Приложение Онкофорум.ру для iOS и Android

Русский онкологический форум теперь в вашем телефоне!

Получите ссылку на скачивание приложения

Укажите адрес электронной почты

Ссылка для скачивания отправлена

×
  • 16 февраля, 15:23
  • 1794
  • 0

Фазы клеточного цикла

Фазы клеточного цикла

Клеточный цикл представляет собой период, который проходит каждая клетка от образования до гибели или деления (митоза). Продолжительность клеточного цикла зависит от вида клетки.

К быстроразмножающимся клеткам организма относятся кроветворные клетки, а также базальные клетки эпидермиса и тонкой кишки. Их клеточный цикл составляет от 12 до 36 часов. В клеточном цикле принято выделять два основных периода: интерфаза (подготовка к делению клетки) и фаза М (митоз или деление клетки). В свою очередь фазы клеточного цикла, начиная с интерфазы и заканчивая фазой М, включают несколько периодов. Описание фаз клеточного цикла основывается на результатах микроскопических исследований с микровидеосъемкой, световой микроскопии окрашенных и фиксированных клеток.

Интерфаза: период G1 (пресинтетический)

Пресинтетический период G1 наступает сразу после деления клетки. В этом периоде клетка имеет диплоидное содержание ДНК на одно ядро, т.е. в клетке содержится двойной набор хромосом. Генетический материал пребывает в виде слабо спирализованных цепей ДНК или хроматина. В пресинтетическом периоде генетический материал клетки не копирован и клетка только начинает подготовку к репликации ДНК.

В периоде G1 клетка начинает расти и увеличиваться в размерах за счет накопления клеточных белков. Также клетка синтезирует мРНК. Таким образом клетка готовится к синтезу ДНК и последующему митозу.

На развитие клетки в периоде G1 и других фазах могут влиять факторы роста: температура, питательные вещества, пространство для роста. Нормальный синтез  мРНК и белков происходит за счет достаточного количества аминокислот. А продуктивный рост клеток обеспечивает нормальная физиологическая температура тела.

Клетка готова к переходу в следующую фазу после достижения ею определенных размеров и синтезирования всех необходимых белков. 

Интерфаза: период S (синтез ДНК)

В периоде S происходит репликация (синтез или копирование) ДНК. Точность синтеза ДНК важна для предотвращения появления генетических аномалий, которые ведут к нарушению работы клетки или ее гибели. Поэтому регуляторные процессы периода S клеточного цикла очень консервативны. 

В течение периода S интенсивно синтезируются РНК и белки, которые связанны с ДНК. Они необходимы для строения  новой хроматиды. Осуществляют синтез этих белков, свободные рибосомы, которые не связанны с эндоплазматической сетью.

Целью репликации ДНК является создание двух идентичных хроматид. Дочерние копии ДНК синтезируются на каждой материнской нити. Репликация ДНК начинается в конкретных участках, которые называются ori. У млекопитающих насчитывается около 100 ori на каждой ДНК. Синтез распространяется от точек ori в две стороны по нитям ДНК.

В клетке в периоде G1 закладываются специальные пререпликационные комплексы, которые препятствуют синтезу более одной хромосомы в ДНК. Эти комплексы разбираются перед началом репликации в периоде S. На нитях ДНК разрушаются специальные белки, которые предотвращают прикрепление репликационного аппарата к ДНК после начала синтеза.

Кроме репликации ДНК, в периоде S также происходит удвоение центриолей клеточного центра. Материнская центриоль строит в клетке новую центриоль, дочернюю. Материнская центриоль задействована в сборке микротрубочек. 

Интерфаза: период G2 (постсинтетический)

Окончание стадии S является началом стадии G2. Постсинтетический период – это финальная стадия интерфазы клеточного цикла. В этом периоде происходит интенсивное деление митохондрий и процессы биосинтеза, а также концентрация энергетических запасов. В периоде G2 клетка  заканчивает приготовления к митозу.

В периоде G2 синтезируется иРНК, необходимая для прохождения митоза. Также синтезируется РНК рибосом, которые определяют деление клетки. Кроме того, в это же время синтезируются белки митотического веретена - тубулина. Синтез РНК резко снижается в конце периода G2 и полностью прекращается во время митоза.

Перед митозом в конце периода G2 происходит окончательная проверка размеров клетки, полнота репликации и целостности ДНК. 

