введение в чекпойнтоведение Checkpoints for Dummies: Dummies: Фёдорова Светлана среда, 6 марта, 16 часов

M-фаза: митоз, разделение хромосом, деление клетки G 0 -фаза: фаза покоя, клетка не делится G 1 -фаза: синтез РНК и белков, рост клетки S -фаза: репликация ДНК, синтез гистонов, образование центросом, удвоение хромосом G 2 -фаза: подготовка к митозу

Комплексы CDK/Cyc- основные регуляторы клеточного цикла

Циклин-зависимые киназы CDK Циклин-зависимые киназы каталитическая субъединица комплекса CDK/Cyc, серин-треониновая киназа В животных клетках имеются, по крайней мере, 13 различных Cdk: Cdk1,2,4,6 напрямую участвуют в регуляции клеточного цикла, остальные фосфорилируют другие Cdk и называются Cdk- активирующие киназы (CAK). У дрожжей S.cerevisiae и S.pombe все события клеточного цикла контролируются одной Cdk1 (синонимы cdc28 и cdc2, соответственно) У многоклеточных организмов события контролируются Cdk1 и Cdk2. Также у высших эукариот имеются Cdk4 и Cdk6 которые регулируют клеточный цикл в ответ на внеклеточные сигналы.

Циклины 4 класса: G1 циклины (Cln3 у Sc и СусD у позвоночных) помогает координировать клеточный рост с входом в новый клеточный цикл. Они необычны, так как их концентрация не меняется от фазы клеточного цикла, а меняется в ответ на внешние регуляторные сигналы роста G1/S циклины (Cln1 и Cln2 у S. сerevisiae, СусE у позвоночных) достигает максимальной концентрации в поздней G1-фазе и падает в S-фазе. Запуск репликации ДНК, выключая различные системы подавляющие S-phase Cdk в G1-фазе; старт дупликации центросом у позвоночных, образование веретенного тела у дрожжей. S циклины (Clb5, Clb6 у S. сerevisiae и СусA у позвоночных), стимулируют репликацию ДНК. Уровень S циклина остается высоким в течении всей S, G2- фаз и начала митоза, где помогает началу митозу в некоторых клетках. М-циклины (Clb1,2,3 и 4 у S. сerevisiae и СусB у позвоночных). Их концентрация увеличивается, когда клетка переходит к митозу и достигает максимума в метафазе. Фосфорилирование специфических белков приводит к компактизации х-м, разрушению ядерной оболочки и сборке веретена. Их разрушение в анафазе приводит к выходу из митоза и цитокинезу. регуляторная субъединица комплекса CDK/Cyc

Пути регуляции комплекса CDK/Cyc 1) связывание с соответствующим циклином. 2) Регулирование активности комплекса за счет обратимого фосфорилирования белковым комплексом САК (CDK активирующим комплексом ), состоящего из циклина Н, CDK7 и Mat1. 3) Ингибирующее фосфорилирование специфических сайтов CDK группой киназ, включая Wee1 киназу, и дефосфорили-руются фосфатазами Cdc25. Активность этих ферментов (Wee1 и Cdc25) существенно варьирует в ответ на разные внутриклеточные события, такие как повреждения ДНК. 4) ингибирование вследствие связывания с ингибиторами CDK (CKI). Ингибиторы CDK состоят из двух групп белков INK4 и CIP/KIP.

Регуляция клеточного цикла осуществляется:

G1-фаза. Точка рестрикции (START) В начале G1-периода клетка чувствительна к внешним ростовым факторам (митогенам), этот этап называется постмитотическим G1pm. Эти белки обеспечивают достижение клеткой определенного порога (точки R - рестрикции или ограничения, или перехода, у млекопитающих -START), после которой клетка становится невосприимчивой к внешним сигналам вплоть до завершения всего цикла деления. После прохождения точки R клетка переходит в пресинтетический этап G1ps. Клетки, перешедшие в G1ps период, продолжают нормальное прохождение всего клеточного цикла даже при отсутствии ростовых факторов.

Фаза G0 клеточного цикла - фаза пролиферативного покоя Если клетка не достигает точки R, она выходит из пролиферативного цикла и вступает в период репродуктивного покоя (G0) для того, чтобы (в зависимости от причин остановки): (1) дифференцироваться и выполнять свои специфической функции, (2) выжить в условиях недостаточности питательных веществ или факторов роста, (3) осуществить репарацию поврежденной ДНК. Клетки одних тканей при соответствующей стимуляции вновь способны возвращаться из периода (G0) в клеточный цикл, других - утрачивают эту способность по мере дифференцировки клетки в G0-фазе содержат ингибиторы пролиферации, препятствующие вступлению в S-фазу. Это означает, что клетка должна осуществлять специальную программу для выхода из G0, которая индуцируется только факторами роста.ингибиторы пролиферации

Регуляция G1 фазы

Переход G1/S регулируется комплексом CycE/CDK2 Существуют две разнонаправленные системы регуляции G1/S - перехода: положительная и отрицательная.G1/S Система положительно регулирующая вход в S-фазу, включает гетеродимер E2F- 1/DP-1 и активирующие его циклин-киназные комплексы.E2F- 1/DP-1циклин-киназные комплексы Другая система тормозит вход в S-фазу. Она представлена опухолевыми супрессорами р53 и pRB, которые подавляют активность гетеродимеров E2F- 1/DP-1.р53pRB Нормальная пролиферация клеток зависит от точного баланса между этими системами. Соотношение между этими системами может изменяться, приводя к изменению скорости пролиферации клеток. S фаза Синтетический (S-) период характеризуется удвоением содержания (репликацией) ДНК и синтезом белков, в частности, гистонов, которые поступают в ядро из цитоплазмы и обеспечивают нуклеосомную упаковку вновь синтезированной ДНК. В результате происходит удвоение числа хромосом. Одновременно удваивается число центриолей. S-период длится у большинства клеток 8-12 часов.

После вступления клетки в S-фазу происходит быстрая деградация циклина E и активация CDK2 циклином A. Циклин E начинает синтезироваться в конце фазы G1 и его взаимодействие с CDK2 является необходимым условием для вступления клетки в S-фазу и продолжения синтеза ДНК. Этот комплекс активирует синтез ДНК через фосфорилирование белков в областях начала репликации.

Сигналом к завершению S- фазы и переходу клетки к фазе G2 является активация циклином A другой киназы CDK1 с одновременным прекращением активации CDK2. Задержка между окончанием синтеза ДНК и началом митоза (фаза G2) используется клеткой для контроля полноты и точности произошедшей репликации хромосом. Переход S/G2 регулируется комплексом CycA/CDK1

Регуляция G2 фазы

Регуляция перехода клеточного цикла от фазы G2 к фазе M Сигнал к началу деления клетки (митоза) исходит от фактора MPF (M phase promoting factor), стимулирующего M-фазу клеточного цикла. MPF представляет собой комплекс киназы CDK1 с активирующими ее циклинами A или B.

Митоз Регуляция митоза

регуляция переходов из разных фаз клеточного цикла осуществляется: G1/S - комплексом CycE/CDK2 S/G2 - комплексом CycA/CDK1 G2/M - комплексом CycB/CDK1

прохождение клетки через каждую фазу жестко контролируется – последующие стадии не начинаются без полного завершения предыдущих. Этот контроль осуществляется системой checkpoints

checkpoint целостности ДНК: G1/S

G1/S-checkpointКлючевые белки: P53 Cdc25a

DNA-replication checkpoint: S-фаза ATR= the ataxiatelangiectasia Rad3 related kinase ATM= the ataxiatelangiectasia mutated kinase Chk1, 2= the checkpoint kinase 1, 2

Checkpoint целостности ДНК, завершенность репликации: G2/M

анафазный (кинетохорный) checkpoint: M-фаза MAD – mitotic arrest deficient BUB – budding uninhibited by benzimedazole APC – anaphase promoting complex