34.3
System kontroli cyklu komórkowego
Cykl komórkowy to zorganizowany zestaw zdarzeń, który prowadzi komórkę do podziału na dwie komórki potomne, z których każda zawiera chromosomy 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 mechanisms control progression through the cell cycle?
The cell cycle is regulated by a complex system of proteins, primarily cyclins and cyclin-dependent kinases (CDKs), which act as molecular switches. These regulatory proteins control when cells enter different phases, ensuring DNA replication occurs accurately before division. Checkpoint mechanisms monitor cell conditions and halt progression if problems are detected, maintaining cellular integrity.
Q2: How do checkpoints prevent cells from dividing with damaged DNA?
Cell cycle checkpoints are control points that assess whether conditions are appropriate for progression. They monitor DNA integrity, chromosome attachment, and nutrient availability. If damage is detected, checkpoint proteins halt the cycle, allowing time for repair or triggering cell death if damage is irreparable, preventing transmission of mutations to daughter cells.
Q3: What role do cyclins and cyclin-dependent kinases play in cell division?
Cyclins are regulatory proteins whose levels fluctuate throughout the cell cycle, while cyclin-dependent kinases are enzymes activated only when bound to cyclins. Together, they phosphorylate target proteins that drive cell cycle transitions. Different cyclin-CDK complexes control specific phases, ensuring events occur in the correct sequence and timing.
Q4: Why is the G1 checkpoint critical for cell cycle control?
The G1 checkpoint, also called the restriction point, determines whether a cell commits to DNA replication. Cells assess nutrient availability, growth signals, and DNA damage at this stage. Once cells pass this checkpoint and enter S phase, they are committed to completing the cell cycle regardless of external conditions.
Q5: How do external signals influence cell cycle progression?
Growth factors and hormones bind to cell surface receptors, triggering signal transduction pathways that activate cyclin-CDK complexes. These external signals promote progression through G1 phase and entry into S phase. Conversely, stress signals or nutrient deprivation can inhibit these pathways, halting cell cycle progression.
Q6: What happens when cell cycle control mechanisms fail?
Failure of cell cycle control can lead to uncontrolled cell division and cancer development. Mutations in genes encoding cyclins, CDKs, or checkpoint proteins can disable regulatory mechanisms. Cells may bypass checkpoints, accumulate DNA damage, and divide inappropriately, contributing to tumor formation and disease progression.