Кіріспе

Жасуша циклі – жасушаның екі қыз жасушаға бөлінуіне әкелетін оқиғалар мен кезеңдердің тізбегі. Бұл оқиғаларға оның ДНК-сының (ДНК репликациясы) және кейбір органеллаларының көшірмеленуі, содан кейін цитоплазмасының, хромосомаларының және басқа да құраушыларының цитокинез деп аталатын процесте екі қыз жасушаға бөлінуі кіреді. Ядросы бар эукариоттық жасушаларда, оның ішінде жануарлар, өсімдіктер, саңырауқұлақтар және протозоа жасушаларында, жасуша циклі екі негізгі кезеңге бөлінеді: интерфаза және М фазасындағы митоз, соның ішінде цитокинез. Интерфаза кезінде жасуша өсіп, митозға қажетті қоректік заттарды жинақтайды және ДНК-сы мен кейбір органеллаларын көшіреді. М фазасында көшірмеленген хромосомалар, органеллалар және цитоплазма екі жаңа қыз жасушаға бөлінеді. Жасуша құраушыларының дұрыс көшірмеленуін және бөлінуін қамтамасыз ету үшін, циклдің әрбір маңызды кезеңінен кейін жасуша циклының бақылау бекеттері деп аталатын бақылау механизмдері болады, олар жасушаның келесі фазаға өтуіне болатынын анықтайды. Ядросы жоқ жасушаларда – прокариоттарда, бактериялар мен археяларда жасуша циклі В, С және Д кезеңдеріне бөлінеді. В кезеңі жасушаның бөлінуінен бастап ДНК репликациясының басталуына дейін созылады. ДНК репликациясы С кезеңінде жүзеге асады. D кезеңі ДНК репликациясының аяқталуы мен бактериялық жасушаның екі қыз жасушаға бөлінуі арасындағы кезеңді білдіреді. Бір жасушалы организмдерде жасушаның бір бөліну циклі – организмнің өзін-өзі көбейту тәсілі. Өсімдіктер мен жануарлар сияқты көп жасушалы организмдерде жасушаның бөліну циклдерінің тізбегі – организмнің бір жасушалы ұрықтанған жұмыртқадан жетілген организмге даму жолы, сондай-ақ шаштың, терінің, қан жасушаларының және кейбір ішкі органдардың жаңаруы мен жазылу процесі (мүмкін нервтерді қоспағанда; нерв зақымдануына қараңыз). Жасушалар бөлінгеннен кейін, әрқайсысы жаңа жасуша циклінің интерфазасын бастайды. Интерфазаның әртүрлі кезеңдері әдетте морфологиялық тұрғыдан ажыратылмайтын болса да, жасуша циклінің әрбір фазасында жасушаны жасушаның бөлінуін бастауға дайындайтын ерекше биохимиялық процестердің жиынтығы бар.

Фазалары

Эукариоттық жасуша циклы төрт ерекше фазадан тұрады: G1 фазасы, S фазасы (синтез), G2 фазасы (жиналып, интерфаза деп аталады) және M фазасы (митоз және цитокинез). М фазасы екі тығыз байланысты процесс құрайды: митоз, онда жасуша ядросы бөлінеді, және цитокинез, онда жасуша цитоплазмасы бөлініп екі қыз жасуша пайда болады. Әрбір фазаның іске қосылуы алдыңғы фазаның дұрыс өтуіне және аяқталуына байланысты. Уақытша немесе қайтымды түрде бөлінуді тоқтатқан жасушалар G0 фазасы деп аталатын тыныштық күйіне енеді. Фаза күйінің аббревиатурасы Сипаттамасы Тынығу 0 G0 Жасуша циклден шығып, бөлінуді тоқтатқан фаза. Интерфаза 1 G1 Жасушаның өсуі. G1 бақылау бекеті ДНК синтезі үшін барлық жағдайлар дайын екенін қамтамасыз етеді. Синтез S ДНК репликациясы. 2 G2 Өсу және митозға дайындық. G2 бақылау бекеті M (митоз) фазасына және бөлінуге дайындықты қамтамасыз етеді. Жасуша бөлінуі Митоз M Жасуша бөлінеді. Метафазалық бақылау бекеті жасушаның жасуша бөлінуді аяқтауға дайын екенін қамтамасыз етеді. Жасушалар бөлінгеннен кейін, әрқайсысы жаңа циклдің интерфазасын бастайды. Интерфазаның әртүрлі кезеңдері әдетте морфологиялық тұрғыдан ажыратылмайды, бірақ жасуша циклының әрбір фазасында жасушаны жасуша бөлінуді бастауға дайындайтын ерекше биохимиялық процестердің жиынтығы бар.

