Введение

Серия событий и стадий, приводящих к делению клетки.

Клеточный цикл, или цикл деления клетки, – это последовательность событий, происходящих в клетке и приводящих к её делению на две дочерние клетки. Эти события включают удвоение её ДНК (репликацию ДНК) и некоторых органелл, а затем разделение цитоплазмы, хромосом и других компонентов на две дочерние клетки в процессе, называемом клеточным делением. У эукариотических клеток (имеющих клеточное ядро), включая клетки животных, растений, грибов и протистов, клеточный цикл делится на две основные стадии: интерфазу и митоз в фазе M, которая также включает цитокинез. Во время интерфазы клетка растёт, накапливая питательные вещества, необходимые для митоза, и реплицирует свою ДНК и некоторые органеллы. Во время фазы M реплицированные хромосомы, органеллы и цитоплазма разделяются на две новые дочерние клетки. Для обеспечения правильного удвоения клеточных компонентов и деления существуют механизмы контроля, известные как контрольные точки клеточного цикла, после каждого из ключевых этапов цикла, определяющие, может ли клетка перейти к следующей фазе. В клетках без ядра – прокариотах, бактериях и археях – клеточный цикл делится на периоды B, C и D. Период B длится от окончания деления клетки до начала репликации ДНК. Репликация ДНК происходит в течение C-периода. Период D относится к стадии между окончанием репликации ДНК и разделением бактериальной клетки на две дочерние клетки. У одноклеточных организмов один цикл деления клетки является способом размножения организма. У многоклеточных организмов, таких как растения и животные, серия циклов деления клеток – это способ развития организма из одной оплодотворенной яйцеклетки в зрелый организм, а также процесс, посредством которого регенерируются и заживают волосы, кожа, клетки крови и некоторые внутренние органы (за возможным исключением нервов; см. повреждение нервной ткани). После деления клетки каждая из дочерних клеток начинает интерфазу нового клеточного цикла. Хотя различные стадии интерфазы обычно неразличимы морфологически, каждая фаза клеточного цикла имеет свой уникальный набор специализированных биохимических процессов, подготавливающих клетку к началу клеточного деления.

Фазы

Цикл эукариотических клеток состоит из четырех различных фаз: фаза G1, фаза S (синтез), фаза G2 (вместе известные как интерфаза) и фаза M (митоз и цитокинез). Фаза M состоит из двух тесно связанных процессов: митоза, в ходе которого делится ядро клетки, и цитокинеза, в ходе которого делится цитоплазма клетки, формируя две дочерние клетки. Активация каждой фазы зависит от надлежащего прогресса и завершения предыдущей. Клетки, которые временно или обратимо прекратили деление, переходят в состояние покоя, называемое фазой G0.

Состояние | Фаза | Сокращение | Описание
---|---|---|---
Отдых | 0 | G0 | Фаза, в которой клетка вышла из цикла и прекратила деление.
Интерфаза | Разрыв 1 | G1 | Рост клеток. Контрольная точка G1 обеспечивает готовность к синтезу ДНК.
Синтез | Репликация | S | Репликация ДНК.
Разрыв | 2 | G2 | Рост и подготовка к митозу. Контрольная точка G2 обеспечивает готовность к вступлению в фазу M (митоз) и делению.
Клеточное деление | Митоз | M | Происходит деление клеток. Метафазная контрольная точка обеспечивает готовность клетки к завершению деления клеток.

После деления клетки каждая из дочерних клеток начинает интерфазу нового цикла. Хотя различные стадии интерфазы обычно неразличимы морфологически, каждая фаза клеточного цикла имеет свой уникальный набор специализированных биохимических процессов, подготавливающих клетку к началу клеточного деления.

