Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 348
Текст из файла (страница 348)
|688 Част |тг'.Виутренняяорганизациякпвтки передний полюс задний полюс 40 мкм Рис. 17.58. Асимметричное клеточное деление, передающее цитоплазматические компоненты тогшко одной дочерней клетке. Данные световые микрофотографии иллюстрируют контролируемую асимметричную изоляцию цитоплазматических компонентов в одну дочернюю клетку во время первого деления оплодотворенной яйцеклетки нематоды С е!едолз.
Клетка вверху окрашена голубым ДНК связывающим флуоресцентным красителем для визуализации ядра (и полярных телец); клетки наблюдали методами дифференциальной интерференционной контрастной и флуоресцентной микроскопии. Клетки внизу— это те >ке клетки, окрашенные антителами против Р-гранул и наблюдаемые методом флуоресцентной микроскопии. Маленькие Р-гра пулы состоят из РН К и белков и определяют, какие клетки станут половыми.
Они случайным образом распределяются по цитоплазме неоплодотворенной яйцеклетки (не показано), но потом концентрируются на заднем полюсе оплодотворенной яйцеклетки, как показано слева. Плоскость деления ориентирована таким образом, чтобы при дроблении яйцеклетки только задняя дочерняя клетка получила Р-гранулы, как показано справа. Аналогичный процесс повторяется в следующие несколько клеточных делений, благодаря чему Р-гранулы оказываются только в тех клетках, которые станут яйцеклетками или сперматозоидами, (С любезного разрешения 5озап 5тгогпе.) '| 7.5.8.
стт-фаза — ато стационарное состояние неактивности Сд(с Ключевым регуляторным соГ>ытием поздней М фазы является инактивация Ссйс, зависящая в основном от АРС С.зависимого разрушения цикзинов. Как описано ранее в данной главе, инактивация Ссйс в поздней М. фазе выполняет множество функции: она запускает события позднего митоза, стимулирует цнтокинез и спосоГ>ствует синтезу пререпликативных комплексов в точках начала репликации ДИК. Она также служит механизмом вгкстановления системы контроля клеточ>юго цикла в состоянии неактивности Ссйс, позволяющем клетке подготовиться к ново му клеточному циклу.
В большинстве клеток такое состояние инактивации Сгйс приводит ко вхо>пг в промежуточную фазу Сн во время коп>(юй клетка растет и наблюдает за своим окружением в ожидании следующего деления. В ранних зародышах животных инактивация М Ссйс в позднем митозе происходит за счет работы Сс(020 АРС С, рассмотренного ранее. Вспомним, однако, 1690 'Честь 11/. Внутренняя пргенизецня клетки Рнс. 17.60. УС>ановленне б,-фазы ну>ем стабнлыкно ннгнбнровання С6)>после мнгоза.
а) В ранних эмбриональныхх клеточных циклах активность Сбс20-АРС/С усиливается в конце метафазы, запуская разрушение М-цнклннов. Поскольку активность М-С6)г стимулирует активность С6с20-АРС/С, потеря М-цнклннов приводит к ннактнвацнн АРС/С после мнтоза, что позволяет клетке снова накапливать М-цнклнны. б) В клетках, у которых есть бкфаза, падение активности М-С6>г в позднем мнтоэе приводит к активации С6Ь1-ДРС/С 1н накоплению белков-ннгнбнторов С6>г; не показано). Благодаря этому активность Сбх после мнтоэа непрерывно подавляется, что необходимо для установления бифазы.
а) амбрионвпьнывзэиткн'бава,-Фазы. б) кпв>хи с О~-.сбаа>>й СсП>1 является близким родственником Сс1с20. Несмотря на то что Сс)с20 и Ссй>1 оба связывают и активируют АРГ С, меж ду ними суп1ествует одно принципиалыюе различие. Тогда как М Ссйс активирует комплекс Сс)с20 АРС С, она ингибиру ет комплекс Ссй>1 АРС С путем прямого фосфорилирования Сс1Ы. В результате активнг>сть Сей>1 АРС'~'С усиливается в позднем митозе, пг>еле того как комгшекс Сс)с20 АРГ С инициирует разрушение М циклина. Таким образом, разрушение М циклина продолжается и после митоза: несмотря на снижение активности Сс1с20 АРС С, активность ССП>1 АРГ С остается высокой (рис.
