34.8
تلعب الميتوجينات ومستقبلاتها دورًا حاسمًا في التحكم في تقدم دورة الخلية. ومع ذلك، فإن فقدان السيطرة على انقسام الخلايا يؤدي إلى تكوين الورم. لذلك، تلع…
تنقسم الكائنات أحادية الخلية ، مثل البكتيريا ، عندما يكون هناك ما يكفي من العناصر الغذائية في البيئة.
ومع ذلك ، في الكائنات متعددة الخلايا ، تبقى معظم الخلايا في G0 ، أو المرحلة غير المنقسمة ، حتى يتم تشغيل انقسام الخلية بواسطة جزيئات الإشارة خارج الخلية ، والتي تسمى "الميتوجينات".
عادة ما تكون الميتوجينات عبارة عن بروتينات صغيرة أو ببتيدات تفرز استجابة لمحفزات مختلفة ، مثل إصابة الأنسجة أو العدوى أو التجديد الروتيني.
على سبيل المثال ، في حالة إصابة الأنسجة ، تفرز الخلايا المتخصصة ميتوجين يسمى عامل النمو المشتق من الصفائح الدموية أو PDGF.
يمكن أن ترتبط هذه الميتوجينات بالمجال خارج الخلية لمستقبلات التيروزين كيناز مثل مستقبلات PDGF ، مما يؤدي إلى إدراج المستقبلات والفسفرة الذاتية لمجالاتها داخل الخلايا. هذا يسمح بالفسفرة وتنشيط الجزيئات النهائية داخل الخلايا التي تشارك في مسارات إشارات متعددة.
إن بروتين كيناز المنشط بالميتوجين أو شلالات كيناز MAP هي نوع من مسارات الإشارات الناجمة عن ارتباط مستقبلات الميتوجين. يبدأ هذا المسار بتنشيط GTPase الصغير المرتبط بالغشاء المسمى Ras بواسطة المستقبل.
بعد ذلك ، يطلق Ras النشط سلسلة MAP kinase التي تتضمن سلسلة من بروتينات الكيناز. في سلسلة من تفاعلات الفسفرة ، أولا MAP3 كيناز ينشط MAP2 كيناز ، ثم أخيرا MAP كيناز.
ثم ينتقل MAPK النشط إلى النواة حيث ينشط عوامل النسخ التنظيمية ، بما في ذلك Myc.
يزيد Myc من التعبير عن الأعاصير G1 التي تتشارك مع الكينازات المعتمدة على السيكلين أو Cdks.
مركب G1 cyclin-Cdk الفوسفوريلات Rb - بروتين مثبط للورم - يحرر العامل التنظيمي الجيني المرتبط E2F. ثم يرتبط E2F النشط بتسلسل DNA معين ويؤدي إلى نسخ جينات دورة الخلية التي تشفر العديد من البروتينات اللازمة لانقسام الخلية.
مع انحسار المحفزات الانقسامية ، كما هو الحال أثناء التئام الأنسجة المصابة ، يتفاعل بروتين Rb مع E2F مما يثبط نشاطه ، وبالتالي يمنع النمو المفرط للخلايا.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are mitogens and how do they affect cell division?
Mitogens are signaling molecules that stimulate cell proliferation and division. They bind to cell surface receptors and trigger intracellular pathways that promote progression through the cell cycle. Mitogens include growth factors and cytokines that regulate when cells enter active division phases.
Q2: How do growth factors function as mitogens in cell proliferation?
Growth factors are extracellular proteins that act as mitogens by binding to specific receptors on cell surfaces. This binding activates signal transduction pathways inside the cell, which communicate the signal to promote cell growth and division. Different cell types respond to different growth factors based on their receptor expression.
Q3: What role do checkpoint regulations play in mitogen-driven cell division?
Checkpoint regulations are cellular control mechanisms that verify conditions are appropriate before cells proceed through division phases. Mitogens must overcome these checkpoints by activating specific signaling cascades. If checkpoints detect problems, cells halt division until issues are resolved, preventing uncontrolled proliferation.
Q4: Why is signal transduction important for mitogen-induced cell proliferation?
Signal transduction converts mitogen signals from outside the cell into internal chemical messages that drive proliferation. When mitogens bind receptors, they initiate cascades of molecular interactions that activate genes controlling cell cycle progression. This system ensures cells only divide when appropriate external signals are present.
Q5: How do cytokines function as mitogens in immune cell proliferation?
Cytokines are signaling proteins that act as mitogens specifically for immune cells, stimulating their growth and division during immune responses. They bind to cytokine receptors and activate pathways that promote cell proliferation and differentiation. Cytokines enable rapid expansion of immune cell populations when needed.
Q6: What happens when mitogen signaling becomes dysregulated in cells?
Dysregulated mitogen signaling can lead to uncontrolled cell proliferation and tumor formation. Oncogenes, mutated genes that produce excessive mitogen signals or hyperactive receptors, drive continuous division without normal checkpoint controls. This loss of growth regulation is a hallmark of cancer development.