Informacija

10.2: Ląstelių ciklas - biologija

10.2: Ląstelių ciklas - biologija

We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

LM YR sc Ou Cv Bv zR zg rp XP HC Gj oz TO
10.2: Ląstelių ciklas

10.2: Ląstelių ciklas - biologija

The ląstelių ciklas yra užsakyta įvykių serija, apimanti ląstelių augimą ir ląstelių dalijimąsi, kuri sukuria dvi naujas dukterines ląsteles. Ląstelės, esančios kelyje į ląstelių dalijimąsi, eina per keletą tiksliai nustatytų ir kruopščiai reguliuojamų augimo, DNR replikacijos ir dalijimosi etapų, kurie gamina dvi identiškas (klonines) ląsteles. Ląstelių ciklas turi dvi pagrindines fazes: tarpfazę ir mitozinę fazę (1 pav.). Per tarpfazėląstelė auga ir DNR replikuojasi. Metu mitozinė fazė, replikuota DNR ir citoplazmos turinys yra atskirti, o ląstelė dalijasi.

Mokymosi tikslai

  • Nustatykite tarpfazės ypatybes ir pakopas
  • Nustatykite mitozės ypatybes ir stadijas
  • Nustatykite citokinezės ypatybes

Mitozinė fazė

Norint pagaminti dvi dukterines ląsteles, reikia padalinti branduolio ir citoplazmos turinį. Mitozinė fazė yra daugiapakopis procesas, kurio metu dubliuotos chromosomos yra lygiuojamos, atskiriamos ir perkeliamos į priešingus ląstelės polius, o tada ląstelė padalijama į dvi naujas identiškas dukterines ląsteles. Pirmoji mitozinės fazės dalis, mitozė, susideda iš penkių etapų, kurie atlieka branduolio padalijimą. Antroji mitozinės fazės dalis, vadinama citokineze, yra fizinis citoplazminių komponentų atskyrimas į dvi dukterines ląsteles.

Mitozė

Mitozė yra suskirstyta į keletą fazių - profazė, prometafazė, metafazė, anafazė ir telofazė - dėl kurių ląstelės branduolys dalijasi (2 pav.).


Ląstelių ciklas

Šis skyrius supažindina mokinį su ląstelės gyvavimo ciklu. Mokytojai turėtų pabrėžti, kad mitozė ir ląstelių ciklas nėra tas pats dalykas! Mitozė yra tik vienas ląstelių ciklo etapas. Paaiškinamas mitozės (ląstelių dalijimosi) procesas. Besimokantieji turi žinoti fazių pavadinimus ir mokėti piešti paprastas aprašomąsias diagramas, rodančias chromosomų pokyčius. Taip pat būtinas augalų ir gyvūnų ląstelių telofazės skirtumų aprašymas (augalų ląstelėse trūksta centriolių). Taip pat reikėtų atkreipti dėmesį į gyvūnų ir augalų ląstelių citokinezės skirtumą: augalų ląstelės įsiskverbia ir „atsitraukia“, o augalų ląstelės užaugina ląstelės plokštelę, kuri tampa nauja ląstelės sienele.

The ląstelių ciklas yra įvykių, vykstančių ląstelėje, serija, dėl kurios vyksta DNR replikacija ir ląstelių dalijimasis. Yra du pagrindiniai ląstelių ciklo etapai. Pirmasis etapas yra tarpfazė kurio metu ląstelė auga ir atkartoja savo DNR. Antrasis etapas yra mitozinė fazė (M fazė), kurios metu ląstelė dalijasi ir perduoda vieną savo DNR kopiją dviem identiškoms dukterinėms ląstelėms. 3.1 paveiksle pateikiama trumpa apžvalga, kas vyksta per kiekvieną iš pagrindinių ląstelių ciklo įvykių.

3.1 pav. Įvykių seka ląstelėje, dėl kurios ląstelė dalijasi į dvi dukterines ląsteles, žinoma kaip ląstelės ciklas ir parodyta aukščiau.

Tarpfazė (ESG5K)

Tarpfazė yra ilgiausia ląstelių ciklo fazė. Šios fazės metu ląstelė užauga iki maksimalaus dydžio, atlieka normalias ląstelių funkcijas, replikuoja DNR ir ruošiasi ląstelių dalijimuisi. Šis etapas yra padalintas į tris dalis: G1, G.2 ir S fazės.

Kai kurioms ląstelėms nebereikia dalytis ir išeiti iš ląstelių ciklo. Šios ląstelės gali visam laikui išeiti iš ląstelių ciklo, pavyzdžiui, neuronai, arba laikinai išeiti iš ląstelių ciklo. Teigiama, kad šios ląstelės yra G0. G0 nėra ląstelių ciklo etapas.

Ląstelėse be branduolio (prokariotinėse ląstelėse, pvz., Bakterijose) yra daugybė DNR kopijų, plaukiojančių aplink visą ląstelę. Prokariotinis ląstelių ciklas vyksta per procesą, vadinamą dvejetainiu skilimu. Ląstelėse su branduoliu (eukariotuose) visa DNR yra branduolio viduje, todėl replikacijai reikalingas sudėtingesnis ląstelių ciklas.

