Główna zawartość

Kurs: Biologia > Rozdział 15

Lekcja 4: Regulacja cyklu komórkowego, nowotwory i komórki macierzyste

Punkty kontrolne cyklu komórkowego

Jak komórki używają punktów kontrolnych na końcu fazy G1, G2 oraz częściowo w trakcie M fazy (the spindle checkpoint) by regulować cykl komórkowy. Tłumaczenie na język polski zrealizowane przez Fundację Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji „HASCO-LEK".

Wprowadzenie

Czy komórki przechodząc przez cykl komórkowy, płynnie prześlizgują się od jednej fazy do kolejnej? Jeśli są to komórki nowotworowe, odpowiedź może być twierdząca. Jednakże normalne komórki przechodzą cykl komórkowy w kontrolowany sposób. Wykorzystują informację na temat swojego wewnętrznego stanu i sygnały z otaczającego je środowiska, aby zdecydować, czy warto kontynuować podział komórki. Dzięki tej regulacji komórki mogą się upewnić czy nie podzielą się w niesprzyjających warunkach (np. kiedy ich DNA jest uszkodzony lub kiedy nie ma wystarczającej przestrzeni na większą liczbę komórek w tkance lub narządzie).

Punkty kontrolne cyklu komórkowego

Punkt kontrolny jest etapem podczas cyklu komórkowego komórki eukariotycznej, w którym sprawdza ona wewnętrzne i zewnętrzne warunki oraz "decyduje" czy warto lub nie, kontynuować podział komórki.

Jest kilka punktów kontrolnych, ale trzema najważniejszymi są:

Punkt kontrolny G $_{1}$ ‍, w przejściu pomiędzy fazą G $_{1}$ ‍ a fazą S.
Punkt kontrolny G $_{2}$ ‍, w przejściu pomiędzy fazą G $_{2}$ ‍ a fazą M.
Punkt kontrolny wrzeciona podziałowego, w przejściu między metafazą a anafazą.

Punkt kontrolny G $_{1}$ ‍

Punkt kontrolny G1 jest głównym punktem decyzyjnym komórki - to znaczy, że jest to nadrzędny punkt, w którym komórka musi zdecydować czy dzielić się czy nie. Kiedy komórka przejdzie przez punkt kontrolny G

_{1}

i wejdzie w fazę S, staje się nieodwracalnie przeznaczona do podziału. To znaczy że, wyjąwszy nieprzewidziane problemy takie jak uszkodzenie DNA lub błędy replikacji, komórka, która przejdzie punkt kontrolny G

_{1}

kontynuuje drogę poprzez cykl komórkowy i produkuje dwie komórki potomne.

W punkcie kontrolnym G

_{1}

, komórka sprawdza, czy wewnętrzne i zewnętrzne warunki są odpowiednie do podziału. Tutaj podane zostały niektóre czynniki, które komórka może kontrolować:

Rozmiar. Czy komórka jest wystarczająco duża, żeby się podzielić?
Składniki odżywcze. Czy komórka ma wystarczająco dużo rezerw energetycznych lub dostępnych składników odżywczych, aby się podzielić?
Sygnały molekularne. Czy komórka otrzymuje pozytywne sygnały (takie ja czynniki wzrostu) od otaczających komórek?
Integralność DNA. Czy jakiekolwiek DNA jest uszkodzone?

Nie są to jedyne czynniki, które mogą wpłynąć na przejście przez punkt kontrolny G

_{1}

, Istnieją też czynniki, które są nadrzędne, zależnie od rodzaju komórki. Na przykład, niektóre komórki także potrzebują warunków fizycznych (takich jak otoczenia przez wspomagającą sieć nazywaną macierzą zewnątrzkomórkową), aby się podzielić

^{1}

Jeżeli komórka nie otrzymuje sygnałów do pójścia dalej, których potrzebuje w punkcie kontrolnym G

_{1}

, może opuścić cykl komórkowy i wejść w fazę spoczynkową nazywaną fazą G $_{0}$ ‍. Niektóre komórki pozostają na stałe w fazie G

_{0}

, podczas gdy inne wznawiają podziały, jeśli warunki się poprawiają.

Punkt kontrolny G $_{2}$ ‍

Aby upewnić się, czy podział komórki zachodzi "gładko" (daje prawidłowe komórki potomne z kompletnym, nieuszkodzonym DNA), komórka ma dodatkowy punkt kontrolny przed fazą M, nazywany punktem kontrolnym G $_{2}$ ‍. Na tym etapie komórka sprawdza:

Integralność DNA. Czy jakiekolwiek DNA jest uszkodzone?
Replikację DNA. Czy DNA zostało w pełni skopiowane podczas fazy S?

Jeśli błędy lub uszkodzenia zostaną wykryte, komórka zatrzymuje się w punkcie kontrolnym G

_{2}

, aby umożliwić naprawę. Jeśli mechanizmy punktu kontrolnego wykryją problemy z DNA, komórka jest zatrzymywana i próbuje dokończyć replikację lub naprawić uszkodzony DNA.

Jeśli uszkodzenia są nie do naprawienia, komórka może wejść na drogę apoptozy lub programowanej śmierci komórki

^{2}

. Ten mechanizm autodestrukcji gwarantuje, że uszkodzony DNA nie zostanie przekazany do komórek potomnych, co jest ważne w zapobieganiu nowotworom.