Фаза G0 (покой)

G0 – это фаза покоя, в которой клетка вышла из цикла и прекратила делиться. Клеточный цикл может начинаться с этой фазы. Непролиферирующие (неделящиеся) клетки в многоклеточных эукариотах обычно переходят в состояние покоя G0 из G1 и могут оставаться в нем длительное время, возможно, неопределенно долго (как часто бывает с нейронами). Это часто встречается в полностью дифференцированных клетках. Некоторые клетки входят в фазу G0 полупостоянно и считаются постмитотическими, например, некоторые клетки печени, почек и желудка. Многие клетки не входят в G0 и продолжают делиться на протяжении всей жизни организма, например, эпителиальные клетки. Термин "постмитотический" иногда используется для обозначения как покоящихся, так и стареющих клеток. Клеточное старение возникает в ответ на повреждение ДНК и внешние стрессовые факторы и обычно представляет собой остановку в G1. Клеточное старение может приводить к нежизнеспособности дочерних клеток; это часто является биохимической альтернативой самоуничтожению поврежденной клетки посредством апоптоза.

Межфазный

Интерфаза представляет собой фазу между двумя последовательными М-фазами. Интерфаза – это серия изменений, происходящих в новообразовавшейся клетке и её ядре, прежде чем она становится способной к делению снова. Она также называется подготовительной фазой или интермитозом. Обычно интерфаза длится не менее 91% от общего времени, необходимого для клеточного цикла. Интерфаза протекает в три стадии: G1, S и G2, за которыми следуют митоз и цитокинез. Содержание ядерной ДНК клетки удваивается во время S-фазы.

S-фаза (репликация ДНК)

Последующая фаза S начинается с начала синтеза ДНК; когда синтез завершается, все хромосомы реплицируются, то есть каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Таким образом, в течение этой фазы количество ДНК в клетке удваивается, однако число хромосом и плоидность остаются неизменными. Скорость транскрипции РНК и синтеза белка в этой фазе очень низкая. Исключением является синтез гистонов, большая часть которого происходит именно в фазу S.

Фаза G2 (рост)

Фаза G2 наступает после репликации ДНК и представляет собой период синтеза белков и быстрого роста клеток, подготавливающий клетку к митозу. В течение этой фазы микротрубочки начинают реорганизовываться с образованием веретена деления (препрофазы). Прежде чем перейти к митотической фазе, клетки должны пройти проверку в контрольной точке G2 на наличие повреждений ДНК в хромосомах. Контрольная точка G2 главным образом регулируется опухолевым белком p53. В случае повреждения ДНК, p53 либо восстанавливает ДНК, либо запускает апоптоз клетки. Если p53 нефункционален или мутировал, клетки с поврежденной ДНК могут продолжать клеточный цикл, что может привести к развитию рака.

Фаза цитокинеза (разделение всех компонентов клетки)

Митоз немедленно сопровождается цитокинезом, который разделяет ядра, цитоплазму, органеллы и клеточную мембрану на две клетки, содержащие приблизительно равные доли этих клеточных компонентов. Митоз и цитокинез вместе определяют деление материнской клетки на две дочерние клетки, генетически идентичные друг другу и исходной материнской клетке. Это составляет около 10% клеточного цикла. Поскольку цитокинез обычно происходит одновременно с митозом, термины "митоз" и "М-фаза" часто используются как взаимозаменяемые. Однако во многих клетках митоз и цитокинез происходят раздельно, формируя одиночные клетки с несколькими ядрами в процессе, называемом эндорепликацией. Это наиболее заметно у грибов и слизевиков, но встречается и в других группах организмов. Даже у животных цитокинез и митоз могут происходить независимо, например, на определенных стадиях эмбрионального развития плодовой мушки. Ошибки в митозе могут приводить к гибели клеток посредством апоптоза или вызывать мутации, которые могут привести к развитию рака.

Регулирование цикла эукариотических клеток

Регулирование клеточного цикла включает процессы, критически важные для выживания клетки, в том числе обнаружение и репарацию генетических повреждений, а также предотвращение неконтролируемого клеточного деления. Молекулярные события, контролирующие клеточный цикл, упорядочены и направлены; то есть каждый процесс происходит последовательно, и цикл нельзя обратить вспять.

