วัฏจักรเซลล์และการแบ่งเซลล์

วัฏจักรเซลล์คือลำดับเหตุการณ์ที่เป็นระเบียบซึ่งเซลล์ใช้ในการจำลองสารพันธุกรรมและแบ่งออกเป็นเซลล์ลูกสองเซลล์ เนื้อหาส่วนนี้รวบรวมสาระสำคัญเกี่ยวกับวิธีการที่เซลล์ดำเนินไปในระยะอินเตอร์เฟสและการแบ่งเซลล์ วิธีการควบคุมและตรวจสอบความก้าวหน้าดังกล่าว และวิธีการที่การแบ่งนิวเคลียสหลักสองรูปแบบ ได้แก่ ไมโทซิสและไมโอซิส สร้างเซลล์ร่างกายและเซลล์สืบพันธุ์ตามลำดับ

Definition

วัฏจักรเซลล์คือชุดของระยะที่เกิดขึ้นซ้ำๆ — อินเตอร์เฟส (G1, S, G2) ตามด้วยระยะไมโทติก (M) — ซึ่งเซลล์ยูคาริโอตเติบโต จำลอง DNA และแบ่งจีโนมและไซโตพลาสซึมออกเป็นเซลล์ลูกสองเซลล์ โดยถูกควบคุมโดยกิจกรรมของไซคลิน-ดีเพนเดนต์ไคเนสที่ผันผวนและจุดตรวจสอบ

Scope

เนื้อหาส่วนนี้ครอบคลุมสี่ระยะของวัฏจักรเซลล์ยูคาริโอต (G1, S, G2, M) กลไกของไซคลินและไซคลิน-ดีเพนเดนต์ไคเนสที่ขับเคลื่อนความก้าวหน้า จุดตรวจสอบที่รักษาความสมบูรณ์ของจีโนม กลไกของไมโทซิสและไซโตไคเนซิส การแบ่งแบบลดจำนวนและการแบ่งแบบคงจำนวนของไมโอซิส และการตายของเซลล์แบบมีโปรแกรมในฐานะการควบคุมเสริมจำนวนเซลล์ โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นหัวข้อชีววิทยาของเซลล์เชิงโครงสร้างและเชิงควบคุมมากกว่าเป็นแนวทางทางคลินิก

Sub-topics

• Cell Cycle Checkpoints and Apoptosis
• Cell Cycle Phases and Regulation
• Meiosis and Germ Cell Division
• Mitosis and Cytokinesis

Key concepts

• อินเตอร์เฟส (G1, S, G2) และระยะ M
• ไซคลินและไซคลิน-ดีเพนเดนต์ไคเนส (CDKs)
• การจำลอง DNA และการแยกโครโมโซม
• จุดตรวจสอบวัฏจักรเซลล์
• จุดจำกัดและการตัดสินใจแบ่งเซลล์
• ไมโทซิสเทียบกับไมโอซิส
• การตายของเซลล์แบบมีโปรแกรม (อะพอพโทซิส)

Mechanisms

ความก้าวหน้าในวัฏจักรถูกขับเคลื่อนโดยการกระตุ้นเป็นระยะของไซคลิน-ดีเพนเดนต์ไคเนส ซึ่งกิจกรรมจะเพิ่มขึ้นและลดลงเมื่อคู่หูไซคลินควบคุมของพวกมันถูกสังเคราะห์และถูกทำลาย Nurse และคณะแสดงให้เห็นว่า CDK ตัวเดียว (Cdc2/CDK1) ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นสากลสำหรับการเข้าสู่ไมโทซิสในยูคาริโอตทั้งหมด ในขณะที่การสังเคราะห์ของ Morgan วางกรอบให้ CDK เป็นกลไกและนาฬิกาของวัฏจักร Hartwell และ Weinert นิยามจุดตรวจสอบว่าเป็นวงจรควบคุมที่หยุดวัฏจักรจนกว่าขั้นตอนก่อนหน้า — เช่น การจำลอง DNA ที่สมบูรณ์หรือการยึดติดของโครโมโซมที่ถูกต้อง — จะเสร็จสิ้น เพื่อให้แน่ใจว่าเหตุการณ์ต่างๆ เกิดขึ้นตามลำดับที่ถูกต้อง ชีววิทยาของมะเร็ง ซึ่งได้รับการทบทวนโดย Vermeulen และคณะ แสดงให้เห็นว่าการควบคุมที่ผิดปกติเหล่านี้เป็นสาเหตุของการเพิ่มจำนวนเซลล์ที่ไม่สามารถควบคุมได้

Clinical relevance

ความเข้าใจเกี่ยวกับวัฏจักรเซลล์เป็นพื้นฐานในการอธิบายการเพิ่มจำนวนเซลล์ การสร้างเนื้อเยื่อใหม่ และภาวะแอนยูพลอยดีในวิทยาศาสตร์สุขภาพ และวิธีการที่ยาต้านมะเร็งหลายชนิดถูกคิดค้นขึ้นเพื่อออกฤทธิ์ต่อเซลล์ที่กำลังแบ่งตัว เนื้อหาส่วนนี้อธิบายการแบ่งเซลล์ปกติและที่ผิดปกติในระดับอ้างอิง และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษา

History

ความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับวัฏจักรเซลล์เกิดขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 จากพันธุศาสตร์ของยีสต์และชีวเคมีของไข่สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในทะเล: งานของ Nurse เกี่ยวกับยีสต์แบ่งเซลล์ระบุไคเนสไมโทติกสากล การค้นพบไซคลินอธิบายการกระตุ้นเป็นระยะ และแนวคิดจุดตรวจสอบของ Hartwell และ Weinert อธิบายวิธีการบังคับใช้ลำดับและความแม่นยำ รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ปี 2001 ได้ยกย่อง Hartwell, Hunt และ Nurse สำหรับการค้นพบเหล่านี้

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

วัฏจักรเซลล์มีระยะอะไรบ้าง?

อินเตอร์เฟสประกอบด้วย G1 (การเจริญเติบโต), S (การสังเคราะห์ DNA), และ G2 (การเจริญเติบโตและการเตรียมตัว) ตามด้วยระยะ M ซึ่งนิวเคลียสแบ่งตัวโดยไมโทซิสและเซลล์แบ่งตัวโดยไซโตไคเนซิส; เซลล์ที่ไม่แบ่งตัวอาจพักอยู่ในสภาวะสงบนิ่งที่เรียกว่า G0

วัฏจักรเซลล์แตกต่างจากการแบ่งเซลล์อย่างไร?

วัฏจักรเซลล์คือลำดับการเกิดซ้ำทั้งหมดที่เซลล์ผ่านไประหว่างการแบ่งเซลล์ ในขณะที่การแบ่งเซลล์ (ไมโทซิสพร้อมไซโตไคเนซิส หรือไมโอซิส) เป็นส่วนของระยะ M ที่เซลล์หนึ่งกลายเป็นสองเซลล์ หรือในไมโอซิส กลายเป็นสี่เซลล์