obshaya_tsitologia (1120994), страница 80
Текст из файла (страница 80)
ниже) и зависимой от циклинапротеинкиназы (Cyclin dependent kinase – Сdk), фермента, относящегося кфосфорилазам, который модифицирует белки, перенося фосфатную группу отАТФ на аминокислоты серин и треонин. Следовательно, MPF состоит из двухсубъединиц: каталитической (Сdk) и регуляторной (циклин) (рис. 348).ЦиклиныЦиклин был обнаружен при изучении включения меченых аминокислот всинхронно дробящиеся яйца морского ежа. Было обнаружено, что в одном избелковых пиков на электрофореграммах метка периодически то появляется, тоисчезает: она появлялась после клеточного деления, постепенно возрастала кмитозу, а затем ее уровень падал после анафазы, и потом снова начиналвозрастать в следующей интерфазе.
Этот белок был назван циклином. Онпостоянно синтезируется в течение эмбрионального клеточного цикла и резкоразрушается при вступлении в анафазу. Подобный митотический циклин В былобнаружен у всех эукариот, в том числе и у X. laevis.В раннем эмбриогенезе, т.е. при дроблении яиц X. laevis,первые 12делений идут друг за другом при минимальной величине G1 и G2 периодов, ивозрастание уровня MPF происходит во время каждого деления. Интересно, чтодробление яиц и циклические изменения активности MPF происходят также безучастия ядер. Это значит, что для появления активности MPF не нужнатранскрипция информационных РНК. В этот период все клеточные белковыесинтезы идут на долгоживущих матричных РНК, синтезированных еще во времяроста ооцитов в мейотической профазе.427Расшифровка природы активности MPF была получена на модельныхэкспериментахсиспользованиемцитоплазматическихэкстрактовактивированных яиц X.
laevis. В этих экстрактах были все компоненты дляподдержания клеточного цикла: ферменты и предшественники для синтезаДНК, гистоны и другие белки и липиды для образования ядерной оболочки, также как и мРНК, необходимая для синтеза белков, и в том числе циклина В.Если к такому экстракту добавить хроматин из спермиев X. laevis, то вокругхроматина образуется ядерная оболочка, затем происходит синтез ДНК, следуетконденсацияхромосом,разрушаетсяядернаяоболочка,образуетсямитотическая фигура, и потом наступает интерфаза, и цикл повторяется черезкаждые 20 мин снова и снова. По мере прохождения каждого цикла происходилосначала нарастание циклина В в интерфазе параллельно возрастаниюактивности MPF. В митозе после анафазы количество циклина В и активностьMPF падали, т.е.
происходило циклическое изменение двух параметров (рис.349). По мере возрастания уровня MPF при повышении активности Сdkпроисходила конденсация хромосом за счет фосфорилирования конденсинов игистона Н1, распад ядерной оболочки при фосфорилировании ламинов,образование веретена деления, т.е. все атрибуты митотического аппарата.Подавление синтеза белка циклогексимидом или разрушение всей mРНК спомощью РНК-азы полностью снимало циклику MPF и циклина В. Если последействия РНК-азы и при последующем ее удалении ввести в экстракты mРНКтолько для циклина В, то периодические изменения уровней MPF и циклина Ввосстанавливаются (рис. 349в). Эти данные говорят о том, что в системе MPFтолько циклин В синтезируется в интерфазе и деградирует в анафазе. В то времякак второй компонент, а именно протеинкиназа Сdk существует долгое время иактивируется при появлении циклина В.Деградация циклина В в анафазе вызывается сложной цепочкой белковыхвзаимодействий, которая приводит к его расщеплению с помощью сложныхбелковых протеолитических комплексов – протеосом.
Кроме того, в начальных428этапах деградации циклина участвует сложный белковый комплекс АРС(комплекс стимулирующий анафазу), который не только подготавливает циклинкдеградации,ноодновременноприводиткдеградациикогезинов,удерживающих хроматиды друг с другом вплоть до анафазы.Общая схема регуляции митотического циклина В и MPF в циклирующихклетках может быть представлена на рис 350.Регуляция клеточного цикла у млекопитающихНа предыдущей схеме рассмотрены только конечные звенья цепи событий,заканчивающихся делением клетки. Однако, как уже говорилось, деление клеткиобязательно связано с репликацией ДНК.
