Các Pha và Điều Hòa Chu Kỳ Tế Bào

Chu kỳ tế bào nhân chuẩn được chia thành bốn pha theo thứ tự — G1, S, G2 và M — và sự tiến triển qua các pha này được thúc đẩy và định thời bởi hoạt động định kỳ của các kinase phụ thuộc cyclin. Chủ đề này bao gồm những gì xảy ra trong mỗi pha, cách các tế bào cam kết phân chia không thể đảo ngược tại điểm hạn chế, và cách tổng hợp và phá hủy cyclin thiết lập nhịp điệu của chu kỳ.

Definition

Các pha của chu kỳ tế bào là các khoảng thời gian kế tiếp — G1, S (tổng hợp DNA), G2 và M (nguyên phân và phân chia tế bào chất) — mà một tế bào đang phân chia trải qua, với thời gian và thứ tự của chúng được điều chỉnh bởi hoạt động dao động của các kinase phụ thuộc cyclin liên kết với các cyclin đặc hiệu pha.

Scope

Mục này mô tả pha trung gian (G1, S, G2) và pha M, bộ máy kiểm soát phân tử của cyclin và kinase phụ thuộc cyclin, trạng thái nghỉ G0, và điểm hạn chế (khởi đầu) mà tại đó các tế bào cam kết phân chia. Nó đề cập đến cấu trúc pha và sự điều hòa của nó như một chủ đề sinh học tế bào, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Key concepts

• Pha G1 (tăng trưởng tế bào)
• Pha S (tái bản DNA)
• Pha G2 (chuẩn bị cho nguyên phân)
• Pha M (nguyên phân và phân chia tế bào chất)
• Trạng thái nghỉ G0
• Điểm hạn chế / Khởi đầu
• Cyclin và kinase phụ thuộc cyclin (CDK)
• Chất ức chế CDK và hoạt hóa CDK
• Yếu tố thúc đẩy trưởng thành (MPF)

Mechanisms

Mỗi pha được điều chỉnh bởi hoạt động của các kinase phụ thuộc cyclin (CDK), các enzyme chỉ có hoạt tính xúc tác khi liên kết với một cyclin điều hòa. Các cyclin được tổng hợp và sau đó bị phân hủy đột ngột theo cách đặc hiệu pha — lần đầu tiên được chứng minh đối với cyclin của cầu gai bị phá hủy ở mỗi lần phân cắt (Evans và cộng sự, 1983) — do đó hoạt động của CDK tăng và giảm theo từng đợt. Các phức hợp cyclin-CDK khác nhau kích hoạt các chuyển tiếp khác nhau: các phức hợp G1/S cam kết tế bào sao chép DNA của nó tại điểm hạn chế, các phức hợp pha S cấp phép và khởi động các điểm khởi đầu sao chép, và CDK1 pha M (kinase nguyên phân phổ quát được Nurse xác định) thúc đẩy sự đi vào nguyên phân. Tổng hợp của Morgan coi CDK là động cơ và đồng hồ vừa cung cấp năng lượng vừa định thời các chuyển tiếp này, trong khi sự rối loạn điều hòa của chúng, được Vermeulen và cộng sự xem xét, là một dấu hiệu của ung thư.

Clinical relevance

Cấu trúc pha và điều hòa CDK cung cấp cơ sở khái niệm để mô tả sự tăng sinh tế bào, cơ sở lý luận đằng sau các tác nhân chống ung thư nhắm mục tiêu chu kỳ tế bào, và ý nghĩa của các dấu hiệu tăng sinh trong phân tích mô. Mục này là một mô tả tham khảo về kiểm soát chu kỳ bình thường và rối loạn điều hòa và không cung cấp hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Mô hình pha (G1, S, G2, M) được thiết lập bởi các nghiên cứu đánh dấu tổng hợp DNA vào giữa thế kỷ XX. Cơ sở phân tử xuất phát từ hai hướng hội tụ: nhận dạng di truyền ở nấm men về kinase nguyên phân phổ quát (Nurse) và khám phá sinh hóa về cyclin như các protein mà sự phá hủy định kỳ của chúng định thời chu kỳ (Evans, Hunt và cộng sự, 1983). Giải Nobel năm 2001 đã công nhận công trình này.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Điểm hạn chế là gì?

Điểm hạn chế (được gọi là Khởi đầu ở nấm men) là một điểm kiểm soát muộn trong G1, sau đó một tế bào cam kết hoàn thành chu kỳ độc lập với các tín hiệu tăng trưởng bên ngoài; trước đó, các tế bào có thể chuyển hướng sang trạng thái nghỉ G0.

Cyclin và CDK làm gì?

Các kinase phụ thuộc cyclin là các enzyme phosphoryl hóa các protein đích để thúc đẩy các chuyển tiếp chu kỳ tế bào, nhưng chúng chỉ hoạt động khi liên kết với một cyclin; vì các cyclin được tạo ra và phá hủy định kỳ, hoạt động của CDK dao động và thiết lập thời gian của mỗi pha.