17.60, б). Второй механизм, подавляющий активность Ссйс в Си зависит от увеличения синтеза СК1, рассмотренных ранее белков ингибиторов Сс))с. Клетки почкующихся дрожжей, в которых этот механизм наиГюлее изучен, несут белок СК1, называющийся 5гг/. з>с1 связывает и инактивирует М Ссйс в позднем митозе и С > фазе. Как и Сс1Ы, ЯС1 ингибируется М ССПс, которая фосфорилирует его во время митоза и, таким об разом, способствует его убиквитинированию белком ПСЕ. В результате о>с1 и М Ссйс, как и пара Сс1Ы и М Ссйс, ингибируют друг друга. Таким образом, происходящее в позднем митозе снижение активности М Ссйс приводит к накоплению белка Вю1, и этот СК1 поддерживает низкую активность М Ссйс после митоза.
Возможно, белок СК1 />27 (см. Рис. 17.19) выполняет аналогичную функцию в животных клетках. В болыпинстве клеток снижение транскрипции генов М циклинов также инакти вирует М Ссйс в позднем митозе. В почкуюшихся дрожжах, например, М Ссйс стиму лирует экспрессии> этих генов, что приводит к формирс>ванин> петли положительной обратной связи. Эга петля выключаегся, когда клетка выходит из м>ггоз: инактивация М Ссйс белками Сс)Ы и Яс1 приводит к снижению транскрипции генов М циклинов и, следовазельно, к снижению синтеза М циклинов. Белки регуляторы генов, спо соС>ствующие экспрессии С> Я- и Я циклинов, также ингибируются в С, фазе.
Таким образом, благодаря активации Сс)й) АРС С, накоплению СК1 и снижению экспрессии генов циклинов ранняя Сэ> фаза представляет собой состояние, в котором практически вся активность Ссйс подавлена. Как и во многих других аспектах контроля клеточного цикла, использование множественных регулятор- 17.6. Регуляция деления и росте клеток 1691 ных механизмов делает систему подавления жесткой, что позволяет ей сохранять значительную эффективность даже после потери одного из механизмов. Как же тогда клетка покидает это устойчивое состояние О, и начинает новый клеточный цикл? Ответ состоит в том, что активность ОгlЯ-СпК усиливающаяся в поздней О,-фазе, снимает все тормозные механизмы, подавляющие активность Сдк. Этот процесс мы рассмотрим в следующем разделе.
Заключение После того как митоз оканчивается образованием двух дочерних ядер, цитокинез завершает клеточный цикл, разделяя саму клетку. Цитокинез зависит от расположенного посередине между разошедшимися хромосомами кольца актина и миозина, сокращающегося в позднем митозе. В животных клетках расположение сократительного кольца определяется сигналами, исходящими из микротрубочек анафазного веретена деления. Дефосфорилирование мишеней Сдгг, приводящее к инактивации Сд)г в анафазе, запускает цитокинез в нужное время после анафазы.
После цитокинеза клетка входит в устойчивое состояние Ое характеризующееся низкой активностью Сд1г, и ожидает сигналов начала нового клеточного цикла. 17.6. Регуляция деления и роста клеток Оплодотворенная яйцеклетка мыши и оплодотворенная яйцеклетка человека одинаковы по размеру, но они дают начало очень разным животным. Какие факторы контроля поведения клеток в людях и мышах отвечают за эти различия? Этот же вопрос можно задать про любой орган или ткань организма животного. Какие факторы контроля клеточного поведения отвечают за длину хобота слона или размеры его печени или мозга? На эти вопросы не существует однозначных ответов, по крайней мере потому, что им уделялось значительно меньше внимания, чем другим вопросам биологии клеток и развития. Однако можно сказать, из чего будут складываться ответы на зти вопросы.
Размер органа или организма в основном зависит от общей массы его клеток, которая определяется числом клеток и их размером. Число клеток, в свою очередь, зависит от числа клеточных делений и клеточных смертей. Таким образом, размеры органа и организма определяются тремя фундаментальными процессами: клеточным ростом, клеточным делением и клеточной смертью. Все эти процессы точно регулируются как внутриклеточными программами, так и внеклеточными сигнальными молекулами, контролирующими эти программы.
Внеклегочные сигнальные молекулы, контролирующие размеры и число клеток, обычно представляют собой растворимые секретируемые белки, связанные с поверхностью клеток, или компоненты внеклеточного матрикса. Их можно условно подразделить на три основных класса. 1. Митогены стимулируют клеточное деление за счет инициации волны активности С г~ Я-СдК инактивирующего внутриклеточные отрицательные регуляторы, которые в противном случае блокируют прохождение через клеточный цикл.
2. Факторы роста стимулируют рост клеток (увеличение клеточной массы), способствуя синтезу белков и других макромолекул и ингибируя их деградацию. 3. Факторы выживания способствуют выживанию клеток путем подавления формы запрограммированной клеточной смерти — апоптоза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
