§21. Solusykli

Jotta solu jakautuisi täysin, sen on kasvatettava kokoa ja luotava riittävä määrä organelleja. Ja jotta se ei menetä perinnöllistä tietoa, kun se jaetaan puoliksi, hänen on tehtävä kopioita kromosomeistaan. Ja lopuksi, jotta perinnöllinen tieto jakautuisi tiukasti tasapuolisesti kahden tytärsolun välillä, sen on järjestettävä kromosomit oikeaan järjestykseen ennen niiden jakamista tytärsoluille. Kaikki nämä tärkeät tehtävät suoritetaan solusyklin aikana.

Solukierto on tärkeä, koska... se osoittaa tärkeintä: kykyä lisääntyä, kasvaa ja erilaistua. Myös vaihtoa tapahtuu, mutta sitä ei huomioida solusykliä tutkittaessa.

Käsitteen määritelmä

Solusykli - Tämä on solujen elinaika syntymästä tytärsolujen muodostumiseen.

Eläinsoluissa solusykli, kahden jakautumisen (mitoosien) välinen aika, kestää keskimäärin 10-24 tuntia.

Solusykli koostuu useista jaksoista (synonyymi: vaiheet), jotka luonnollisesti korvaavat toisensa. Solusyklin ensimmäiset vaiheet (G 1, G 0, S ja G 2) ovat yhteisesti ns. välivaihe , ja viimeinen vaihe on nimeltään .

Riisi. 1.Solusykli.

Solusyklin jaksot (vaiheet).

1. Ensimmäisen kasvun jakso G1 (englanniksi Growth - kasvu) on 30-40 % syklistä ja lepojakso G 0

Synonyymit: postmitoottinen (tapahtuu mitoosin jälkeen) jakso, presynteettinen (läpi ennen DNA-synteesiä) kausi.

Solusykli alkaa solun syntymisestä mitoosin seurauksena. Jakautumisen jälkeen tytärsolut pienenevät ja niissä on vähemmän organelleja kuin normaalisti. Siksi "vastasyntynyt" pieni solu solusyklin ensimmäisessä jaksossa (vaiheessa) (G 1) kasvaa ja kasvaa ja muodostaa myös puuttuvat organellit. Kaikkeen tähän tarvitaan aktiivinen proteiinien synteesi. Tämän seurauksena solusta tulee täysimittainen, voitaisiin sanoa, "aikuinen".

Miten kasvujakso G1 yleensä päättyy solulle?

1. Solun pääsy prosessiin. Erilaistumisesta johtuen solu saa erityisiä ominaisuuksia suorittaakseen koko elimelle ja eliölle välttämättömiä toimintoja. Erilaistumisen laukaisevat kontrolliaineet (hormonit), jotka vaikuttavat solun vastaaviin molekyylireseptoreihin. Solu, joka on suorittanut erilaistumisensa, putoaa jakautumissyklistä ja on mukana lepoaika G 0 . Altistuminen aktivoiville aineille (mitogeeneille) vaaditaan, jotta se erilaistui ja palaa solukiertoon.
2. Solun kuolema (kuolema).
3. Solusyklin seuraavaan jaksoon siirtyminen - synteettinen.

2. Synteettinen jakso S (englanniksi Synthesis - synteesi), muodostaa 30-50% syklistä

Tämän ajanjakson nimessä oleva synteesin käsite viittaa DNA-synteesi (replikaatio) eikä muihin synteesiprosesseihin. Saavutettuaan tietyn koon ensimmäisen kasvujakson läpimenon seurauksena solu siirtyy synteettiseen vaiheeseen tai vaiheeseen S, jossa DNA-synteesi tapahtuu. DNA:n replikaatiosta johtuen solu kaksinkertaistaa geneettisen materiaalinsa (kromosomit), koska Jokaisesta kromosomista muodostuu tarkka kopio ytimeen. Jokainen kromosomi kaksinkertaistuu ja koko kromosomisarja kaksinkertaistuu, tai diploidi . Tämän seurauksena solu on nyt valmis jakamaan perinnöllisen materiaalin tasaisesti kahden tytärsolun välillä menettämättä yhtä geeniä.

3. Toisen kasvun jakso G 2 (englanniksi Growth - kasvu) on 10-20 % syklistä

Synonyymit: premitoottinen (läpi ennen mitoosia) kausi, synteettinen (tapahtuu synteettisen) jakso.

G2-jakso valmistelee seuraavaa solun jakautumista. G2-kasvun toisen jakson aikana solu tuottaa mitoosiin tarvittavia proteiineja, erityisesti tubuliinia karaa varten; luo energiavarastoja ATP:n muodossa; tarkistaa, onko DNA:n replikaatio täydellinen ja valmistautuu jakautumiseen.

4. Mitoosin jakautumisen jakso M (englanniksi Mitosis - mitosis) on 5-10 % syklistä

Jakautumisen jälkeen solu siirtyy uuteen G1-vaiheeseen ja solusykli päättyy.

Solusyklin säätely

Molekyylitasolla siirtymistä syklin vaiheesta toiseen säätelee kaksi proteiinia - sykliini Ja sykliinistä riippuvainen kinaasi(CDK).

Solusyklin säätelemiseksi käytetään säätelyproteiinien palautuvaa fosforylaatio/defosforylaatioprosessia, ts. fosfaattien lisääminen niihin ja sen jälkeen eliminointi. Avainaine, joka säätelee solun pääsyä mitoosiin (eli sen siirtymistä G2-faasista M-vaiheeseen), on spesifinen aine. seriini/treoniiniproteiinikinaasi, jota kutsutaan kypsymistekijä- FS tai MPF englanninkielisestä kypsymistä edistävästä tekijästä. Aktiivisessa muodossaan tämä proteiinientsyymi katalysoi monien mitoosiin osallistuvien proteiinien fosforylaatiota. Näitä ovat esimerkiksi histoni H1, joka on osa kromatiinia, laminaatti (sytoskeletaalinen komponentti, joka sijaitsee tuman kalvossa), transkriptiotekijät, mitoottiset karan proteiinit sekä joukko entsyymejä. Näiden proteiinien fosforylaatio kypsymistekijällä MPF aktivoi ne ja käynnistää mitoosiprosessin. Mitoosin päätyttyä PS:n säätelyalayksikkö, sykliini, on merkitty ubikitiinilla ja se hajoaa (proteolyysi). Nyt tulee vuoro proteiinifosfataasi, jotka defosforyloivat mitoosiin osallistuneita proteiineja siirtäen ne siten inaktiiviseen tilaan. Tämän seurauksena solu palaa välivaiheen tilaan.

PS (MPF) on heterodimeerinen entsyymi, joka sisältää säätelyalayksikön, nimittäin sykliinin, ja katalyyttisen alayksikön, nimittäin sykliinistä riippuvaisen kinaasin CDK:n, joka tunnetaan myös nimellä p34cdc2; 34 kDa. Tämän entsyymin aktiivinen muoto on vain dimeeri CZK + sykliini. Lisäksi CZK:n aktiivisuutta säätelee itse entsyymin palautuva fosforylaatio. Sykliinit saivat tämän nimen, koska niiden pitoisuus muuttuu syklisesti solusyklin jaksojen mukaisesti, erityisesti se pienenee ennen solunjakautumisen alkamista.

