Контрольные точки клеточного цикла и апоптоз

Контрольные точки — это надзорные механизмы, которые приостанавливают клеточный цикл до тех пор, пока не будут выполнены критические этапы, такие как полная репликация ДНК или правильное прикрепление хромосом, а апоптоз — это запрограммированная, упорядоченная форма гибели клеток, которая удаляет клетки при необратимом повреждении. Вместе они защищают целостность генома и регулируют количество клеток.

Definition

Контрольные точки клеточного цикла — это регуляторные надзорные цепи, которые останавливают прогрессию клеточного цикла в ответ на неполные или дефектные события, в то время как апоптоз — это генетически запрограммированный путь гибели клеток, характеризующийся уменьшением размера клетки, конденсацией хроматина и фрагментацией на окруженные мембраной тельца, которые удаляются без воспаления.

Scope

В статье описываются основные контрольные точки клеточного цикла (контрольные точки повреждения ДНК на переходах G1/S и G2/M и контрольная точка сборки веретена в митозе), как они останавливают цикл, и как апоптоз служит дополнительной судьбой, когда остановка и репарация не удаются. В ней контрольные точки и запрограммированная гибель клеток рассматриваются как темы клеточной биологии, а не как клинические рекомендации.

Key concepts

• Контрольная точка повреждения ДНК
• Контрольная точка G1/S (рестрикции)
• Контрольная точка G2/M
• Контрольная точка сборки веретена (митотическая)
• Сигнализация контрольных точек и остановка клеточного цикла
• Апоптоз (программируемая гибель клеток)
• Целостность генома и супрессия опухолей

Mechanisms

Хартвелл и Вайнерт определили контрольные точки как управляющие цепи, которые делают последующие события клеточного цикла зависимыми от успешного завершения предыдущих; при обнаружении проблемы сигнальные пути ингибируют соответствующую активность циклин-CDK и останавливают цикл. Контрольные точки повреждения ДНК на G1/S и G2/M задерживают репликацию или митоз до тех пор, пока не будут устранены повреждения, а контрольная точка сборки веретена блокирует анафазу до тех пор, пока каждый кинетохор не будет правильно прикреплен к веретену, как синтезировал Элледж. Когда остановка не может решить проблему, клетка может быть элиминирована путем апоптоза — упорядоченной, запрограммированной гибели, впервые морфологически определенной Керром, Уайлли и Карри, при которой клетка конденсируется и фрагментируется на тельца, которые поглощаются без запуска воспаления. Потеря контроля над контрольными точками и апоптозом позволяет поврежденным клеткам пролиферировать, что является повторяющейся темой в онкобиологии, рассмотренной Вермюленом и коллегами.

Clinical relevance

Пути контрольных точек и апоптоза лежат в основе описания функции опухолевых супрессоров и реакции на лечение, а их нарушение связано с геномной нестабильностью и неконтролируемой пролиферацией. Эта статья является справочным описанием этих механизмов контроля и не содержит диагностических или лечебных рекомендаций.

History

Концепция контрольных точек была сформулирована Хартвеллом и Вайнертом в 1989 году на основе генетики дрожжей, переосмыслив порядок клеточного цикла как принудительные зависимости, а не фиксированное время. Параллельно, описание апоптоза Керром, Уайлли и Карри в 1972 году признало отчетливый, регулируемый способ гибели клеток как нормальный аналог пролиферации. Последующая молекулярная работа, синтезированная Элледжем, картировала сигнальные пути, которые связывают обнаружение повреждений с остановкой клеточного цикла и, при необходимости, с запрограммированной гибелью.

Key figures

• Leland Hartwell
• Stephen Elledge
• John Kerr
• Andrew Wyllie

Seminal works

• hartwell-weinert-1989
• kerr-1972
• elledge-1996

Frequently asked questions

Что такое контрольная точка клеточного цикла?

Контрольная точка — это надзорный механизм, который приостанавливает клеточный цикл до тех пор, пока не будет выполнено критическое условие — например, полная репликация ДНК, репарация повреждений ДНК или правильное прикрепление всех хромосом к веретену, — чтобы последующие события не начинались до того, как предыдущие будут правильно завершены.

Как апоптоз связан с клеточным циклом?

Апоптоз — это запрограммированная форма гибели клеток, которая может быть запущена, когда остановка контрольной точки и репарация не смогли устранить повреждение; вместо того чтобы позволить дефектной клетке делиться, этот путь упорядоченно разрушает ее, действуя как дополнительный контроль над количеством клеток и целостностью генома.