Клеточный цикл

КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ

Клеточный цикл — это период жизни клетки от одного деления до другого или от деления до смерти. Клеточный цикл состоит из интерфазы и митоза.

Интерфаза состоит из 3-х периодов:

·  пресинтетического или G1-периода,

·  синтетического или S-периода и

·  постсинтетического или G2-периода.

После G2-периода клетка вступает в митоз.

Если клетка не делится, то она вступает в период покоя, или G0-период. Если клетка, находящаяся в G0-периоде, снова будет делиться, то она выходит из G0-периода и вступает в G1-период. Таким образом, если клетка находится в G1-периоде, то она обязательно будет делиться. Если клетка находится в S - и G2-периодах, то в ближайшее время она обязательно вступит в митоз.

G1-период может продолжаться от 2–4 ч до нескольких недель или даже месяцев. Продолжительность S-периода варьирует от 6 до 8 ч, а G2-периода — от нескольких часов до получаса. Длительность митоза — от 40 до 90 минут. Самой короткой фазой митоза является анафаза.

G1-период характеризуется высокой синтетической активностью (происходит активная транскрипция и трансляция), благодаря которой клетка вырастает до объема материнской клетки и выполняет свои функции. В конце G1-периода клетка проходит специальный этап (точка рестрикции, R-пункт), после которого клетка в течение нескольких часов вступает в S-период. Период времени между R-точкой и началом S-периода можно рассматривать в качестве подготовительного для перехода в S-период.

В S-периоде происходит репликация ДНК. Все остальные реакции, происходящие в это время, направлены на обеспечение синтеза ДНК — синтез гистоновых белков, синтез ферментов, регулирующих и обеспечивающих синтез новых нитей ДНК.

В G2-период происходит синтез белков микротрубочек веретена деления и АТФ, необходимых для процесса митоза.

РЕГУЛЯЦИЯ КЛЕТОЧНОГО ЦИКЛА

Прохождение клетки по всем периодам клеточного цикла строго контролируется специальными регуляторными белками, которые обеспечивают следующие этапы:

1) прохождение клетки по определенному периоду клеточного цикла и

2) переход из одного периода в другой.

Регуляцию клеточного цикла осуществляют специальные белки-ферменты — циклин-зависимые протеинкиназы (cdk). Они регулируют активность генов, ответственных за прохождение клетки по тому или иному периоду клеточного цикла. Все они присутствуют в клетке постоянно независимо от периода клеточного цикла. Для работы циклин-зависимых протеинкиназ требуются специальные белки циклины. Циклины присутствуют в клетках не постоянно. Синтез каждого типа циклинов происходит в строго определенный период клеточного цикла. (Табл.).

Таблица. Регуляция клеточного цикла

Период клеточного цикла	Регулирующие белки
G1-период	Cdk4/6 + циклин D1, cdk5 + циклин D3
R-пункт периода G1	cdc2 + циклин С
Переход из G1- в S-период	cdk2 + циклин Е
Переход из S - в G2-период	cdk2 + циклин А
Переход из G2-периода в митоз (М-период)	cdc2 ( cdk1) + циклин В
Циклин H + cdk7 необходим для фосфорилирования и активации cdc2 в комплексе с циклином В

АПОПТОЗ

Апоптоз представляет собой вариант клеточной смерти, которая происходит в нормальных физиологических условиях, когда сама клетка является активным участником этого процесса.

Апоптоз наиболее часто наблюдается в течение обычного клеточного обновления, при поддержании тканевого гомеостаза, в эмбриогенезе, при индукции и поддержании иммунологической толерантности, тканевой атрофии. При апоптозе происходит гибель только отдельных клеток, а не группы клеток.

До наступления морфологических изменений в клетках, вступающих в апоптоз, происходит необратимая фрагментация геномной ДНК. В большинстве клеток фрагментацию ДНК вызывают ферменты ядерные эндонуклеазы, которые избирательно разрезают участки ДНК, локализованные между нуклеосомами (линкерные участки ДНК), что приводит к образованию моно - и олиго-нуклеосомных фрагментов ДНК.

Клетки, входящие в апоптоз, сначала теряют свою форму и становится округлыми, а потом наступает сморщивание цитоплазматической мембраны, но без нарушения проницаемости. Далее происходит агрегация хроматина около ядерной оболочки, образование клеточных перетяжек и расщепление цитоплазмы и ядра на несколько окруженных мембраной частей (апоптотические тельца). Каждая их них содержит морфологически интактные органеллы и ядерный материал. Апоптотические тельца быстро распознаются и фагоцитируются макрофагами или другими соседними клетками. Удаление апоптотических телец протекает без возникновения воспалительной реакции. In vitro апоптотические тельца и оставшиеся клеточные фрагменты набухают и затем лизируются.

Апоптоз индуцируется физиологическими стимулами и регулируется специальными генами и их продкутами, например Cip1, Bax, Daax, FAF-1, FADD, TRADD, RAIDD, RIP, SIVA, FLIP, CAS, TIA-1/TIAR, TDAG51, p53, Fas/Apo-1, Bcl-2, Bad, Bag1, fos, myc.