Punkt kontrolny wrzeciona podziałowego

Punkt kontrolny fazy M jest także znany jako punkt kontrolny wrzeciona podziałowego: tutaj komórka sprawdza, czy chromatydy siostrzane są prawidłowo połączone z mikrotubulami wrzeciona podziałowego. Ponieważ oddzielenie chromatyd siostrzanych podczas anafazy jest nieodwracalnym etapem, cykl nie będzie się kontynuował do czasu, kiedy wszystkie chromosomy są trwale przyłączone do przynajmniej dwóch włókien z przeciwległych biegunów komórki.

Jak działa ten punkt kontrolny? Wydaje się, że komórki nie sprawdzają na bieżąco płytki metafazowej, aby upewnić się, że wszystkie chromosomy są na właściwym miejscu. Natomiast szukają "niesfornych" chromosomów, które są w nieprawidłowych miejscach (np. krążą po cytoplazmie)

^{3}

. Jeśli taka sytuacja ma miejsce, komórka zatrzymuje mitozę, co daje czas dla wrzeciona podziałowego, aby wyłapać "zbłąkane" chromosomy.

Jak właściwie działają punkty kontrolne?

Ten artykuł daje ogląd w temacie kontroli cyklu komórkowego, wskazując czynniki, które wpływają na decyzję komórki o zatrzymaniu lub kontynuowaniu cyklu przez każdy punkt kontrolny. Jednakże możesz się zastanawiać, co te czynniki robią komórce lub wewnątrz komórki, co sprawia, że komórka kontynuuje (lub hamuje) przechodzenie z jednej fazy cyklu komórki do następnej.

Ogólna odpowiedź jest taka, że wewnętrzne i zewnętrzne sygnały wpływają na aktywację lub wyłączenie ścieżek sygnałowych, zestawu najważniejszych białek, które dalej pobudzają zachodzenie cyklu komórkowego. Możesz dowiedzieć się więcej o tych białkach i zobaczyć przykłady jak wpływają na nie czynniki takie jak uszkodzenia DNA w artykule o regulatorach cyklu komórkowego.

Żródła:

Ten artykuł jest zmodyfikowaną wersją: "Control of the cell cycle," OpenStax College, Biology, CC BY 3.0. Pobierz oryginalny artykuł za darmo z: http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.87.

Zmodyfikowany artykuł może być używany zgodnie z licencją CC BY-NC-SA 4.0.

Cytowane prace:

Pickup, M. W., Mouw, J. K., Weaver, V. M. (2014). The extracellular matrix modulates the hallmarks of cancer. EMBO Reports 15(12), 1244. http://dx.doi.org/10.15252/embr.201439246.
Han, Z., Chatterjee, D., He, D. M., Early, J., Pantazis, P., Wyche, J. H., Hendrickson, E. A. (1995). Evidence for a G2 checkpoint in p53-indepenent apoptosis induction by X-irradiation. Molecular and Cellular Biology, 15(11), 5849. http://dx.doi.org/10.1128/MCB.15.11.5849.
Gorbsky, G. J. (2001). The mitotic spindle checkpoint. Current Biology, 24(11), R1001. http://dx.doi.org/10.1016/S0960-9822(01)00609-1.

Dodatkowe źródła

DiPaola, R. S. (2002). To arrest or not to G2-M cell-cycle arrest. Clin. Cancer Res., 8, 3311-3314. Źródło: http://clincancerres.aacrjournals.org/content/8/11/3311.short.

Han, Z., Chatterjee, D., He, D. M., Early, J., Pantazis, P., Wyche, J. H., Hendrickson, E. A. (1995). Evidence for a G2 checkpoint in p53-indepenent apoptosis induction by X-irradiation. Molecular and Cellular Biology, 15(11), 5849-5857. http://dx.doi.org/10.1128/MCB.15.11.5849.

Kitagawa, Katsumi. (2009). Caspase-independent mitotic death. In X.-M. Yin and X. Dong (Eds.), Essentials of apoptosis: a guide for basic and clinical research (2nd ed., pp. 635-646). New York, NY: Humana Press.

Li, F., Ambrosini, G., Chu, E. Y., Plescia, J., Tognin, S., Marchisio, P. C., Altieri, D. C. (1998). Control of apoptosis and mitotic spindle checkpoint by survivin. Nature, 396, 580-584. http://dx.doi.org/10.1038/25141.

Pickup, M. W., Mouw, J. K., Weaver, V. M. (2014). The extracellular matrix modulates the hallmarks of cancer. EMBO Reports 15(12), 1243-1253. http://dx.doi.org/10.15252/embr.201439246.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., Singer, S. R. (2014). How cells divide. Z Biology (10th ed., AP ed., pp. 187-206). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., Jackson, R. B. (2011). A tour of the cell. Z Campbell Biology (10th ed., pp. 92-123). San Francisco, CA: Pearson.

Seluanov, A., Hine, C., Azpurua, J., Feigenson, M., Bozzella, M., Mao, Z., Gorbunova, V. (2009). Hypersensitivity to contact inhibition provides a clue to cancer resistance of naked mole-rat. PNAS, 106, 10352-19357. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0905252106.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Zaloguj się

Sortuj według

Na razie brak głosów w dyskusji

Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.

Biologia

Kurs: Biologia > Rozdział 15

Wprowadzenie

Punkty kontrolne cyklu komórkowego

Punkt kontrolny G1‍

Punkt kontrolny G2‍

Punkt kontrolny wrzeciona podziałowego

Jak właściwie działają punkty kontrolne?

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Punkt kontrolny G $_{1}$ ‍

Punkt kontrolny G $_{2}$ ‍