Общий механизм взаимодействия циклин- CDK

При получении про-митотического внеклеточного сигнала комплексы G1 циклин-CDK становятся активными для подготовки клетки к S-фазе, стимулируя экспрессию факторов транскрипции, которые, в свою очередь, стимулируют экспрессию S-циклинов и ферментов, необходимых для репликации ДНК. Комплексы G1 циклин-CDK также способствуют деградации молекул, функционирующих как ингибиторы S-фазы, направляя их на убиквитинизацию. После убиквитинирования белок становится мишенью для протеолитической деградации протеасомой. Однако результаты недавнего исследования транскрипционной динамики E2F на уровне отдельных клеток позволяют предположить, что роль G1 циклин-CDK, в частности циклина D CDK4/6, заключается в тонкой настройке времени, а не в необратимом запуске клеточного цикла. Активные комплексы S циклин-CDK фосфорилируют белки, составляющие пре-репликационные комплексы, собранные в G1-фазе на участках инициации репликации ДНК. Фосфорилирование выполняет две функции: активировать каждый уже собранный пре-репликационный комплекс и предотвратить формирование новых комплексов. Это обеспечивает репликацию каждого участка генома клетки ровно один раз. Причина предотвращения пробелов в репликации очевидна: дочерние клетки, лишенные всех или части жизненно важных генов, погибают. Однако наличие дополнительных копий определенных генов также вредно для дочерних клеток из-за эффектов, связанных с числом копий генов. Митотические циклин-CDK комплексы, которые синтезируются, но инактивируются в S- и G2-фазах, стимулируют начало митоза, активируя белки, участвующие в конденсации хромосом и сборке митотического веретена. Ключевым комплексом, активируемым в этом процессе, является убиквитин-лигаза, известная как комплекс, стимулирующий анафазу (APC), который способствует деградации структурных белков, связанных с хромосомной кинетохорой. APC также нацеливает митотические циклины на деградацию, обеспечивая прохождение телофазы и цитокинеза.

