6.3
Cykl komórkowy to zorganizowany zestaw zdarzeń, który prowadzi komórkę do podziału na dwie komórki potomne, z których każda zawiera chromosomy identyc…
Cykl komórkowy polega na duplikacji zawartości wewnątrzkomórkowej, po której następuje podział na dwie komórki potomne.
Replikacja treści komórkowej, zwłaszcza DNA, jest bardzo ważna, a każdy błąd podczas tego procesu może prowadzić do stanów takich jak rak.
W jaki więc sposób komórki zapobiegają błędom podczas podziału?
System kontroli cyklu komórkowego zawiera białka regulacyjne, które zatrzymują cykl w różnych punktach kontrolnych.
W każdym punkcie kontrolnym białka regulatorowe uniemożliwiają rozpoczęcie każdego kroku, dopóki wcześniejsze etapy nie zostaną zakończone, a wszelkie błędy nie zostaną poprawione.
Ogólnie rzecz biorąc, system sterowania ma trzy kluczowe punkty kontrolne znajdujące się w fazach G1, G2 i M.
W punkcie kontrolnym G1 białko regulatorowe sprawdza, czy komórka osiągnęła krytyczny rozmiar, a DNA jest wolne od błędów. Sprawdza również, czy obecna jest wystarczająca ilość składników odżywczych i czynników wzrostu, aby rozpocząć syntezę DNA.
W tym momencie, jeśli komórka nie otrzyma niezbędnego sygnału, przełącza się w stan spoczynku zwany fazą G0, dopóki wszystkie warunki nie zostaną spełnione.
Komórki, które przechodzą przez punkt kontrolny G1, przechodzą przez syntezę lub fazę S, gdy DNA ulega replikacji.
Następnie komórka napotyka drugi punkt kontrolny w fazie G2, w którym białka regulatorowe sprawdzają wszelkie błędy w DNA i czy komórka ma odpowiednią wielkość, aby wejść w mitozę lub fazę M.
Podczas mitozy system kontrolny sprawdza, czy chromosomy są przyłączone do wrzeciona i czy są dokładnie wyrównane, aby cykl przebiegał w kierunku podziału komórki. Jeśli w dowolnym momencie białko regulatorowe wykryje nieodwracalne uszkodzenie, następuje śmierć komórki. Jednym z rodzajów krytycznych białek regulatorowych są kinazy białkowe zależne od cyklin lub CDK. CDK tworzą kompleksy z cyklinami, a ich aktywność wpływa na białka bezpośrednio zaangażowane we wzrost komórek i syntezę DNA.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are the three main checkpoints in the cell cycle control system?
The cell cycle control system has three crucial checkpoints located in the G1, G2, and M phases. At the G1 checkpoint, regulator proteins verify cell size, DNA integrity, and nutrient availability before DNA synthesis begins. The G2 checkpoint checks for DNA errors and appropriate cell size before mitosis. During M-phase, the system verifies chromosome attachment and alignment to the spindle before cell division proceeds.
Q2: How do cyclin-dependent kinases regulate cell cycle progression?
Cyclin-dependent kinases, or CDKs, form complexes with cyclins, which are phase-specific proteins expressed at fixed points in the cell cycle. These positive regulators cell cycle cyclins and CDKs complexes directly affect proteins involved in cell growth and DNA synthesis. Regulatory phosphorylation and dephosphorylation fine-tune cyclin-CDK function, ensuring well-defined progression through each cell cycle phase.
Q3: What happens at the G1 checkpoint?
At the G1 checkpoint, regulator proteins assess whether the cell has reached critical size, verify DNA is free from errors, and confirm sufficient nutrients and growth factors are present to begin DNA synthesis. If the cell lacks necessary signals, it enters a resting state called G0 phase until all conditions are satisfied, preventing premature progression into the S-phase.
Q4: How does the cell cycle control system prevent cancer and genetic diseases?
The cell cycle control system uses surveillance mechanisms at checkpoints to monitor essential events like DNA replication and chromosome segregation. If regulator proteins detect irreparable DNA damage, they activate cell cycle inhibitors that arrest the cycle until the damage is repaired. If damage cannot be fixed, cell death occurs, preventing the propagation of mutations that could lead to cancer.
Q5: What is the G0 phase and when does a cell enter it?
The G0 phase is a resting state that cells enter when they do not receive necessary signals at the G1 checkpoint. Cells remain in G0 until conditions such as adequate cell size, DNA integrity, nutrients, and growth factors are met. This quiescent phase allows cells to pause proliferation and conserve resources when conditions are unfavorable for division.
Q6: What role do regulator proteins play during the M-phase checkpoint?
During M-phase, regulator proteins verify that chromosomes are properly attached to the spindle and accurately aligned before cell division proceeds. This checkpoint ensures that each daughter cell receives the correct number of chromosomes. If chromosomes are misaligned or improperly attached, the control system halts progression until the defect is corrected or cell death is triggered.
Q7: How do checkpoint control mechanisms differ from cyclin-CDK regulation?
Cyclin-CDK complexes drive cell cycle progression through protein phosphorylation cascades that transition cells between phases. Checkpoint control, by contrast, is a surveillance mechanism that monitors completion of essential events and delays progression if problems are detected. While cyclin-CDKs actively promote advancement, checkpoints act as brakes to ensure accuracy before allowing the cycle to continue.