Selkärankaisten soluissa on useita erilaisia ​​sykliinejä ja sykliinistä riippuvaisia ​​kinaaseja. Kahden entsyymialayksikön erilaiset yhdistelmät säätelevät mitoosin alkamista, transkriptioprosessin alkua G1-vaiheessa, kriittisen pisteen siirtymistä transkription päätyttyä, DNA:n replikaatioprosessin alkua interfaasin S-jaksossa (aloittaa siirtymä). ) ja muut solusyklin keskeiset siirtymät (ei näy kaaviossa).
Sammakon munasoluissa mitoosiin pääsyä (G2/M-siirtymä) säätelee sykliinipitoisuuden muuttuminen. Sykliiniä syntetisoidaan jatkuvasti interfaasissa, kunnes maksimipitoisuus saavutetaan M-vaiheessa, jolloin koko PS:n katalysoima proteiinien fosforylaatiokaskadi käynnistyy. Mitoosin loppuun mennessä proteinaasit, joita myös PS aktivoi, tuhoavat sykliinin nopeasti. Muissa solujärjestelmissä PS-aktiivisuutta säätelee itse entsyymin vaihteleva fosforylaatioaste.

Solusykli

Solusykli koostuu mitoosista (M-vaihe) ja interfaasista. Interfaasissa vaiheet G1, S ja G2 erotetaan peräkkäin.

SOLUSYKLIN VAIHEITA

Interfaasi

G 1 seuraa mitoosin telofaasia. Tämän vaiheen aikana solu syntetisoi RNA:ta ja proteiineja. Vaiheen kesto vaihtelee useista tunteista useisiin päiviin.

G 2 solut voivat poistua syklistä ja olla vaiheessa G 0 . Vaiheessa G 0 solut alkavat erilaistua.

S. S-vaiheen aikana proteiinisynteesi jatkuu solussa, DNA:n replikaatio tapahtuu ja sentriolit erottuvat. Useimmissa soluissa S-vaihe kestää 8-12 tuntia.

G 2 . G 2 -vaiheessa RNA:n ja proteiinin synteesi jatkuu (esimerkiksi tubuliinin synteesi mitoottisen karan mikrotubuluksia varten). Tytärsentriolit saavuttavat lopullisten organellien koon. Tämä vaihe kestää 2-4 tuntia.

MITOOSI

Mitoosin aikana ydin (karyokineesi) ja sytoplasma (sytokineesi) jakautuvat. Mitoosin vaiheet: profaasi, prometafaasi, metafaasi, anafaasi, telofaasi.

Prophase. Jokainen kromosomi koostuu kahdesta sisarkromatidista, jotka on yhdistetty sentromeerillä, nukleoli katoaa. Sentriolit järjestävät mitoottisen karan. Sentriolipari on osa mitoottista keskustaa, josta mikrotubulukset ulottuvat säteittäisesti. Ensin mitoottiset keskukset sijaitsevat lähellä ydinkalvoa ja sitten eroavat ja muodostuu bipolaarinen mitoottinen kara. Tämä prosessi sisältää napa-mikrotubuluksia, jotka ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa pidentyessään.

Centriole on osa sentrosomia (sentrosomi sisältää kaksi sentriolia ja perisentriolimatriisin) ja on sylinterin muotoinen, jonka halkaisija on 15 nm ja pituus 500 nm; sylinterin seinämä koostuu 9 mikrotubulusten tripletistä. Senrosomissa sentriolit sijaitsevat suorassa kulmassa toisiinsa nähden. Solusyklin S-vaiheen aikana sentriolit monistuvat. Mitoosissa sentrioliparit, joista kukin koostuu alkuperäisestä ja vasta muodostuneesta, hajoavat solunapoihin ja osallistuvat mitoottisen karan muodostumiseen.

Prometafaasi. Ydinvaippa hajoaa pieniksi paloiksi. Sentromeerialueella ilmaantuu kinetokooreja, jotka toimivat kinetokoorimikrotbulusten järjestäytymiskeskuksina. Kinetokoorien poistuminen kustakin kromosomista molempiin suuntiin ja niiden vuorovaikutus mitoottisen karan napa-mikrotubulusten kanssa on syy kromosomien liikkumiseen.

Metafaasi. Kromosomit sijaitsevat karan päiväntasaajan alueella. Muodostuu metafaasilevy, jossa kutakin kromosomia pitää kiinni kinetokooriparista ja niihin liittyvistä kinetokorimikrotubuluksista, jotka on suunnattu mitoottisen karan vastakkaisiin napoihin.

Anafaasi– tytärkromosomien hajoaminen mitoottisen karan napoihin nopeudella 1 µm/min.

Telofaasi. Kromatidit lähestyvät napoja, kinetokorimikrotubulukset katoavat ja napaiset jatkavat pidentymistä. Ydinvaippa muodostuu ja tuma ilmestyy.

Sytokineesi– sytoplasman jakautuminen kahteen erilliseen osaan. Prosessi alkaa myöhäisessä anafaasissa tai telofaasissa. Plasmalemma vetäytyy kahden tytärytimen väliin tasossa, joka on kohtisuorassa karan pitkää akselia vastaan. Halkeamisuurre syvenee ja tytärsolujen välille jää silta - jäännöskappale. Tämän rakenteen tuhoaminen edelleen johtaa tytärsolujen täydelliseen erottumiseen.

Solunjakautumisen säätelijät

Solujen lisääntymistä, joka tapahtuu mitoosin kautta, säätelevät tiukasti erilaiset molekyylisignaalit. Näiden useiden solusyklin säätelijöiden koordinoitu toiminta varmistaa sekä solujen siirtymisen solusyklin vaiheesta toiseen että kunkin vaiheen tapahtumien tarkan suorittamisen. Pääsyy proliferatiivisesti kontrolloimattomien solujen ilmaantumiseen on mutaatiot geeneissä, jotka koodaavat solusyklin säätelijöiden rakennetta. Solusyklin ja mitoosin säätelijät jaetaan solunsisäisiin ja solujen välisiin. Solunsisäisiä molekyylisignaaleja on lukuisia, joista mainittakoon ensinnäkin itse solusyklin säätelijät (sykliinit, sykliiniriippuvaiset proteiinikinaasit, niiden aktivaattorit ja estäjät) ja kasvainsuppressorit.

MEIOOSI

Meioosin aikana muodostuu haploidisia sukusoluja.

Ensimmäinen meioottinen jakautuminen

Meioosin ensimmäinen jako (profaasi I, metafaasi I, anafaasi I ja telofaasi I) on pelkistys.

Prophaseminä käy läpi useita vaiheita peräkkäin (leptoteeni, tsygoteeni, pakyteeni, diploteeni, diakineesi).

Leptoteeni - kromatiini kondensoituu, jokainen kromosomi koostuu kahdesta kromatidista, jotka on yhdistetty sentromeerillä.

Tsygoteeni– homologiset kromosomiparit tulevat lähemmäksi ja tulevat fyysiseen kosketukseen ( synapsi) synaptonemaalisen kompleksin muodossa, joka varmistaa kromosomien konjugaation. Tässä vaiheessa kaksi vierekkäistä kromosomiparia muodostavat bivalentin.

Pachytena– kromosomit paksuuntuvat spiralisoitumisen vuoksi. Konjugoitujen kromosomien erilliset osat leikkaavat toisiaan ja muodostavat chiasmataa. Täällä tapahtuu ylittämällä- osien vaihto isän ja äidin homologisten kromosomien välillä.

Diplotena– konjugoitujen kromosomien erottuminen kussakin parissa synaptonemaalisen kompleksin pituussuuntaisen halkeamisen seurauksena. Kromosomit jakautuvat kompleksin koko pituudelta chiasmataa lukuun ottamatta. Bivalentissa 4 kromatidia ovat selvästi erotettavissa. Tällaista bivalenttia kutsutaan tetradiksi. Purkautumiskohdat ilmestyvät kromatideihin, joissa RNA syntetisoidaan.

