Фазы клеточного цикла: характеристика, продолжительность

Митоз является видимым проявлением клеточного деления, однако в размножении клеток важнейшую роль играют и другие процессы, не столь легко наблюдаемые под световым микроскопом. Главным из них является репликация ДНК. Этот процесс можно проанализировать путем введения в клетку радиоактивных предшественников ДНК (например, [Н] тимидина) и их последующего выявления биохимическими и авторадиографическими методами.

Период, в течение которого происходит репликация ДНК, — интерфаза — не сопровождается заметными при микроскопии явлениями, связанными с клеточным делением. Такое чередование митоза и интерфазы, известное как клеточный цикл, происходит во всех тканях, где имеется обновление клеток. Тщательное исследование клеточного цикла показывает, что его можно разделить на две стадии: митоз, состоящий из четырех фаз (профазы, метафазы, анафазы, телофазы), и интерфазу.

Интерфаза в свою очередь подразделяется на три фазы: G1 (пресинтетическую), S (синтез ДНК) и G2 (после удвоения ДНК). Последовательность этих фаз и приблизительная их продолжительность показаны на рисунке. S-фаза характеризуется синтезом ДН К и началом удвоения центросом с их центриолями.

Во время G1-фазы происходит интенсивный синтез РНК и белков, включая белки, которые регулируют клеточный цикл, при этом объем клетки, ранее уменьшившийся в результате митоза до половины исходного, восстанавливается до своего нормального уровня. В клетках, которые не делятся непрерывно, активность клеточного цикла может прекратиться на время или окончательно. Клетки, находящиеся в таком состоянии (например, мышечные, нервные), описывают как пребывающие в фазе G0.

Регуляция клеточного цикла у млекопитающих осуществляется сложными механизмами. Известно, что культивируемые клетки в отсутствие сыворотки прекращают пролиферацию и останавливаются в G0. В сыворотке крови содержатся высокоспецифические белки — факторы роста — незаменимые компоненты, способствующие делению клеток даже в очень низких концентрациях.

фазы клеточного цикла

Клеточный цикл регулируется также разнообразными сигналами, которые угнетают процесс прохождения клетки по циклу. Повреждение ДНК приводит к остановке клеточного цикла не только в G2, но также и в «контрольной точке» (точке рестрикции) в G1. Остановка в G1 позволяет осуществить устранение поломки (репарацию) ДНК до того, как клетка войдет в S-фазу, в которой происходила бы репликация поврежденной ДНК.

В клетках млекопитающих блокирование цикла в контрольной точке в G1 опосредовано действием белка, называемого р53. Ген, кодирующий р53, в раковых клетках у человека часто изменяется вследствие мутации, тем самым снижается способность клетки осуществлять репарацию поврежденной ДНК. Наследование поврежденной ДНК дочерними клетками приводит к повышенной частоте мутаций и общей нестабильности генома, что может способствовать развитию рака.

Процессы, происходящие в течение G2-фазы, включают накопление энергии, которая будет использоваться во время митоза, синтез тубулина, который подвергнется сборке с образованием микротрубочек митотического веретена, и синтез хромосомных негистоновых белков. В фазе G2 также имеется критическая точка, в которой клетка остается до тех пор, пока не произойдет коррекции всей ДНК, синтезированной с дефектами.

В фазе G2 происходит накопление белкового комплекса — фактора, обеспечивающего созревание, или М-стимулирующего фактора (МСФ, или МPF — maturation promoting factor), который индуцирует начало митоза, конденсацию хромосом, разрыв ядерной оболочки и другие события, связанные с митозом.

Некоторые факторы роста используются в медицине. Примером может служить эритропоэтин, который усиливает пролиферацию, дифференцировку и жизнеспособность предшественников эритроцитов в красном костном мозгу.

фазы клеточного цикла

Быстрорастущие ткани (например, эпителий кишки) часто содержат митотически делящиеся клетки, чего не наблюдается в медленнорастущих тканях. Увеличенное количество фигур митоза и аномальные митозы в опухолях являются важными характеристиками, которые отличают злокачественные опухоли от доброкачественных. Организм обладает сложными регуляторными системами, которые контролируют репродукцию клеток, либо стимулируя, либо угнетая митоз.

Нормальную пролиферацию и дифференцировку клеток контролирует группа генов — протоонкогены; нарушения структуры или экспрессии этих генов приводят к развитию опухолей. Измененные протоонкогены содержатся в вирусах, вызывающих опухоли, они, вероятно, имеют клеточное происхождение. Измененная активность онкогенов может возникнуть вследствие нарушения последовательности в молекуле ДНК (мутации), увеличения числа генов (амплификации генов), либо реаранжировки генов, при которой гены перемещаются в участок вблизи активного промотера.

Была установлена связь между измененными онкогенами и развитием некоторых опухолей и гематологических новообразований. Белки, стимулирующие митотическую активность в различных типах клеток, включают фактор роста нервов, эпидермальный фактор роста, фактор роста фибробластов и предшественники фактора роста эритроцитов (эритропоэтина); список этих белков расширяется и быстро растет.

Пролиферация клеток обычно регулируется точными механизмами, которые, когда необходимо, могут стимулировать или задерживать митоз в зависимости от потребности организма. Ряд факторов (например, химические вещества, некоторые виды облучения, вирусные инфекции) способен вызвать повреждение ДНК, мутацию и аномальную пролиферацию клеток, которые обходят нормальные регуляторные механизмы контролируемого роста и приводят к образованию опухолей.

Термин «опухоль», первоначально употреблявшийся для обозначения любой ограниченной припухлости в организме, вызванной воспалением или аномальной пролиферацией клеток, в настоящее время обычно используется как синоним терминов «новообразование, неоплазия» (греч. neos — новый + plasma — образование). Новообразование можно определить как патологическую массу ткани, образованную вследствие нерегулируемой пролиферации клеток.

Новообразования могут быть либо доброкачественными, либо злокачественными в зависимости от имеющихся у них признаков — медленного и неинвазивного роста (доброкачественные) или быстрого роста и выраженной способности врастать в другие ткани и органы (злокачественные). Рак — это распространенный термин, которым обозначают все злокачественные опухоли.

- Читать далее "Апоптоз клеток. Механизмы"

Оглавление темы "Строение клеток":
  1. Строение, функции хроматина
  2. Строение, функции ядрышка
  3. Фазы клеточного деления - митоза
  4. Фазы клеточного цикла: характеристика, продолжительность
  5. Апоптоз клеток. Механизмы
  6. Виды тканей человека. Характеристика
  7. Формы эпителиальных клеток. Характеристика
  8. Базальная пластинка и базальная мембрана тканей: гистология, строение
  9. Межклеточная адгезия и межклеточные соединения в тканях. Виды
  10. Строение, функции микроворсинок эпителиальных клеток

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: