Места остановки жизненного цикла

Ведущую роль в поочередной смене фаз клеточного цикла играют циклинзависимые протеинкиназы или Сdk. Основная функция киназ заключается в фосфорилировании и дефосфорилировании, как следствие этого, активации или инактивации определенных белков, участвующих в соответствующих фазах клеточного цикла.

Молекулы любой циклинзависимой киназы постоянно присутствуют в клетке и сами по себе неактивны. Их активация происходит в результате связывания с ними специальных белков – циклинов. Это название указанные белки получили в связи с тем, что их содержание на протяжении клеточного цикла сменяется циклическим образом.

Особенности комбинаций циклинов и циклинзависимых киназ в составе комплексов играют ключевую роль в механизмах, определяющих поочередную смену фаз клеточного цикла.

Действие комплексов циклин-Сdk комплексов реализуется сходным образом и заключается в инактивации циклин-Сdk комплекса предшествующей фазы клеточного цикла, стимулировании процессов свойственных «своей» фазе и образовании или активации комплекса следующей фазы.

Ведущую роль во всех указанных преобразованиях играет модификация белков путем фосфорилирования и дефосфорилирования их циклинзависимыми киназами.

На примере профазы митоза можно проследить действие данной системы.

В метафазу происходит очень важное событие: МСФ фосфорилирует белок, известный как фактор, стимулирующий анафазу или АРС. Этот белок обладает способностью избирательно присоединять молекулы убиквитина – белка с небольшим молекулярным весом, к другим белковым молекулам, тем самым, как бы оставляя на них «метку». В результате такие «меченые» белки захватываются протеосомами и разрушаются их протеолитическими ферментами. С действием фактора, обеспечивающего анафазу, связаны основные процессы, протекающие в ана- и телофазу митоза.

Под влиянием фактора стимулирующего анафазу: разрушаются белки, удерживающие сестринские хроматиды, в результате чего последние получают возможность расходиться к противоположным полюсам клетки; разрушается циклин в составе митоз стимулирующего фактора; осуществляется дефосфорилирование протеинфосфатазами белков, фосфорилированных в про- и метафазу митоза; восстанавливается ядерные оболочка; происходит деконденсация хроматина; осуществляется цитотомия. Иными словами протекают процессы сходные с событиями про- и метафазы митоза, но как бы с обратным знаком.

Варианты эндорепродукции

На основе митотического цикла возник ряд механизмов, с помощью которых в том или ином органе количество генетического материала и, следовательно, интенсивность обмена могут быть увеличены.

Эндомитоз – удвоение числа хромосом (2х2n,2c)внутри ядерной оболочки без разрушения ядрышка и без образования веретена деления клетки. Механизм такого удвоения совпадает с предмитотической репликацией ДНК. Удвоение ДНК не сопровождается разделением клетки на две. Эндомитоз не является процессом, ведущим к дальнейшей полиплоидизации. Благодаря эндомитозу в том или ином органе количество генетического материала и, следовательно, интенсивность обмена могут быть увеличены при сохранении постоянства числа клеток. С генетической точки зрения, эндомитоз – геномная соматическая мутация.

Другое явление, сходное по результату и названное политенией («многонитчатостью»), заключается в кратном увеличении содержания ДНК в хромосомах при сохранении их диплоидного количества. Этот способ полиплоидизации клеток связан с полным выпадением митоза при следующих друг за другом раундах репликации ДНК. В этом случае цикличность событий можно представить себе так: G→S→G→S→ и т.д. При этом последовательно нарастает количество ДНК: 2с – 4с – 8с – 16с и т.д. Так возникают гигантские ядра трофобластов плаценты (4096с, что соответствует 10 циклам реликации ДНК), гигантские ядра слюнных желез двукрылых (16384с – 12 циклов репликации), огромные ядра клеток шелкоотделительной железы шелкопряда (около 500 000с, что соответствует результату 18 – 20 циклов репликации). Часто полиплоидные клетки встречаются и у позвоночных животных, особенно у млекопитающих. Так, в ядрах клеток печени мышей количество ДНК может достигать 4 - 32с, в ядрах миокардиоцитов – 8с, трофобластов плаценты крысы – 4096с. Эндомитоз и политения приводят к образованию полиплоидных клеток, отличающихся кратным увеличением объема наследственного материала. В таких клетках в отличие от диплоидных, гены повторены более чем в два раза, в том числе и тканеспецифические. Пропорционально увеличению числа генов растет масса клетки, что повышает ее функциональные возможности. В таких клетках соответственно увеличению ДНК возрастает транскрипционная активность, увеличен, по сравнению с диплоидными клетками, синтез белка.