G1 fazė: Atsiranda iškart po to, kai dvi dukterinės ląstelės suskaidomos ir ląstelės turi tik vieną savo DNR kopiją. Šiame etape ląstelės sintetina baltymus ir didėja jų dydis. Ląstelės gali likti šiame etape ilgą laiką.

S fazė: Ar etapas, kurio metu vyksta DNR replikacija? Ląstelė padaro identišką kiekvienos jos kopiją chromosomos. Chromosomos randamos ląstelės branduolyje ir susideda iš ilgų DNR gijų, kuriose yra ląstelės genetinė informacija.

G2 fazė: Atsiranda po to, kai DNR buvo dubliuota S fazėje. Šiame etape ląstelė gali toliau augti ir atlikti normalias ląstelių funkcijas. Šio etapo pabaigoje ląstelė pradės atkartoti savo organelius, ruošdamasi mitozei.

Tarpfazė (G.1, S ir G.2 fazės) sudaro maždaug ( text <90> \%) ląstelių ciklo, o kitą ( text <10> \%) užima mitozė.

Mitozinė fazė (ESG5M)

Mitozinę fazę (M fazę) sudaro du glaudžiai susiję procesai: mitozė ir citokinezė. Mitozės metu ląstelės branduolio chromosomos atskiriamos į du identiškus rinkinius dviejuose branduoliuose. Po to seka citokinezė kurioje citoplazma, organelės ir ląstelių membrana suskaidomos į dvi ląsteles, kuriose yra maždaug lygios šių ląstelių komponentų dalys. Dabar aprašysime, kas vyksta M fazės etapuose, kurie apima keturias plačias mitozės fazes (profazė, metafazė, anafazė, telofazė) ir penktąją citokinezės fazę:

Profazės metu chromatinas medžiaga sutrumpėja ir sutirštėja į atskiras chromosomas, kurios matomos šviesos mikroskopu. Kiekviena chromosoma susideda iš dviejų gijų arba chromatidės prisijungė a centromeras (3.2 pav.).

3.2 pav. Chromosomų struktūra, rodanti (1) chromatidę, (3) centromerą, (2) trumpas ir (4) ilgas chromosomos rankas.

Žmogaus ląstelės turi 46 chromosomas. (23 iš motinos ir 23 iš tėvo).

Progresuojant, branduolio membrana ir branduolys suyra. Gyvūnų ląstelėse centrioles atsiskirti ir perkelti į priešingus polius. Dėl centriolių atsiranda veleno pluoštai, kurie susidaro tarp polių. Augalų ląstelėse nėra centriolių, kurios galėtų judėti į polius, todėl citoplazmoje susidaro verpstės pluoštai.

Schema: gyvūno ląstelėMikrografas: augalų ląstelė

2. Metafazė

Metafazės metu chromosomos išsirikiuoja ant pusiaujas ląstelės. Chromosomos atsiranda tiesia linija per ląstelės vidurį. Kiekviena chromosoma yra prijungta prie verpstės skaidulų savo centromeru.

Ląstelių ciklo etapai (itarpfazė, prophase, metafazė, aNafazė, telofazę) galima prisiminti naudojant mnemoniką IPMAT.

Schema: gyvūno ląstelėMikrografas: augalo ląstelė

Anafazės metu sutrumpinus veleno pluoštus, chromatidės traukiamos į priešingus ląstelės polius. Chromatidės dabar vadinamos dukterinės chromosomos.

Schema: gyvūnų ląstelėMikrografas: augalų ląstelė

Augalų ląstelėse nėra centriolių, kurie galėtų judėti į polius, todėl citoplazmoje susidaro verpstės skaidulos.

4. Telofazė

Telofazės metu branduolinė membrana reformuojasi aplink dukterines chromosomas, susikaupusias kiekviename poliuje. Dukterinės chromosomos išsivynioja ir vėl susidaro chromatinas. Branduolinės membranos reformos.

Schema: gyvūno ląstelėMikrografas: augalų ląstelė

5. Citokinezė

Tada citoplazma dalijasi vykstant procesui, vadinamam citokinezė. Citokinezė nėra mitozės stadija, o citoplazmos skilimas į dvi dalis. Gyvūnų ląstelėje susiaurėja ląstelės membrana. Tai invaginacija arba citoplazmos susilankstymas padalija ląstelę į dvi dalis. Augalo ląstelėje a skersinė siena susidaro iš ląstelių plokštelė dalijant citoplazmą į dvi dalis.

Schema: gyvūno ląstelėMikrografas

Dabar yra du genetiškai identiški dukterinės ląstelės, kurios yra identiškos pirminei ląstelei ir viena kitai.