Diakineesi. Kromosomien lyhentymis- ja kromosomiparien jakautumisprosessit jatkuvat. Chiasmata siirtyy kromosomien päihin (terminalisaatio). Ydinkalvo tuhoutuu ja ydin katoaa. Mitoottinen kara tulee näkyviin.

Metafaasiminä. Metafaasissa I tetradit muodostavat metafaasilevyn. Yleensä isän ja äidin kromosomit ovat satunnaisesti jakautuneet mitoottisen karan ekvaattorin yhdelle tai toiselle puolelle. Tämä kromosomien jakautumismalli on Mendelin toisen lain taustalla, joka (yhdessä ylittämisen kanssa) varmistaa geneettiset erot yksilöiden välillä.

Anafaasiminä eroaa mitoosin anafaasista siinä, että mitoosin aikana sisarkromatidit liikkuvat kohti napoja. Tämän meioosin vaiheen aikana ehjät kromosomit siirtyvät napoihin.

Telofaasiminä ei eroa mitoosin telofaasista. Muodostuu ytimiä, joissa on 23 konjugoitua (kaksoistettua) kromosomia, tapahtuu sytokineesia ja muodostuu tytärsoluja.

Meioosin toinen jakautuminen.

Meioosin toinen jako - yhtälö - etenee samalla tavalla kuin mitoosi (profaasi II, metafaasi II, anafaasi II ja telofaasi), mutta paljon nopeammin. Tytärsolut saavat haploidisen joukon kromosomeja (22 autosomia ja yksi sukupuolikromosomi).

Solusykli on solun elämänjakso jakautumisesta toiseen. Koostuu välivaiheista ja jakojaksoista. Solusyklin kesto vaihtelee eri organismeissa (bakteereille - 20-30 minuuttia, eukaryoottisoluille - 10-80 tuntia).

Interfaasi

Interfaasi (alkaen lat. inter- välillä, vaiheet– ilmaantuminen) on ajanjakso solun jakautumisen välillä tai jakautumisesta sen kuolemaan. Aikajakso solun jakautumisesta sen kuolemaan on ominaista monisoluisen organismin soluille, jotka jakautumisen jälkeen ovat menettäneet kykynsä siihen (erytrosyytit, hermosolut jne.). Interfaasi vie noin 90 % solusyklistä.

Interphase sisältää:

1) presynteettinen ajanjakso (G 1) – intensiiviset biosynteesiprosessit alkavat, solu kasvaa ja sen koko kasvaa. Juuri tänä aikana monisoluisten organismien solut, jotka ovat menettäneet jakautumiskyvyn, säilyvät kuolemaan asti;

2) synteettinen (S) – DNA ja kromosomit kaksinkertaistuvat (solusta tulee tetraploidi), sentriolit, jos niitä on, kaksinkertaistuvat;

3) postsynteettinen (G 2) – periaatteessa synteesiprosessit solussa pysähtyvät, solu valmistautuu jakautumiseen.

Solujen jakautuminen tapahtuu suoraan(amitoosi) ja epäsuora(mitoosi, meioosi).

Amitoosi

Amitoosi – suora solun jakautuminen, jossa jakautumislaitteistoa ei muodostu. Ydin jakautuu rengasmaisen supistumisen vuoksi. Geneettisellä tiedolla ei ole yhtenäistä jakautumista. Luonnossa nisäkkäiden ripsien ja istukkasolujen makrotumat (suuret ytimet) jakautuvat amitoosilla. Syöpäsolut voivat jakautua amitoosilla.

Epäsuora jakautuminen liittyy fissiolaitteiston muodostumiseen. Jakautumislaitteisto sisältää komponentteja, jotka varmistavat kromosomien tasaisen jakautumisen solujen välillä (jakautumiskara, sentromeerit ja jos olemassa, sentriolit). Solun jakautuminen voidaan jakaa ydinjakautumiseen ( mitoosi) ja sytoplasman jakautuminen ( sytokineesi). Jälkimmäinen alkaa ydinfission loppupuolella. Yleisimmät luonnossa ovat mitoosi ja meioosi. Ajoittain esiintyy endomitoosi- epäsuora fissio, joka tapahtuu ytimessä tuhoamatta sen kuorta.

Mitoosi

Mitoosi on epäsuora solujakautuminen, jossa emosolusta muodostuu kaksi tytärsolua, joilla on identtinen joukko geneettisiä tietoja.

Mitoosivaiheet:

1) profaasi – tapahtuu kromatiinin tiivistymistä (kondensaatiota), kromatidit kiertyvät ja lyhenevät (tulevat näkyviksi valomikroskoopissa), nukleolit ​​ja ydinkalvo katoavat, muodostuu kara, sen langat kiinnittyvät kromosomien sentromeereihin, sentriolit jakautuvat ja hajaantuvat napoihin solusta;

2) metafaasi – kromosomit ovat maksimaalisesti spiraalimaisia ​​ja sijaitsevat päiväntasaajaa pitkin (ekvatoriaalisella levyllä), homologiset kromosomit sijaitsevat lähellä;

3) anafaasi – karan kierteet supistuvat samanaikaisesti ja venyttävät kromosomit napoihin (kromosomeista tulee yksivärisiä), mitoosin lyhin vaihe;

4) telofaasi – kromosomit hajoavat, muodostuvat tumat ja tumakalvo, sytoplasman jakautuminen alkaa.

Mitoosi on tyypillistä ensisijaisesti somaattisille soluille. Mitoosi ylläpitää vakiomäärää kromosomeja. Auttaa lisäämään solujen määrää, joten sitä havaitaan kasvun, uudistumisen ja vegetatiivisen lisääntymisen aikana.

Meioosi

Meioosi (kreikasta meioosi- pelkistyminen) on epäsuora pelkistyssolujakautuminen, jossa emosolusta muodostuu neljä tytärsolua, joilla on epäidenttinen geneettinen informaatio.

Jakoa on kaksi: meioosi I ja meioosi II. Interfaasi I on samanlainen kuin mitoosia edeltävä interfaasi. Interfaasin synteettisen jälkeisenä aikana proteiinisynteesin prosessit eivät pysähdy ja jatkuvat ensimmäisen jaon profaasissa.

Meioosi I:

– profaasi I – kromosomit kiertyvät, tuma ja ydinvaippa katoavat, muodostuu kara, homologiset kromosomit tulevat lähemmäksi ja tarttuvat yhteen sisarkromatideja pitkin (kuten salama linnassa) – tapahtuu konjugaatio, jolloin muodostuu tetradit, tai bivalentteja muodostuu kromosomien risteytys ja osien vaihto - ylittämällä, sitten homologiset kromosomit hylkivät toisiaan, mutta pysyvät kytkettyinä alueilla, joilla ylitys tapahtui; synteesiprosessit on saatu päätökseen;

– metafaasi I – kromosomit sijaitsevat päiväntasaajaa pitkin, homologiset – bikromatidiset kromosomit sijaitsevat vastakkain päiväntasaajan molemmilla puolilla;

– anafaasi I – karan filamentit supistuvat ja venyvät samanaikaisesti yhtä homologista bikromatidikromosomia pitkin napoja kohti;

– telofaasi I (jos on) - kromosomit hajoavat, muodostuu tumakalvo ja tumakalvo, sytoplasma jakautuu (muodostuvat solut ovat haploideja).

Interfaasi II(jos on): DNA-kaksoistumista ei tapahdu.

