, у людини він складає 23 хромосоми, а диплоїдний набір хромосом - 46). У гонадах попередники статевих клітин спочатку зазнають ряд мітотичних поділів, а потім вступають в мейоз - процес утворення гамет, що складається з двох послідовних поділів. У мейозі гомологічні хромосоми спаровуються (батьківська 1-а хромосома з материнською 1-ю хромосомою і т. д.), після чого в ході так званого кросинговеру відбувається рекомбінація, тобто обмін ділянками між боку батька або матері хромосомами. У результаті якісно змінюється генетичний складу кожної з хромосом.
У першому поділі мейозу розходяться гомологічні хромосоми (а не сестринські хроматиди, як в мітозі), внаслідок чого утворюються клітини з гаплоїдним набором хромосом, кожна з яких містить по 22 подвоєні аутосоми і однієї подвоєною статевій хромосомі. Між першим і другим поділами мейозу немає періоду S (рис.2, праворуч), а в дочірні клітини в другому поділі розходяться сестринські хроматиди. У результаті утворюються клітини з гаплоїдним набором хромосом, в яких вдвічі менше ДНК, ніж у диплоїдних соматичних клітинах в періоді G1, і в 4 рази менше - ніж у соматичних клітинах після закінчення періоду S.
При заплідненні число хромосом і вміст ДНК у зиготи стає таким же, як в соматичній клітині в періоді G1. Період S в зиготі відкриває шлях до регулярного поділу, характерному для соматичних клітин.

2. Клітинний цикл: фази

Клітинний цикл еукаріот поділяють на чотири фази. У стадії безпосереднього поділу клітин (мітозу) конденсовані метафазні хромосоми порівну розподіляються між дочірніми клітинами (M-фаза клітинного циклу - mitosis). Мітоз був першою ідентифікованої фазою клітинного циклу, а всі інші події, що відбуваються в клітині між двома мітозами, були названі інтерфазою. Розвиток досліджень на молекулярному рівні дозволило виділити в інтерфазі стадію синтезу ДНК, що отримала назву S-фази (synthesis). Ці дві ключові стадії клітинного циклу не переходять безпосередньо одна в іншу. Після закінчення мітозу до початку синтезу ДНК має місце G1-фаза клітинного циклу (gap), що здається пауза в активності клітини, під час якої внутрішньоклітинні синтетичні процеси готують реплікацію генетичного матеріалу.
Другий перерву в видимої активності (фаза G2) спостерігається після закінчення синтезу ДНК перед початком мітозу. У фазі G2 клітина здійснює контроль за точністю сталася редуплікації ДНК і виправляє виявлені збої. У ряді випадків виділяють п'ятий фазу клітинного циклу (G0), коли після завершення поділу клітина не вступає в наступний клітинний цикл і тривалий час залишається в стані спокою. З цього стану вона може бути виведена зовнішніми стимулюючими (мітогенних) впливами. Фази клітинного циклу не мають чітких часових і функціональних кордонів, однак при переході від однієї фази в іншу відбувається впорядковане перемикання синтетичних процесів, що дозволяє на молекулярному рівні диференціювати ці внутрішньоклітинні події.

3. Цикліни і циклін-залежні кінази

Клітини вступають в клітинний цикл і здійснюють синтез ДНК у відповідь на зовнішні мітогенний стимули. Лімфокіни (наприклад, інтерлейкіни), цитокіни (зокрема інтерферони) і поліпептидні фактори росту, взаємодіючи зі своїми рецепторами на поверхні клітин, індукують каскад реакцій фосфорилювання внутрішньоклітинних білків, що супроводжуються передачею сигналу від поверхні клітин до ядра і індукцією транскрипції відповідних генів. Одними з перших активуються гени, що кодують білки цикліни, що отримали свою назву від того, що їх внутрішньоклітинна концентрація періодично змінюється в міру проходження клітин через клітинний цикл, досягаючи максимуму на його певних стадіях. Цикліни є специфічними активаторами сімейства циклін-залежних протеїнкіназ (CDK) (CDK - cyclin-dependent kinases) - ключових учасників індукції транскрипції генів, контролюючих клітинний цикл. Активація індивідуальної CDK відбувається після її взаємодії зі специфічним циклінів, і утворення цього комплексу стає можливим після досягнення циклінів критичної концентрації. У відповідь на зменшення внутрішньоклітинної концентрації конкретного циклін відбувається оборотна інактивація відповідної CDK. Деякі CDK активуються більш ніж одним циклінів. У цьому випадку група циклінів, ніби передаючи протеїнкінази один одному, підтримує їх в активованому стані тривалий час. Такі хвилі активації CDK виникають протягом G1-і S-фаз клітинного циклу.