Митоз

Деление клетки наступает после успешного прохождения ею всех этапов интерфазы. Деление клетки подразумевает образование двух идентичных дочерних клеток из родительской. Во время митоза происходит делений ядра клетки с сохранением числа хромосом. В каждом ядре дочерних клеток находится одинаковый с родительским набор хромосом. После деления ядра происходит деление самой клетки. В митозе выделяют четыре стадии, основываясь на внешний вид хромосом: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

Профаза. Для профазы характерно утолщение и укорочение  хромосом как результат их спирализации. В этот период двойные хромосомы состоят их связанных между собой сестринских хроматид. Параллельно со спирализацией пропадает ядрышко и распадается на отдельные фрагменты ядерная оболочка. После ликвидации ядерной оболочки хромосомы свободно лежать в цитоплазме. Во время профазы центриоли клетки расходятся к ее полюсам. Веретено деления начинает формироваться в конце профазы. Оно образуется из микротрубочек с помощью полимеризации белковых субъединиц

Метафаза. Завершение формирования веретена деления происходит в метафазе. Веретено деления состоит их хромосомных и центросомных микротрубочек. Хромосомные микротрубочки связываются с центромерами хромосом, а центросомные – тянутся от полюса к полюсу клетки. К микротрубочкам веретена деления прикреплена каждая двойная хромосома, и они выталкиваются микротрубочками, стремясь расположиться на равных расстояниях от полюсов клетки. Находясь в одной плоскости, они образуют метафазную пластинку. В этот период очень хорошо видно двойное строение хромосом.

Анафаза. В периоде анафазы дочерние хромосомы растягиваются к полюсам клетки с помощью микротрубочек веретена деления. Дочерние хромосомы несколько изгибаются, что позволяет им расходиться к полюсам. Анафаза характеризуется наличием в клетке двух диплоидных наборов хромосом.

Телофаза. В телофазе происходит раскручивание хромосом. Они раздуваются, и их строение становятся плохо видно под микроскопом. У каждого полюса вокруг хромосом формируется ядерная оболочка из мембранных структур цитоплазмы. В ядрах появляются ядрышки. Веретено деления начинает разрушаться. В телофазе осуществляется разделение цитоплазмы и формирование двух клеток. 

Регуляторы клеточного цикла

Фазы клеточного цикла регулируются с помощью вне- и внутриклеточных механизмов. Внеклеточные механизмы обусловлены влиянием факторов роста, цитокинов, нейрогенных и гормональных стимуляторов. Каждая фаза клеточного цикла и их последовательная смена осуществляются под действием особых белков цитоплазмы: циклинов и циклин-зависимых киназ.

Циклины – это специфические ферменты, которые активируют циклин-зависимые киназы. Внутриклеточная концентрация циклинов меняется в зависимости от стадии прохождения клеточного цикла. Циклины активируют циклин-зависимые киназы в результате взаимодействия их молекул. Образование молекулярного комплекса происходит при максимальной концентрации циклина. Существует несколько видов циклинов, которые имеют ключевое значение в смене фаз клеточного цикла. Увеличение концентрации каждого из них является сигналом для прохождения в очередной период клеточного цикла. Максимальная концентрация  циклина Е происходит при переходе в период S; концентрация циклина А – при переходе в период G2; концентрация циклина В – при переходе в период М. В процессе клеточного цикла каждый циклин в свое время разрушается протеасомами.

Циклин-зависимые киназы – это разновидность белков, которые регулируются циклином и циклиноподобными молекулами. Циклин-зависимые киназы регулируют транскрипцию и процессинг мРНК, а также участвуют в процессе смены фазы клеточного цикла. Каждая циклин-зависимая киназа активируется соответствующим циклином. При этом циклин-зависимые киназы, в основном,  имеют схожее строение и отличаются только способом сочетания циклинов. В отличие от циклинов, уровень циклин-зависимых киназ остается более-менее стабильным на протяжении всех периодов клеточного цикла.

Совместная работа циклинов и циклин-зависимых киназ выглядит следующим образом:

1.Циклин Д синтезируется в ответ на пролиферативный стимул.

2.Циклин Д связывается со специальной циклин-зависимой киназой, и запускает  работу транскрипционных факторов, которые участвуют в синтезе циклина Е, циклина А и синтезе ДНК.

