Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 335
Текст из файла (страница 335)
Рис. 17.10. Изучение клеточного цикла в бесклеточной системе. Чтобы разрушить большое число лягушачьих яйцеклеток и отделить цитоплазму от других клеточных компонентов, используют мягкое центрифугироеание. Чисппо цитоплазму собирают и добавляют к ней ядра сперматозоидов и АТР Ядра сперматозоидов деконденсируются и претерпевают повторяющиеся циклы репликации ДНК и митоза, Зто указывает на то, что в таком бесклеточном цитоплазматическом экстракте функционирует система контроля клеточного цикла.
') 7.1.5. Контроль клеточного цикла можно изучать на клетках млеколитающих В культуре Сложно наблюдать отдельные клетки в интактных млекопитающих В боль шинстве исследований контроля клеточного цикла млекопитающих используются клетки, изолированные из нормальных тканей или опухолей и выращенные 17.1, Обзор клеточного Огзнпа )ба Рис. 17.11. Пролиферирующие е культуре клетки млекопитающих. Нз данной сканирующей злектронной микрофотографии показаны фиброблзсты крысы.
1С любезного разрешения боептег А!ьгесбобоейег.) в пластиковых культуральных чашках в присутствии необходимых питательных веществ и дру гих факторов (рис, 17.11). Однако существугот и сложности. Когда клетки нормальных тканей млекопитающих культивируют в стандартных условиях, они часто перестают делиться, пройдя некоторое ограниченное число циклов. Деление человеческих фибробластов, например, навсегда прекрагцасгся после 25 — 40 делений. Этот процесс 10 мкм называется реплггкатиаггьик старениелг клеток, и мы обсудим его позднее.
В клетках млекопитающих иногда происходят мутации, помогающие им бесконечно пролиферировать в культуре в форме «бессмертньгх» клеточных линии. Несмотря на то что это ненормальные клетки, такие клеточные линии широко используются для изучения клегочного цикла (и в клеточной биологии в целом), поскольку они служат неисчерпаемым источником генетически однородных клеток.
Более того, зти клетки достаточно велики для подробных цитологическпх наблюдений событий клеточного цикла, и их удобно использовать для биохимического анализа белков, участвуюпгих в контроле клеточного цикла. Изучение культивированных клеток млекопитающих оказалось особенно по лсзным для исследования молекулярных механизмов, управляющих контролем пролиферации клеток в многоклеточных организмах.
Такие исследования игракл' важную роль не только для понимания нормальных механизмов во многих тканях, но и для понимания потери этих механизмов при раке (см. главу 20). Как мы можем определить, какой стадии клеточного цикла достигла животная клетка? Можно просто посмотреть на живые клетки в микроскоп. В культуре пролиферирующих клеток млекопитающих можно увидеть, что часть клеток округлилась и находится в митозе (см. рис.
17.1!). Другие претерпевают цитокинсз. Дополнительную информацию о клеточном цикле можно получить, окрасив клетки ДНК связывающими флуоресцентными красителями (которые показывают конден. сагтиго хромосом в митозе), или антителами, узнающими специфические клеточные компоненты, например микротрубочки (что позволяет увидеть веретено деления). Точно так же клетки в 5 фазе можно идентифицировать в микроскоп, добавив к ним визуализируемые молекулы, встраиваюгциеся в новосинтсзированную ДНК, например, искусственный аналог тимидина бромдезоксиуридпн (ВгсП1), Кле очныс ядра, в которые встроился Вгс1(), затем визуализируют путем окрашивания анти Вгс((г антитезами (рис.
17.12). Обычно в популяции быстро, но не синхронно пролиферирующих клеток около 30 — 40;; клеток в любой момент времени будет находиться в э-фазе и окра- 17.2. Система контроля клеточного цикпа 1631 Заключение Деление клеток обь>чно начинается с удвоения содержимого клетки, за которым следует распределение этого содержичого по дочерним клеткам. Удвоение хромосоч происходит в 5-фазе клеточного цикла, но остальные компоненты клетки обычно удваиваются на протяжении всего цикла Во время М-фазы реплицированные хромосомы расходятся по ядрам (митоз), и клетка разделяется надвое (цитокинез). Между 5-фазой и М-фазой обычно наблюдаются промежуточные фазы 6, и О, во время которых различные внутриклеточные и внеклеточные сигналы регулируют прохождение по клеточному циклу.
Контроль и организация клеточного цикла высококонсервативны, и исследования разнообразных систем, включая дрожжи, животные зародыши и клетки млекопитаюгцих в культуре, позволили составить унифицированную картину эукариотического контроля клеточного цикла. 17.2. Система контроля клеточного цикла Многие годы клеточные биологи наблюдали за кукольным спектаклем синтеза ДНК, митоза и цитокинеза, но нс имели ни малейшего понятия о том, что находится за занавеской и кто дергает за ниточки.
