細胞周期の各相と制御

真核細胞の細胞周期は、G1、S、G2、Mの4つの順序だった相に分けられ、これらの相の進行はサイクリン依存性キナーゼの周期的な活性によって駆動され、そのタイミングが計られています。このトピックでは、各相で何が起こるか、細胞が制限点において不可逆的に分裂にコミットする仕組み、そしてサイクリンの合成と分解がどのように周期のリズムを決定するかについて説明します。

Definition

細胞周期の各相とは、分裂細胞が通過する連続的な期間（G1、S（DNA合成）、G2、M（有糸分裂と細胞質分裂））であり、そのタイミングと順序は、相特異的なサイクリンに結合したサイクリン依存性キナーゼの振動する活性によって制御されています。

Scope

この項目では、間期（G1、S、G2）とM期、サイクリンとサイクリン依存性キナーゼによる分子制御機構、G0休止状態、および細胞が分裂にコミットする制限点（スタート点）について記述します。相の構造とその制御を細胞生物学のトピックとして扱い、臨床的な指示としては扱いません。

Key concepts

• G1期（細胞成長）
• S期（DNA複製）
• G2期（有糸分裂準備）
• M期（有糸分裂と細胞質分裂）
• G0休止状態
• 制限点 / スタート
• サイクリンとサイクリン依存性キナーゼ（CDK）
• CDK阻害剤とCDK活性化
• 成熟促進因子（MPF）

Mechanisms

各相はサイクリン依存性キナーゼ（CDK）の活性によって制御されます。CDKは、制御サイクリンに結合している場合にのみ触媒活性を持つ酵素です。サイクリンは相特異的に合成され、その後急激に分解されます。これは、各卵割分裂で破壊されるウニのサイクリンについて最初に示されました（Evansら、1983）。そのため、CDK活性は波のように上昇し、下降します。異なるサイクリン-CDK複合体は異なる移行を誘発します。G1/S複合体は、制限点において細胞がDNAを複製することにコミットさせ、S期複合体は複製起点をライセンスし、複製を開始させ、M期CDK1（Nurseによって同定された普遍的な有糸分裂キナーゼ）は有糸分裂への進入を駆動します。Morganの統合的な見解では、CDKはこれらの移行を促進し、そのタイミングを計るエンジンであり時計であるとされていますが、Vermeulenらによってレビューされたように、その調節不全はがんの特徴の一つです。

Clinical relevance

相の構造とCDKの制御は、細胞増殖を記述するための概念的基盤、細胞周期を標的とする抗がん剤の根拠、および組織分析における増殖マーカーの意味を提供します。この項目は、正常および調節不全の周期制御に関する参照記述であり、診断や治療に関する指針を提供するものではありません。

History

相モデル（G1、S、G2、M）は、20世紀半ばのDNA合成の標識研究によって確立されました。分子基盤は、2つの収束する研究ラインから生まれました。酵母における普遍的な有糸分裂キナーゼの遺伝的同定（Nurse）と、周期的な分解が周期のタイミングを計るタンパク質としてのサイクリンの生化学的発見（Evans、Huntら、1983）です。2001年のノーベル賞はこの一連の研究を評価しました。

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

制限点とは何ですか？

制限点（酵母ではスタートと呼ばれる）は、G1期の後半にある制御点であり、この点を超えると細胞は外部の成長シグナルとは独立して周期を完了することにコミットします。この点より前では、細胞は休止状態のG0期に移行する可能性があります。

サイクリンとCDKは何をしますか？

サイクリン依存性キナーゼは、標的タンパク質をリン酸化して細胞周期の移行を促進する酵素ですが、サイクリンに結合している場合にのみ活性を示します。サイクリンは周期的に生成され、分解されるため、CDK活性は振動し、各相のタイミングを決定します。