Кіріспе
Митозсыз ядролық геномның көбейтілуі
Эндорепликация (сондымен қатар эндорепликация немесе эндоциклділік деп те аталады) – митоз болмай ядролық геномның көбейтілуі, нәтижесінде ядролық геннің мазмұны артып, полиплоидия пайда болады. Эндорепликацияны митоздық жасуша циклінің (G1 S G2 M) митоз кезеңін толықтай өткізіп жіберілген түрі деп қарастыруға болады, себебі циклинге тәуелді киназа (CDK) белсенділігінің реттелуіне байланысты бұл процеске кедергі келтіріледі. Бунақденелілер, сүтқоректілер және өсімдіктерде сипатталған эндорепликация мысалдары, оның биологиялық функциялардың кең ауқымын атқаратын жасуша түрлерінің дифференциациясы мен морфогенезіне жауапты, жалпы даму механизмі екенін көрсетеді. Полиплоидия және анеуплоидия – қатерлі ісік жасушаларында жиі кездесетін құбылыстар. Онкогенез бен эндорепликацияның екеуі де жасуша циклын реттеуші ортақ механизмдерді бұзумен байланысты болғандықтан, эндорепликацияны толыққанды түсіну қатерлі ісік биологиясы үшін маңызды жаңа түсініктер бере алады.
Endoreduplication (also referred to as endoreplication or endocycling) is replication of the nuclear genome in the absence of mitosis, which leads to elevated nuclear gene content and polyploidy. Endoreduplication can be understood simply as a variant form of the mitotic cell cycle (G1 S G2 M) in which mitosis is circumvented entirely, due to modulation of cyclin dependent kinase (CDK) activity. Examples of endoreduplication characterised in arthropod, mammalian, and plant species suggest that it is a universal developmental mechanism responsible for the differentiation and morphogenesis of cell types that fulfill an array of biological functions. Polyploidy and aneuploidy are common phenomena in cancer cells. Given that oncogenesis and endoreduplication likely involve subversion of common cell cycle regulatory mechanisms, a thorough understanding of endoreduplication may provide important insights for cancer biology.
Эндодепликация, эндомитоз және политетилендеу
Эндоредупликация, эндомитоз және политенизация – клетканың реттелген түрде полиплоидтануына алып келетін үш түрлі процесс. Эндоредупликацияда жасушалар S фазасын бірнеше рет аяқтағаннан кейін G2 фазасында митоздық жасуша циклынан толығымен шығып, M фазасын өткізіп жібереді, нәтижесінде мононуклеарлы полиплоидты жасуша пайда болады. Клетка S фазасының әр қайталануында әрбір хромосоманың екі есе көп көшірмесімен аяқталады. Эндомитоз – митоз басталып, бірақ анафаза кезінде тоқтатылып, цитокинез аяқталмайтын жасуша циклының бір түрі. Эндоредупликациядан өткен жасушадан өзгеше, бұл жасушада бірнеше ядро болады. Демек, жасуша митоз бойынша қаншалықты ілгерілегеніне байланысты, мононуклеарлы немесе бинуклеарлы полиплоидты жасуша пайда болады. Политенизация кейбір геномдық аймақтардың жеткіліксіз немесе артық күшеюі нәтижесінде пайда болып, политен хромосомаларын құрайды. Бұл нәтиже клеткалық идентификацияны сақтау үшін эндоредупликация және полиплоидия қажет болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Жасушаның/организмнің өлшемі
Жасушалық плоидия көбінесе жасуша мөлшерімен сәйкес келеді, бұл эндоредупликацияның тіндің өсу механизмі ретінде қызмет ете алатынын ұсынады. Митозға қарағанда эндоредупликация цитоскелетті қайта құруды немесе жаңа жасуша мембранасын жасауды талап етпейді және көбінесе бұрыннан дифференциацияланған жасушаларда кездеседі. Сондықтан, бұл митозға қабілетсіз дифференциацияланған жасуша түрлері үшін клеткалық көбеюге қарағанда энергияны тиімдірек пайдаланудың баламасы болуы мүмкін. Әдебиетте плоидия мен тіндік мөлшері арасындағы байланысты растайтын көптеген деректер бар болғанымен, кері мысалдар да табылады.
Оогенез және эмбрионалды даму
Эндоредупликация көбінесе ооциттер мен эмбриондарды қоректендіру және қорғауға жауапты жасушаларда кездеседі. Гендердің көшірмелерінің санының артуы эмбриогенез бен ерте дамудың метаболизміне қажетті ақуыздарды көптеп өндіруге мүмкіндік береді деген болжам бар. Дегенмен, жүгері эндосперміндегі эндоредупликацияның төмендеуі крахмал мен қойма ақуыздарының жинақталуына елеулі әсер етпейді, бұл дамитын эмбрионның қоректік қажеттіліктері кодталған ақуыздардың өзінде емес, полиплоидты геномды құрайтын нуклеотидтермен байланысты болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Геномды буферлеу
Тағы бір гипотеза бойынша, эндоредупликация ДНК зақымдануы мен мутацияға қарсы қорғаныс ретінде әрекет етеді, себебі ол маңызды гендердің қосымша даналарын қамтамасыз етеді.
