چرخه و تقسیم سلولی

چرخه سلولی توالی منظمی از رویدادها است که طی آن یک سلول محتویات خود را تکثیر کرده و به دو سلول دختری تقسیم می‌شود. این بخش به اصول اساسی چگونگی پیشرفت سلول‌ها در اینترفاز و تقسیم، نحوه تنظیم و نظارت بر این پیشرفت، و چگونگی تولید سلول‌های سوماتیک و زایا توسط دو شکل اصلی تقسیم هسته‌ای — میتوز و میوز — می‌پردازد.

Definition

چرخه سلولی مجموعه‌ای تکرارشونده از فازها — اینترفاز (G1, S, G2) و به دنبال آن فاز میتوزی (M) — است که طی آن یک سلول یوکاریوتی رشد می‌کند، DNA خود را تکثیر می‌کند، و ژنوم و سیتوپلاسم خود را به دو سلول دختری تقسیم می‌کند، که توسط فعالیت نوسانی کیناز وابسته به سیکلین و نقاط بازرسی نظارتی کنترل می‌شود.

Scope

این بخش چهار فاز چرخه سلولی یوکاریوتی (G1, S, G2, M)، مکانیسم‌های سیکلین و کیناز وابسته به سیکلین که پیشرفت چرخه را هدایت می‌کنند، نقاط بازرسی نظارتی که یکپارچگی ژنومی را حفظ می‌کنند، مکانیک میتوز و سیتوکینز، تقسیم‌های کاهشی و مساوی میوز، و مرگ برنامه‌ریزی‌شده سلولی را به عنوان یک کنترل مکمل بر تعداد سلول‌ها پوشش می‌دهد. این موارد به عنوان موضوعات زیست‌شناسی سلولی ساختاری و تنظیمی مورد بررسی قرار می‌گیرند و نه به عنوان راهنمای بالینی.

Sub-topics

• نقاط وارسی چرخه سلولی و آپوپتوز
• مراحل چرخه سلولی و تنظیم آن
• میوز و تقسیم سلول‌های جنسی
• میتوز و سیتوکینز

Key concepts

• اینترفاز (G1, S, G2) و فاز M
• سیکلین‌ها و کینازهای وابسته به سیکلین (CDKs)
• تکثیر DNA و جداسازی کروموزوم
• نقاط بازرسی چرخه سلولی
• نقطه محدودیت و تعهد به تقسیم
• میتوز در مقابل میوز
• مرگ برنامه‌ریزی‌شده سلولی (آپوپتوز)

Mechanisms

پیشرفت در چرخه توسط فعال‌سازی دوره‌ای کینازهای وابسته به سیکلین هدایت می‌شود، که فعالیت آن‌ها با سنتز و سپس تخریب شرکای تنظیمی سیکلین آن‌ها افزایش و کاهش می‌یابد. نرس و همکارانش نشان دادند که یک CDK (Cdc2/CDK1) به عنوان یک محرک جهانی برای ورود به میتوز در سراسر یوکاریوت‌ها عمل می‌کند، در حالی که سنتز مورگان، CDKها را به عنوان موتورها و ساعت‌های چرخه معرفی می‌کند. هارتول و واینرت نقاط بازرسی را به عنوان مدارهای کنترلی تعریف کردند که چرخه را تا زمانی که مراحل قبلی — مانند تکثیر کامل DNA یا اتصال صحیح کروموزوم — به پایان برسند، متوقف می‌کنند و اطمینان می‌دهند که رویدادها به ترتیب صحیح رخ می‌دهند. زیست‌شناسی سرطان، که توسط ورمولن و همکارانش بررسی شده است، نشان می‌دهد که چگونه اختلال در این کنترل‌ها منجر به تکثیر کنترل‌نشده می‌شود.

Clinical relevance

درک چرخه سلولی اساس توصیف تکثیر، بازسازی بافت، و آنیوپلوئیدی در علوم بهداشتی را تشکیل می‌دهد، و همچنین چگونگی عملکرد بسیاری از عوامل ضدسرطان بر روی سلول‌های در حال تقسیم را توضیح می‌دهد. این بخش تقسیم سلولی طبیعی و مختل شده را در سطح مرجع توصیف می‌کند و مبنایی برای تصمیم‌گیری‌های تشخیصی یا درمانی نیست.

History

درک مدرن چرخه سلولی در اواخر قرن بیستم از ژنتیک مخمر و بیوشیمی تخم‌های بی‌مهرگان دریایی پدید آمد: کار نرس بر روی مخمر شکافنده، کیناز میتوزی جهانی را شناسایی کرد، کشف سیکلین‌ها فعال‌سازی دوره‌ای آن را توضیح داد، و مفهوم نقطه بازرسی هارتول و واینرت نحوه اعمال نظم و وفاداری را تبیین کرد. جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی سال ۲۰۰۱ به هارتول، هانت و نرس برای این اکتشافات اهدا شد.

Key figures

• Leland Hartwell
• Paul Nurse
• Timothy Hunt
• David Morgan

Seminal works

• hartwell-weinert-1989
• nurse-1990
• morgan-1997

Frequently asked questions

فازهای چرخه سلولی کدامند؟

اینترفاز شامل G1 (رشد)، S (سنتز DNA) و G2 (رشد و آماده‌سازی) است و به دنبال آن فاز M قرار دارد که در آن هسته توسط میتوز و سلول توسط سیتوکینز تقسیم می‌شود؛ سلول‌های غیرتقسیم‌شونده ممکن است در حالت سکون به نام G0 استراحت کنند.

چرخه سلولی چه تفاوتی با تقسیم سلولی دارد؟

چرخه سلولی کل توالی تکرارشونده‌ای است که یک سلول بین تقسیمات طی می‌کند، در حالی که تقسیم سلولی (میتوز همراه با سیتوکینز، یا میوز) بخشی از فاز M است که در آن یک سلول به دو یا، در میوز، چهار سلول تبدیل می‌شود.