Специфическое действие циклин-CDK комплексов

Циклин D является первым циклином, продуцируемым в клетках, входящих в клеточный цикл, в ответ на внеклеточные сигналы (например, факторы роста). Уровни циклина D остаются низкими в не пролиферирующих клетках. Кроме того, CDK4/6 и CDK2 также неактивны, поскольку CDK4/6 связаны с членами семейства INK4 (например, p16), что ограничивает активность киназы. Между тем, комплексы CDK2 ингибируются белками CIP/KIP, такими как p21 и p27. Когда клетке необходимо войти в клеточный цикл, что запускается митогенными стимулами, уровни циклина D повышаются. В ответ на этот триггер циклин D связывается с существующими CDK4/6, образуя активный комплекс циклин D CDK4/6. Комплексы циклина D CDK4/6, в свою очередь, монофосфорилируют белок восприимчивости к ретинобластоме (Rb) в pRb. Нефосфорилированный белок-супрессор опухолей Rb участвует в индукции выхода из клеточного цикла и поддержании остановки в G0 (сенсценции). В последние десятилетия широко распространена модель, согласно которой белки pRB инактивируются фосфорилированием, опосредованным циклином D Cdk4/6. Rb имеет более 14 потенциальных сайтов фосфорилирования. Циклин D Cdk4/6 прогрессивно фосфорилирует Rb до гиперфосфорилированного состояния, что вызывает диссоциацию комплексов pRB–E2F, тем самым индуцируя экспрессию генов клеточного цикла G1/S и прогрессию в S-фазу. Однако научные наблюдения, полученные в ходе недавнего исследования, показывают, что Rb присутствует в трех типах изоформ: (1) нефосфорилированный Rb в состоянии G0; (2) монофосфорилированный Rb, также называемый "гипофосфорилированным" или "частично" фосфорилированным Rb в начале G1; и (3) неактивный гиперфосфорилированный Rb в поздней G1. В ранних клетках G1 монофосфорилированный Rb существует в виде 14 различных изоформ, каждая из которых обладает различным сродством к связыванию с E2F. Идея о том, что различные монофосфорилированные изоформы Rb имеют разных белковых партнеров, представлялась весьма привлекательной. Недавний отчет подтвердил, что монофосфорилирование контролирует ассоциацию Rb с другими белками и генерирует функционально различные формы Rb. Все различные монофосфорилированные изоформы Rb ингибируют транскрипционную программу E2F и способны останавливать клетки в фазе G1. Важно отметить, что различные монофосфорилированные формы Rb имеют различные транскрипционные результаты, выходящие за рамки регуляции E2F. Это наблюдение, основанное на структурном анализе фосфорилирования Rb, подтверждает, что Rb фосфорилируется на разных уровнях посредством множества комплексов циклин-Cdk. Это также делает возможной современную модель одновременного переключения, например, инактивации всех монофосфорилированных изоформ Rb посредством одного типа механизма гиперфосфорилирования Rb. Кроме того, мутационный анализ C-концевой спирали Rb, специфичной для циклина D Cdk4/6, показывает, что нарушение связывания циклина D Cdk4/6 с Rb предотвращает фосфорилирование Rb, останавливает клетки в G1 и усиливает функции Rb как супрессора опухолей. Активация комплекса циклина B cdk1 вызывает распад ядерной оболочки и начало профазы, а последующая его деактивация приводит к выходу клетки из митоза. Многие человеческие раки обладают гиперактивной активностью Cdk4/6. Учитывая наблюдения за функциями циклина D Cdk4/6, ингибирование Cdk4/6 должно предотвратить пролиферацию злокачественной опухоли. Следовательно, ученые пытались создать синтетические ингибиторы Cdk4/6, поскольку Cdk4/6 был идентифицирован как терапевтическая мишень для противоопухолевой эффективности. Три ингибитора Cdk4/6 – палбоциклиб, рибоциклиб и абемациклиб – в настоящее время одобрены FDA для клинического применения в лечении рака молочной железы поздней стадии или метастатического, с положительным гормональным рецептором (HR+, HR-положительный), HER2-отрицательного (HER2-). Например, палбоциклиб является перорально активным ингибитором CDK4/6, который продемонстрировал улучшенные результаты при распространенном ER-положительном/HER2-отрицательном раке молочной железы. Основным побочным эффектом является нейтропения, которой можно управлять путем снижения дозы. Таргетная терапия Cdk4/6 будет эффективна только при тех типах рака, где Rb экспрессируется. Раковые клетки с потерей Rb обладают первичной устойчивостью к ингибиторам Cdk4/6.