Полиплоидирующий митоз – деление клетки с выпадение конечных фаз митоза, ведущий к многократному увеличению набора хромосом (полиплоидизации - хnxc). Когда клетки с тетраплоидным количеством ДНК вступают в митоз, их хромосомы расходятся на две группы, но деления клетки не происходит. Каждая группа хромосом одевается ядерной оболочкой, и в клетке возникают два диплоидных интерфазных ядра (2nХ2). Сама же клетка по определению остается тетраплоидной. Через некоторое время она вступает в S-период, в результате чего в ней будут содержаться уже два тетраплоидных ядра (4nХ2), и клетка станет октоплоидной. После этого клетка снова вступает в митоз, ее хромосомные наборы объединяются, и она делится полностью на две дочерние, каждая из которых становится одноядерной тетраплоидной (4с ДНК). Эти события могут однократно повторяться, что в ряде случаев приводит к появлению клеток, где количество клеток возрастает до 64с, как у мегакариоцитов. Эти клетки имеют огромные многолопастные ядра. Так, в частности, возникают полиплоидные клетки печени мыши (4–32с), кардиомиоцитов (8с), эпителия мочевого пузыря и др. Другими словами, при полиплоидирующем митозе происходит несколько раундов репликации ДНК с выпадением несколько раундов цитотомии, что приводит к прогрессивному увеличению количества ДНК на ядро.

Схема. Образование двуядерных и полиплоидных клеток паренхимы печени.

Политения и полиплоидирующий митоз приводят к образованию клеток, отличающихся кратным увеличением объема наследственного материала. При эндомитозе деление клетки на дочерние не происходит, а набор хромосом в клетке увеличивается в 2 раза. В таких клетках гены повторены более в два раза и более, в том числе и тканеспецифические. Пропорционально увеличению числа генов растет масса клетки, что повышает ее функциональные возможности. В таких клетках соответственно увеличению ДНК возрастает транскрипционная активность, увеличен, по сравнению с диплоидными клетками, синтез белка.

Амитоз

Амитоз – прямое деление клетки путем перешнуровки или фрагментации интерфазного ядра без спирализации хромосом и образования веретена деления. При амитозе не обеспечивается равномерное распределение генетического материала между дочерними ядрами. В некоторых случаях амитоз не сопровождается делением клетки, а ограничивается лишь делением ядра, что приводит к образованию многоядерных клеток. Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшем не способна вступить в нормальный митотический цикл. Амитоз встречается в клетках некоторых специализированных тканей, например в поперечно-полосатой мускулатуре, соединительной ткани, в отмирающих клетках кожного эпителия и фолликулярных клетках яичников. Кроме того, встречается в специализированных обреченных на гибель клетках, особенно в клетках зародышевых оболочек млекопитающих. Прямым делением могут делиться также патологически измененные клетки при воспалительных процессах и злокачественном росте. Однако этот способ деления ядра никогда не встречается в клетках, нуждающихся в сохранении полноценной генетической информации, например в оплодотворенных яйцеклетках и клетках нормально развивающихся эмбрионов. Там встречается только митоз. Амитоз не может считаться полноценным способом размножения эукариотических клеток.

Поиск по сайту: