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细胞周期检查点及其调节机制是怎样的

发布时间:2022-11-10 10:38:24 阅读:11532次 来源:百度学术

  细胞周期检查点:

  众所周知,细胞通常在体积翻倍时进行分裂,但实际上细胞分裂过程的控制非常复杂且精确。细胞分裂的所有过程或步骤都是按顺序发生的,并且细胞知道何时进行以及何时等待和停止细胞分裂。

  在 DNA 复制完成之前或当染色体或纺锤体纤维受损时,连续的细胞分裂会给细胞甚至有机体带来灾难性的后果。因此,在进行细胞分裂之前,细胞的各个方面都要通过其内部机制进行检查。

  检查点是真核细胞周期中的几个点之一,在这些点上,可以停止细胞向细胞周期下一阶段的进程,直到条件有利。

  在循环期间会发生许多停止,以评估下一步是否应该进行,这些停止称为检查点。

   一种称为成熟促进因子 (MPF)的复杂蛋白质在细胞成熟和有丝分裂方面具有重要作用。它也被称为有丝分裂促进因子。

  MPF物质由细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶组成,这两种蛋白质分子结合在一起时会被激活,并负责细胞周期跨越各个检查点。

  在细胞周期中,细胞周期蛋白依赖性激酶 (cdks) 的检查点。每个 cdk点 都有自己特定的细胞周期蛋白,可启动细胞周期的G1 期、S 期或 M 期。细胞周期中的检查点非常重要,因为如果存在遗传损伤,它有助于停止细胞分裂过程,让细胞在细胞分裂前修复损伤。如果损伤无法修复,则细胞会发生凋亡,如果检查点机制失败,则细胞会癌变。

  细胞周期中的各种检查点:

图例

  一、G1检查点:

  G 1 检查点确定所有条件是否有利于细胞分裂继续进行。例如对 DNA 的损伤和细胞的其他外部因素在此检查点进行评估。如果条件不充分,则不允许细胞继续进入S期。

  G 1 检查点也称为细胞不可逆地进入细胞分裂过程的限制点。单元格设置了单元格必须满足的某些要求才能通过检查点。

  外部因素如生长因子在携带细胞通过 G 1 检查点方面起着至关重要的作用。电池只有在大小合适且能量储备充足的情况下才能通过检查点。

  此时,细胞也会检查 DNA 损伤。

  不满足所有要求的单元将不会进入 S 阶段。这些细胞停止循环并尝试纠正有问题的情况,或者细胞可能会经历失活进入 G 0期并在情况改善时等待进一步的信号。

  如果一个细胞满足 G 1 检查点的所有要求,该细胞将进入 S 期并开始 DNA 复制。

  此 G1 检查点涉及由细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶 (CDK) 发出的信号。

  二. G2检查点:

  G2 检查点确保所有染色体都已准确复制,并且复制的染色体在细胞进入有丝分裂之前没有受损。

  如果不满足某些条件, G 2 检查点会阻止细胞进入有丝分裂期。

  如果检查点机制检测到 DNA 有问题,细胞周期就会停止,细胞会尝试完成 DNA 复制或修复受损的 DNA。

  如果 DNA 已正确复制,细胞周期蛋白依赖性激酶 (CDK) 会发出有丝分裂细胞分裂开始的信号

  三、 M检查点:

  M 检查点出现在有丝分裂中期末期。

  M检查点确定在细胞进入不可逆后期阶段之前是否所有姐妹染色单体都正确附着在纺锤体纤维上。

  M检查点也称为纺锤体检查点,因为它决定了所有姐妹染色单体是否正确地附着在纺锤体微管上。

  在中期末期,由细胞对极产生的纺锤体纤维附着在赤道平面姐妹染色单体着丝粒的着丝粒上。然后细胞进入后期,其特点是姐妹染色体向相反极分离。由于后期是细胞周期中不可逆的步骤,因此 M 期检查点非常重要,可确保纺锤体与姐妹染色单体正确连接。

  M 检查点还涉及来自细胞周期蛋白依赖性激酶的信号。

  四、细胞周期调控:

  细胞周期由调节分子控制,这些调节分子要么促进这一过程,要么阻止其进展。

  1.细胞周期的正向调控:

  两组蛋白质;细胞周期蛋白细胞周期蛋白依赖性激酶(Cdks),负责促进细胞周期

  A.成熟促进因子(MPF):

   MPF由两种蛋白质复合物组成;细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶(cdc2p)。

  这两组蛋白质,称为细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶 (Cdks),负责细胞通过各种检查点的进程。

  B.周期素:

  细胞周期蛋白是调节细胞周期的细胞信号分子

  细胞周期蛋白有四种类型 - A、B、D 和 E

  四种细胞周期蛋白(A、B、D、E)的水平在整个细胞周期中以可预测的模式波动

  Cyclin B 在有丝分裂中非常重要。

  细胞进入细胞周期的下一阶段后,前一阶段活跃的细胞周期蛋白被降解。

  只有当它们与 Cdks 紧密结合时,细胞周期蛋白才能调节细胞周期。

  为了充分发挥作用,Cdk/cyclin 复合物还必须在特定位置被磷酸化。

  C.细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK):

  Cdk 是磷酸化其他蛋白质或酶的激酶。磷酸化通过改变其形状来激活蛋白质。

  被 Cdks 磷酸化的蛋白质参与将细胞推进到下一阶段。

  Cdk 蛋白水平在整个细胞周期中相对稳定;然而,细胞周期蛋白的浓度会波动并决定何时形成 Cdk/细胞周期蛋白复合物。

  不同的细胞周期蛋白和 Cdks 在细胞周期的特定点结合,从而调节不同的检查点。

  三、细胞周期的负调控:

  负调节剂停止细胞周期。

  负调控分子是视网膜母细胞瘤蛋白 (Rb)、p53 和 p21。

  如果负调节蛋白受损或失去功能,则会导致不受控制的细胞分裂,从而导致肿瘤或癌症。

  A.视网膜母细胞瘤蛋白:

   Rb是许多细胞中常见的一组肿瘤抑制蛋白。

  B. P53蛋白

   P53是一种多功能蛋白。它在 G1 期细胞中存在 DNA 损伤时被激活,细胞采用修复损伤的机制。

  当检测到受损的 DNA 时,p53 蛋白会停止细胞周期并募集酶来修复 DNA。如果 DNA 无法修复,p53 可以触发细胞凋亡以防止受损染色体的复制。

  随着 p53 水平的升高,p21 的产生被触发。

  C. P21蛋白

  p21 通过与 Cdk/细胞周期蛋白复合物结合并抑制其活性来强制停止由 p53 决定的细胞周期。

  在 DNA 损伤情况或细胞大小不足的情况下,会产生越来越多的 p53 和 p21,从而停止细胞周期并阻止细胞进入 S 期。

  这些负调节因子被称为肿瘤抑制蛋白,编码这些蛋白质的基因被称为肿瘤抑制基因。

  肿瘤抑制因子要么停止细胞直到修复,要么导致细胞凋亡,从而防止受损细胞分裂。如果抑癌基因发生突变,那么这些负调节蛋白就失去了停止细胞周期的功能,导致癌细胞继续生长和分裂。

  四、细胞周期检查点和调控的重要性

  每个细胞的细胞周期必须精确控制和定时,以忠实和可重复地完成每个人的发育计划。每个组织中的每种类型的细胞都必须精确地控制其复制,以便大脑或肾脏等复杂器官的正常发育。在正常成年人中,细胞仅在需要的时间和地点分裂。然而,细胞复制的正常控制丧失是癌症的根本缺陷。

  细胞周期以高精度和保真度发生,以确保每个子细胞继承与父细胞相同数量的染色体。

  染色体复制和细胞分裂必须在每个细胞分裂中以正确的顺序发生。如果一个细胞在所有染色体的复制完成之前经历了有丝分裂事件,那么至少一个子细胞将丢失遗传信息。

  类似地,如果在细胞分裂发生之前染色体的一个区域发生第二轮复制,则该区域中编码的基因数量与其他区域不成比例地增加。因此,单轮DNA复制发生在细胞中。

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