4. Цикліни: загальні відомості

Кожен тип циклінів, позначених від A до H, має гомологічний ділянку (150 амінокислотних залишків, званий "цікліновий бокс" (Hunt T., 1991). Ця ділянка відповідає за зв'язування з CDK (Kobayashi H. et al., 1992; Lees EM , Harlow E., 1993). У сімействі циклінів (циклін A - циклін J) відомі 14 білків. Деякі члени сімейства складають підродини. Наприклад, підродина циклінів D-типу складається з трьох членів: D1, D2 і D3.Цікліни ділять на два підродини: G1-цикліни (C, D і E) і мітотичний цикліни (A і B). цикліни відносяться до швидко обменивающимся білкам з коротким часом напівжиття, що становить у циклінів D-типу 15-20 хв. Це забезпечує динамізм їх комплексів з ціклінзавісімимі кіназами. За внутрішньоклітинну деградацію циклінів відповідає N-кінцева послідовність амінокислотних залишків, названа боксом деструкції (destruction box). При проходженні клітин через клітинний цикл слідом за активацією окремих CDK в міру необхідності відбувається їх інактивація. В останньому випадку має місце протеолітична деградація циклін, що знаходиться в комплексі з CDK, яка начінающается з боксу деструкції.
Самі по собі цикліни не можуть повністю активувати відповідні CDK. Для завершення процесу активації має відбутися специфічне фосфорилювання і дефосфорілірованіе визначених залишків амінокислот у поліпептидних ланцюгах цих протеїнкіназ. Більшу частину таких реакцій здійснює кіназа, що активує CDK (CAK - CDK activating kinase), яка являє собою комплекс CDK7 з циклінів H.
Таким чином, CDK стають здатними виконувати свої функції в клітинному циклі лише після їх взаємодії з відповідними циклін та здійснення посттрансляційних модифікацій під дією CAK та інших аналогічних білків-регуляторів клітинного циклу.

5. Розподіл еукаріотичної клітини: початок

У відповідь на мітогенний стимул клітина, яка перебуває у фазі G0 або ранньої G1, починає своє проходження через клітинний цикл. У результаті індукції експресії генів циклінів D і E, які зазвичай об'єднують в групу циклінів G1, відбувається збільшення їх внутрішньоклітинної концентрації. Цикліни D1, D2 і D3 утворюють комплекс з кіназами CDK4 і CDK6. На відміну від циклін D1 два останні циклін, крім того, об'єднуються з CDK2. Функціональні відмінності між цими трьома циклін невідомі, проте наявні дані вказують на досягнення ними критичних концентрацій при різних стадіях розвитку фази G1. Ці відмінності специфічні щодо типу проліферуючих клітин.
Активація CDK2/4/6 призводить до фосфорилювання білка RB (продукту гена ретинобластоми pRb) та асоційованих з ним білків p107 і p130. На початку фази G1 білок pRb фосфорилюватись слабо, що дозволяє йому перебувати в комплексі з фактором транскрипції E2F, граючим ключову роль в індукції синтезу ДНК, і блокувати його активність. Повністю Фосфорильована форма pRb звільняє E2F з комплексу, що призводить до активації транскрипції генів, контролюючих реплікацію ДНК.
Концентрація D-циклінів зростає протягом фази G1 клітинного циклу і досягає максимуму значень безпосередньо перед початком S-фази, після чого починає зменшуватися. Однак у цей час pRb ще фосфорилюватись не повністю, і фактор E2F залишається в комплексі в неактивному стані. Фосфорилювання pRb завершується під дією CDK2, активованої циклінів E. Внутрішньоклітинна концентрація останнього стає максимальною в момент переходу клітинного циклу від фази G1 до S-фазі. Таким чином, комплекс циклін E-CDK2 хіба що приймає естафету від комплексів циклін D з CDK4 і CDK6 і завершує фосфорилювання pRb, що супроводжується звільненням активного фактора транскрипції E2F. У результаті починається синтез ДНК, тобто клітина вступає в S-фазу клітинного циклу.