Meioosi II:

– profaasi II – kromosomit tihenevät, tuma ja ydinkalvo katoavat, muodostuu fissiokara;

– metafaasi II – kromosomit sijaitsevat päiväntasaajaa pitkin;

– anafaasi II – kromosomit, joissa karan kierteet supistuvat samanaikaisesti, hajaantuvat napoihin;

– telofaasi II – kromosomit hajoavat, muodostuu tumakalvo ja tumakalvo ja sytoplasma jakautuu.

Meioosi tapahtuu ennen sukusolujen muodostumista. Mahdollistaa sukusolujen fuusion säilyttää lajin kromosomien vakiomäärä (karyotyyppi). Tarjoaa kombinatiivista vaihtelua.

GOUVPO

"VORONEZIN VALTION TEKNINEN YLIOPISTO"

Lääketieteen JÄRJESTELMÄN JÄRJESTELMÄANALYYSI JA -HALLINTA OSASTO

ABSTRAKTI

KURI: "Ihmis- ja eläinbiologia"

AIHEESSA: “Mitoottinen kierto. Solukierto, vaiheet M, G1, S, G2, auto- ja heterosynteettiset solutoiminnot"

Suorittanut: ryhmän BM-101 1. vuoden opiskelija Tonkikh M.A.

Tarkastaja: professori, lääketieteen tohtori. Tiede L. B. Dmitrenko

VORONEZH 2010

Solukierto: yleiskatsaus

Toistuvaa tapahtumasarjaa, joka varmistaa eukaryoottisolujen jakautumisen, kutsutaan solusykliksi. Solusyklin pituus riippuu jakautuvien solujen tyypistä. Jotkut solut, kuten ihmisen neuronit, lopettavat jakautumisen kokonaan saavuttaessaan terminaalisen erilaistumisen vaiheen. Aikuisen kehon keuhkojen, munuaisten tai maksan solut alkavat jakautua vasta vasteena vastaavien elinten vaurioitumiseen. Suoliston epiteelisolut jakautuvat ihmisen koko elämän ajan. Jopa nopeasti lisääntyvissä soluissa valmistautuminen jakautumiseen kestää noin 24 tuntia. Solusykli on jaettu vaiheisiin: Mitoosi - M-vaihe, soluytimen jakautuminen. G1-vaihe on ajanjakso ennen DNA-synteesiä. S-vaihe on synteesijakso (DNA:n replikaatio). G2-vaihe on DNA-synteesin ja mitoosin välinen ajanjakso. Interfaasi on jakso, joka sisältää vaiheet G1, S ja G2. Sytokineesi on sytoplasman jakautumista. Rajoituspiste, R-piste - aika solusyklissä, jolloin solun eteneminen kohti jakautumista muuttuu peruuttamattomaksi. G0-vaihe on solujen tila, jotka ovat saavuttaneet yksikerroksen tai joilta puuttuvat kasvutekijät varhaisessa G1-vaiheessa.

mitosumeioosia) edeltää kromosomien kaksinkertaistuminen, joka tapahtuu solusyklin S-jaksossa. Ajankohta on merkitty sanan synteesi ensimmäisellä kirjaimella - DNA-synteesi. S-jakson lopusta metafaasin loppuun tumassa on neljä kertaa enemmän DNA:ta kuin siittiön tai munasolun tumassa, ja jokainen kromosomi koostuu kahdesta identtisestä sisarkromatidista.

Mitoosin aikana kromosomit tiivistyvät ja profaasin lopussa tai metafaasin alussa ne tulevat näkyviin optisella mikroskopialla. Sytogeneettiseen analyysiin käytetään yleensä metafaasikromosomien valmisteita.

Ensiksi homologisten kromosomien anafaasisentromeeri ovat irti, ja kromatidit poikkeaa mitoottisen karan vastakkaisille napoille. Kun täydelliset kromatidisarjat ovat siirtyneet napoihin (tästä lähtien niitä kutsutaan kromosomeiksi), kunkin ympärille muodostuu tumakalvo, joka muodostaa kahden tytärsolun ytimet (emosolun tumakalvon tuhoutuminen tapahtui loppu profaasi). Tytärsolut tulevat sisään kausi G1, ja vasta valmistautuessaan seuraavaan jakautumiseen ne siirtyvät S-jaksoon ja DNA:n replikaatio tapahtuu niissä.

Solut, joilla on erikoistoimintoja ja jotka eivät mene mitoosiin pitkään aikaan tai ovat yleensä menettäneet jakautumiskyvyn, ovat tilassa ns. jakso G0 .

Useimmat kehon solut ovat diploideja - eli niitä on kaksi haploidi joukko kromosomeja(haploidijoukko on sukusolujen kromosomien lukumäärä; ihmisellä se on 23 kromosomia ja diploidi joukko kromosomeja - 46).

Sukurauhasissa sukusolujen esiasteet läpikäyvät ensin sarjan mitoottisia jakautumisia ja siirtyvät sitten meioosiin, sukusolujen muodostumisprosessiin, joka koostuu kahdesta peräkkäisestä jakautumisesta. Meioosissa homologiset kromosomit pariutuvat (isän 1. kromosomi ja äidin 1. kromosomi jne.), minkä jälkeen ns. ylittämällä tapahtuu rekombinaatio, eli osioiden vaihto isän ja äidin kromosomien välillä. Tämän seurauksena kunkin kromosomin geneettinen koostumus muuttuu laadullisesti.

Ensimmäisessä divisioonassa meioosi Homologiset kromosomit (eikä sisarkromatidit, kuten esim mitoosi), jolloin muodostuu soluja, joissa on haploidinen kromosomisarja, joista jokainen sisältää 22 kaksinkertaista autosomit ja yksi kaksinkertaistunut sukupuolikromosomi.

Meioosin ensimmäisen ja toisen jakautumisen välillä ei ole jaksoa S ( riisi. 66.2, oikealla), ja sisarkromatidit erottuvat tytärsoluiksi toisessa jakautumisessa. Tämän seurauksena muodostuu soluja, joissa on haploidinen kromosomisarja, joissa on puolet niin paljon DNA:ta kuin diploidisissa somaattisissa soluissa G1-jaksolla ja 4 kertaa vähemmän kuin somaattisissa soluissa S-jakson lopussa.

Hedelmöityksen aikana tsygootin kromosomien lukumäärä ja DNA-pitoisuus muuttuvat samaksi kuin somaattisessa solussa G1-jaksolla.

Tsygootin S-jakso avaa tien säännölliselle jakautumiselle, joka on ominaista somaattisille soluille.

Solusykli: vaiheet

Eukaryoottisolusykli on jaettu neljään vaiheeseen. Suoran solunjakautumisen (mitoosin) vaiheessa tiivistyneet metafaasikromosomit jakautuvat tasaisesti tytärsolujen välillä ( Solusyklin M-vaihe - mitoosi). Mitoosi oli solusyklin ensimmäinen tunnistettu vaihe, ja kaikkia muita tapahtumia, jotka tapahtuvat solussa kahden mitoosin välillä kutsuttiin ns. välivaihe. Molekyylitason tutkimuksen kehitys on mahdollistanut DNA-synteesin interfaasivaiheen, ns. S-vaihe (synteesi). Nämä kaksi solusyklin avainvaihetta eivät siirry suoraan toisiinsa. Mitoosin päättymisen jälkeen, ennen kuin DNA-synteesi alkaa, Solusyklin G1-vaihe (aukko) solutoiminnan ilmeinen tauko, jonka aikana solunsisäiset synteettiset prosessit valmistelevat geneettisen materiaalin replikaatiota.

Toinen tauko näkyvässä toiminnassa ( vaihe G2) havaitaan DNA-synteesin päättymisen jälkeen ennen mitoosin alkamista. G2-vaiheessa solu tarkkailee tapahtuneen DNA:n replikaation tarkkuutta ja korjaa havaitut viat. Joissakin tapauksissa erotetaan solusyklin viides vaihe ( G0), kun jakautumisen päätyttyä solu ei siirry seuraavaan solusykliin ja pysyy lepotilassa pitkään. Se voidaan poistaa tästä tilasta ulkoisten stimuloivien (mitogeenisten) vaikutusten avulla.

Solusyklin vaiheilla ei ole selkeitä ajallisia ja toiminnallisia rajoja, mutta siirtymisen aikana vaiheesta toiseen tapahtuu synteettisten prosessien säännöllinen vaihto, mikä mahdollistaa näiden solunsisäisten tapahtumien erilaistumisen molekyylitasolla.

Sykliinit ja sykliinistä riippuvat kinaasit

Solut tulevat solukiertoon ja syntetisoivat DNA:ta vasteena ulkoisille mitogeenisille ärsykkeille. Lymfokiinit(Esimerkiksi, interleukiinit), sytokiinit(erityisesti interferonit) ja polypeptidikasvutekijät, jotka ovat vuorovaikutuksessa niiden reseptorien kanssa solun pinnalla, indusoivat solunsisäisten proteiinien fosforylaatioreaktioiden sarjan, johon liittyy signaalinsiirto solun pinnalta tumaan ja vastaavien geenien transkription indusoituminen. Ensimmäisten aktivoitujen joukossa ovat geenit, jotka koodaavat sykliini proteiinit, jotka ovat saaneet nimensä siitä tosiasiasta, että niiden solunsisäinen pitoisuus muuttuu ajoittain solujen kulkiessa solusyklin läpi saavuttaen maksiminsa tietyissä vaiheissa. Sykliinit ovat perheen erityisiä aktivaattoreita sykliinistä riippuvaiset proteiinikinaasit (CDK:t) (CDK - sykliiniriippuvaiset kinaasit) ovat keskeisiä osallistujia solusykliä säätelevien geenien transkription induktiossa. Yksittäisen CDK:n aktivaatio tapahtuu sen vuorovaikutuksen jälkeen tietyn sykliinin kanssa, ja tämän kompleksin muodostuminen tulee mahdolliseksi, kun sykliini saavuttaa kriittisen pitoisuuden. Vasteena tietyn sykliinin solunsisäisen pitoisuuden laskuun vastaava CDK inaktivoituu reversiibelisti. Jotkut CDK:t aktivoidaan useammalla kuin yhdellä sykliinillä. Tässä tapauksessa ryhmä sykliinejä, ikään kuin siirtäen proteiinikinaaseja toisiinsa, pitää ne aktivoidussa tilassa pitkään. Tällaisia ​​CDK-aktivaatioaaltoja esiintyy solusyklin G1- ja S-vaiheiden aikana.

Sykliinit: yleistä tietoa

Jokaisella sykliinillä, joka on nimetty A:sta H:ksi, on homologinen alue (150 aminohappotähdettä nimeltä " sykliini laatikko". Tämä alue on vastuussa sitoutumisesta CDK. Sykliinien perheessä tunnetaan 14 proteiinia (sykliini A - sykliini J). Jotkut perheenjäsenet muodostavat alaperheitä. Esimerkiksi D-tyypin sykliinialaperhe koostuu kolmesta jäsenestä: D1, D2 ja D3 sykliinit jaetaan kahteen alaperheeseen: G1-sykliinit (C , D Ja E) Ja mitoottiset sykliinit (A Ja B).

Sykliinit vaihtavat nopeasti proteiineja, joilla on lyhyt puoliintumisaika, joka on 15-20 minuuttia D-tyypin sykliineillä. Tämä varmistaa niiden kompleksien dynaamisuuden sykliinistä riippuvaiset kinaasit. Aminohappotähteiden N-terminaalinen sekvenssi ns tuhoamislaatikko. Kun solut kulkevat solusyklin läpi, yksilön aktivoitumisen jälkeen CDK ne deaktivoidaan tarvittaessa. Jälkimmäisessä tapauksessa CDK:n kanssa kompleksissa olevan sykliinin proteolyyttinen hajoaminen tapahtuu, mikä alkaa tuhoutumislaatikosta.

Sykliinit itse eivät voi täysin aktivoida vastaavia CDK:ita. Aktivointiprosessin loppuun saattamiseksi näiden proteiinikinaasien polypeptidiketjuissa on tapahduttava tiettyjen aminohappotähteiden spesifinen fosforylaatio ja defosforylaatio. Suurin osa näistä reaktioista suoritetaan CDK:ta aktivoiva kinaasi (CAK), joka on monimutkainen CDK7 Kanssa sykliini H. Siten CDK:t tulevat kykeneviksi suorittamaan tehtävänsä solusyklissä vasta sen jälkeen, kun ne ovat vuorovaikutuksessa vastaavien sykliinien kanssa ja translaation jälkeiset modifikaatiot CAK:n ja muiden vastaavien solusykliä säätelevien proteiinien vaikutuksen alaisena.

Eukaryoottisten solujen jakautuminen: alku

Vasteena mitogeeniselle ärsykkeelle solu sisään vaihe G0 tai aikaisin G1, alkaa kulkea solusyklin läpi. Ilmaisun induktion seurauksena sykliini D -geenit Ja E, jotka on yleensä ryhmitelty sykliinit G1, niiden solunsisäinen pitoisuus kasvaa. Sykliinit D1 , D2 Ja D3 muodostavat kompleksin kinaasien kanssa CDK4 Ja CDK6. Toisin kuin sykliini D1, myös kaksi jälkimmäistä sykliiniä yhdistyvät CDK2. Näiden kolmen sykliinin toiminnallisia eroja ei tunneta, mutta saatavilla olevat tiedot osoittavat, että ne saavuttavat kriittiset pitoisuudet G1-vaiheen eri vaiheissa. Nämä erot ovat ominaisia ​​lisääntyvien solujen tyypille.

CDK2/4/6:n aktivointi johtaa fosforylaatioon orava RB(tuote retinoblastoomageeni pRb) ja siihen liittyvät proteiinit p107 Ja p130. G1-vaiheen alussa pRb-proteiini heikosti fosforyloitunut, mikä mahdollistaa sen olevan kompleksissa transkriptiotekijä E2F, jolla on keskeinen rooli DNA-synteesin induktiossa ja estää sen toimintaa. pRb:n täysin fosforyloitu muoto vapauttaa E2F:n kompleksista, mikä johtaa DNA:n replikaatiota säätelevien geenien transkriptionaaliseen aktivaatioon.

D-sykliinien pitoisuus kasvaa solusyklin G1-vaiheen aikana ja saavuttaa maksimiarvonsa välittömästi ennen solusyklin alkamista. S-vaihe, jonka jälkeen se alkaa laskea. Tällä hetkellä pRb ei kuitenkaan ole vielä täysin fosforyloitunut, ja E2F-tekijä pysyy kompleksissa inaktiivisessa tilassa. pRb:n fosforylaatio saatetaan loppuun CDK2:n aktivoituessa sykliini E. Jälkimmäisen solunsisäinen konsentraatio tulee maksimikseen sillä hetkellä, kun solusykli siirtyy G1-faasista S-vaiheeseen. Siten sykliini E-CDK2 -kompleksi ottaa aseman sykliini D -komplekseista CDK4:n ja CDK6:n kanssa ja saa päätökseen pRb:n fosforylaation, jota seuraa aktiivisen transkriptiotekijän E2F vapautuminen. Tämän seurauksena DNA-synteesi alkaa, eli solu siirtyy solusyklin S-vaiheeseen.

Solusyklin S-vaihe: DNA-synteesi

Kausi välivaihe kun solun ytimen DNA-replikaatio tapahtuu, sitä on kutsuttu "S-faasiksi"

Solunjakautumista (mitoosia tai meioosia) edeltää kromosomien kaksinkertaistuminen, joka tapahtuu solusyklin S-jaksossa ( riisi. 66.2). Ajankohta on merkitty sanan synteesi ensimmäisellä kirjaimella - DNA-synteesi.

Sen jälkeen kun solu siirtyy S-vaiheeseen, tapahtuu nopeaa hajoamista sykliini E ja aktivointi CDK2 sykliini A. Cyclin E alkaa syntetisoitua lopussa vaihe G1 ja sen vuorovaikutus CDK2:n kanssa on välttämätön edellytys solulle siirtyä S-vaiheeseen ja jatkaa DNA-synteesiä. Tämä kompleksi aktivoi DNA-synteesin fosforyloimalla proteiineja replikaation aloituspisteissä. Signaali S-vaiheen päättymisestä ja solun siirtymisestä vaihe G2 on toisen kinaasin aktivointi sykliini A:lla CDK1 samanaikaisesti CDK2-aktivoinnin lopettamisen kanssa. Viive DNA-synteesin päättymisen ja alkamisen välillä mitoosi(G2-faasi) solu käyttää kontrolloimaan tapahtuneen kromosomin replikaation täydellisyyttä ja tarkkuutta. Tämän ajanjakson tapahtumien järjestystä ei tiedetä tarkasti.

Kun stimuloidaan kasvutekijöitä nisäkässoluja, jotka löytyvät proliferatiivisen lepotilan tila , sykliinit D-tyyppiset esiintyvät aikaisemmin kuin sykliini E. mRNA ja proteiini sykliini D1 ilmestyvät ensin 6-8 tunnin kuluttua, minkä jälkeen D1-tasot pysyvät koholla solusyklin loppuun asti ( Matsushime H. et ai., 1991 ; Voitti K.A. et ai., 1992).

Kun kasvutekijät poistetaan alustasta, D-tyypin sykliinien taso laskee nopeasti, koska D-sykliinit ja niiden RNA ovat epästabiileja.

Cyclin D1 liittyvä CDK4 juuri ennen DNA-synteesin alkamista. Kompleksin taso huipentuu varhaisessa S-vaiheessa ennen laskua myöhäisessä S-vaiheessa ja G2-vaihe (Matsushime H. et ai., 1992).

Ilmeisesti sykliinit D2 Ja D3 toimivat G1-jaksolla hieman myöhemmin kuin sykliini D1.

D-tyypin sykliinien yli-ilmentyminen (viisinkertainen normaaliin verrattuna), jossa solujen kasvutekijöiden tarve vähenee ja G1-vaihe lyhenee, johtaa solukoon pienenemiseen. Cyclin E tarvitaan solujen sisäänpääsyyn S-vaihe. Se liittyy ensisijaisesti CDK2, vaikka se voi muodostaa kompleksin kanssa CDK1 .

Sykliinin E mRNA- ja proteiinitasot sekä sykliini E-CDK2 -kompleksin aktiivisuus saavuttavat huippunsa siirtymän aikana G1-S ja vähenevät jyrkästi solujen edetessä keski- ja myöhäisvaiheen S-vaiheissa.

Kun sykliini E:n vasta-aineita mikroinjektoidaan nisäkässoluihin, DNA-synteesi estyy.

Kun sykliini E on yli-ilmentynyt, solut etenevät G1-vaiheen läpi nopeammin ja siirtyvät S-vaiheeseen, ja tällaiset solut tarvitsevat vähemmän kasvutekijöitä.

Mitoosi: aloitus

Signaali solun jakautumisen (mitoosin) alkamisesta tulee MPF-tekijä (M-vaiheen edistämistekijä), stimuloi solusyklin M-vaihetta. MPF on kinaasikompleksi CDK1 sen aktivoimisen kanssa sykliinit A tai B. Ilmeisesti CDK1-sykliini A -kompleksilla on tärkeämpi rooli S-vaiheen loppuun saattamisessa ja solun valmistelussa jakautumista varten, kun taas CDK1-sykliini B -kompleksi hallitsee ensisijaisesti sekvenssin hallintaa.

Sykliinit B1 Ja B2 esiintyy hyvin pieninä pitoisuuksina vaihe G1. Heidän keskittymiskykynsä alkaa kasvaa loppua kohden S- ja kauttaaltaan G2 vaiheet saavuttavat maksiminsa mitoosin aikana, mikä johtaa niiden korvaamiseen sykliini A yhdessä CDK1. Tämä ei kuitenkaan riitä proteiinikinaasin täydelliseen aktivoimiseen. CDK1:n toiminnallinen kyky saavutetaan tietyissä aminohappotähteissä suoritettujen fosforylaatioiden ja defosforylaatioiden sarjan jälkeen. Tällainen kontrolli on välttämätön solujen pääsyn estämiseksi mitoosiin, kunnes DNA-synteesi on valmis.

Solujen jakautuminen alkaa vasta sen jälkeen, kun CDK1, joka on kompleksissa sykliini B:n kanssa, fosforyloituu tähteissä Thr-14 ja Tyr-16 proteiinikinaasi WEE1, sekä tähteessä Thr-161 proteiinikinaasi CAK ja sitten defosforyloitiin tähteistä Thr-14 ja Tyr-15 fosfataasi CDC25. Tällä tavalla aktivoituna CDK1 fosforyloi ytimessä olevia rakenneproteiineja, mukaan lukien nukleoliini , ydinlamiinit Ja vimentin. Tämän jälkeen ydin alkaa kulkea mitoosin sytologisesti selvästi erotettavissa olevien vaiheiden läpi.

Mitoosin ensimmäinen vaihe on profaasi- alkaa sen jälkeen CDK1 on täysin fosforyloitu, jota seuraa metafaasi , anafaasi Ja telofaasi päättyen solun jakautumiseen - sytokineesi. Näiden prosessien seurauksena replikoituneet kromosomit, tuma- ja sytoplasmaproteiinit sekä muut korkean ja pienen molekyylipainon omaavat yhdisteet jakautuvat oikein tytärsoluihin. Kun sytokineesi on päättynyt, tapahtuu tuhoa sykliini B, johon liittyy CDK1:n inaktivoituminen, mikä johtaa solun sisäänpääsyyn vaihe G1 tai G0 solusykli.

solusyklin G0-vaihe

Tietyt solutyypit tietyissä erilaistumisvaiheissa voivat lopettaa jakautumisen ja säilyttää elinkykynsä täysin. Tätä solujen tilaa kutsutaan G0-faasiksi. Solut, jotka ovat saavuttaneet terminaalisen erilaistumisen tilan, eivät voi enää poistua tästä vaiheesta. Samaan aikaan solut, joilla on erittäin alhainen jakautumiskyky, kuten hepatosyytit, voivat palata solukiertoon sen jälkeen, kun osa maksasta on poistettu.

Solujen siirtyminen lepotilaan tulee mahdolliseksi erittäin spesifisten toimintojen ansiosta solusyklin estäjät. Näiden proteiinien myötä solut voivat pysäyttää lisääntymisen epäsuotuisissa ympäristöolosuhteissa, kun DNA on vaurioitunut tai sen replikaatiossa tapahtuu suuria virheitä. Solut käyttävät tällaisia ​​taukoja korjaamaan tapahtuneita vaurioita.