Транскрипционная сеть регулирования

Существующие данные свидетельствуют о том, что полуавтономная транскрипционная сеть действует совместно с циклиновым механизмом CDK для регуляции клеточного цикла. Несколько исследований экспрессии генов в Saccharomyces cerevisiae выявили 800–1200 генов, которые изменяют свою экспрессию в ходе клеточного цикла. Эти гены транскрибируются на высоком уровне в определенные моменты клеточного цикла и остаются на более низком уровне в течение остальной части цикла. Хотя набор идентифицированных генов варьируется между исследованиями из-за используемых вычислительных методов и критериев идентификации, каждое исследование показывает, что большая часть генов дрожжей подвержена временной регуляции. Многие периодически экспрессируемые гены контролируются факторами транскрипции, которые также периодически экспрессируются. Один скрининг нокаутов отдельных генов выявил 48 факторов транскрипции (около 20% от общего числа неэссенциальных факторов транскрипции), демонстрирующих дефекты прогрессирования клеточного цикла. Исследования генома в масштабе всего генома с использованием высокопроизводительных технологий идентифицировали факторы транскрипции, связывающиеся с промоторами генов дрожжей, а корреляция этих данных с временными паттернами экспрессии позволила идентифицировать факторы транскрипции, определяющие фазоспецифическую экспрессию генов. Экспрессионные профили этих факторов транскрипции определяются факторами транскрипции, достигающими пика в предыдущей фазе, и вычислительные модели показали, что автономная сеть CDK, состоящая из этих факторов транскрипции, достаточна для создания устойчивых колебаний в экспрессии генов. Экспериментальные данные также указывают на то, что экспрессия генов может колебаться с периодом, наблюдаемым в делящихся клетках дикого типа, независимо от циклинового механизма CDK. Орландо и соавторы использовали микрочипы для измерения экспрессии набора из 1271 гена, которые они идентифицировали как периодические как в клетках дикого типа, так и в клетках, лишенных S-фазных и митотических циклинов (clb1,2,3,4,5,6). Из 1271 исследованных генов 882 продолжали экспрессироваться в клетках с дефицитом циклина в то же время, что и в клетках дикого типа, несмотря на то, что клетки с дефицитом циклина останавливаются на границе между G1 и S фазами. Однако 833 из исследованных генов изменили свое поведение между клетками дикого типа и мутантными клетками, что указывает на то, что эти гены, вероятно, регулируются циклиновым механизмом CDK напрямую или косвенно. Некоторые гены, которые продолжали экспрессироваться вовремя в мутантных клетках, также экспрессировались на разных уровнях в мутантных и клетках дикого типа. Эти результаты показывают, что, хотя транскрипционная сеть может колебаться независимо от циклинового CDK-осциллятора, они связаны таким образом, что оба механизма необходимы для обеспечения правильной синхронизации событий клеточного цикла. В то время как осцилляторная транскрипция играет ключевую роль в прогрессировании клеточного цикла дрожжей, циклиновый механизм CDK функционирует независимо в раннем эмбриональном клеточном цикле. До перехода к середине бластулы зиготическая транскрипция не происходит, и все необходимые белки, такие как циклины типа B, транслируются из материнской мРНК.

Репликация ДНК и деятельность по производству репликации ДНК

Анализ синхронизированных культур Saccharomyces cerevisiae в условиях, предотвращающих инициацию репликации ДНК, но не замедляющих прогрессирование клеточного цикла, показал, что снижение лицензирования начал репликации уменьшает экспрессию генов, у которых начало репликации расположено близко к их 3'-концу, демонстрируя, что расположенные ниже по течению начала репликации могут регулировать экспрессию генов, расположенных выше по течению. Это подтверждает предыдущие предсказания, полученные с помощью математического моделирования глобальной причинно-следственной связи между активностью начал репликации ДНК и экспрессией мРНК, и показывает, что математическое моделирование данных ДНК-микрочипов может быть использовано для точного предсказания ранее неизвестных механизмов биологической регуляции.

Контрольные пункты

Контрольные точки клеточного цикла используются клеткой для мониторинга и регуляции прогресса клеточного цикла. Эти точки предотвращают продвижение клеточного цикла в определенных моментах, обеспечивая проверку необходимых процессов фаз и восстановление повреждений ДНК. Клетка не может перейти к следующей фазе, пока не будут выполнены требования контрольных точек. Контрольные точки обычно состоят из сети регуляторных белков, которые контролируют и определяют прохождение клетки через различные стадии клеточного цикла. По оценкам, в нормальных клетках человека около 1% повреждений ДНК одноцепочечных молекул преобразуется примерно в 50 эндогенных разрывов ДНК двойной цепи на клетку за клеточный цикл. Хотя такие разрывы обычно восстанавливаются с высокой точностью, ошибки в их восстановлении, как считается, значительно способствуют заболеваемости раком у людей. Несмотря на то, что это три "основные" контрольные точки, не все клетки обязаны последовательно проходить через каждую из них для репликации. Многие виды рака вызываются мутациями, которые позволяют клеткам быстро преодолевать различные контрольные точки или даже полностью их игнорировать, переходя от S-фазы к M-фазе и обратно к S-фазе почти непрерывно. Поскольку эти клетки потеряли свои контрольные точки, любые мутации ДНК, которые могли возникнуть, игнорируются и передаются дочерним клеткам. Это одна из причин, по которой раковые клетки склонны к экспоненциальному накоплению мутаций. Помимо раковых клеток, многие полностью дифференцированные типы клеток перестают реплицироваться, выходя из клеточного цикла и оставаясь в состоянии G0 до своей гибели, что устраняет необходимость в контрольных точках. Также была предложена альтернативная модель ответа клеточного цикла на повреждение ДНК, известная как контрольная точка после репликации. Регуляция контрольных точек играет важную роль в развитии организма. При половом размножении, когда происходит оплодотворение яйцеклетки, связывание сперматозоида с яйцеклеткой высвобождает сигнальные факторы, уведомляющие яйцеклетку об оплодотворении. Это, в частности, индуцирует ооцит, ранее находившийся в состоянии покоя G0, вернуться в клеточный цикл и перейти к митотическому реплицированию и делению. p53 играет важную роль в запуске механизмов контроля как в контрольных точках G1/S, так и в контрольных точках G2/M. Помимо p53, регуляторы контрольных точек активно исследуются на предмет их роли в росте и пролиферации раковых клеток.

Флуоресцентное изображение клеточного цикла

В результате новаторской работы Ацуси Мияваки и его коллег был разработан индикатор клеточного цикла на основе флуоресцентного убиквитинирования (FUCCI), позволяющий проводить флуоресцентную визуализацию клеточного цикла. Изначально зеленый флуоресцентный белок mAG был объединен с hGem(1/110), а оранжевый флуоресцентный белок (mKO2) – с hCdt1(30/120). Важно отметить, что эти соединения представляют собой фрагменты, содержащие сигнал для локализации в ядре и участки убиквитинирования, необходимые для деградации, но не являются функциональными белками. Зеленый флуоресцентный белок синтезируется в фазах S, G2 или M и разрушается в фазах G0 или G1, в то время как оранжевый флуоресцентный белок синтезируется в фазах G0 или G1 и разрушается в фазах S, G2 или M. Дальнекрасный и ближний инфракрасный FUCCI был разработан с использованием флуоресцентного белка, полученного из цианобактерий (smURFP), и флуоресцентного белка, полученного из бактериофитохрома (видео доступно по этой ссылке).

Роль в образовании опухолей

Дезорганизация компонентов клеточного цикла может привести к образованию опухоли. Как упоминалось выше, мутации в некоторых генах, таких как ингибиторы клеточного цикла, RB, p53 и другие, могут вызвать неконтролируемое размножение клеток, что приводит к формированию опухоли. Хотя продолжительность клеточного цикла в опухолевых клетках равна или превышает продолжительность нормального клеточного цикла, доля клеток, находящихся в активном клеточном делении (по сравнению с клетками в состоянии покоя в фазе G0) в опухолях значительно выше, чем в нормальной ткани. Таким образом, происходит чистое увеличение числа клеток, поскольку количество клеток, погибающих в результате апоптоза или старения, остается прежним. Клетки, активно проходящие клеточный цикл, являются мишенью в терапии рака, поскольку ДНК относительно доступна во время деления клеток и, следовательно, восприимчива к повреждению лекарственными препаратами или радиацией. Этот факт используется в лечении рака; в процессе, известном как дебулькинг, удаляется значительная масса опухоли, что стимулирует значительное количество оставшихся опухолевых клеток перейти из фазы G0 в фазу G1 (из-за повышенной доступности питательных веществ, кислорода, факторов роста и т.д.). Последующая лучевая или химиотерапия уничтожает эти клетки, которые недавно вошли в клеточный цикл. Негомологичное соединение концов – менее точный и более мутагенный процесс восстановления двухцепочечных разрывов – активен на протяжении всего клеточного цикла.

Эволюция генома

В ходе клеточного цикла необходимо продублировать все клеточные компоненты и равномерно распределить их между двумя дочерними клетками. Многие компоненты, такие как белки и рибосомы, производятся непрерывно на протяжении всего клеточного цикла (за исключением М-фазы). Однако хромосомы и другие связанные элементы, такие как ЦТЦ (MTOC), дублируются лишь однажды в течение клеточного цикла. Центральным аспектом клеточного цикла является его способность координировать непрерывное и периодическое дублирование различных клеточных элементов, что эволюционировало вместе с формированием генома. Предклеточная среда содержала функциональные и самовоспроизводящиеся РНК. Концентрация всех РНК зависела от концентрации других РНК, которые могли способствовать или препятствовать накоплению ресурсов. В этой среде рост представлял собой просто непрерывное производство РНК. Эти предклеточные структуры должны были справляться с паразитическими РНК, проблемами наследования и контролем копийности специфических РНК. Разделение "геномной" и "функциональной" РНК помогло решить эти проблемы. Слияние множества РНК в геном создало матрицу, из которой отщеплялись функциональные РНК. Теперь паразитическим РНК пришлось бы встраиваться в геном, что является гораздо более серьезным препятствием для выживания. Контроль копийности геномной РНК также позволил определять концентрацию РНК через скорость синтеза и период полураспада РНК, а не посредством конкуренции. Однако у животных эволюционировали целые семейства CDK. Cdk1 контролирует вход в митоз, а Cdk2, Cdk4 и Cdk6 регулируют вход в S-фазу. Несмотря на эволюцию семейства CDK у животных, эти белки обладают связанными или избыточными функциями. Например, клетки мышей с тройным нокаутом по генам cdk2, cdk4 и cdk6 все еще способны проходить базовый клеточный цикл. Нокаут CDK1 летален, что указывает на то, что киназа типа CDK1, как предшественник, в конечном итоге контролирует клеточный цикл, что противоречит модели опистоконтов, где киназы типа CDK1 являются основными регуляторами клеточного цикла. У растений также существует уникальная группа CDK типа B, функции которых могут варьироваться от функций, специфичных для развития, до ключевых регуляторов митоза.

Эволюция контрольных точек G1/S

Регулирование контрольных точек G1/S у эукариот. Обзор сетей контроля перехода G1/S у растений, животных и дрожжей. Все три демонстрируют поразительное сходство в топологии сети, хотя отдельные белки в сети имеют очень мало сходства в аминокислотной последовательности. Вход в S-фазу как у дрожжей, так и у животных контролируется уровнями двух противодействующих регуляторов. Дополнительная регуляция сети, контролирующей контрольную точку G1/S у дрожжей и животных, включает фосфорилирование/дефосфорилирование комплексов CDK-циклинов. Суммарно эти регуляторные сети создают гистерезисную и бистабильную систему, несмотря на высокую степень дивергенции специфических белков. У дрожжей Whi5 должен быть подавлен фосфорилированием Cln3 для экспрессии SBF, в то время как у животных Rb должен быть подавлен комплексом Cdk4/6-циклин D для экспрессии E2F. И Rb, и Whi5 ингибируют транскрипцию, рекрутируя белки гистон-деацетилазы к промоторам. Оба белка также имеют несколько сайтов фосфорилирования CDK, посредством которых они ингибируются. Например, растениям также необходимо подавлять Rb для трансляции E2F в этой сети. Эти консервативные элементы клеточных циклов растений и животных могут быть эволюционно древними у эукариот. Хотя дрожжи разделяют консервативную топологию сети с растениями и животными, высокая степень дивергенции регуляторов дрожжей предполагает возможную быструю эволюцию в линии дрожжей.