6. S фаза клітинного циклу: синтез ДНК

Період інтерфази, коли відбувається реплікація ДНК клітинного ядра, був названий "фаза S". Поділу клітини (мітозу або мейозу) передує подвоєння хромосом, яке відбувається в періоді S клітинного циклу (рис. 4). Період позначають першою літерою слова synthesis - синтез ДНК. Після вступу клітини в S-фазу відбувається швидка деградація циклін E і активація CDK2 циклінів A. Циклін E починає синтезуватися в кінці фази G1 і його взаємодію з CDK2 є необхідною умовою для вступу клітини в S-фазу і продовження синтезу ДНК. Цей комплекс активує синтез ДНК через фосфорилювання білків в областях початку реплікації. Сигналом до завершення S-фази і переходу клітини до фази G2 є активація циклінів A інший кінази CDK1 з одночасним припиненням активації CDK2. Затримка між закінченням синтезу ДНК і початком мітозу (фаза G2) використовується клітиною для контролю повноти і точності сталася реплікації хромосом. Послідовність подій у цей період точно не відома. При стимуляції факторами росту клітин ссавців, що знаходяться в стані проліферативного спокою, цикліни D-типу з'являються раніше, ніж циклін E. мРНК і білок циклін D1 вперше з'являються через 6-8 годин, після чого рівень D1 залишається підвищеним до кінця клітинного циклу (Matsushime H. et al., 1991; Won KA et al., 1992).

Коли з-посеред прибирають ростові фактори, рівень циклінів D-типу стрімко падає, так як D-цикліни та їх РНК нестабільні. Циклін D1 асоціюється з CDK4 безпосередньо перед початком синтезу ДНК. Рівень вмісту комплексу сягає піку в ранній S-фазі, перш ніж знизитися у пізньому S і в G2-фазі (Matsushime H. et al., 1992). Мабуть, цикліни D2 і D3 діють в G1-періоді дещо пізніше, ніж циклін D1. Гіперекспрессія циклінів D-типу (п'ятикратна по відношенню до нормального) при зниженні потреби клітин в чинниках зростання та укороченні G1-фази (Quelle DE et al., 1993) призводить до зменшення розмірів клітини. Циклін E необхідний клітинам для вступу в S-фазу. Він зв'язується переважно з CDK2, хоча може утворювати комплекс і з CDK1 (Koff A. et al, 1991; Dulic V., et al., 1992). Рівень мРНК і білка циклін E, а також активність комплексу циклін-E-CDK2 досягають максимуму при переході G1-S і різко знижуються, коли клітини проходять середню та пізню S-фази (Dulic V. et al., 1992). При мікроін'єкції антитіл до цикліну E в клітини ссавців у них відбувається придушення синтезу ДНК. При гіперекспрессіі циклін E клітини швидше проходять G1-фазу і вступають в S, і таким клітинам потрібна менша кількість факторів росту (Ohtsubo M., Roberts JM, 1993).