Tietyissä ulkoisissa olosuhteissa solusykli voi pysähtyä rajoituspisteet. Näissä kohdissa solut sitoutuvat siirtymään S-vaiheeseen ja/tai mitoosiin.

Selkärankaisten solut tavanomaisessa elatusaineessa, jossa ei ole seerumi, Useimmissa tapauksissa älä mene S-vaiheeseen, vaikka alusta sisältää kaikki tarvittavat ravintoaineet.

Suljetun yksikerroksen saavuttaessa solut pystyvät kosketusjarrutus, poistua solusyklistä jopa läsnä ollessa veren seerumi. Soluja, jotka ovat poistuneet mitoottisesta syklistä määräämättömäksi ajaksi säilyttäen elinkyvyn ja lisääntymispotentiaalin, kutsutaan lepotilaksi oleviksi soluiksi. Tätä kutsutaan siirtymiseksi proliferatiiviseen lepotilaan tai G0-vaiheeseen.

90-luvulla Keskusteluja jatkettiin siitä, voitaisiinko proliferatiivisen lepotilan määritellä G1:stä pohjimmiltaan erilaiseksi vaiheeksi. Ilmeisesti näin on todellakin.

Proliferatiivisessa levossa olevien solujen ytimissä sekä soluissa, jotka ovat G1-vaihe sisältää pääsääntöisesti kaksinkertaisen määrän DNA:ta. Näiden kahden tilan solujen välillä on kuitenkin merkittäviä eroja. Tiedetään, että G1-vaiheen kesto jakautuvissa soluissa on merkittävästi lyhyempi kuin G0-S-siirtymäaika. Lukuisat tutkimukset lepotilassa olevien ja lisääntyvien solujen fuusiosta ja mRNA:n mikroinjektiosta ovat osoittaneet, että G0-vaiheen solut sisältävät proliferaation estäjät, joka estää pääsyn S-vaiheeseen.

Nämä tosiasiat viittaavat siihen, että solun on suoritettava erityinen ohjelma poistuakseen G0:sta. On myös huomattava, että ne eivät ilmenty lepäävissä soluissa. CDK2 Ja CDK4, ja sykliinit D- Ja E-tyypit. Niiden synteesiä indusoivat vain kasvutekijät ( Lodish H. et ai., 1995). SISÄÄN jatkuvasti pyöräilevät solut D- ja E-sykliinien taso pysyy korkeana koko syklin ajan ja G1-jakson kesto lyhenee verrattuna prereplikatiiviseen jaksoon.

Siten soluissa G0-faasissa ei ole proteiineja, jotka sallivat kulkemisen restriktiopisteiden läpi ja päästävät S-faasiin. Lepäävien solujen siirtymiseen S-vaiheeseen kasvutekijöitä pitäisi indusoida näiden proteiinien synteesi niissä.

Solusykli: estäjät

Solusyklissä on kaksi päävaihetta (siirtymäkohdat, ohjauspisteet R - rajoituspisteet), joilla ne voidaan toteuttaa kielteisiä sääntelyvaikutuksia estää soluja liikkumasta solusyklin läpi. Toinen näistä vaiheista ohjaa solun siirtymistä DNA-synteesiin ja toinen ohjaa mitoosin alkamista. Solusyklissä on muitakin säädeltyjä vaiheita.

Solujen siirtymistä solusyklin yhdestä vaiheesta toiseen ohjataan aktivaatiotasolla CDK heidän sykliinit kanssa sykliiniriippuvaisten kinaasien estäjät CKI. Tarvittaessa näitä estäjiä voidaan aktivoida ja ne voivat estää CDK:iden vuorovaikutuksen niiden sykliinien kanssa ja siten itse solusyklin. Ulkoisten tai sisäisten olosuhteiden muuttumisen jälkeen solu voi jatkaa lisääntymistä tai tulla polulle apoptoosi .

CKI-ryhmiä on kaksi: p21-perheen proteiineja Ja INK4 (CDK4:n estäjä), jonka perheenjäsenillä on samanlaiset rakenteelliset ominaisuudet. P21-inhibiittoriperhe sisältää kolme proteiinia: p21 , p27 Ja p57. Koska useat ryhmät kuvasivat näitä proteiineja itsenäisesti, niiden vaihtoehtoisia nimiä käytetään edelleen. Siten p21-proteiini tunnetaan myös nimillä WAF1 (villin tyypin p53:n aktivoitu fragmentti 1), CIP1 (CDK2-vuorovaikutteinen proteiini 1), SDI1 (vanheneva johdettu inhibiittori 1) ja mda-6 (melanooman erilaistumiseen liittyvä geeni). Synonyymit p27:lle ja p57:lle ovat KIP1 (kinaasia inhiboivat proteiinit 1) ja KIP2 (kinaasia inhiboivat proteiinit 2), vastaavasti. Kaikilla näillä proteiineilla on laaja toiminnan spesifisyys ja ne voivat estää erilaisia CDK .

Sitä vastoin INK4-inhibiittoriryhmä on spesifisempi. Se sisältää neljä proteiinia: p15INK4B , p16INK4A , p18INK4C Ja p19INK4D. INK4-perheen estäjät toimivat vaiheen aikana G1 solusykliä, estäen aktiivisuutta CDK4-kinaasi kuitenkin toinen INK4A-geenin proteiinituote - p19ARF, on vuorovaikutuksessa säätelytekijä MDM2-proteiini p53 ja inaktivoi tekijän. Tähän liittyy lisääntynyt vakaus p53 proteiini ja lopeta

Solusykli: G1-vaiheesta S-vaiheeseen siirtymisen säätely

Ennen solusyklin alkua p27 proteiini, koska se on korkeassa pitoisuudessa, estää aktivoitumisen proteiinikinaasi CDK4 tai CDK6-sykliinit D1 , D2 tai D3. Tällaisissa olosuhteissa solu pysyy sisällä vaihe G0 tai varhainen G1-vaihe ennen mitogeenisen ärsykkeen saamista. Riittävän stimulaation jälkeen p27-inhibiittorin pitoisuus laskee sykliinien D:n solunsisäisen sisällön lisääntymisen taustalla. Tähän liittyy CDK:n aktivaatio ja lopulta fosforylaatio. pRb-proteiini, liittyvän julkaisun transkriptiotekijä E2F ja vastaavien geenien transkription aktivointi.

Näiden solusyklin G1-vaiheen varhaisten vaiheiden aikana p27-proteiinin pitoisuus on edelleen melko korkea. Siksi solujen mitogeenisen stimulaation lopettamisen jälkeen tämän proteiinin pitoisuus palautuu nopeasti kriittiselle tasolle ja solujen jatkokulku solusyklin läpi estyy vastaavassa G1-vaiheessa. Tämä palautuvuus on mahdollista, kunnes G1-vaihe kehityksessään saavuttaa tietyn vaiheen nimeltä siirtymäkohta, jonka jälkeen solu sitoutuu jakautumiseen, eikä kasvutekijöiden poistumiseen ympäristöstä liity solusyklin estymistä. Vaikka tästä pisteestä lähtien solut tulevat riippumattomiksi ulkoisista jakautumissignaaleista, ne säilyttävät kyvyn hallita itse solusykliä.

INK4-perheen CDK-estäjät (p15 , p16 , p18 Ja p19) olla erityisesti vuorovaikutuksessa CDK4-kinaasit Ja CDK6. Proteiinit p15 ja p16 on tunnistettu tuumorisuppressoriksi, ja niiden synteesi on säädelty pRb-proteiini. Kaikki neljä proteiinia estävät CDK4:n ja CDK6:n aktivoitumisen joko heikentämällä niiden vuorovaikutusta sykliinien kanssa tai syrjäyttämällä ne kompleksista. Vaikka sekä p16- että p27-proteiineilla on kyky inhiboida CDK4:n ja CDK6:n aktiivisuutta, ensimmäisellä on suurempi affiniteetti näitä proteiinikinaaseja kohtaan. Jos p16:n pitoisuus nousee tasolle, jolla se estää täydellisesti CDK4/6-kinaasien toiminnan, p27-proteiinista tulee pääinhibiittori CDK2-kinaasi .

Solusyklin alkuvaiheessa terveet solut voivat tunnistaa DNA-vaurion ja reagoida siihen pysäyttämällä solusyklin etenemisen G1-vaiheessa, kunnes vaurio on korjattu. Esimerkiksi vastauksena ultraviolettivalon tai ionisoivan säteilyn aiheuttamiin DNA-vaurioihin, p53 proteiini indusoi transkriptiota p21-proteiinin geeni. Sen solunsisäisen pitoisuuden lisääminen estää CDK2-aktivaation sykliinit E tai A. Tämä pysäyttää solut solusyklin myöhäisessä G1-vaiheessa tai varhaisessa S-vaiheessa. Tällä hetkellä solu itse määrittää tulevan kohtalonsa - jos vahinkoa ei voida poistaa, se astuu apoptoosi .

On olemassa kaksi erisuuntaista sääntelyjärjestelmää G1/S- siirtymä: positiivinen ja negatiivinen.

Positiivisesti S-faasiin pääsyä säätelevä järjestelmä sisältää heterodimeerin E2F-1/DP-1 ja aktivoimalla sen sykliinikinaasikompleksit .

Toinen järjestelmä estää pääsyn S-vaiheeseen. Sitä edustavat kasvainsuppressorit p53 Ja pRB, jotka estävät E2F-1/DP-1-heterodimeerien aktiivisuutta.

Normaali solujen lisääntyminen riippuu näiden järjestelmien välisestä tarkasta tasapainosta. Näiden järjestelmien välinen suhde voi muuttua, mikä johtaa muutoksiin solujen lisääntymisnopeudessa.

Solusykli: G2-vaiheesta M-vaiheeseen siirtymisen säätely

Solun vaste DNA-vaurioille voi tapahtua aiemmin mitoosi. Sitten p53 proteiini indusoi inhibiittorisynteesiä p21, joka estää aktivoinnin

CDK1-kinaasisykliini B ja viivästyttää solusyklin jatkokehitystä. Solun kulku mitoosin läpi on tiukasti hallittua - seuraavat vaiheet eivät ala ilman edellisten vaiheiden täydellistä valmistumista. Jotkut inhibiittoreista on tunnistettu hiivassa, mutta niiden eläinhomologit ovat edelleen tuntemattomia. Esimerkiksi kuvattu hiivaproteiinit BUB1 (benomyyli ei estä orastumista) Ja MAD2 (mitoottinen pysäytys puutteellinen), jotka säätelevät kondensoituneiden kromosomien kiinnittymistä mitoottiseen karaan mitoosin metafaasi. Ennen kuin näiden kompleksien oikea kokoonpano on valmis, MAD2-proteiini muodostaa kompleksin kanssa proteiinikinaasi CDC20 ja deaktivoi sen. CDC20, aktivoinnin jälkeen, fosforyloi proteiineja ja estää sen seurauksena niiden toiminnot, jotka estävät kummankin kahden homologisen kromatidin eroamisen sytokineesi .

Johtopäätös

Kokeet lämpötilasta riippuvaisilla hiiva- ja nisäkässolulinjojen mutanteilla ovat osoittaneet, että mitoosin esiintyminen määräytyy tiettyjen geenien aktivoitumisen sekä spesifisen RNA:n ja proteiinin synteesin perusteella. Joskus mitoosia pidetään vain ytimessä (karyokinesis), johon ei aina liity sytotomia - kahden osan muodostuminen. soluja.
Siten mitoosin seurauksena yksi solu muuttuu kahdeksi, joista jokaisella on tietyntyyppiselle organismille tyypillinen kromosomien lukumäärä ja muoto ja siten vakiomäärä DNA:ta.
Mitoosin biologinen merkitys on, että se varmistaa kromosomien lukumäärän pysyvyyden kaikissa kehon soluissa. Mitoosiprosessin aikana emosolun kromosomien DNA jakautuu tiukasti tasaisesti kahden siitä syntyvän tytärsolun kesken. Mitoosin seurauksena kaikki kehon solut sukupuolisoluja lukuun ottamatta saavat saman geneettisen tiedon. Tällaisia ​​soluja kutsutaan somaattisiksi (kreikan sanasta "soma" - keho). sykli). Solu sykli- Tämä on aika... Mitoottinen sykli sisältää mitoosin sekä lepoajan (G0), postmitoottisen ( G1), synteettinen (S) ja premitoottinen ( G2... . Postmitoottinen ajanjakso ( G1). Vaihe G1- Tämä on pääasia...

Koska se on korkea pitoisuus, se estää proteiinikinaasien CDK4 tai CDK6 aktivoitumisen sykliinien D1, tai. Näissä olosuhteissa solu pysyy G0-vaiheessa tai varhaisessa G1-vaiheessa, kunnes se vastaanottaa mitogeenisen ärsykkeen. Riittävän stimulaation jälkeen p27-estäjän pitoisuus laskee sykliinien D solunsisäisen sisällön lisääntymisen taustalla. Tähän liittyy CDK:n aktivaatio ja lopulta pRb-proteiinin fosforylaatio, siihen liittyvän transkriptiotekijän E2F vapautuminen ja vastaavien geenien transkription aktivointi.

Näiden solusyklin G1-vaiheen varhaisten vaiheiden aikana p27-proteiinin pitoisuus on edelleen melko korkea. Siksi solujen mitogeenisen stimulaation lopettamisen jälkeen tämän proteiinin pitoisuus palautuu nopeasti kriittiselle tasolle ja solujen jatkokulku solusyklin läpi estyy vastaavassa G1-vaiheessa. Tämä palautuvuus on mahdollista, kunnes G1-vaihe saavuttaa kehityksensä tietyn vaiheen, jota kutsutaan siirtymäpisteeksi, jonka jälkeen solu sitoutuu jakautumaan, eikä kasvutekijöiden poistumiseen ympäristöstä liity solusyklin estymistä. Vaikka tästä pisteestä lähtien solut tulevat riippumattomiksi ulkoisista jakautumissignaaleista, ne säilyttävät kykynsä hallita itse solusykliä.

Solusyklin alkuvaiheessa terveet solut voivat tunnistaa DNA-vaurion ja reagoida siihen pysäyttämällä solusyklin etenemisen G1-vaiheessa, kunnes vaurio on korjattu. Esimerkiksi vasteena ultraviolettivalon tai ionisoivan säteilyn aiheuttamaan DNA-vaurioon p53-proteiini indusoi p21-proteiinigeenin transkription. Sen solunsisäisen pitoisuuden lisääminen estää CDK2:n aktivoitumisen sykliinien E tai . Tämä pysäyttää solut solusyklin myöhäisessä G1-vaiheessa tai varhaisessa S-vaiheessa. Tällä hetkellä solu itse määrittää tulevan kohtalonsa - jos vahinkoa ei voida poistaa, se astuu