10.2: Ląstelių ciklas - biologija

Pasibaigus šiam skyriui, galėsite atlikti šiuos veiksmus:

  • Apibūdinkite, kaip vėžį sukelia nekontroliuojamas ląstelių augimas
  • Suprasti, kaip proto-onkogenai yra normalūs ląstelių genai, kurie, mutavus, virsta onkogenais
  • Apibūdinkite, kaip veikia naviko slopintuvai
  • Paaiškinkite, kaip mutantiniai naviko slopintuvai sukelia vėžį

Vėžys apima daugybę skirtingų ligų, kurias sukelia bendras mechanizmas: nekontroliuojamas ląstelių augimas. Nepaisant ląstelių ciklo valdymo pertekliaus ir sutampančių lygių, klaidų pasitaiko. Vienas iš svarbiausių procesų, kurį stebi ląstelių ciklo kontrolinio taško stebėjimo mechanizmas, yra tinkama DNR replikacija S fazės metu. Net kai visi ląstelių ciklo valdikliai yra visiškai funkcionalūs, nedidelė dalis replikacijos klaidų (mutacijų) bus perduota dukterinėms ląstelėms. Jei DNR nukleotidų sekos pokyčiai atsiranda koduojančioje geno dalyje ir nėra ištaisomi, atsiranda geno mutacija. Visi vėžio atvejai prasideda tada, kai dėl genų mutacijos atsiranda netinkamas baltymas, kuris vaidina pagrindinį vaidmenį ląstelių dauginimosi procese.

Ląstelės pokyčiai, atsirandantys dėl netinkamai suformuoto baltymo, gali būti nedideli: galbūt nedidelis Cdk prisijungimo prie ciklino arba Rb baltymo, kuris atsiskiria nuo tikslinės DNR, vis dar fosforilinamas, vėlavimas. Tačiau net ir nedidelės klaidos gali palengvinti vėlesnes klaidas. Vėl ir vėl mažos nepataisytos klaidos perduodamos iš pirminės ląstelės į dukterines ląsteles ir stiprinamos, nes kiekviena karta gamina daugiau nefunkcinių baltymų dėl nepataisytų DNR pažeidimų. Ilgainiui ląstelių ciklo tempas paspartėja, nes mažėja valdymo ir taisymo mechanizmų efektyvumas. Nekontroliuojamas mutavusių ląstelių augimas pranoksta normalių šios srities ląstelių augimą ir gali atsirasti navikas („-oma“).

Proto-onkogenai

Genai, koduojantys teigiamus ląstelių ciklo reguliatorius, vadinami proto-onkogenais. Proto-onkogenai yra normalūs genai, kurie tam tikrais būdais mutuodami tampa onkogenais – genais, dėl kurių ląstelė tampa vėžine. Apsvarstykite, kas gali nutikti ląstelių ciklui ląstelėje su neseniai įgytu onkogenu. Daugeliu atvejų DNR sekos pakeitimas sukels mažiau funkcionalų (arba nefunkcinį) baltymą. Rezultatas kenkia ląstelei ir greičiausiai neleis ląstelei užbaigti ląstelės ciklo, tačiau organizmas nepažeidžiamas, nes mutacija nebus perkelta. Jei ląstelė negali daugintis, mutacija neplinta ir žala yra minimali. Tačiau kartais genų mutacija sukelia pokyčius, kurie padidina teigiamo reguliatoriaus aktyvumą. Pavyzdžiui, mutacija, leidžianti suaktyvinti Cdk, nebendradarbiaujant su ciklinu, gali išstumti ląstelių ciklą už kontrolinio taško, kol bus įvykdytos visos būtinos sąlygos. Jei susidariusios dukterinės ląstelės yra per daug pažeistos, kad galėtų toliau dalytis, mutacija nebūtų išplitusi ir nepadarytų jokios žalos organizmui. Tačiau, jei netipinės dukterinės ląstelės gali toliau dalytis ląstelėmis, vėlesnės ląstelių kartos gali sukaupti dar daugiau mutacijų, kai kurios galbūt papildomuose genuose, reguliuojančiuose ląstelių ciklą.

Pirmiau pateiktame pavyzdyje esantis Cdk genas yra tik vienas iš daugelio genų, kurie laikomi proto onkogenais. Be ląstelių ciklo reguliavimo baltymų, bet koks ciklui įtakos turintis baltymas gali būti pakeistas taip, kad būtų panaikinti ląstelių ciklo kontroliniai taškai. Onkogenas yra bet koks genas, kuris, pasikeitus, padidina ląstelių ciklo progresavimo greitį.

Auglio slopinimo genai

Kaip ir proto-onkogenai, daugelis neigiamų ląstelių ciklo reguliavimo baltymų buvo aptikti ląstelėse, kurios tapo vėžinėmis. Auglio slopinimo genai yra DNR segmentai, koduojantys neigiamus reguliatorius – reguliatorius, kurie aktyvuoti gali užkirsti kelią ląstelei nekontroliuojamai dalytis. Geriausiai suprantamų naviko slopinimo genų baltymų, Rb, p53 ir p21, bendra funkcija yra užkirsti kelią ląstelių ciklo progresavimui, kol bus baigti tam tikri įvykiai. Ląstelė, kuri turi mutavusią neigiamo reguliatoriaus formą, gali nesugebėti sustabdyti ląstelės ciklo, jei kyla problemų. Naviko slopintuvai yra panašūs į transporto priemonės stabdžius: netinkamai veikiantys stabdžiai gali prisidėti prie automobilio avarijos!