7. Мітоз: ініціація

Сигнал до початку розподілу клітки (мітозу) виходить від фактора MPF (M phase promoting factor), що стимулює M-фазу клітинного циклу. MPF являє собою комплекс кінази CDK1 з активують її циклін A або B. Мабуть, комплекс CDK1-циклін A грає більш важливу роль у завершенні S-фази і підготовці клітини до поділу, тоді як комплекс CDK1-циклін B переважно здійснює контроль послідовності. Цикліни B1 і B2 присутні в дуже малих концентраціях у фазі G1. Їх концентрація починає збільшуватися в кінці S-і протягом G2-фаз, досягаючи свого максимуму під час мітозу, що призводить до заміщення ними циклін A в комплексі з CDK1. Проте цього виявляється недостатнім для повної активації протеїнкінази. Функціональна компетентність CDK1 досягається після серії її фосфорилювання і дефосфорилювання за специфічними залишками амінокислот. Такий контроль необхідний для запобігання вступу клітин у мітоз до повного завершення синтезу ДНК.
Поділ клітини починається лише після того, як CDK1, що знаходиться в комплексі з циклінів B, фосфорилюється за залишками Thr-14 і Tyr-16 протеінкіназою WEE1, а також по залишку Thr-161 протеінкіназою CAK і потім дефосфорилюється по залишках Thr-14 і Tyr- 15 фосфатазою CDC25. Активована таким чином CDK1 фосфорилирует в ядрі структурні білки, в тому числі нуклеолін, ядерні ламіни і віментин. Після цього ядро ​​починає проходити через цитологічно добре помітні стадії мітозу.
Перша стадія мітозу - профаза - починається після того, як CDK1 повністю фосфорилюється, за нею слідують метафаза, анафаза і телофаза, що завершуються поділом клітини - цитокінез. Наслідком цих процесів є правильний розподіл реплікованих хромосом, ядерних і цитоплазматичних білків, а також інших високомолекулярних та низькомолекулярних сполук у дочірні клітини. Після завершення Цитокінез відбувається руйнування циклін B, супроводжуване інактивацією CDK1, що призводить до вступу клітини у фазу G1 або G0 клітинного циклу.

8. Фаза G0 клітинного циклу

Клітини деяких типів на певних стадіях диференціювання можуть припиняти своє поділ, повністю зберігаючи свою життєздатність. Такий стан клітин отримало назву фази G0. Клітини, які досягли стану термінальної диференціювання, вже не можуть вийти з цієї фази. У той же час клітини, для яких характерна надзвичайно низька здатність до поділу, наприклад, гепатоцити, можуть знову вступати в клітинний цикл після видалення частини печінки.
Перехід кліток в стан спокою стає можливим функціонування високоспецифічних інгібіторів клітинного циклу. За участю цих білків клітини можуть припиняти проліферацію в несприятливих умовах навколишнього середовища, при пошкодженні ДНК або появі грубих помилок її реплікації. Такі паузи використовуються клітинами для репарації пошкоджень. При деяких зовнішніх умовах клітинний цикл може призупиниться в точках рестрикції (Hartwell L., 1995). У цих точках клітини стають коммітірованнимі до вступу в S-фазу і / або в мітоз. Клітини хребетних в стандартній культуральному середовищі, позбавленої сироватки, в більшості випадків не вступають в S-фазу, хоча середовище містить всі необхідні поживні речовини.
При досягненні зімкнутого монослоя клітини, здатні до контактного гальмування, виходять з клітинного циклу навіть у присутності сироватки крові. Клітини, які вийшли з мітотичного циклу на невизначений час, зберігаючи життєздатність і проліферативний потенціал, називають спочиваючими клітинами (Єпіфанова О.І. та ін, 1983). Це називається переходом у стан проліферативного спокою або в G0-фазу.
У 90-х рр.. не припинялися дискусії, чи можна стан проліферативного спокою визначити як фазу, принципово відмінну від G1. Мабуть це дійсно так. У ядрах клітин, що у проліферативному спокої, також як і в клітинах, що знаходяться в G1-фазі, як правило міститься неудвоенное кількість ДНК. Однак між клітинами в цих двох станах є суттєві відмінності. Відомо, що тривалість G1-фази в делящихся клітин значно коротше, ніж час переходу G0-S. У численних роботах по злиттю спочивали, і проліферуючих клітин і по мікроін'єкції мРНК показано, що клітини в G0-фазі містять інгібітори проліферації, що перешкоджають вступу в S-фазу.
Ці факти припускають, що клітина повинна здійснювати спеціальну програму для виходу з G0. Необхідно відзначити також, що в покояться клітинах не експресуються CDK2 і CDK4, а також цикліни D - і E-типів. Їх синтез індукується лише факторами зростання (Lodish H. et al., 1995). У постійно ціклірующіх клітинах рівень D-і E-циклінів залишається високим впродовж всього циклу, і тривалість G1-періоду в порівнянні з пререплікатівним періодом зменшується.
Таким чином, в клітинах, що знаходяться в G0-фазі, відсутні білки, які дозволяють прохід через точки рестрикції і дозволяють вступати в S-фазу. Для переходу лежать клітин в S-фазу чинники зростання повинні індукувати в них синтез цих білків (Lodish H. et al., 1995). Ген E7 HPV "високого ризику": вплив на клітинний цикл.

