34.3
Система управления клеточным циклом
Клеточный цикл — это организованный набор событий, который приводит к делению клетки на две дочерние клетки, каждая из которых содержит хромосомы, иде…
Клеточный цикл предполагает удвоение внутриклеточного содержимого с последующим делением на две дочерние клетки.
Репликация клеточного содержимого, особенно ДНК, очень важна, и любая ошибка в процессе может привести к таким заболеваниям, как рак.
Так как же клетки предотвращают любые ошибки при делении?
Система контроля клеточного цикла включает в себя белки-регуляторы, которые останавливают цикл на различных контрольных точках.
На каждой контрольной точке белки-регуляторы предотвращают начало каждого этапа до тех пор, пока не будут завершены более ранние стадии и не будут исправлены любые ошибки.
Как правило, система управления имеет три критически важные контрольные точки, которые находятся в фазах G1, G2 и M.
В контрольной точке G1 белок-регулятор проверяет, достигла ли клетка критического размера и ДНК свободна от ошибок. Он также проверяет, достаточно ли питательных веществ и факторов роста для начала синтеза ДНК.
На этом этапе, если клетка не получает необходимого сигнала, она переходит в состояние покоя, называемое фазой G0, до тех пор, пока не будут выполнены все условия.
Клетки, которые проходят контрольную точку G1, проходят через синтез, или S-фазу, когда ДНК реплицируется.
После этого клетка сталкивается со второй контрольной точкой в фазе G2, где белки-регуляторы проверяют любые ошибки в ДНК и проверяют, имеет ли клетка подходящий размер для перехода в митоз или М-фазу.
Во время митоза система контроля проверяет, прикреплены ли хромосомы к веретену и точно ли они выровнены, чтобы цикл протекал для деления клеток. Если в какой-либо момент белок-регулятор обнаруживает непоправимые повреждения, происходит гибель клеток. Одним из типов критических белков-регуляторов являются циклин-зависимые протеинкиназы, или CDK. CDK образуют комплексы с циклинами, и их активность влияет на белки, непосредственно участвующие в росте клеток и синтезе ДНК.
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.