Система контроля клеточного цикла была черным ящиком, запертым внутри клетки. Прорыв совершен в 80-х гг. ХХ века, когда идентифицировали ключевые белки системы контроля и пришло понимание того, что они отличаются от белков, непосредственно участвуя>щих в процессах репликации ДНК, расхождения хромосом и так далее.
В данном разделе мы сначала рассмотрим основные принципы работы системы контроля клеточного цикла. Затем мы обсудим белковые компоненты этой системы и то, как они работах>т вместе, обеспечивая пространственную и временную координацию событий клеточного цикла. 17.2.1. Система контроля клеточного цикла запускает основные события клеточного цикла Система контроля клеточного цикла действует как таймер или осциллятор, запускающий события клеточного цикла в определешюй заданной последовательности (рис.
17.14). В своей простейшей форме, как в описанных выше эмбриональных клеточных циклах, система контроля напоминает строго запрограммированный таймер, предоставлякнций каждому этапу клеточного цикла фиксированное время. Система контроля в эмбриональных клетках не зависит от событий, которыми она управляет, поэтому ее механизмы временного контроля продолжают работать, даже если зти события не происходят или происходят неправильно. Однако в большинстве клеток система контроля отвечаег на информацию, получаемую от управляемых ею событий. Сенсоры, например, определяют завершение синтеза ДНК, и если какое- либо нарушение не позволяет этому процессу успешно завершиться, контрольной системе посылается сигнал отложить переход к М-фазе. Такие задержки предоставляют время для «починки» аппарата и предотвращают катастрофу, которая может произойти, если цикл преждевременно перейдет на следующий этап, например, если произойдет расхождение нс полностьк> реплицированных хромосом.
Система контроля клеточного цикла основана на взаимосвязанных последовательностях биохимических переключателей, каждый из которых инициирует опредс- 1632 Часть йг. Внутренняя'организация кявУки Рис. 17.14. Контроль клеточного цикла. Система контроля клеточного цикла запускает такие основные процессы клеточного цикла, как репликация ДН К, мигов и цитоки нез. Здесь система контроля представлена как рукоятка вцентре — контроллер, вращающийся почасовой стрелке и запускающий по достижении определенных контрольных точек на внешнем циферблате процессы цикла. Информация о завершении событий клеточного цикла и сигналы среды могут привести к тому, что система контроля остановит цикл в этих точках.
Наиболее важным контрольным точкам соответствуют желптые блоки. ленное событие клеточного цикла. Эта система переключателей обладает многими инженерными свойствами, увеличивающими точность и надежность прохождения клеточного цикла. Во первых, переключатели обычно дыоичны (вкл. выкл.) и необратимо и единовременно запускают события. Очевидно, для клетки было бы очень плохо, если бы такие события, как например, конденсация хром>ком или разрушение ядерной оболочки, только частично инициировались или начинались, но нс завершались.
Во вторых, система контроля клеточного цикла удивительно жесткая и надежная, частично благодаря резервным механизмам и другим свойствам, позволя>ощим системе эффективно функционировать в различных условиях и даже при отказе некоторых компонентов. Наконец, система контроля легко адаптируется и может быть модифицирована под нужды определенного типа клеток или в ответ на специфические внузриклеточные или внсклеточные сигналы. В большинстве эукариотических клеток система контроля запускает про хождение через клеточный цикл в трех основных рсгуляторных переходах, нли М-ци клин О,Г8-цикпин 8-цикпин Озйй ~ мвтафаза-анафаза ~ м $ОД~ Старт О '8 циклин ф$ О,/8-С6К 8-Сбк М-Свк Рис.
17.15.Комплексыциклин-С6ксистемыконтроляклеточногоцикла.Концентрациитрехосноаных типов циклинов колеблются в течение клеточного цикла, тогда как концентрации С6К 1не показано) не изменяются и превышают концентрации циклинов. В поздней О -фазе увеличение концентрации О,/5-цик-лина приводит к образованию комплексов О,/5-С6К, запускающих прохождение через контрольную точку Старт. Комплексы 5-Сбк образуются в начале 5-фазы и инициируют репликацию ДНК и некоторые ранние события митоза. Комплексы М-С61 формируются в О,, но удерживаются в неактивном состоянии механизмами, которые мы опишем позднее.
Эти комплексы активируются в конце О и запускают ранние события митоза. Другой регуляторный белок АРС/С инициирует переход от метафазы к анафазе. 1. С,/Я-циклины активируют Ссйс в поздней О, фазе и способствуют про хожденикт через Старт н, следовательно, входу в клеточный цикл. Их уровень падаег в Я фазе; 2. Я-циклины связывают Ссйс вскоре после прохождения Старта и способствуют удвоению хромосом. Уровень П циклинов остается повышенным до митоза, и эти белки также вносят вклад в контроль некоторых ранних митотических событии; 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