Mutaciniai p53 genai buvo nustatyti daugiau nei 50 procentų visų žmogaus naviko ląstelių. Šis atradimas nenuostabu, atsižvelgiant į daugybę vaidmenų, kuriuos p53 baltymas atlieka G1 kontrolinis punktas. Ląstelė su klaidingu p53 gali neaptikti genomo DNR klaidų ((pav.)). Net jei iš dalies veikiantis p53 identifikuoja mutacijas, jis gali nebegalėti signalizuoti apie būtinus DNR atstatymo fermentus. Bet kuriuo atveju pažeista DNR liks nepataisyta. Šiuo metu funkcinis p53
laikys ląstelę neišsaugoma ir sukels užprogramuotą ląstelės mirtį (apoptozę). Tačiau pažeista p53 versija, randama vėžio ląstelėse, negali sukelti apoptozės.

Meno ryšys

Figūra 1. Įprasto p53 vaidmuo yra stebėti DNR ir deguonies tiekimą (hipoksija yra sumažėjusio deguonies tiekimo sąlyga). Jei aptinkama žala, p53 paleidžia remonto mechanizmus. Jei remontas nesėkmingas, p53 signalizuoja apie apoptozę. Ląstelė su nenormaliu p53 baltymu negali ištaisyti pažeistos DNR ir todėl negali signalizuoti apie apoptozę. Ląstelės, turinčios nenormalų p53, gali tapti vėžinėmis. (kreditas: Thierry Soussi darbo pakeitimas)

Žmogaus papilomos virusas gali sukelti gimdos kaklelio vėžį. Virusas koduoja baltymą E6, jungiantį p53. Remiantis šiuo faktu ir tuo, ką žinote apie p53, kaip manote, kokį poveikį E6 surišimas turi p53 aktyvumui?

  1. E6 aktyvuoja p53
  2. E6 inaktyvuoja p53
  3. E6 mutuoja p53
  4. E6 surišimo žymės p53 degradacijai

P53 funkcijos praradimas turi kitų pasekmių ląstelių ciklui. Mutuotas p53 gali prarasti gebėjimą sukelti p21 gamybą. Jei nėra tinkamo p21 lygio, nėra veiksmingo Cdk aktyvinimo bloko. Iš esmės, be visiškai veikiančio p53, G1 kontrolinis taškas yra labai pažeistas, o ląstelė eina tiesiai iš G1 iki S nepriklausomai nuo vidinių ir išorinių sąlygų. Pasibaigus šiam sutrumpėjusiam ląstelių ciklui, susidaro dvi dukterinės ląstelės, kurios paveldėjo mutavusį p53 geną. Atsižvelgiant į neoptimalias sąlygas, kuriomis pirminė ląstelė dauginosi, tikėtina, kad dukterinės ląstelės, be sugedusio naviko slopinimo geno, turės ir kitų mutacijų. Tokios ląstelės kaip šios dukterinės ląstelės greitai kaupia ir onkogenus, ir nefunkcinius naviko slopinimo genus. Vėlgi, rezultatas yra naviko augimas.

Nuoroda į mokymąsi

Žiūrėkite animaciją, kaip vėžys atsiranda dėl ląstelių ciklo klaidų.

Skilties santrauka

Vėžys yra nekontroliuojamo ląstelių dalijimosi rezultatas, kurį sukelia ląstelių ciklo reguliavimo mechanizmų gedimas. Kontrolės praradimas prasideda pasikeitus geno, koduojančio vieną iš reguliuojančių molekulių, DNR sekos. Klaidingos instrukcijos veda prie baltymo, kuris neveikia taip, kaip turėtų. Bet koks stebėjimo sistemos sutrikimas gali leisti kitas klaidas perduoti dukterinėms ląstelėms. Kiekvienas nuoseklus ląstelių dalijimasis sukels dukterines ląsteles su dar daugiau žalos. Galų gale visi kontroliniai taškai tampa nefunkcionalūs, o greitai dauginamos ląstelės išstumia normalias ląsteles, todėl atsiranda navikas arba leukemija (kraujo vėžys).

Meno jungtys

(Paveikslas) Žmogaus papilomos virusas gali sukelti gimdos kaklelio vėžį. Virusas koduoja E6 – baltymą, kuris jungiasi su p53. Remiantis šiuo faktu ir tuo, ką žinote apie p53, kaip manote, kokį poveikį E6 surišimas turi p53 aktyvumui?

  1. E6 suaktyvina p53
  2. E6 inaktyvuoja p53
  3. E6 mutuoja p53
  4. E6 surišimo ženklai p53 degradacijai

(Paveikslas) D. E6 surišimo žymės p53, skirtos skilimui.

Klausimų peržiūra

___________ yra nukleotidų tvarkos pokyčiai DNR segmente, koduojančiame baltymą.

  1. Proto-onkogenai
  2. Naviko slopinimo genai
  3. Genų mutacijos
  4. Neigiami reguliatoriai

Genas, koduojantis teigiamą ląstelių ciklo reguliatorių, vadinamas a (n) _____.

Mutacinis genas, koduojantis pakeistą Cdk versiją, kuri yra aktyvi, jei nėra ciklino, yra (n) _____.

Kuri molekulė yra Cdk inhibitorius, kontroliuojamas p53?

Nemokamas atsakymas

Apibūdinkite veiksmus, dėl kurių ląstelė tampa vėžinė.

Jei vienas iš genų, gaminančių reguliatorių baltymus, mutuoja, jis gamina netinkamai suformuotą, galbūt neveikiantį, ląstelės ciklo reguliatorių, todėl padidėja tikimybė, kad ląstelėje liks nepataisyta daugiau mutacijų. Kiekviena vėlesnė ląstelių karta patiria daugiau žalos. Ląstelių ciklas gali paspartėti dėl funkcinių kontrolinio taško baltymų praradimo. Ląstelės gali prarasti savęs sunaikinimo galimybę ir ilgainiui tapti „įamžintomis“.

Paaiškinkite skirtumą tarp proto-onkogeno ir naviką slopinančio geno.

Proto onkogenas yra DNR segmentas, koduojantis vieną iš teigiamų ląstelių ciklo reguliatorių. Jei tas genas mutuoja ir gamina hiperaktyvuotą baltyminį produktą, jis laikomas onkogenu. Auglio slopinimo genas yra DNR segmentas, koduojantis vieną iš neigiamų ląstelių ciklo reguliatorių. Jei tas genas mutuos ir baltyminis produktas taps mažiau aktyvus, ląstelės ciklas vyks nekontroliuojamas. Vienas onkogenas gali inicijuoti nenormalų ląstelių dalijimąsi, tačiau naviko slopintuvai praranda savo veiksmingumą tik tada, kai pažeidžiamos abi geno kopijos.

Išvardykite reguliavimo mechanizmus, kurie gali būti prarasti ląstelėje, gaminančioje sugedusį p53.

Reguliavimo mechanizmai, kurie gali būti prarasti, apima genomo DNR kokybės stebėjimą, remonto fermentų įdarbinimą ir apoptozės sukėlimą.

p53 gali sukelti apoptozę, jei tam tikri ląstelių ciklo įvykiai nepavyksta. Kaip šis reguliavimo rezultatas naudingas daugialąsčiui organizmui?

Jei ląstelėje yra pažeista DNR, tikimybė gaminti netinkamus baltymus yra didesnė. Tokios pažeistos pirminės ląstelės dukterinės ląstelės taip pat gamins netinkamus baltymus, kurie ilgainiui gali tapti vėžiniais. Jei p53 atpažįsta šią žalą ir paskatina ląstelę savaime susinaikinti, pažeista DNR suskaidoma ir perdirbama. Daugiau žalos organizmui nepadarys. Vietoj to pradedama dalytis kita sveika ląstelė.


Ląstelių ciklo fazės

Du pagrindiniai ląstelių ciklo skyriai yra tarpfazė ir mitozė.

Per šį ląstelių ciklo segmentą ląstelė padvigubina savo citoplazmą ir sintezuoja DNR. Manoma, kad besidalijanti ląstelė šioje fazėje praleidžia apie 90–95 proc.

  • G1 fazė: Laikotarpis prieš DNR sintezę. Šioje fazėje ląstelių masė ir organelių skaičius padidėja ruošiantis ląstelių dalijimuisi. Gyvūnų ląstelės šioje fazėje yra diploidinės, tai reiškia, kad jos turi du chromosomų rinkinius.
  • S fazė: Laikotarpis, per kurį sintezuojama DNR. Daugumoje ląstelių yra siauras laiko langas, per kurį vyksta DNR replikacija. Šioje fazėje chromosomų kiekis padvigubėja.
  • G2 fazė: Laikotarpis po DNR sintezės įvyko, bet prieš mitozės pradžią. Ląstelė sintezuoja papildomus baltymus ir toliau didėja.

Mitozės stadijos

Mitozės ir citokinezės metu besidalijančios ląstelės turinys yra vienodai paskirstytas tarp dviejų dukterinių ląstelių. Mitozę sudaro keturios fazės: profazė, metafazė, anafazė ir telofazė.

  • Profazė: Šiame etape pokyčiai vyksta tiek besidalijančios ląstelės citoplazmoje, tiek branduolyje. Chromatinas kondensuojasi į atskiras chromosomas. Chromosomos pradeda migruoti link ląstelės centro. Branduolinis apvalkalas suyra ir priešinguose ląstelės poliuose susidaro verpstės pluoštai.
  • Metafazė: Šiame etape branduolinė membrana visiškai išnyksta. Velenas visiškai išsivysto, o chromosomos susilygina su metafazės plokštele (plokštuma, kuri yra vienodai nutolusi nuo dviejų polių).
  • Anafazė: Šiame etape suporuotos chromosomos (seserinės chromatidės) atsiskiria ir pradeda judėti į priešingus ląstelės galus (polius). Veleno pluoštai, neprijungti prie chromatidžių, pailgina ir pailgina ląstelę.
  • Telofazė: Šiame etape chromosomos yra sujungtos į atskirus naujus branduolius, o genetinis ląstelės turinys yra padalintas į dvi dalis. Citokinezė prasideda prieš mitozės pabaigą ir baigiasi netrukus po telofazės.

Kai ląstelė baigia ląstelių ciklą, ji grįžta į G 1 fazė ir vėl kartoja ciklą. Kūno ląstelės taip pat gali būti dedamos į nesidalijančią būseną, vadinamą Tarpas 0 fazė (G. 0) bet kuriuo savo gyvenimo momentu. Ląstelės gali likti šiame etape labai ilgą laiką, kol bus pranešta apie jų pažangą per ląstelių ciklą, kurį inicijuoja tam tikrų augimo faktorių ar kitų signalų buvimas. Ląstelės, kuriose yra genetinių mutacijų, nuolat dedamos į G 0 etapas, siekiant užtikrinti, kad jie nebūtų atkartojami. Kai ląstelių ciklas suklysta, normalus ląstelių augimas prarandamas. Gali išsivystyti vėžio ląstelės, kurios kontroliuoja savo augimo signalus ir toliau nekontroliuojamai dauginasi.


Nauja auksino indukuojama degronų sistema, skirta greitai, specifinei ląstelių ciklui tikslinei proteolizei

OsTIR1/auksino indukuojama degrono (AID) sistema leidžia pagal poreikį selektyviai ir grįžtamai suardyti baltymus, veikiant fitohormonui auksinui. Dabartiniu formatu ši technologija neleidžia selektyviai tirti ūmaus baltymų išeikvojimo poveikį vienoje ląstelių ciklo fazėje, nes auksinas panašiai veikia visas apdorotas ląsteles, neatsižvelgiant į jų proliferacijos būseną. Todėl AID sistemai reikalingas ryšys su ląstelių sinchronizavimo metodais, kurie gali pakeisti tiriamų ląstelių populiacijos bazinę biologinę būklę. Čia pristatome naują pagalbos sistemą, skirtą OsTIR1 lygiams reguliuoti, remiantis ląstelių ciklo būsena (ROLECCS sistema), kuri sukelia tiek išoriškai transfekuotų, tiek endogeninių genų redaguotų taikinių proteolizę tam tikrose ląstelių ciklo fazėse. Ši nauja priemonė atveria kelią tirti skirtingus vaidmenis, kuriuos baltymai gali atlikti tam tikrose ląstelių ciklo fazėse.


Ląstelių ciklo susiejimas su ląstelių likimo sprendimais

Pluripotentinės kamieninės ląstelės (PSC) išlaiko savybę atsinaujinti ir gali diferencijuotis į įvairius ląstelių tipus. Jie taip pat demonstruoja neįprastą ląstelių ciklo reguliavimo būdą, kurį atspindi ląstelių ciklo struktūra, kai G1 ir G2 fazės yra sutrumpintos. Kai atskiri PSC yra veikiami specifikacijų, jie suaktyvina vystymosi programas ir pertvarko ląstelių ciklą taip, kad pailgėtų G1 ilgis ir bendras ląstelių dalijimosi laikas. Atskirų kamieninių ląstelių reakcija į diferenciaciją skatinančius signalus yra stebėtinai nevienalytė, todėl atsiranda asinchroninė diferenciacija. Naujausi įrodymai rodo, kad šis reiškinys atsiranda dėl nuo ląstelių ciklo priklausančių mechanizmų, kurie riboja pradinį vystymosi genų aktyvavimą iki G1 fazės. Tai rodo platų biologinį mechanizmą, kuriame daugialypės ląstelės yra „paruošiamos“, kad inicijuotų sprendimus dėl ląstelių likimo perėjimo metu per G1. Čia aš aptariu mechanizmus, kuriais grindžiamas įsipareigojimas diferencijuotai būsenai ir jos santykis su ląstelių ciklu.

Raktiniai žodžiai: ląstelių ciklas ląstelės likimas pluripotencija kamieninė ląstelė..

Autorių teisės © 2015 Elsevier Ltd. Visos teisės saugomos.

Skaičiai

1 pav. Diferencijavimo programos inicijavimas…

1 paveikslas. Diferenciacijos programos inicijavimas pluripotentinėse kamieninėse ląstelėse yra susietas su ląstele…

2 pav. Chromatinas iš naujo nustatomas G1 fazėje į…

2 paveikslas. Chromatinas iš naujo nustatomas G1 fazėje, kad būtų atvertas langas ląstelių likimui…

3 pav. „Pagrindinis paveikslas“ Daugelio ląstelių ciklo reguliuojamas...

3 pav. „Pagrindinis paveikslas“ Keli ląstelių ciklu reguliuojami mechanizmai prisideda prie nuo ląstelių ciklo priklausančio aktyvavimo…


Nuorodos

Gunawardena J. Biologijos modeliai: „tikslūs mūsų apgailėtino mąstymo aprašymai“. BMC Biol. 201412:29. doi:10.1186/1741-7007-12-29.

Murray AW, Kirschner MW. Domino ir laikrodžiai: dviejų ląstelių ciklo vaizdų sąjunga. Mokslas. 1989246: 614–21.

Slaugytoja P. Universalus valdymo mechanizmas, reguliuojantis M fazės pradžią. Gamta. 1990344: 503–8.

Masui Y, Markert CL. Branduolinio elgesio citoplazminė kontrolė varlių oocitų mejozinio brendimo metu. J Exp Zool. 1971177: 129–45.

Gerhart J, Wu M, Kirschner M. M-fazei būdingo citoplazminio faktoriaus ląstelių ciklo dinamika Xenopus laevis oocituose ir kiaušiniuose. J Cell Biol. 198498: 1247–55.

Murray AW, Kirschner MW. Ciklinų sintezė skatina ankstyvą embrioninių ląstelių ciklą. Gamta. 1989339: 275–80.

Murray AW, Solomon MJ, Kirschner MW. Ciklinų sintezės ir degradacijos vaidmuo kontroliuojant brendimą skatinančių faktorių aktyvumą. Gamta. 1989339: 280–6.

Lohka MJ, Hayes MK, Maller JL. Brendimą skatinančio faktoriaus, tarpląstelinio ankstyvųjų mitozinių įvykių reguliatoriaus, valymas. Proc Natl Acad Sci U S A. 198885: 3009–13.

Gautier J, Minshull J, Lohka M, Glotzer M, Hunt T, Maller JL. Ciklinas yra Xenopus brendimą skatinančio faktoriaus komponentas. Ląstelė. 199060:487–94.

Gautier J, Norbury C, Lohka M, Nurse P, Maller J. Išgrynintame brendimą skatinančiame veiksnyje yra skilimo mielių ląstelių ciklo kontrolės geno cdc2+Xenopus homologo produktas. Ląstelė. 198854: 433–9.

Dunphy WG, Brizuela L, Beach D, Newport J. Xenopus cdc2 baltymas yra MPF komponentas, citoplazminis mitozės reguliatorius. Ląstelė. 198854:423–31.

Solomon MJ, Glotzer M, Lee TH, Philippe M, Kirschner MW. P34cdc2 ciklino aktyvinimas. Ląstelė. 199063: 1013–24.

Felix MA, Labbe JC, Doree M, Hunt T, Karsenti E. Ciklino skilimo suaktyvinimas tarpfazių varliagyvių kiaušinių ekstraktuose, naudojant cdc2 kinazę. Gamta. 1990346:379–82. doi: 10.1038/346379a0.

Norel R, Agur Z. Mitozinio laikrodžio reguliavimo pagal ciklino ir MPF lygius modelis. Mokslas. 1991251: 1076–8.

Goldbeteris A. Minimalus kaskadinis mitozinio generatoriaus, apimančio cikliną ir cdc2 kinazę, modelis. Proc Natl Acad Sci U S A. 199188: 9107–11.

Taisonas JJ. Ląstelių dalijimosi ciklo modeliavimas: cdc2 ir ciklino sąveika. Proc Natl Acad Sci U S A. 199188: 7328–32.

Goldbeter A, Koshland Jr, DE. Padidėjęs jautrumas, atsirandantis dėl kovalentinio modifikavimo biologinėse sistemose. Proc Natl Acad Sci U S A. 198178: 6840–4.

Novakas B, Tysonas JJ. Skaitmeninė išsamaus M fazės kontrolės modelio analizė Xenopus oocitų ekstraktuose ir nepažeistuose embrionuose. J Cell Sci. 1993106:1153–68.

Novakas B, Tysonas JJ. Ląstelių dalijimosi ciklo modeliavimas: M fazės paleidiklis, svyravimai ir dydžio valdymas. J Theor Biol. 1993165: 101–34.

Novakas B, Tysonas JJ. Skilimo mielių mitozinės kontrolės molekulinio modelio kiekybinė analizė. J Theor Biol. 1995173:283–305.

Sha W, Moore J, Chen K, Lassaletta AD, Yi CS, Tyson JJ ir kt. Histerezė skatina ląstelių ciklo perėjimus Xenopus laevis kiaušinių ekstraktuose. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003100:975–80.

Pomerening JR, Sontag ED, Ferrell Jr JE. Ląstelių ciklo osciliatoriaus kūrimas: histerezė ir bistabilumas aktyvuojant Cdc2. Nat Cell Biol. 20035:346–51.

Novakas B, Tysonas JJ. DNR replikacijos kontrolės dalijimosi mielėse modeliavimas. Proc Natl Acad Sci U S A. 199794:9147–52.

Chen KC, Csikasz-Nagy A, Gyorffy B, Val J, Novak B, Tyson JJ. Pradedančių mielių ląstelių ciklo molekulinio modelio kinetinė analizė. Mol Biol ląstelė. 200011: 369–91.