9. Клітинний цикл: інгібітори

У клітинному циклі є дві основні стадії (точки переходу, контрольні точки R - restriction points), на яких можуть бути реалізовані негативні регуляторні впливи, що зупиняють просування клітин через клітинний цикл. Одна з цих стадій контролює перехід клітини до синтезу ДНК, а інша - початок мітозу. Є й інші регульовані етапи клітинного циклу. Перехід клітин від однієї фази клітинного циклу до іншої контролюється на рівні активації CDK їх циклін за участю інгібіторів ціклінзавісімих кіназ CKI. У міру необхідності ці інгібітори можуть активуватися і блокувати взаємодію CDK зі своїми циклін, а отже, і клітинний цикл як такої. Після зміни зовнішніх або внутрішніх умов клітина може продовжити проліферацію або вступити на шлях апоптозу.
Є дві групи CKI: білки сімейств p21 і INK4 (inhibitor of CDK4), члени яких всередині родин мають схожі структурними властивостями. Сімейство інгібіторів p21 включає в себе три білки: p21, p27 і p57. Оскільки ці білки були описані незалежно кількома групами, до цих пір використовуються їх альтернативні назви. Так, білок p21 відомий також під іменами WAF1 (wild-type p53 activated fragment 1), CIP1 (CDK2 interacting protein 1), SDI1 (senescent derived inhibitor 1) і mda-6 (melanoma differentiation associated gene). Синонімами p27 і p57 є відповідно KIP1 (kinase inhibiting proteins 1) і KIP2 (kinase inhibiting proteins 2). Всі ці білки мають широку специфічністю дії і можуть інгібувати різні CDK. На відміну від цього група інгібіторів INK4 більш специфічна. У неї входять чотири білка: p15INK4B, p16INK4A, p18INK4C і p19INK4D. Інгібітори сімейства INK4 функціонують під час фази G1 клітинного циклу, пригнічуючи активність кінази CDK4, проте другий білковий продукт гена INK4A - p19ARF, взаємодіє з регуляторним фактором MDM2 білка p53 і інактивує фактор. Це супроводжується збільшенням стабільності білка p53 і зупинкою клітинного циклу.

