Fő tartalom

Tantárgy/kurzus: Biológia > 8. témakör

4. lecke: A sejtciklus szabályozása, a rák és az őssejtek

A sejtciklus ellenőrzési pontjai

Hogyan építenek be a sejtek ellenőrzési pontokat a sejtciklus szabályozása érdekében: ellenőrzési pontok a G1 és a G2 fázis végén, valamint a mitózis M ellenőrzési pontja.

Bevezetés

Ahogy a sejtek haladnak előre a sejtciklusban, vajon szépen átlibbennek-e egyik fázisból a másikba? Ha ráksejtekről van szó, akkor a válasz esetleg igen. A többi sejt sejtciklusa azonban szigorúan szabályozott. Saját belső állapotukra vonatkozó információkat és környezetükkel kapcsolatos jeleket is mérlegelnek a sejtosztódás felé vezető úton felmerülő döntési helyzetekben. Ez a szabályozás biztosítja, hogy a sejtek nem kezdenek el osztódni kedvezőtlen körülmények között (például ha a DNS-ük károsodott, vagy ha fizikailag nincs több hely az adott szövetben vagy szervben).

A sejtciklus ellenőrzési pontjai

Az ellenőrzési pontok az eukarióta sejtciklus azon szakaszai, amelyek során a sejtek megvizsgálják a külső és belső környezetre vonatkozó információkat, és „döntenek” a sejtciklus következő szakaszába történő belépésről.

Számos ellenőrzési pont létezik, de a három legfontosabb a következő:

A G $_{1}$ ‍ ellenőrzési pont a G $_{1}$ ‍/S átmenetnél.
A G $_{2}$ ‍ ellenőrzési pont a G $_{2}$ ‍/M átmenetnél.
Az M ellenőrzési pont a mitózis metafázisa és anafázisa között.

A G $_{1}$ ‍ ellenőrzési pont

A G $_{1}$ ‍ ellenőrzési pont az egyik fő döntési helyzet a sejtek életében: el kell dönteniük, hogy osztódnak-e vagy sem. A G

_{1}

ellenőrzési pont átlépése visszafordíthatatlan elköteleződést jelent a sejtosztódás irányába. Ez azt jelenti, hogy ha egy hiba (például hogy károsodott a DNS, vagy hiba történt a korábbi replikáció során) rejtve marad a G

_{1}

ellenőrzési ponton túl, akkor ez a hiba automatikusan tovább fog görgetődni a jövendő két utódsejt életébe.

A G

_{1}

ellenőrzési pontnál a sejtek ellenőrzik, hogy a belső és külső környezet megfelelő-e a sejtosztódáshoz. Példaképp álljon itt néhány tényező, amelyet a sejteknek mérlegelniük kell:

Méret. Elég nagy a sejt az osztódáshoz?
Tápanyagok. Vannak a sejtnek megfelelő energetikai tartalékai, vagy áll rendelkezésre elég tápanyag az osztódáshoz?
Molekuláris jelek. Kap a sejt pozitív jeleket (például növekedési faktorokat) a szomszédaitól?
A DNS integritása. Van jelen sérült DNS-szakasz?

Nem csak ezek a tényezők határozzák meg, hogy a sejtek túljuthatnak-e a G

_{1}

ellenőrzési ponton. A konkrét tényezők köre, illetve az egyes tényezők relatív súlya a sejttípus függvénye. Például bizonyos sejteknek mechanikai ingerekre is szükségük van az osztódáshoz (például hogy kapcsolódnak-e az extracelluláris mátrix felfüggesztést biztosító hálózatához)

^{1}

Ha a sejtek nem kapják meg a szükséges pozitív visszajelzést a G

_{1}

ellenőrzési ponton, még mindig kiléphetnek a ciklusból, megkezdve a G $_{0}$ ‍ fázisnak nevezett nyugalmi szakaszt. (Figyelem, ez a szakasz csak a sejtosztódás szempontjából tekinthető nyugalminak, a sejtek normális működése jellemzően ebben a szakaszban történik!) Egyes sejtek végleg a G

_{0}

fázisban ragadnak, míg mások visszatérnek a sejtciklusba, ha a körülmények kedvezővé válnak.

A G $_{2}$ ‍ ellenőrzési pont

A sejtek az M fázis előtt egy további ellenőrzési ponton mennek keresztül, annak érdekében, hogy megbizonyosodjanak a sejtosztódás megfelelő előkészítéséről. Ez garantálja, hogy az osztódás egészséges utódsejteket fog majd eredményezni, ép, teljes DNS-sel. Ez a G $_{2}$ ‍ ellenőrzési pont, ahol a sejtek ellenőrzik többek között a következő tényezőket:

A DNS integritása. Van jelen sérült DNS-szakasz?
A DNS replikációja. A teljes DNS megkettőződött az S fázisban?

Ha hibára vagy károsodásra derül fény, leáll a sejtciklus: a sejtek megtorpannak a G

_{2}

ellenőrzési ponton, és nem mennek tovább, amíg a probléma meg nem oldódik. Például a sejt megkísérli befejezni a replikációt, vagy kijavítani a DNS-ben felfedezett hibát.

Ahogy a korábbi ellenőrzési ponton is, úgy ez alkalommal is apoptózist, programozott sejthalált kezdeményeznek a sejtek, ha a hiba elhárítására nincs lehetőség

^{2}

. A hiba terjedésének megakadályozása kulcsfontosságú az elrákosodás megelőzésében.