G0 фазасы (тыныштық)

G0 – жасуша циклден шығып, бөлінуді тоқтатқан тынығу фазасы. Жасуша циклі осы фазадан басталады. Көпжасушалы эукариоттардың көбеймейтін (бөлінбейтін) жасушалары әдетте G1 фазасынан G0 фазасына өтеді және ұзақ уақытқа, тіпті шексіз уақытқа дейін тыныш күйде қалуы мүмкін (мысалы, нейрондарда). Бұл толыққанды дифференциацияланған жасушаларда кең таралған. Кейбір жасушалар G0 фазасына жартылай тұрақты түрде енеді және митоздық емес деп есептеледі, мысалы, бауыр, бүйрек және асқазан жасушалары. Көптеген жасушалар G0 фазасына кірмейді және организмнің өмір бойы бөліне береді, мысалы, эпителий жасушалары. "Митоздық емес" термині кейде тыныш және қарт жасушаларды сипаттау үшін қолданылады. Жасушалық қарттану ДНК зақымдануына және сыртқы стресске жауап ретінде пайда болады және әдетте G1 фазасында тоқтауды білдіреді. Жасушалық қарттану жасушаның ұрпағын тірі қалуға жарамсыз етеді; бұл көбінесе мұндай зақымдалған жасушаның апоптоз арқылы өзін-өзі жоюына биохимиялық балама болып табылады.

Фазааралық

Интерфаза – екі тікелей М фазасы арасындағы кезең. Интерфаза – жаңадан түзілген жасушада және оның ядросында келесі бөлінуге дайындық үшін болатын өзгерістердің тізбегі. Бұл кезең дайындық фазасы немесе интермитоз деп те аталады. Әдетте, интерфаза жасуша циклының толық уақытының кемінде 91% құрайды. Интерфаза үш сатыдан өтеді: G1, S және G2, одан кейін митоз және цитокинез циклдары жүзеге асырылады. S фазасында жасушаның ядролық ДНК-сы көбейтіледі.

S фазасы (ДНҚ репликациясы)

ДНК синтезі басталғанда келесі S фазасы басталады; ол аяқталған кезде барлық хромосомалар көшіріліп алынады, яғни әрбір хромосома екі әпке хроматидадан тұрады. Осылайша, бұл фазада клеткадағы ДНК мөлшері екі есеге артады, бірақ клетканың полиплоидиясы мен хромосомалар саны өзгеріссіз қалады. Бұл фазада РНҚ транскрипциясы мен белок синтезінің қарқыны өте төмен. Алайда, гистон өндірісі бұл ереженің ерекшелігі болып табылады, оның көп бөлігі S фазасында жүзеге асады.

G2 фазасы (өсу)

G2 фазасы ДНК репликациясынан кейін жүреді және бұл жасушаны митозға дайындау үшін белок синтезі мен жасушаның қарқынды өсу кезеңі. Осы кезеңде микротүтіктер орам (шпіндель) құру үшін қайта ұйымдаса бастайды (профазаға дейін). Митоздық фазаға өту алдында, хромосомалардағы ДНК зақымдануы G2 бақылау бекетінде тексерілуі тиіс. G2 бақылау бекетін негізінен ісікке қарсы ақуыз p53 реттейді. ДНК зақымдалған жағдайда, p53 ДНК-ны жөндеуге тырысады немесе жасушаның апоптозын іске қосады. Егер p53 бұзылған немесе мутацияланған болса, зақымдалған ДНК-сы бар жасушалар жасуша циклын жалғастырып, қатерлі ісікке алып келуі мүмкін.