Следовательно, должны существоватьмеханизмы,регулирующиезапусксинтезаДНК,аэтомудолжныпредшествовать события G1-периода, подготавливающие начало S–периода.Оказалось, что комплексы Сdk - митотический циклин В – это только конечныйэтап регуляции клеточного цикла. На самом же деле от начала вхождения вклеточный цикл до его завершения в клетке работает каскад комплексов Сdkциклин. Так, у дрожжей один и тот же Сdk отвечает за прохождение цикла, но наразных его стадиях он взаимодействует с разными циклинами, характернымидля каждой стадии клеточного цикла.У млекопитающих в реализации всего цикла участвуют 9 различныхциклинов и 7 разных Сdk (рис.
351). Но что является пусковым механизмом длявхождения клеток в цикл из состояния покоя, из G0-стадии? Мы видели, что дляактивации клеточного цикла ооцита X. laevis необходимо первоначальноевоздействие гормона прогестерона, который в данном случае является факторомроста (ФР или GF) или пролиферации.Было найдено, что существует множество факторов роста, побуждающихклетки к размножению.
Они могут быт собственными продуктами данныхклеток(аутокриннаястимуляция)илидругихсоседних(паракриннаястимуляция), или даже клеток других органов (гормональная стимуляция). Так,например, фактор роста из тромбоцитов (PDGF) стимулирует пролиферацию429клетоксоединительнойткани,эпидермальныйФР(EGF)стимулируетразмножение многих типов клеток, работает как сигнальный белок приэмбриональном развитии; ФР нервов (NGF) вызывает рост отдельных типовнейронов;эритропоэтинвызываетпролиферациюпредшественниковэритроцитов и т.д.Хорошим примером зависимости пролиферации клеток от факторов ростамогут служить клеточные культуры. Было найдено, что для размножения многихклеточных культур, кроме питательных сред, необходимо добавление сыворотоккрови или эмбриональных экстрактов.
Оказалось, что именно в этих добавкахсодержатся ФР. Без них клетки переходят в G0-стадию, а затем погибают. Дляроста нервных клеток в культуре требуется добавление в среду фактора ростанервов (NGF).Эти разные ФР связываются на поверхности клеток со своими рецепторамии передают сигнал через вторичные мессенджеры (например, цАМФ) насистему внутриклеточного каскада протеинкиназ (фосфорилаз), связанных сзапуском клеточного цикла.
Сначала активируются гены раннего ответа, белкикоторых индуцируют транскрипцию генов отложенного ответа, некоторые изних сами являются факторами транскрипции, а также индуцируют синтезнекоторых циклинов и cdk, которые отсутствовали в G0-периоде.Так, вначале синтезируются белки Сdk и циклины, характерные для G1стадии, затем для S-фазы и потом для митоза (рис. 352). В G1-стадии комплексСdk-циклин (G1- CDK) фосфорилирует факторы транскрипции, необходимыедля активации экспрессии генов, ответственных за образование синтетическогокомплекса S-CDK, который после образования инактивируется специальнымингибитором. В конце G1-периода комплекс G1 - CDK фосфорилирует этотингибитор, который отделяется от комплекса S-CDK, тем самым его активируя.При этом в первоначальном комплексе G1--CDK циклин деградирует.Активированный S-CDK комплекс индуцирует S-фазу, фосфорилируя белкирегуляторного участка ДНК, связанных с точками начала репликации.
После430этого циклин в этом комплексе также деградирует. После активации S-периодапроисходит репликация ДНК. Во время S-периода и в начале G2-периодапроисходит синтез нового, митотического комплекса, М-CDK, определяющеговхождение клетки в митоз. Однако до окончания синтеза ДНК он находится внеактивном состоянии и активируется путем дефосфорилирования. Послеактивации этого комплекса, он участвует в фосфорилировании белковхроматина, что приводит к конденсации хромосом, белков ламины, которыедеполимеризуются, и при этом разрушается ядерная оболочка, фосфорилируетряд белков, ассоциированных с микротрубочками при образовании веретенаделения. После ассоциации микротрубочек с хромосомами происходитактивация АРС (комплекс стимуляции анафазы), деградация когезинов, вслед зачем наступает анафаза, и активация протеолиза митотических циклинов. Послерасхождения хромосом и цитотомии в раннем G1-периоде следующего циклановые комплексы G1-СDK фосфорилируют АРС, инактивируя их, чтоспособствует впоследствии накоплению митотических циклинов.Контрольные точки клеточного циклаНаличиеконтрольныхточек вклеточномцикленеобходимодляопределения завершения его каждой фазы.