Az M ellenőrzési pont

Az M ellenőrzési pontban a sejtek megvizsgálják, hogy az összes testvérkromatida megfelelően kapcsolódik-e az orsófonalakat alkotó mikrotubulusokhoz. Mivel a testvérkromatidák elválasztása az anafázisban visszafordíthatatlan folyamat, ezért a ciklus nem megy tovább addig, amíg az összes kromoszóma nem kapcsolódik szorosan legalább két olyan mikrotubulushoz, amely a sejt ellenkező pólusairól ered.

Hogy működik ez az ellenőrzési pont? Úgy tűnik, hogy a sejtek nem a metafázis középsíkját nézik végig, hogy megbizonyosodjanak az összes kromoszóma jelenlétéről. Ehelyett „kóbor” kromoszómákra vadásznak, amelyek rossz helyen vannak (például szabadon úszkálnak a sejtplazmában)

^{3}

. Ha találnak ilyen kromoszómát, a sejtek leállítják a mitózist, időt hagyva az orsófonalaknak, hogy megragadják az elcsatangolt kromoszómát.

Milyen mechanizmusok működnek az ellenőrzési pontokon?

Ez a tananyag vázlatos áttekintést adott a sejtciklus szabályozásáról, kiemelve azokat a tényezőket, amelyek befolyásolják a sejtek folytatásra vagy a sejtciklus leállítására vonatkozó döntéseit az egyes ellenőrzési pontokon. Felmerülhet azonban a kérdés, hogy e tényezők pontosan mit is csinálnak a sejtben: hogyan változik a koncentrációjuk, és hogyan tudják mindezzel elősegíteni (vagy éppen gátolni) az egyik sejtciklus-fázisból a másikba történő átmenetet?

Az általános válasz az, hogy a külső és belső környezetre vonatkozó információkat közvetítő molekulák jelátviteli folyamatokat indítanak be a sejtekben, amelyek aktiválják vagy inaktiválják azokat az alapvető fehérjéket, amelyek meghatározóak a sejtciklus folytatásában. Ezekről a fehérjékről, működésükről, kapcsolataikról, vagy például a DNS-hibák hatásmechanizmusáról többet is megtudhatsz, ha elolvasod a sejtciklus regulátorairól szóló tananyagunkat.

Források:

Ez a tananyag a következő munka módosított változata: OpenStax College, Biology: "Control of the cell cycle", CC BY 3.0. Az eredeti cikk ingyenesen letölthető innen: http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.87.

A módosított cikket a CC BY-NC-SA 4.0 licenc által engedélyezték.

Idézett munkák:

Pickup, M. W., Mouw, J. K., and Weaver, V. M. (2014). The extracellular matrix modulates the hallmarks of cancer. EMBO Reports 15(12), 1244. http://dx.doi.org/10.15252/embr.201439246.
Han, Z., Chatterjee, D., He, D. M., Early, J., Pantazis, P., Wyche, J. H., and Hendrickson, E. A. (1995). Evidence for a G2 checkpoint in p53-indepenent apoptosis induction by X-irradiation. Molecular and Cellular Biology, 15(11), 5849. http://dx.doi.org/10.1128/MCB.15.11.5849.
Gorbsky, G. J. (2001). The mitotic spindle checkpoint. Current Biology, 24(11), R1001. http://dx.doi.org/10.1016/S0960-9822(01)00609-1.

További hivatkozások:

DiPaola, R. S. (2002). To arrest or not to G2-M cell-cycle arrest. Clin. Cancer Res., 8, 3311-3314. Hozzáférhető itt: http://clincancerres.aacrjournals.org/content/8/11/3311.short.

Han, Z., Chatterjee, D., He, D. M., Early, J., Pantazis, P., Wyche, J. H., and Hendrickson, E. A. (1995). Evidence for a G2 checkpoint in p53-indepenent apoptosis induction by X-irradiation. Molecular and Cellular Biology, 15(11), 5849-5857. http://dx.doi.org/10.1128/MCB.15.11.5849.

Kitagawa, Katsumi. (2009). Caspase-independent mitotic death. In X.-M. Yin and X. Dong (Eds.), Essentials of apoptosis: a guide for basic and clinical research (2. kiadás, 635-646. o.). New York, NY: Humana Press.

Li, F., Ambrosini, G., Chu, E. Y., Plescia, J., Tognin, S., Marchisio, P. C., and Altieri, D. C. (1998). Control of apoptosis and mitotic spindle checkpoint by survivin. Nature, 396, 580-584. http://dx.doi.org/10.1038/25141.

Pickup, M. W., Mouw, J. K., and Weaver, V. M. (2014). The extracellular matrix modulates the hallmarks of cancer. EMBO Reports 15(12), 1243-1253. http://dx.doi.org/10.15252/embr.201439246.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). How cells divide. In Biology (10. kiadás, szerk. AP, 187-206. o.). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). The cell cycle. In Campbell biology (10. kiadás, 232-250. o.). San Francisco, CA: Pearson.

Seluanov, A., Hine, C., Azpurua, J., Feigenson, M., Bozzella, M., Mao, Z., … Gorbunova, V. (2009). Hypersensitivity to contact inhibition provides a clue to cancer resistance of naked mole-rat. PNAS, 106, 10352-19357. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0905252106.

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Jelentkezz be

Rendezés:

Még nincs hozzászólás.

Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.

Biológia

Tantárgy/kurzus: Biológia > 8. témakör

Bevezetés

A sejtciklus ellenőrzési pontjai

A G1‍ ellenőrzési pont

A G2‍ ellenőrzési pont

Az M ellenőrzési pont

Milyen mechanizmusok működnek az ellenőrzési pontokon?

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

A G $_{1}$ ‍ ellenőrzési pont

A G $_{2}$ ‍ ellenőrzési pont