أطوار دورة الخلية وتنظيمها

تنقسم دورة الخلية حقيقية النواة إلى أربعة أطوار مرتبة — G1 و S و G2 و M — ويتم دفع التقدم خلالها وتوقيته بواسطة النشاط الدوري للكينازات المعتمدة على السايكلين. يغطي هذا الموضوع ما يحدث في كل طور، وكيف تلتزم الخلايا بشكل لا رجعة فيه بالانقسام عند نقطة التقييد، وكيف يحدد تخليق السايكلين وتدميره إيقاع الدورة.

Definition

أطوار دورة الخلية هي الفترات المتتالية — G1، S (تخليق الحمض النووي)، G2، و M (الانقسام الفتيلي والانقسام الخلوي) — التي تمر بها الخلية المنقسمة، مع توقيتها وترتيبها الذي يحكمه النشاط المتذبذب للكينازات المعتمدة على السايكلين المرتبطة بالسايكلينات الخاصة بالطور.

Scope

يصف المدخل الطور البيني (G1، S، G2) وطور M، والآلية الجزيئية للتحكم في السايكلينات والكينازات المعتمدة على السايكلين، وحالة الراحة G0، ونقطة التقييد (البداية) التي تلتزم عندها الخلايا بالانقسام. ويعالج بنية الطور وتنظيمه كموضوع في بيولوجيا الخلية، وليس كتعليمات سريرية.

Key concepts

• طور G1 (نمو الخلية)
• طور S (تضاعف الحمض النووي)
• طور G2 (التحضير للانقسام الفتيلي)
• طور M (الانقسام الفتيلي والانقسام الخلوي)
• حالة السكون G0
• نقطة التقييد / البداية
• السايكلينات والكينازات المعتمدة على السايكلين (CDKs)
• مثبطات CDK وتنشيط CDK
• عامل تعزيز النضج (MPF)

Mechanisms

يحكم كل طور نشاط الكينازات المعتمدة على السايكلين (CDKs)، وهي إنزيمات نشطة تحفيزيًا فقط عندما ترتبط بسايكلين تنظيمي. يتم تخليق السايكلينات ثم تتحلل فجأة بطريقة خاصة بالطور — وقد ظهر ذلك لأول مرة بالنسبة لسايكلين قنفذ البحر الذي يتم تدميره عند كل انقسام خلوي (إيفانز وزملاؤه، 1983) — لذا فإن نشاط CDK يرتفع وينخفض في موجات. تؤدي معقدات السايكلين-CDK المختلفة إلى تحولات مختلفة: تلتزم معقدات G1/S الخلية بتكرار الحمض النووي الخاص بها عند نقطة التقييد، وتسمح معقدات طور S وتطلق أصول التكرار، ويدفع CDK1 في طور M (الكيناز الانقسامي العالمي الذي حدده نيرس) الدخول في الانقسام الفتيلي. يؤطر تركيب مورغان CDKs كمحركات وساعات تعمل على تشغيل وتوقيت هذه التحولات، بينما يعتبر اختلال تنظيمها، الذي راجعه فيرمولين وزملاؤه، سمة مميزة للسرطان.

Clinical relevance

توفر بنية الطور وتنظيم CDK الأساس المفاهيمي لوصف تكاثر الخلايا، والأساس المنطقي وراء العوامل المضادة للسرطان التي تستهدف دورة الخلية، ومعنى علامات التكاثر في تحليل الأنسجة. هذا المدخل هو وصف مرجعي للتحكم الطبيعي وغير المنظم في الدورة ولا يقدم إرشادات تشخيصية أو علاجية.

History

تم تأسيس نموذج الطور (G1، S، G2، M) من خلال دراسات الوسم لتخليق الحمض النووي في منتصف القرن العشرين. تبع الأساس الجزيئي خطين متقاربين: التحديد الجيني في الخميرة للكيناز الانقسامي العالمي (نيرس) والاكتشاف الكيميائي الحيوي للسايكلينات كبروتينات يحدد تدميرها الدوري توقيت الدورة (إيفانز، هانت، وزملاؤه، 1983). وقد اعترفت جائزة نوبل لعام 2001 بهذا العمل.

Key figures

• Paul Nurse
• Timothy Hunt
• David Morgan
• Arthur Pardee

Seminal works

• nurse-1990
• evans-1983
• morgan-1997

Frequently asked questions

ما هي نقطة التقييد؟

نقطة التقييد (تسمى البداية في الخميرة) هي نقطة تحكم متأخرة في طور G1 وبعدها تلتزم الخلية بإكمال الدورة بشكل مستقل عن إشارات النمو الخارجية؛ وقبلها، يمكن للخلايا أن تتحول إلى حالة الراحة G0.

ماذا تفعل السايكلينات وCDKs؟

الكينازات المعتمدة على السايكلين هي إنزيمات تقوم بفسفرة البروتينات المستهدفة لدفع تحولات دورة الخلية، ولكنها تكون نشطة فقط عندما ترتبط بسايكلين؛ ولأن السايكلينات تُصنع وتُدمر بشكل دوري، فإن نشاط CDK يتذبذب ويحدد توقيت كل طور.