17.3: System kontroli cyklu komórkowego

Cykl komórkowy to zorganizowany zestaw zdarzeń, który prowadzi komórkę do podziału na dwie komórki potomne, z których każda zawiera chromosomy identyczne z komórką rodzicielską. Jest to cykl komórkowy, który prowadzi do powstania całego organizmu z jednokomórkowej zygoty. Poza tym podział komórek działa również w odnowie lub naprawie tkanek u dorosłych wielokomórkowych eukariontów. Na przykład w szpiku kostnym komórki macierzyste dzielą się, tworząc nowe komórki krwi. Chociaż jest to niezbędne dla wielu funkcji, podział komórek przy braku mechanizmu kontrolnego prowadzi do raka i wielu chorób genetycznych.

Aby replikacja DNA przebiegała prawidłowo, a każda komórka potomna dziedziczyła odpowiednią liczbę chromosomów, komórka posiada mechanizmy nadzoru, które składają się na system kontroli cyklu komórkowego. Istnieją co najmniej dwie znane metody kontroli cyklu komórkowego. Jeden z tych procesów obejmuje kaskadę fosforylacji białek, która przechodzi komórkę z jednej fazy do drugiej. Istnieje również szereg punktów kontrolnych, które monitorują ukończenie ważnych wydarzeń i, jeśli to konieczne, opóźniają przejście do następnej fazy. W każdym punkcie kontrolnym białka regulatorowe zapobiegają inicjacji komórki przed wejściem w kolejną fazę, dopóki błędy poprzedniej fazy nie zostaną naprawione.

Pierwsza forma regulacji obejmuje wysoce regulowaną rodzinę kinaz. Aktywacja kinazy wymaga interakcji z drugą podjednostką ulegającą ekspresji w stałych punktach cyklu komórkowego. Ten drugorzędny składnik jest określany jako specyficzna dla fazy “cyklina”, która łączy się ze swoim partnerem “kinazą zależną od cykliny” (CDK), tworząc aktywny kompleks, z których każdy wykazuje odrębną specyficzność substratową. Fosforylacja regulacyjna i defosforylacja precyzyjnie dostrajają funkcję kompleksów cyklina-CDK, zapewniając dobrze zdefiniowaną progresję.

Druga forma regulacji cyklu komórkowego – kontrola punktów kontrolnych, jest bardziej mechanizmem nadzoru. Punkty kontrolne cyklu komórkowego identyfikują defekty w kluczowych zdarzeniach, takich jak replikacja DNA i segregacja chromosomów. Na przykład uszkodzenie DNA uruchamia kaskadę sygnalizacyjną, która aktywuje kilka inhibitorów cyklu komórkowego. Inhibitory te wiążą krytyczne białka cyklu komórkowego, aby zatrzymać cykl do momentu wyeliminowania ryzyka mutacji.