Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 350
Текст из файла (страница 350)
17.62). Данная система контроля транскрипции, как и многие другие регулирующие клеточный цикл системы контроля, включает в себя петли обратных связей, делающие переход Сг/В более резким. Высвобожденные белки Е2Р, например, усиливают транскрипцию своих собственных генов.
Более того, Е2Р-зависимая транскрипция генов С,~'В-циклина (циклина Е) и Я-цнклина (циклина А) приводит к повышению активности О,,~Я-Сс!й и Я-Сой, которая, в свою очередь, увеличивает фосфорилирование КЬ и способствует дальнейшему высвобождению Е2Р (см. Рис. 17.62). Главный представитель семейства КЬ, сам белок КЬ, идентифицировали при изучении формы наследственного рака глаз у детей, известного как ретинобластома (см.
главу 20). Потеря обеих копий гена КЬ приводит к избыточной пролиферации развивающейся сетчатки, что указывает на особую роль белка КЬ в ограничении клеточного деления в этой ткани. Полная потеря КЬ не сразу вызывает увеличение пролиферацин клеток сетчатки или других типов клеток, с одной стороны, потому, что СдЬ1 и СК1 также способствуют ингибированию прохождения через Оо а с другой— потому, что другие типы клеток содержат родственные КЬ белки, обеспечивающие дополнительную поддержку в отсутствие КЬ.
Также существует вероятность того, что другие, неродственные КЬ белки, также регулируют активность Е2Р. Дополнительные уровни контроля способствуют огромному увеличению активности Я-Сок в начале Я-фазы. Ранее мы упоминали, что активатор АРС,1С Сс(Ь1 Йаз активация белка-регулятора генов ЦИТО ЯДРО нмю" ким~ ~шит белок- регулятор генов заде(аквжюпт отак(в' ьгй СИНТЕЗ 4» ДНК ина беп инакгивированный белок ЯЬ Рис. 17.62.
Механизмы, контролирующие вхождение в клеточный цикл и инициацию 5-фазы в животных клетках. Как обсуждалось в главе 15, митогены связываются с поверхностными рецепторами и инициируют внутриклеточные сигнальные пути. Один из основных путей включает в себя активацию малой 6ТРазы Ваз, которая активирует МАР-киназный каскад, приводящий к усилению экспрессии многочисленных немедленно-ронннх генов, включая гены, кодирующие регуляторный белок Мус.
Мус усиливает экспрессию генов задержонного оптеета, включая гены, приводящие к повышению активности 6г-СЖ (циклина О-С%4), запускающего фосфорилирование белков семейства ВЬ. Зто инактивирует белки ВЬ, высвобождая белок-регулятор генов Е2Г, активирующий транскрипцию генов 6,/5, включая гены 6т/5-цикяина (циклина Е) и 5-циклина (циклина А). Активность 6 /5-СЖ и 5-Сгйг еще больше усиливает фосфорилированне белков ВЬ, создавая петлю положительной обратной связи. Белки Е2Г также стимулируют транскрипцию собственных генов, формируя еще одну петлю положительной обратной связи.
1696 Часть 1Ч. Внутренняя организация клетки подавляет циклины после митоза. Однако в животных клетках б,— и б,, 5-циклины устойчивы к Сс(Ы и, следовательно, могут независимо от АРС,~С стимулировать фосфорилирование белка КЬ и экспрессию Е2Г-зависимых генов. Б-иклинн, с другой стороны, чувствителен к СпЫ, и сначала его концентрация снижается за счет действия СЙЫ -АРС,''С.
Однако б,,~5-С<Нс также фосфорилируют и инактивируют Сс1Ы-АРС/С, позволяя 5-циклину накапливаться и способствовать активации 5-Сс1й. Обший эффект всех этих взаимодействий состоит в быстрой и полной активации комплексов 5-Сс1й, необходимых для инициации 5-фазы. 17.6.4. Повреждение ДНК блокирует клеточное деление: ответ на повреждение ДНК Прохождение клеточного цикла и, следовательно, скорость пролиферации клеток контролируются не только внеклеточными митогенами, но и другими внеклеточными и внутриклеточными механизмами. Одно из наиболее важных влияний оказывает повреждение ДНК, которое может стать результатом самопроизвольных химических реакций в ДНК, ошибок репликации или воздействия радиации или определенных химических веществ.
Очень важно, чтобы клетка рспарировала поврежденные хромосомы до их удвоения или расхождения. Система контроля клеточного цикла быстро обнаруживает повреждение ДНК и останавливает цикл в одной из двух контрольных точек — Старте в поздней С,-фазе, не позволяющей клетке войти в цикл и 5-фазу, и в точке б УМ, не дающей начаться раннему митозу (см. рис.
17.21). Повреждение ДНК инициирует сигнальный путь, активируя одну из пары родственных протеинкиназ, носящих название АТМ и АТК. Эти киназы связываются с поврежденным участком и фосфорилируют различные белки-мишени, включая две другие протеинкиназы Сйя1 и Сйя2. Вместе эти кинааы фосфорилируют белки- мишени, вызывающие остановку клеточного цикла. Основной мишенью является белок-регулятор генов р53, стимулируюший транскрипцию гена, кодируюшего белок СК1 р21; р21 связывается с комплексами б,~'Я-Сдй и 5-Сс(й и ингибирует их активность, способствуя блокировке вхождения в клеточный цикл (рис.
17.63). Повреждение ДНК активирует р53 по непрямому механизму. В неповрежденных клетках р53 очень нестабилен и присутствует в очень низкой концентрации. Это во многом является результатом его взаимодействия с другим белком, Мдт2 — убиквитин-лигазой, направляющей р53 в протеасомы для разрушения. Фосфорилирование р53 после повреждения ДНК снижает его связывание с Мйп2. В результате снижается деградация р53, и его концентрация в клетке возрастает. Более того, уменьшение связывания с Мйп2 усиливает способность р53 стимулировать транскрипцию генов (см.
рис. 17.63). Протеинкиназы Сйй1 и Сйй2 также блокируют клеточный цикл за счет фосфорилирования представителей семейства протеинфосфатаа Сдс25 и ингибирования их функции. Как описывалось ранее, эти киназы особенно важны для активации М-Сдй в начале митоза (см. рис. 17.25). Таким образом, ингибирование активности Сдс25 повреждением ДНК способствует блокировке вхождения в ранний митоз (см. рис. 17.21). Ответ на повреждение ДНК также определяет проблемы, связанные с нарушением работы репликационной вилки при репликации ДНК. Например, при истощении запасов нуклеотидов во время фазы элонгации синтеза ДНК репликационная вилка останавливается.
Чтобы клетка не попыталась разделить частично реплици- 17.6. Регуляция Деления и роста. Клеток 1697 рентгеновские лучи ДНК повреждение и и днк активация киназы АТМIАТгт активация анналы СПК1/СПК2 ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ 53 Мдгп2 г ъгг - стабильный, „, активный р53 АКТИВНЫЙ о53 СВЯЗЫВАЕТСЯ г г С РЕГУЛЯТОРНЫМ УЧАСТКОМ ГЕНА р21 Ыгх ген р21 УБИКВИТИНИРОВАНИЕ ""'ВВЫСЬ ТРАНСКРИПЦИЯ ПАНСЛЯЦИЯ ~ рг1 АКТИВНЫЙ НЕАКТИВНЫЙ О,/8-СОК и В-СОК ОУВ-Сок и В-СОК образуют комплексы с р21 Рис. 1763.
Как повреждение ДНК останавливает клеточный цикл в В . При повреждении ДНК различные протеи нкиназы рекрутируются к сайту повреждения и инициируют сигнальный путь, вьвывающий остановку клеточного цикла. Первой киназой, приходящей в сайт повреждения, является АТМ нли АТК а зависимости аттила повреждения. Затем рекрутируются и актиаируются дополнительные протеинкиназы, носящие названия СПК1 и СПК2, что приводит к фосфорилироаанию белка-регулятора генов р53.
В норме Мбго 2 связывает р5 3, уби нанти ни рует его и направляет на деградацию в протеосомах. Фосфорнлироеание р53 блокирует его связывание с Мбгп2; а результате р53 накапливается и стимулируеттранскрипцию гена, кодирующего СКРбелок р21. Р21 связывает и инактиеирует комплексы бт/5-Сг11 и 5-Сбц останавливая цикл в бк В некоторых случаях повреждение ДНК также запускает фосфорилироаание Мдгп2 или снижение его синтеза, что тоже увеличивает концентрацию р53 (не показано). 1698 Часть 1Ч. Внутренняя организация клетки рованные хромосомы, те же механизмы, которые отвечают на повреждение ДНК, обнаруживают остановившуюся репликационную вилку и блокируют вхождение в ранний митоз до тех пор, пока проблемы с вилкой не будут решены.
Ответ на повреждение ДНК не является жизненно важным для нормального деления клеток, если условия среды идеальны. Однако условия редко идеальны: низкий уровень повреждения ДНК присутствует во всех клетках, и это повреждение накапливается в потомстве клетки, если ответ на него не функционирует. За продолжительное время накопление генетических ошибок в клетках, лишенных ответа на повреждение ДНК, приводит к увеличению частоты вызывающих рак мутаций. В самом деле, мутации гена р53 свойственны по крайней мере половине раков человека (см. главу 20). Потеря функции р53 позволяет раковой клетке накапливать мутации, Точно так же редкое генетическое заболевание атаксия-телеангиэктазия вызывается дефектом АТМ, одной из протеинкиназ, активирующихся в ответ на вызванное рентгеновским излучением повреждение ДНК; страдающие этим заболеванием очень чувствительны к рентгеновским лучам и характеризуются повышенной частотой развития рака.
Что происходит, если повреждение ДНК настолько сильное, что репарация невозможна? Ответ отличается для разных организмов. Одноклеточные организмы, например почкующиеся дрожжи, временно останавливают клеточный цикл и пытаются устранить повреждения, но цикл возобновляется, даже если репарация не закончена. Для одноклеточного организма жизнь с мутациями, по-видимому, лучше, чем никакой жизни. Однако в многоклеточных организмах здоровье всего организма важнее жизни отдельной клетки. Клетки, делящиеся со значительным повреждением ДНК, угрожают жизни организма, поскольку генетические ошибки часто могут привести к раку и другим заболеваниям. Таким образом, животные клетки со значительным повреждением ДНК не пытаются продолжить деление и кончают жизнь самоубийством, претерпев апоптоз. Следовательно, если повреждение ДНК не устранено, ответ на повреждение может привести к остановке клеточного цикла или к клеточной смерти.
Как мы обсудим в следующей главе, вызванный повреждением ДНК апоптоз зависит от активации р53. Стимулирующая апоптоз функция р53 играет важнейшую роль в защите нас от рака. 17.б.5. Многие клетки человека обладают встроенным ограничением на число делений Многие клетки человека делятся ограниченное число раз, после чего претерпевают постоянную остановку клеточного цикла. Популяция фибробластов, выделенных из нормальной ткани человека, например, при культивировании в стандартной митогенной среде удваивается всего 25 — 50 раз. К концу этого времени пролиферация замедляется и, наконец, останавливается, и клетки навсегда входят в неделящееся состояние.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