10. Клітинний цикл: регуляція переходу від G1-к S-фазі

До початку клітинного циклу білок p27, перебуваючи у високій концентрації, запобігає активації протеїнкінази CDK4 або CDK6 циклін D1, D2 або D3. У таких умовах клітина залишається у фазі G0 або ранній фазі G1 до отримання мітогеном стимулу. Після адекватної стимуляції відбувається зменшення концентрації інгібітора p27 на тлі зростання внутрішньоклітинного вмісту циклінів D. Це супроводжується активацією CDK і, в кінцевому рахунку, фосфорилюванням білка pRb, звільненням пов'язаного з ним фактора транскрипції E2F і активацією транскрипції відповідних генів.
На цих ранніх стадіях фази G1 клітинного циклу концентрація білка p27 все ще залишається досить високою. Тому після припинення мітогенний стимуляції клітин зміст цього білка швидко відновлюється до критичного рівня і подальше проходження клітин через клітинний цикл блокується на відповідному етапі G1. Ця оборотність можлива до тих пір, поки фаза G1 у своєму розвитку не досягає певної стадії, званої точкою переходу, після проходження якої клітина стає коммітірованной до поділу, і видалення факторів зростання з навколишнього середовища не супроводжується пригніченням клітинного циклу. Хоча з цього моменту клітини стають незалежними від зовнішніх сигналів до поділу, вони зберігають здатність до самоконтролю клітинного циклу.
Інгібітори CDK сімейства INK4 (p15, p16, p18 і p19) специфічно взаємодіють з кіназами CDK4 і CDK6. Білки p15 і p16 ідентифіковані як супресори пухлинного росту, і їх синтез регулюється білком pRb. Всі чотири білка блокують активацію CDK4 і CDK6, або послаблюючи їх взаємодія з циклін, або витісняючи їх з комплексу. Хоча обидва білка p16 і p27 володіють здатністю пригнічувати активність CDK4 і CDK6, перший має більшу спорідненість до цих протеїнкінази. Якщо концентрація p16 підвищується до рівня, при якому він повністю пригнічує активність кіназ CDK4 / 6, білок p27 стає основним інгібітором кінази CDK2.
На ранніх стадіях клітинного циклу здорові клітини можуть розпізнавати пошкодження ДНК і реагувати на них затримкою проходження клітинного циклу у фазі G1 до репарації ушкоджень. Наприклад, у відповідь на пошкодження ДНК, викликані ультрафіолетовим світлом або іонізуючої радіацією, білок p53 індукує транскрипцію гена білка p21. Підвищення його внутрішньоклітинної концентрації блокує активацію CDK2 циклін E або A. Це зупиняє клітини в пізній фазі G1 або ранньою S-фазі клітинного циклу. У цей час клітина сама визначає свою подальшу долю - якщо пошкодження не можуть бути усунені, вона вступає в апоптоз.
Існують дві різноспрямовані системи регуляції G1 / S - переходу: позитивна і негативна (O `Connor DJ, Lam E., ea., 1995). Система позитивно регулююча вхід в S-фазу, включає гетеродімер E2F-1/DP-1 і активують його циклін-кіназние комплекси. Інша система гальмує вхід в S-фазу. Вона представлена ​​пухлинними супрессорами р53 і pRB, які пригнічують активність гетеродімер E2F-1/DP-1. Нормальна проліферація клітин залежить від точного балансу між цими системами. Співвідношення між цими системами може змінюватися, приводячи до зміни швидкості проліферації клітин.
Відповідь клітини на пошкодження ДНК може наступити перед початком мітозу. Тоді білок p53 індукує синтез інгібітора p21, який запобігає активації кінази CDK1 циклінів B і затримує подальший розвиток клітинного циклу. Проходження клітини через мітоз жорстко контролюється - наступні стадії не починаються без повного завершення попередніх. Деякі з інгібіторів були ідентифіковані у дріжджів, але їх гомологи у тварин поки залишаються невідомими. Наприклад, описані білки дріжджів BUB1 (budding uninhibited by benomyl) і MAD2 (mitotic arrest deficient), які контролюють приєднання конденсованих хромосом до мітотичного веретену в метафазі мітозу. До завершення правильного складання цих комплексів білок MAD2 утворює комплекс з протеінкіназою CDC20 і інактивує її. CDC20 після активації фосфорилирует білки і в результаті блокує ті їх функції, які перешкоджають розбіжності кожної з двох гомологічних хроматид під час цитокінез.

Звіряльні (контрольна) точка рестрикції в G2-фазі

Пошкодження ДНК і інші порушення викликають зупинку клітин не тільки в G1-і S-, але і в G2-фазі клітинного циклу. При цьому виявляються ушкодження, пропущені при проходженні попередніх звіряльні точок або отримані на наступних стадіях клітинного циклу. Крім того, в G2-фазі детектується повнота реплікації ДНК і клітини, в яких ДНК недорепліцірована, не входять в мітоз [Taylor, ea 1999].