Стресске қарсы әрекет
Өсімдіктердегі зерттеулер эндоредупликацияның стресс жауаптарын реттеуде де рөл атқаратынын ұсынады. E2fe (өсімдіктердегі эндоциклдік репрессор) экспрессиясын өзгерту арқылы ғалымдар жасушалық плеидияның артуы құрғақшылық стресінің жапырақ өлшеміне тигізетін теріс әсерін азайтатынын көрсетті. Өсімдіктердің орынсыз өмір салты олардың қоршаған орта жағдайларына бейімделу қабілетін талап ететіндіктен, кең таралған полиплоидия олардың даму пластикалық қабілетіне үлес қосады деп болжауға болады.
Эндорепликацияның генетикалық бақылауы
Митоздан эндоредупликацияға көшудің ең жақсы зерттелген мысалы Drosophila фолликул клеткаларында кездеседі және Notch сигнализациясы арқылы іске қосылады. Эндоредупликацияға ену митоздық және S фазалық циклинге тәуелді киназа (CDK) белсенділігін модуляциялауды қамтиды. M фазалық CDK белсенділігін тежеу Cdh/fzr транскрипциялық активациясы және G2-M фазасын реттеуші тізбекті/cdc25-ті басу арқылы жүзеге асырылады. Cdh/fzr анафазаны ынталандырушы кешенді (APC) белсендіреді және митоздық циклиндердің протеолизіне жауап береді. String/cdc25 – митоздық циклин CDK кешенінің белсенділігін ынталандыратын фосфатаза. S фазалық CDK белсенділігін арттыру ингибиторлық киназа dacapo-ның транскрипциялық репрессиясы арқылы жүзеге асырылады. Бұл өзгерістер митоздық енуді болдырмауға, G1 фазасы арқылы прогрессияға және S фазаға кіруге мүмкіндік береді. Сүтқоректілердің мегакариотциттеріндегі эндомитоз индукциясы тромбопоэтин (TPO) цитокинімен cmpl рецепторларының белсендірілуін қамтиды және ERK1/2 сигнализациясы арқылы жүзеге асады. Drosophila фолликул клеткаларындағыдай, мегакариоциттерде де эндоредупликация S фазалық циклин CDK кешендерінің белсенділігінің артуымен және митоздық циклин CDK белсенділігінің тежелуімен байланысты. Эндоредупликация (және митоз) кезінде S фазасына кіру репликацияның басталу орындарында пререпликациялық кешеннің (pre RC) қалыптасуы арқылы реттеледі, одан кейін ДНК репликация механизмін тарту және іске қосу жүреді. Эндоредупликация жағдайында бұл оқиғаларға циклин E Cdk2 белсенділігінің тербелісі көмектеседі. Циклин E Cdk2 белсенділігі репликация механизмін белсендіреді, сонымен қатар ол pre RC-нің алдын ала қалыптасуын тежейді, бұл цикл сайын тек бір репликация айналымын қамтамасыз ету үшін қажет. Репликацияның басталу орындарында pre RC-ге дейінгі түзілуді бақылаудың сәтсіздігі қатерлі ісік жасушаларында жиі кездесетін «қайта репликация» деп аталатын құбылысқа әкеледі. Циклин E Cdk2 белсенділігінің тербелістері транскрипциялық және посттранскрипциялық механизмдер арқылы реттеледі. Циклин E экспрессиясы эндоредупликация үшін қажет екендігі дәлелденген E2F транскрипция факторларымен белсендіріледі. Соңғы зерттеулер E2F және циклин E протеиндерінің деңгейіндегі байқалатын тербелістер Cul4-ке тәуелді убиквитиндеу және E2F ыдырауынан тұратын теріс кері байланыс циклынан туындайды деп болжайды. Циклин E Cdk2 белсенділігінің транскрипциядан кейінгі реттелуі Ago/Fbw7 медиацияланған циклин E-нің протеолитикалық ыдырауымен және Dacapo және p57 сияқты факторлардың тікелей тежеуімен байланысты.
Жыныстық емес омыртқалы жануарлардағы премиотиялық эндомитоз
Бір жынысты саламандралар (Ambystoma туысы) – 5 миллион жыл бұрын пайда болған ең көне белгілі бір жынысты омыртқалы жануарлар тобы. Бұл полиплоидты бір жынысты ұрғашыларда геномның қосымша мейозға дейінгі эндомитоздық көбейтілуі хромосомалар санын екі есеге арттырады. Соның салдарынан, екі мейоздық бөлінуден кейін түзілген жетілген жұмыртқалар ересек ұрғашы саламандраның дене жасушаларымен бірдей полиплоидия деңгейіне ие болады. Осы бір жынысты ұрғашыларда мейоздың I фазасында синапс және рекомбинация көбінесе бірдей әпкелеспе хромосомалар арасында, ал кейде гомологты хромосомалар арасында жүзеге асады деп саналады. Осылайша, генетикалық өзгергіштік өте аз немесе мүлдем болмайды. Гомологиялық хромосомалар арасында рекомбинация өте сирек немесе болмайды.