17.3: Система управления клеточным циклом

Клеточный цикл представляет собой организованный набор событий, которые приводят к тому, что клетка делится на две дочерние клетки, каждая из которых содержит хромосомы, идентичные родительской клетке. Именно клеточный цикл приводит к формированию целого организма из одноклеточной зиготы. Кроме того, деление клеток также участвует в обновлении или восстановлении тканей у взрослых многоклеточных эукариот. Например, в костном мозге стволовые клетки делятся, образуя новые клетки крови. Несмотря на то, что деление клеток необходимо для выполнения нескольких функций, оно в отсутствие механизма контроля приводит к раку и многим генетическим заболеваниям.

Чтобы гарантировать, что репликация ДНК происходит правильно, и каждая дочерняя клетка наследует нужное количество хромосом, клетка имеет механизмы наблюдения, которые составляют систему контроля клеточного цикла. Известно, по крайней мере, два метода контроля клеточного цикла. Один из этих процессов включает в себя каскад фосфорилирования белков, который переводит клетку из одной фазы в другую. Также имеется ряд контрольных точек, которые следят за завершением важных событий и при необходимости задерживают переход к следующей фазе. На каждой контрольной точке белки-регуляторы предотвращают переход клетки в следующую фазу до тех пор, пока ошибки предыдущей фазы не будут исправлены.

Первая форма регуляции включает в себя строго регулируемое семейство киназ. Активация киназы требует взаимодействия со второй субъединицей, экспрессируемой в фиксированных точках клеточного цикла. Этот вторичный компонент называется фазоспецифичным «циклином», который соединяется со своим партнером «циклин-зависимой киназой» (CDK), образуя активный комплекс, каждый из которых проявляет отчетливую субстратную специфичность. Регуляторное фосфорилирование и дефосфорилирование тонко настраивают функцию комплексов циклин-CDK, обеспечивая четко определенную прогрессию.

Вторая форма регуляции клеточного цикла – контроль контрольных точек, является скорее механизмом наблюдения. Контрольные точки клеточного цикла выявляют дефекты в ключевых событиях, таких как репликация ДНК и сегрегация хромосом. Например, повреждение ДНК запускает сигнальный каскад, который активирует несколько ингибиторов клеточного цикла. Эти ингибиторы связывают критически важные белки клеточного цикла, чтобы остановить цикл до тех пор, пока риск мутации не будет устранен.