Kumagai A, Dunphy WG. Cdc2/ciklino B komplekso kontrolė Xenopus kiaušinių ekstraktuose, sulaikyta G2/M kontroliniame taške, naudojant DNR sintezės inhibitorius. Mol Biol ląstelė. 19956: 199–213.

Marlovitsas G, Tysonas CJ, Novakas B, Tysonas JJ. M-fazės kontrolės modeliavimas Xenopus oocitų ekstraktuose: nesudėtingos DNR stebėjimo mechanizmas. Biophys Chem. 199872: 169–84.

Novak B, Tyson JJ, Gyorffy B, Csikasz-Nagy A. Negrįžtami ląstelių ciklo perėjimai atsiranda dėl sistemos lygio grįžtamojo ryšio. Nat Cell Biol. 20079:724–8.

Cross FR, Archambault V, Miller M, Klovstad M. Testing a matematical model of the yeast cell cycle. Mol Biol ląstelė. 200213: 52–70.

Lopez-Aviles S, Kapuy O, Novak B, Uhlmann F. Mitozinio išėjimo negrįžtamumas yra sistemos lygio grįžtamojo ryšio pasekmė. Gamta. 2009459:592–5.

Mirchenko L, Uhlmann F. Sli15(INCENP) defosforilinimas apsaugo nuo mitozinio kontrolinio taško pakartotinio įsijungimo dėl įtampos praradimo prasidėjus anafazei. Curr Biol. 201020: 1396–401.

Oliveira RA, Hamilton RS, Pauli A, Davis I, Nasmyth K. Cohesin skilimas ir Cdk slopinimas sukelia dukterinių branduolių susidarymą. Nat Cell Biol. 201012:185–92.

Haskins EF. Stemonitis flavogenita (Myxomycetes) plazmodinė fazė (aphanoplasmodium). In: Institut Wissenschaftlichen Film. Getingenas: filmas E 2000. 1974 m.

Chang JB, Ferrell Jr JE. Mitozinės trigerinės bangos ir Xenopus ląstelių ciklo erdvinis koordinavimas. Gamta. 2013500:603–7. doi: 10.1038/nature12321.

Mochida S, Maslen SL, Skehel M, Hunt T. Greatwall fosforilina baltymo fosfatazės 2A inhibitorių, kuris yra būtinas mitozei. Mokslas. 2010330: 1670–3.

Gharbi-Ayachi A, Labbe JC, Burgess A, Vigneron S, Strub JM, Brioudes E ir kt. Greatwall kinazės, Arpp19, substratas kontroliuoja mitozę, slopindamas baltymų fosfatazę 2A. Mokslas. 2010330: 1673–7.

Yu J, Zhao Y, Li Z, Galas S, Goldberg ML. Greatwall kinazė dalyvauja Cdc2 autoreguliacijos kilpoje Xenopus kiaušinių ekstraktuose. Mol ląstelė. 200622: 83–91.

Vernieri C, Chiroli E, Francia V, Gross F, Ciliberto A. Prisitaikymą prie veleno kontrolinio taško reguliuoja Cdc28/Clbs ir PP2ACdc55 sąveika. J Cell Biol. 2013202: 765–78. doi: 10.1083/jcb.201303033.

Zhang T, Tyson JJ, Novak B. Vaidmuo reguliuojamam fosfatazės aktyvumui generuojant mitozinius virpesius Xenopus ląstelių neturinčiuose ekstraktuose. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013110:20539–44. doi: 10.1073/pnas.1318065110.

Cundell MJ, Bastos RN, Zhang T, Holder J, Gruneberg U, Novak B ir kt. BEG (PP2A-B55/ENSA/Greatwall) kelias užtikrina citokinezę po chromosomų atskyrimo. Mol ląstelė. 201352: 393–405. doi:10.1016/j.molcel.2013.09.005.

Yang Q, Ferrell Jr JE. Cdk1-APC/C ląstelių ciklo osciliatoriaus grandinė veikia kaip uždelstas, itin jautrus jungiklis. Nat Cell Biol. 201315: 519–25. doi: 10.1038/ncb2737.

Alvarez-Fernandez M, Sanchez-Martinez R, Sanz-Castillo B, Gan PP, Sanz-Flores M, Trakala M ir kt. „Greatwall“ yra būtina siekiant užkirsti kelią mitoziniam žlugimui po branduolinio apvalkalo žlugimo žinduoliuose. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013110:17374–9. doi:10.1073/pnas.1310745110.

Vigneron S, Brioudes E, Burgess A, Labbe JC, Lorca T, Castro A. Greatwall palaiko mitozę, reguliuodamas PP2A. EMBO J. 200928: 2786–93.

Tyson JJ, Novak B. Bistabilumas, svyravimai ir keliaujančios bangos varlių kiaušinių ekstraktuose. Bull Math Biol. 201577:796–816. doi: 10.1007/s11538-014-0009-9.

Žiūrėti video įrašą: The Cell Cycle (Lapkritis 2024).