Цитокинез кезеңі (жасушаның барлық компоненттерінің бөлінуі)

Митозден кейін бірден цитокинез жүзеге асады, ол ядроларды, цитоплазманы, органеллаларды және жасуша мембранасын шамамен тең үлесте осы жасушалық компоненттерді қамтитын екі жасушаға бөледі. Митоз және цитокинез бірлесіп ана жасушаның екі қыз жасушаға бөлінуін анықтайды, олар бір-біріне де, өздерінің аналық жасушасына да генетикалық тұрғыдан толықтай ұқсас болады. Бұл жасуша циклінің шамамен 10% құрайды. Цитокинез көбінесе митозбен бірге жүзеге асса, "митоз" термині жиі "M фазасы" терминімен қолданылады. Дегенмен, митоз бен цитокинез жеке-жеке жүретін жасушалар да бар, олар эндорепликация деп аталатын процесте көп ядролы жасушаларды құрайды. Бұл ең көп саңырауқұлақтар мен шырыш саңырауқұлақтарында кездеседі, бірақ түрлі топтарда да табылған. Жануарларда да цитокинез бен митоз тәуелсіз түрде жүруі мүмкін, мысалы, жеміс шыбынының эмбриондық дамуының кейбір кезеңдерінде. Митоз кезіндегі қателер жасушаның апоптоз арқылы өліміне немесе қатерлі ісікке алып келуі мүмкін мутацияларға себеп болуы мүмкін.

Эукариоттық жасуша циклын реттеу

Жасуша циклын реттеу – жасушаның өмір сүруі үшін өте маңызды процестерді қамтиды, оның ішінде генетикалық зақымдарды анықтау және жөндеу, сондай-ақ бақылаусыз жасуша бөлінуін алдын алу. Жасуша циклын басқаратын молекулалық оқиғалар ретті және бағытталған болып келеді; яғни, әрбір процесс тізбектей орындалады және циклді кері қайтару мүмкін емес.

Циклин- CDK өзара әрекеттесуінің жалпы механизмі

Промитотикалық клеткадан тыс сигнал алғаннан кейін, G1 циклин-CDK кешендері белсенді болып, клетканы S фазасына дайындау үшін, S циклиндері мен ДНК репликациясы үшін қажетті ферменттердің экспрессиясын ынталандыратын транскрипция факторларының экспрессиясын күшейтеді. G1 циклин-CDK кешендері сондай-ақ S фазасының тежеушілері ретінде жұмыс істейтін молекулалардың деградациясын, оларды убиквитинацияға бағыттап, ынталандырады. Ақуыз убиквитинацияланғаннан кейін, ол протеасомамен протеолитикалық ыдырауға бағытталады. Алайда, E2F транскрипциялық динамикасының жақындағы бір клеткалық деңгейдегі зерттеу нәтижелері G1 циклин-CDK белсенділігінің, әсіресе циклин D-CDK4/6 белсенділігінің, жасушалық циклге кіруге дайындық емес, оның уақытын реттеуге бағытталғанын көрсетеді. Белсенді S циклин-CDK кешендері ДНК репликациясының басталу орындарында G1 фазасында құрастырылған репликацияға дейінгі кешендерді құрайтын ақуыздарды фосфорилдейді. Фосфорилдеудің екі мақсаты бар: әрбір құрастырылған репликацияға дейінгі кешенді белсендіру және жаңа кешендердің пайда болуын болдырмау. Бұл жасушаның геномының әр бөлігі бір рет және бір ғана рет көшірілетінін қамтамасыз етеді. Репликациядағы үзілістердің алдын алу себебі анық, себебі маңызды гендердің барлығы немесе бір бөлігі жоқ қыз клеткалары өледі. Алайда, геннің көшірме санының әсеріне байланысты, кейбір гендердің қосымша көшірмелерінің болуы да қыз клеткаларына зиянды болуы мүмкін. Митоздық циклин-CDK кешендері, S және G2 фазаларында синтезделеді, бірақ белсендірілмейді, хромосомалардың конденсациясына және митоздық шпиндельдің құрамына қатысатын төменгі ақуыздарды ынталандыру арқылы митоздың басталуын ынталандырады. Бұл процесте белсендірілген маңызды кешен – анафазаны ынталандырушы кешен (APC) деп аталатын убиквитин лигазасы, ол хромосомалық кинетохормен байланысты құрылымдық ақуыздардың ыдырауын ынталандырады. APC сондай-ақ митоздық циклиндерді деградацияға бағыттайды, бұл телофаза мен цитокинездің жалғасуын қамтамасыз етеді.