Висновок
Дане реферативний дослідження присвячувалося розгляду особливостей клітинного циклу. Мета роботи досягнута. Робота виконана повністю.
На закінчення підведемо підсумки:
1. Клітинний цикл - узгоджена односпрямована послідовність подій, в ході якої клітина послідовно проходить його різні періоди без їх пропуску або повернення до попередніх стадій. Клітинний цикл закінчується поділом вихідної клітини на дві дочірні клітини.
2. Тривалість клітинного циклу у різних клітин варіює. У швидко розмножуються клітин дорослих організмів таких як кровотворні або базальні клітини епідермісу і тонкої кишки можуть входити в клітинний цикл кожні 12-36 ч. Короткі клітинні цикли близько 30 хв спостерігаються при швидкому дробленні яєць голкошкірих і земноводних. В експериментальних умовах короткий клітинний цикл 20ч мають багато ліній клітинних культур. У більшості клітин тривалість періоду між мітозами становить приблизно 10-24 год
3. Клітинний цикл еукаріотів складається з інтерфази, під час якої йде синтез ДНК та білків і здійснюється підготовка до поділу клітини і власне сам розподіл клітини, мітоз. Інтерфаза складається з кількох періодів: G1-фази початкового росту, під час якої йде синтез мРНК, білків, інших клітинних компонентів, S-фази (синтетичної фази), під час якої йде подвоєння молекул ДНК і G2-фази під час якої йде підготовка до мітозу. У диференційованих клітин, які більше не діляться в життєвому циклі може бути відсутнім G1 фаза. Такі клітини знаходяться у фазі спокою G0.
4. Закономірна послідовність зміни періодів клітинного циклу здійснюється при взаємодії таких білків, як циклін-залежні кінази і цикліни. Клітини, що знаходяться в G0 фазі можуть вступати в клітинний цикл при дії на них гормонів росту. Різні чинники зростання, такі як тромбоцитарний, епідермальний, фактор росту нервів зв'язуючись зі своїми рецепторами запускають внутрішньоклітинний сигнальний каскад, що призводить у результаті до транскрипції генів циклінів і циклін-залежних кіназ.
5. Для визначення завершення кожної фази клітинного циклу необхідно наявність в ньому контрольних точок. Якщо клітина «проходить» контрольну точку то вона триває «рухатися» по клітинному циклу. Якщо ж будь-які обставини, наприклад пошкодження ДНК, заважають клітці пройти через контрольну точку, яку можна порівняти зі свого роду контрольним пунктом, то клітина зупиняється та іншої фази клітинного циклу не наступає принаймні до тих пір, поки не будуть усунені перешкоди, не дозволяли клітці пройти через контрольний пункт. Існує як мінімум чотири контрольні точки клітинного циклу: точка в G1 де перевіряється інтактною ДНК, перед входженням в S-фазу, звіряльні точка в S-фазі, в якій перевіряється правильність реплікації ДНК, звіряльні точка в G2, в якій перевіряються ушкодження, пропущені при проходженні попередніх звіряльні точок, або отримані на наступних стадіях клітинного циклу. У G2 фазі детектується повнота реплікації ДНК і клітини, в яких ДНК недорепліцірована не входять в мітоз. У контрольній точці зборки веретена поділу перевіряється, чи всі кінетохори прикріплені до мікротрубочки.

Бібліографічний список
1. Інформація на сайті www.humbio.ru призначена виключно для освітніх і наукових цілей. М., 2008.
2. Стаття Кель О., Кель А.: міжгенних взаємини в регуляції клітинного циклу. Молекулярна біологія 31, 1997, стор 650 - 668.
3. Кольман Я., Рем К., Вірт Ю., (2000). 'Наочна біохімія', М., 2000.
4. Ченцов Ю.С., (2004). 'Введення в клітинну біологію'. М.: ИКЦ «Академкнига».
5. Копнін Б.П., 'Механізми дії онкогенів і пухлинних супресорів'. М. 2004.
6. Вікіпедія. Словник вільної енциклопедії. М. 2008.