6.1. Регуляция митотического цикла клетки

Запуск цикла клеточного деления начинается с присоединения молекулы росткового фактора к соответствующему клеточному рецептору. Факторов роста (регуляторов пролиферации) чрезвычайно много.

Было показано, что инсулиноподобные факторы роста, в частности, IGF-I, играют значительную роль в канцерогенезе и увеличение их концентрации в крови служит своеобразным маркером предрасположенности к развитию онкологических заболеваний. Так у мужчин увеличение концентрации фактора IGF-I напрямую связано с возможным образованием рака предстательной железы.

Соединение ростовых факторов с рецепторами инициирует сложный каскад реакций фосфорилирования, в результате чего в конечном итоге митогенный сигнал достигает генетического аппарата клеточного ядра. В последнем благодаря действию транскрипционных факторов активируется группа генов, ответственных за митоз клетки. В результате, через синтез РНК и, в последующем, через синтез белков, происходит синтез и репликация ДНК, что и определяет начало митоза.

Клеточный (митотический) цикл начинается с фазы G1 – подготовки к синтезу ДНК. За ней следуют фазы S – фаза синтеза ДНК и фаза G2 – постсинтетическая (Рис. 2). Завершается цикл митозом клетки. На протяжении цикла следует выделить особый период – так называемую точку «рестрикции R», когда для клетки «решается» вопрос – войдет ли она в следующий цикл деления, или останется в покое.

Весьма важными являются и еще два момента в жизни клетки, вошедшей в митотический цикл. Это так называемые «контрольные пункты» (checkpoints): на границе фазы G1/S и на границе фазы G2/митоз. На уровне контрольных пунктов проверяется целостность ДНК, отсутствие ее мутаций и делеций. У клеток, имеющих поврежденную ДНК, клеточный цикл блокируется, или клетка вступает в стадию апоптоза. И в том, и в другом случае предупреждается возможность передачи по наследству вредных для клеточной популяции признаков в частности таких, как способность клетки к безудержному размножению без явления созревания, то есть предупреждается возможность злокачественной трансформации клетки.

Рис. 2. Схема регуляции митотического цикла клетки (по А.В.Лихтенштейн, В.С.Шапот).

Пояснения в тексте.

В регуляции митотического цикла важную роль играют циклины (Рис. 3). Циклины – это белки, обеспечивающие переход клетки из одной фазы митотического цикла в другой. Иначе говоря, точкой приложения циклинов являются основные пункты контроля над допуском клетки к синтезу ДНК и завершением репликации ДНК и входом клетки в митоз. Циклины вступают в действие только в том случае, если «надзирающие системы» клетки «уверены» в том, что геном клетки не претерпел каких либо мутаций и ее потомство не будет иметь вредных для организма качеств.

Рождаясь в строго определенные периоды митотического цикла, циклины сами по себе не способны оказывать какого-либо влияния на переход клетки из одного предмитотического состояния в другое. Эту роль играют различные протеинкиназы, которые без соединения с соответствующим циклином неактивны. Активированные же протеинкиназы способны индуцировать специфические процессы, обеспечивающие митоз (например, дезинтеграцию ядерной мембраны, конденсацию хроматина и т.п.).

Рис. 3. Роль циклинов в регуляции митотического цикла (по А.В.Лихтенштейн, В.С.Шапот).

Пояснения в тексте.

Выделяют три основные класса циклинов: G1/S-циклины, необходимые для перехода клетки в фазу синтеза ДНК; S-циклины, обеспечивающие прохождение клеткой фазу синтеза ДНК, и G2/M-циклины, непосредственно переводящие клетку в состояние митоза.

Для нормального функционирования митотического цикла важно не только своевременное появление циклинов, но и их исчезновение, что обеспечивается их деградацией или блоком синтеза. Если циклины своевременно не исчезают, переход клетки из одной фазы митотического цикла в другую блокируется.