Циклин- CDK кешендерінің ерекше әсері

Циклин D – жасушалық циклге кіретін жасушаларда жасушадан тыс сигналдарға (мысалы, өсу факторларына) жауап ретінде өндірілетін алғашқы циклин. Көбеймейтін тынығушы жасушаларда циклин D деңгейі төмен болады. Сонымен қатар, CDK4/6 және CDK2 да белсенді емес, себебі CDK4/6 INK4 отбасының мүшелерімен (мысалы, p16) байланысқан, бұл киназа белсенділігін шектейді. Ал CDK2 кешендері CIP/KIP ақуыздарымен, мысалы p21 және p27 арқылы тежеледі. Митогендік стимулдардың әсерінен жасушаның жасушалық циклге кіретін уақыты келгенде, циклин D деңгейі артады. Осы стимулға жауап ретінде, циклин D CDK4/6-ға байланысып, белсенді циклин D CDK4/6 кешенін құрайды. Циклин D CDK4/6 кешендері ретинобластомаға бейімділік ақуызын (Rb) pRb-ге монофосфорилдейді. Фосфорилденбеген Rb ісікке қарсы ақуыз жасушалық циклден шығуды және G0 фазасында тоқтауды (қарттық) қамтамасыз етеді. Соңғы онжылдықтарда pRB ақуыздары циклин D Cdk4/6 арқылы фосфорилдану арқылы белсенділігін жояды деген модель кеңінен қабылданды. Rb-де 14-тен астам фосфорилдану орындары бар. Циклин D Cdk4/6 Rb-ні гиперфосфорилденген күйге дейін фосфорилдейді, бұл pRB–E2F кешендерінің ыдырауына алып келеді, соның салдарынан G1/S жасушалық циклының гендік экспрессиясы және S фазасына өту жүреді. Алайда, соңғы зерттеулер Rb-нің үш изоформада болатынын көрсетті: (1) G0 фазасында фосфорилденбеген Rb; (2) G1 фазасының басында "гипофосфорилденген" немесе "ішінара" фосфорилденген Rb деп аталатын монофосфорилденген Rb; және (3) G1 фазасының соңында белсенді емес гиперфосфорилденген Rb. G1 фазасының басындағы жасушаларда монофосфорилденген Rb 14 түрлі изоформада кездеседі, олардың әрқайсысының E2F-ке байланысу қабілеті әртүрлі. Сондай-ақ, әртүрлі монофосфорилденген Rb изоформаларының әртүрлі белок серіктестері бар деген идея қызығушылық тудырды. Жақында жасалған зерттеу монофосфорилдану Rb-нің басқа белоктармен байланысын бақылап, Rb-нің функционалдық түрлерін құрайтынын растады. Барлық монофосфорилденген Rb изоформалары E2F транскрипциялық бағдарламасын тежейді және жасушаларды G1 фазасында тоқтатуға қабілетті. Маңыздысы, Rb-нің әртүрлі монофосфорилденген түрлерінің E2F реттеуден асып түсетін транскрипциялық нәтижелері бар. Rb фосфорилирлеуінің құрылымдық талдауына негізделген бұл байқау, Rb-нің бірнеше циклин Cdk кешендері арқылы әртүрлі деңгейде фосфорилдалатынын көрсетеді. Бұл сондай-ақ, барлық монофосфорилденген Rb изоформаларының бір типті Rb гиперфосфорилирлеу механизмі арқылы бір уақытта белсенділігін жою қазіргі моделін мүмкін етеді. Сонымен қатар, циклин D Cdk4/6 спецификалық Rb C терминалды спиралінің мутациялық талдауы, циклин D Cdk4/6 Rb-мен байланысын бұзу Rb фосфорилирлеуін болдырмайтынын, G1 фазасында жасушаларды тоқтататынын және Rb-нің ісікке қарсы функцияларын күшейтетінін көрсетті. Циклин B cdk1 кешенінің белсенділігі ядролық қабықтың ыдырауына және профазаның басталуына себеп болады, ал кейіннен оның белсенділігінің төмендеуі жасушаның митоздан шығуына әкеледі. Көптеген адам қатерлі ісіктерінде Cdk4/6 белсенділігі күшейген. Циклин D Cdk4/6 функцияларының байқауларын ескере отырып, Cdk4/6-ны тежеу қатерлі ісіктің көбеюін болдырмауы керек. Осыған байланысты ғалымдар Cdk4/6 ісікке қарсы тиімділігі үшін терапиялық мақсат ретінде сипатталған синтетикалық Cdk4/6 тежегіштерін ойлап табуға тырысты. Қазіргі уақытта үш Cdk4/6 тежегіші – палбоциклиб, рибоциклиб және абемациклиб – FDA-дан клиникалық қолдануға рұқсат алды, олар гормондық рецепторларға оң (HR оң, HR+), HER2 теріс (HER2) метастаздық немесе прогрессивті қатерлі ісіктерді емдеу үшін қолданылады. Мысалы, палбоциклиб – ER оң/HER2 теріс сатыдағы ісікке жақсартылған нәтижелер көрсеткен ауызға қабылданатын CDK4/6 тежегіші. Басты жанама әсер – нейтропения, оны дозаны азайту арқылы басқаруға болады. Cdk4/6 мақсатты терапиясы тек Rb экспрессияланатын қатерлі ісік түрлерін емдеуге арналған. Rb жоғалтқан қатерлі ісік жасушалары Cdk4/6 тежегіштеріне біріншілік резистенттілікке ие.