Остановка клеточного циклапроисходит при повреждении ДНК в G1-периоде, при неполной репликацииДНК в S-фазе, при повреждении ДНК в G2-периоде, и при нарушении связиверетена деления с хромосомами.Одним из контрольных пунктов в клеточном цикле является собственномитоз, который не переходит в анафазу при неправильной сборке веретена и приотсутствии полных связей микротрубочек с кинетохорами.
В этом случае непроисходит активации АРС-комплекса, не происходит деградации когезинов,соединяющих сестринские хроматиды, и деградации митотических циклинов,что необходимо для перехода в анафазу.Повреждения ДНК препятствуют вхождению клеток в S-период или вмитоз. Если эти повреждения не катастрофические и могут быть восстановлены431за счет репаративного синтеза ДНК, то блок клеточного цикла снимается, и циклдоходит до своего завершения. Если же повреждения ДНК значительные, токаким-тообразомпроисходитстабилизацияинакоплениебелкар53,концентрация которого в норме очень низкая из-за его нестабильности. Белокр53 является одним из факторов транскрипции, который стимулирует синтезбелка р21, являющегося ингибитором комплекса CDK-циклин.
Это приводит ктому, что клеточный цикл останавливается на стадии G1 или G2. При блоке в G1–периоде клетка с повреждением ДНК не вступает в S-фазу, так как это могло быпривести к появлению мутантных клеток, среди которых могут быть иопухолевые клетки. Блокада в G2-периоде также предотвращает процесс митозаклеток с повреждениями ДНК.
Такие клетки, с блокированным клеточнымциклом,вдальнейшемпогибаютпутемапоптоза,программированнойклеточной гибели (рис. 353)При мутациях, приводящих к потере генов белка р53или при ихизменениях, блокады клеточного цикла не происходит, клетки вступают в митоз,что приводит к появлению мутантных клеток, большая часть из которыхнежизнеспособна или же часть из них дает начало злокачественным клеткам.Глава 27. Гибель клеток: некроз и апоптозГибель (смерть) отдельных клеток или целых их групп постоянновстречается у многоклеточных организмов, так же как гибель одноклеточныхорганизмов.
Причины гибели, процессы морфологического и биохимическогохарактера развития клеточной смерти могут быть различными. Но все же ихможно четко разделить на две категории: некроз (от греч. nekrosis –омертвление) и апоптоз (от греч. корней, означающих "отпадение" или"распадение"), который часто называют программируемой клеточной смертью(ПКС) или даже клеточным самоубийством (рис. 354).НекрозЭтотвидклеточнойвнутриклеточногосмертигомеостазавобычнорезультатесвязываетсянарушенияснарушениемпроницаемости432клеточных мембран, приводящим к изменению концентрации ионов в клетке, снеобратимыми изменениями митохондрий, что сразу приводит к прекращениювсех жизненных функций, включая синтез макромолекул. Некроз вызываютповреждения плазматической мембраны, подавление активности мембранныхнасосов под действием многих ядов, а также необратимые измененияэнергетики при недостатке кислорода (при ишемии – закупорке кровеносногососуда) или отравлении митохондриальных ферментов (действие цианидов).При этом при повышении проницаемости плазматической мембраны клетканабухает за счет ее обводнения, в цитоплазме происходит увеличениеконцентрации ионов Na+ и Ca2+, закисление цитоплазмы, набухание вакуолярныхкомпонентов и разрыв их мембран, прекращение синтеза белков в цитозоле,освобождение лизосомных гидролаз и лизис клетки.
Одновременно с этимиизменениями в цитоплазме изменяются и клеточные ядра: вначале оникомпактизируются (пикноз ядер), но по мере набухания ядра и разрыва егооболочки пограничный слой хроматина распадается на мелкие массы(кариорексис) а затем наступает кариолизис, растворение ядра. Особенностьюнекроза является то, что такой гибели подвергаются большие группы клеток(например, при инфаркте миокарда из-за прекращения снабжения кислородомучастка сердечной мышцы).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