3.Циклин Е связывается с соответствующей циклин-зависимой киназой и запускает период  S.

4. Циклин В с активированной циклин-зависимой киназой инициируют переход в период митоза.

5.Период митоза заканчивается после разрушения комплекса циклина В с циклин-зависимой киназой. 

Контрольные точки клеточного цикла

Завершение каждого периода клеточного цикла проходит через определенные контрольные точки. Данные контрольные точки необходимы для «проверки качества» прохождения конкретного периода. Если результаты проверки удовлетворительны, клетка допускается  к следующему периоду. В контрольных точках проверяются возможные повреждения элементов клетки, и при их наличии клетка остается в этом периоде до исправления повреждений.

В клеточном цикле существуют четыре основных контрольных точки:

1.Точка в G1 перед переходом в период S. В этой точке проверяются повреждения ДНК.

2.Точка в S перед переходом в G2. Здесь проверяется правильность репликации ДНК.

3.Точка в G2 перед митозом. Это последняя проверка состояния клетки перед началом ее деления. В точке G2 еще раз проверяются возможные нарушения, которые могли быть допущены на всех предыдущих этапах.

4.В митозе между метафазой и анафазой также есть контрольная точка. Происходит проверка биполярного прикрепления хромосом. Специальный комплекс стимуляции анафазы дает разрешение на завершение митоза и восстановления интерфазного ядра.

Контроль прохождения точек осуществляет комплекс внутриклеточных протеинов. При наличии повреждений в контрольной точке G1/ S запускается репарация ДНК. Клетка исправляет химические повреждения и разрывы молекул  ДНК. Если исправление повреждений не происходит в контрольной точке G2/Митоз, то запускается процесс апоптоза – регулируемый процесс клеточной гибели.

При нарушении работы клеточного цикла возникают опухолевые образования. Онкогенными мутациями генов называются те, которые приводят к кодированию и инактивации внутриклеточных протеинов, отвечающих за контроль качества структуры ДНК. Опухолевыми и протоонкогенами являются белки p53, pRb, Myc и Ras. В норме белок р53 при обнаружении повреждений структуры ДНК, стимулирует синтез циклин-зависимого ингибитора киназ р21, который останавливает развитие клетки в периодах G1 и G2. Если нарушения необратимы, то белок  р53 инициирует процесс апоптоза.  Благодаря этому поврежденная клетка не вступает в период S. Блокада генов белка р53 или их изменение способствует появлению мутированных клеток. Большинство их них не жизнеспособны, однако некоторая часть дает начало злокачественным образованиям.






Читаете также

  • 31 мая, 17:10

    Миосаркома

    Миосаркома – злокачественное новообразование, развивающееся из клеток мышечной ткани. Опухоль может развиваться как из гладкой,...

  • 26 февраля, 17:34

    Саркома матки

    Саркома матки относится к так называемым «немым» опухолям, длительное время никак себя не проявляющим. Это...

  • 26 февраля, 17:30

    Саркома кости

    Одним из видов злокачественных новообразований, поражающих кости скелета, является саркома. Это заболевание характеризуется быстрым течением...

Рекомендовано

Клиника факультетской хирургии им. Н.Н. Бурденко

В течение года в отделении проходят обследование и лечение более 1300 человек. Ежегодно сотрудники выполняют свыше 1500 оперативных вмешательств. Профессора,...

Вопросы онкологам

Потапенко Всеволод Геннадьевич

Онкогематолог

Задать вопрос

Личные истории

  • ledijane
    03.12.2016 12:39:26

    Алекс-Юстасу!Требуется расшифровка ИГХ)

    Други,всем приятной субботы!Знаю,что напрягаю в выходные,но требуется помощь в расшифровке ИГХ.з
    Зн...

  • helenazolotse1
    02.12.2016 12:03:05

    Делемма

    Всем,привет!У меня с анализами беда опять.Тромбоциты,сука,не поднимаются-всего 100,при этом гемоглоб...

  • 2irina
    02.12.2016 10:45:22

    Результат ПЭТ

    Принципиальных изменений в туловище нет. В печени второй подозрительный очаг НЕ накапливает препарат...

Перейти в блог

Комментарии (0)

Оставить комментарий
Ваш комментарий будет первым.
@Mail.ru .