Транскрипциялық реттеу желісі

Қазіргі деректер жарым-автономды транскрипциялық желінің жасуша циклінің реттелуі үшін CDK циклиндік механизмімен бірлесіп жұмыс істейтінін көрсетеді. *Saccharomyces cerevisiae* ішіндегі бірнеше гендік экспрессия зерттеулері жасуша циклі барысында экспрессиясы өзгеретін 800–1200 генді анықтады. Олар жасуша циклінің нақты бір кезеңдерінде жоғары деңгейде транскрипцияланады және циклдің қалған бөлігінде төмен деңгейде қалады. Анықталған гендердің жиынтығы зерттеулер арасында әртүрлі болуы мүмкін, себебі оларды анықтау үшін қолданылған есептеу әдістері мен критерийлер өзгеше, бірақ әрбір зерттеу ашытқы гендерінің көп бөлігінің уақыт бойынша реттелетінін көрсетеді. Көптеген кезеңдік экспрессияланатын гендер де кезеңдік экспрессияланатын транскрипциялық факторлармен басқарылады. Бір геннің жойылған (нок-аут) түрлерінің скринингі 48 транскрипциялық факторды (барлық қажет емес транскрипциялық факторлардың шамамен 20%) анықтады, олар жасуша циклінің прогрессиясында ақауларды көрсетті. Геномдық деңгейдегі зерттеулер, жоғары өнімділік технологияларын қолдана отырып, ашытқы гендерінің промоторларына байланысатын транскрипциялық факторларды анықтады және осы нәтижелерді уақытша экспрессия үлгілерімен байланыстыру фазаға қатысты ген экспрессиясын басқаратын транскрипциялық факторларды анықтауға мүмкіндік берді. Бұл транскрипциялық факторлардың экспрессиялық профильдері алдыңғы фазадағы ең жоғары деңгейге жеткен транскрипциялық факторлармен реттеледі, ал есептеу модельдері осы транскрипциялық факторлардың CDK-автономды желісі ген экспрессиясындағы тұрақты тербелістерді жасауға жеткілікті екенін көрсетті. Эксперименттік деректер ген экспрессиясы CDK механизміне тәуелсіз түрде, бөлінетін жабайы типті жасушаларда байқалатын кезеңмен тербеліп тұруы мүмкін екенін көрсетеді. Орландо және авторлар тобы микромассивтерді пайдаланып, жабайы типті жасушаларда да, S фазасы мен митоздық циклиндері жоқ жасушаларда да (clb1,2,3,4,5,6) кезеңдік деп танылған 1271 геннің экспрессиясын өлшеді. Қарастырылған 1271 геннің 882-сі циклиндері жетіспейтін жасушаларда жабайы типті жасушалардағыдай экспрессиясын жалғастырды, тіпті циклиндері жетіспейтін жасушалар G1 және S фазаларының арасында тоқтап тұрса да. Дегенмен, 833 геннің мінез-құлқы жабайы типті және мутантты жасушалар арасында өзгерді, бұл осы гендер CDK циклиндік механизмімен тікелей немесе жанама түрде реттеледі дегенді көрсетеді. Мутантты жасушаларда уақытында экспрессияланатын кейбір гендер мутантты және жабайы типті жасушаларда әртүрлі деңгейде экспрессияланды. Бұл нәтижелер транскрипциялық желі CDK циклиндік осцилляторынан тәуелсіз тербелістерді жүзеге асыра алғанымен, олардың жасуша циклінің оқиғаларының дұрыс уақытын қамтамасыз ету үшін біріктірілгенін көрсетеді. Осцилляторлық транскрипция ашытқы жасуша циклінің прогрессиясында маңызды рөл атқарса, CDK циклиндік механизмі ерте эмбриональды жасуша циклінде дербес жұмыс істейді. Мидбластулаға өтуге дейін зиготалық транскрипция болмайды және барлық қажетті ақуыздар, мысалы, B типті циклиндер, аналық жүкті мРНҚ-дан трансляцияланады.

ДНҚ репликациясы және ДНҚ репликациясының шығу тегі

Saccharomyces cerevisiae-дің синхронды мәдениеттерін талдау, жасуша циклының дамуын баяулатпай, ДНК репликациясының басталуын болдырмайтын жағдайларда, басталу лицензиясы 3' ұштарына жақын басталулары бар гендердің экспрессиясын төмендетіп, төменгі ағындағы басталулардың жоғары ағындағы гендердің экспрессиясын реттеуге қабілетті екенін көрсетті. Бұл ДНК репликациясы басталу белсенділігі мен мРНК экспрессиясы арасындағы жаһандық себептік байланыс туралы математикалық модельдеуден жасалған бұрынғы болжамдарды растайды және ДНК микромассив деректерінің математикалық модельдеуін бұрын белгісіз биологиялық реттеу механизмдерін дұрыс болжау үшін пайдалануға болатынын көрсетеді.

Бақылау пункттері

Жасушалық циклдің бақылау бекеттері жасушаның жасушалық циклдың барысын қадағалау және реттеу үшін қолданылады. Бақылау бекеттері жасуша циклының нақты нүктелерінде оның дамуын тоқтатады, бұл қажетті фазалық процестерді тексеруге және ДНК зақымдануын жөндеуге мүмкіндік береді. Бақылау бекеттерінің талаптары орындалмайынша жасуша келесі фазаға өте алмайды. Бақылау бекеттері әдетте жасушалық циклдың әртүрлі кезеңдерінде жасушаның дамуын бақылап, бағыттайтын реттеуші ақуыздардың желісінен тұрады. Қалыпты адам жасушаларында бір таспалы ДНК зақымдануының шамамен 1% жасушалық цикл бойында бір жасушада 50 эндогенді ДНК екі таспалы үзіліске айналады деп есептеледі. Мұндай екі таспалы үзілістер көбінесе жоғары дәлдікпен жөнделсе де, оларды жөндеудегі қателер адамдардағы қатерлі ісіктердің пайда болуына елеулі үлес қосады деп саналады. Бұл үш "негізгі" бақылау бекеті болғанымен, барлық жасушалар көбейіп өсу үшін осы бекеттердің әрқайсысынан осы ретпен өтуі міндетті емес. Көптеген қатерлі ісік түрлері жасушаларға әртүрлі бақылау бекеттерінен жылдам өтуге немесе тіпті оларды толығымен секіріп өтуге мүмкіндік беретін мутациялардың нәтижесінде пайда болады. S фазасынан M фазасына, содан кейін қайта S фазасына тікелей өту. Осы жасушалар бақылау бекеттерін жоғалтқандықтан, пайда болған кез келген ДНК мутациялары ескерілмейді және жаңа жасушаларға беріледі. Осы себепті қатерлі ісік жасушалары экспоненциалды түрде мутацияларды жинақтайды. Қатерлі ісік жасушаларынан басқа, көптеген толыққанды дифференциацияланған жасушалар енді көбеймейді, сондықтан олар жасушалық циклдан шығып, G0 фазасында өмірінің соңына дейін қалады. Бұл жасушалық бақылау бекеттерінің қажеттілігін жояды. ДНК зақымдануына жасушалық циклдың реакциясының тағы бір моделі де бар, ол репликациядан кейінгі бақылау бекеті деп аталады. Бақылау бекеттерін реттеу организмнің дамуында маңызды рөл атқарады. Жыныстық көбею кезінде, сперматозоид жұмыртқаға қосылғанда, ол жұмыртқаға ұрықталғанын хабарлайтын сигналдық факторларды бөліп шығарады. Басқа факторлармен қатар, бұл ұрықтандырылған ооциттің бұрынғы G0 фазасынан жасушалық циклға қайта оралып, митоздық репликация мен бөлінуге түсуіне ықпал етеді. p53 G1/S және G2/M бақылау бекеттерінде бақылау механизмдерін іске қосуда маңызды рөл атқарады. p53-тен басқа, қатерлі ісіктердің өсуі мен көбеюіне бақылау бекеттерін реттеушілердің қатысы зерттелуде.

Жасуша циклінің флуоресценциялық бейнелеуі

Ацуши Мияуаки және оның әріптестерінің новаторлық жұмысы жасуша циклінің флуоресценттік бейнелеуін мүмкін ететін флуоресценттік барлықұстамалық цикл көрсеткішін (FUCCI) жасады. Алғашқыда, жасыл флуоресцентті ақуыз mAG, hGem(1/110) геніне, ал қызғылт сары флуоресцентті ақуыз (mKO2) hCdt1(30/120) геніне қосылды. Атап айтқанда, бұл қосылыстар ядролық локализация сигналын және ыдырауға жататын барлықұстамалық орындарды қамтитын фрагменттер, бірақ толыққанды функционалды ақуыздар емес. Жасыл флуоресцентті ақуыз S, G2 немесе M фазасында синтезделіп, G0 немесе G1 фазасында ыдырайды, ал қызғылт сары флуоресцентті ақуыз G0 немесе G1 фазасында пайда болып, S, G2 немесе M фазасында жойылады. Алқызыл және жақын инфрақызыл FUCCI цианобактериялардан алынған флуоресцентті ақуыз (smURFP) және бактериофитохромнан алынған флуоресцентті ақуызды пайдалана отырып жасалды (видео осы сілтемеде қараңыз).

Ісіктің пайда болудағы рөлі

Жасуша циклының компоненттерінің бұзылуы ісік пайда болуына алып келуі мүмкін. Жоғарыда айтылғандай, жасуша циклының тежегіштері, RB, p53 сияқты кейбір гендердің мутацияға ұшырауы жасушаның бақылаусыз көбеюіне және ісік пайда болуына себеп болуы мүмкін. Ісік жасушаларындағы жасуша циклының ұзақтығы қалыпты жасуша циклының ұзақтығымен тең немесе одан ұзақ болғанымен, ісікте белсенді бөлінетін жасушалардың үлесі (G0 фазасындағы тыныш жасушалармен салыстырғанда) қалыпты тіндерге қарағанда әлдеқайда жоғары. Осылайша, жасушалардың саны артады, себебі апоптоз немесе қартаю арқылы өлетін жасушалардың саны өзгермейді. Қатерлі ісік терапиясында жасуша циклын белсенді түрде жүргізіп жатқан жасушалар нысана ретінде таңдалады, өйткені ДНК жасуша бөліну кезінде салыстырмалы түрде әшкере болады және сол себепті дәрі-дәрмектерге немесе сәулеленуге зақымдануға бейім. Бұл факт қатерлі ісікке қарсы емдеуде пайдаланылады; дебулкинг процесі арқылы ісіктің маңызды бөлігі алынып тасталады, бұл қалған ісік жасушаларының көп бөлігін G0 фазасынан G1 фазасына итермелейді (қоректік заттардың, оттегінің, өсу факторларының және т.б. арқасында). Дебулкинг процедурасынан кейін сәулелену немесе химиотерапия жасуша циклына жаңадан енген бұл жасушаларды өлтіреді. Қос тізбектің үзілуін жарақаттау үшін гомолог емес ұштарды қосу, дәл емес және мутагенді процесс, жасуша циклы бойы белсенді болады.

Геномның эволюциясы

Жасушалық цикл барлық жасушалық құрамдас бөліктерді көшіріп, оларды екі қыз жасушаға тең бөлуі тиіс. Көптеген құрамдастар, мысалы, ақуыздар мен рибосомалар, жасуша циклы бойы үнемі (M фазасынан басқа) өндіріледі. Дегенмен, хромосомалар және басқа да элементтер, мысалы, MTOC-тар, жасуша циклы кезінде бір рет ғана көшіріледі. Жасушалық циклдің орталық компоненті – геномның қалыптасуымен бірге дамыған, әртүрлі жасушалық элементтердің үздіксіз және мерзімді көшірілуін үйлестіру қабілеті. Клеткалық ортада функционалды және өзін-өзі көшіре алатын РНК-лар болған. Барлық РНК концентрациялары ресурстарды жинауға көмектесетін немесе кедергі келтіретін басқа РНК концентрацияларына тәуелді болды. Бұл ортада өсу – РНК-ның үздіксіз өндірісі болды. Бұл клеткалық құрылымдар паразиттік РНК-мен, мұрагерлік мәселелерімен және белгілі бір РНК-ның көшірме санын бақылаумен күресуге мәжбүр болды. "Геномдық" РНК-ны "функционалды" РНК-дан бөлу осы мәселелерді шешуге көмектесті. Көптеген РНК-ның геномға бірігуі функционалды РНК-ны бөліп шығаруға арналған үлгі берді. Паразиттік РНК-лар тірі қалу үшін геномға енуі керек, бұл әлдеқайда үлкен кедергі. Геномдық РНК-ның көшірме санын бақылау РНК концентрациясын бәсекелестік орнына синтез жылдамдығы және РНК-ның жартылай ыдырау мерзімі арқылы анықтауға мүмкіндік берді. Алайда, жануарларда CDK-ның толық отбасылары пайда болды. Cdk1 митозға кіруді бақылайды, ал Cdk2, Cdk4 және Cdk6 S фазасына кіруді реттейді. CDK отбасының жануарларда эволюциялағанына қарамастан, бұл ақуыздар байланысты немесе артық функцияларды атқарады. Мысалы, cdk2 cdk4 cdk6 үштік нокаутты егеуқұйрық жасушалары негізгі жасушалық циклден өте алады. cdk1 нокауты өлімге алып келеді, бұл клеткалық циклді бақылайтын CDK1 типті ататек киназа бар екенін көрсетеді. Бұл CDK1 типті киназалардың клеткалық циклді реттейтін маңызды регуляторлары ретінде опстоконт үлгісіне қайшы келеді. Өсімдіктерде де Б типті CDK-лардың бірегей тобы бар, олардың функциялары дамуға тән функциялардан митоздық реттеудегі маңызды рольдерге дейін жетеді.

G1/S бақылау нүктелерінің дамуы

[[Файл:G1 S еукариоттардағы бақылау нүктесін реттеу. Өсімдіктердегі, жануарлардағы және ашытқылардағы G1/S кезегуін бақылау желілерінің шолуы. Үшеуі де желілік топологияның айқын ұқсастығын көрсетеді, тіпті желідегі жеке ақуыздардың аминоқышқылдық тізбегі өте аз ұқсас болса да. Ашытқы мен жануарларда S фазасына өтуі екі қарсы реттегіштің деңгейімен бақыланады. Ашытқы мен жануарлардағы G1/S бақылау нүктесінің реттегіш желісіне CDK-циклин кешендерінің фосфорилирленуі/дефосфорилирленуі қосымша реттеуді қамтиды. Бұл реттегіш желілердің жиынтығы, ерекше ақуыздардың өте әртүрлі болуына қарамастан, гистерезистік және бистабильді схема құрайды. Ашытқыда Whi5, SBF экспрессиясы үшін Cln3 фосфорилирлеу арқылы тежелуі керек, ал жануарларда Rb, E2F экспрессиясын қамтамасыз ету үшін Cdk4/6-циклин D кешенімен тежелуі керек. Rb және Whi5 екеуі де гистон деацетилаза ақуыздарын промоторларға тарту арқылы транскрипцияны тежейді. Екі ақуыздың да CDK фосфорилирлеуге арналған бірнеше орыны бар, олар арқылы олар тежеледі. Мысалы, өсімдіктерде де желідегі E2F трансляциясы үшін Rb-ді тежеу қажет. Өсімдіктер мен жануарлар жасуша циклдерінің осы сақталған элементтері эукариоттардағы ортақ ата-тегі болуы мүмкін. Ашытқылар өсімдіктер мен жануарлармен консервацияланған желілік топологияны бөліссе де, ашытқы реттегіштерінің өте әртүрлі болуы ашытқылардың эволюциялық тарихында жылдам эволюцияға нұсқауы мүмкін.