Понятие о гомеостазе. Механизмы регуляции клеточного цикла как пример поддержания гомеостаза (циклины, циклинзависимые киназы, чек-пойнты).

Гомеостаз многоклеточного организма поддержиавается балансом между пролиферацией, диффренцировкой и элиминацией клеток.

Клеточный цикл представляет собой непрерывную цепь отдельных этапов, порядок следования которых четко регулируется. Системы обратной свзи обеспечивают координацию и определенную длительность всех событий клеточного цикла, при котором начало каждого этапа зависит от успешного завершения предыдущего

Регуляция клеточного цикла

Мотором продивижения по клеточному циклу служит активность ряда последуемоактивируемых ферментов- протеинкиназ. Они обеспечивают фосфолирирование отдельных белков и называются циклинзависимыми протеинкиназами (Cdk)

Циклины – особые белки, активность и количество которых изменяется на разных фазах клеточного цикла

Циклинзависимые протеинкиназы - эти ферменты обеспечивают фосфорилирование определенных белков. Для проявления своей ферментативной активности этим ферментам необходимо образование связи с циклином

1. Начальный этап фазы G1 фазы запускают Циклин D1–D3 ил Cdk4-6.

2. Переход в фазу S контролирует Циклин Е или Cdk2.

3. Процесс репликации ДНК находится под конртолем Циклин А Cdk2

4. Переход от фазы G2 к митозу определяет циклин В\ Cdk1

Cdk2 сопосбна соединяться с различными циклинами, при этом изменяется ферментативная активность комплекса и он определяет происхождение различных этапов

Работа этой системы циклин Cdk

Рассмотрим один из примеров, связынных с белком pRb. Этот белок впервые бел обнаружен при наслественной рибластоме-опухоли глаз. В дальшейшем оказалось, что pRb имеет ряд гомологов (р105 и р130). Сегоня pRb – один из опухолевых супрессоров. pRb постоянно присутсвует в клетке в дефосфолирированном состоянии

pRb достаточно прчно связывается с транскрипционным комплексом белков E2Fx-DPx(х означает что имеется несколько вариантов каждого из этих белков). Комплекс E2Fx-DPx регулирует активность целого ряда генов, которые необходимы для начала и успешного прохождения S-фазы. Среди продуктов этих генов – ДНК-полимераза, циклинА, циклинЕ, и т.д

При действии различных митогенов формируется комплекс циклин D1-D3\Cdk4 or Cdk6. Этот комплекс проходит фосфолирирование pRb в итоге освобождается транскрипционный комплекс E2Fx-DP. Он переходит в ядро и обеспечивает транскрипцию соотвествующих генов. После образования необходимых белков клетка вступает в синтетическую фазу.

Любопытно отметить, что среди синтезирующихся белков есть циклинЕ, который вместе с Cdk2 также обеспечивает фосолирирование pRb, что обеспечивает дополнительную стимуляцию S-фазы. После завершения S-фазы pRb опять дефосфолирируется, опять связывается с комплексом E2Fx-DP и блокирует вступление в новую S-фазу.

Можно увидеть способы положительной и отрицательной регуляции. Cdk вместе с циклинами вызывают фосфорилирование, другие ферменты - фосфатазы – дефосфолирирование. Оказалось, что описанного мезанизма недостаточно. Клетка должна обеспечить сохранине постоянства своего генома, целостность органоидов и т.д. Было постулировано наличие особых сверочных точек.

Проверочные точки в клеточном цикле – чекпойнты

На сегодняшний день описывают минимум 4 точки. В них клетка оценивает свое состояние и может двигаться дальше лишь после успешного завершения предыдущих этапов и отсуствия поломок.

1. Точка G1. Перед S-фазой клетка должнаиметь нормальную ДНК. В противном случае потомство получит генетические аномалии от материнской клетки. Было обнаружено, что клетки, подвергнутые действию мощных повреждающих факторов (УФО, гамма-облучение, алкилирующие факторы), останавливаются в клеточном цикле на уровне G1. Эта остановка может быть обратимой (успешная репарация ДНК) или необратимой – большие дозы излучения

2. В s-фазе происходит проверка правильности синтеза ДНК

3. В фазе G2 происходит остановка клеточного цикла при наличии поврежденной ДНК. Эти дефекты могут быть вновь возникшими или ранее необнаруженными. В то же время оценивается полнота репликации ДНК. Клетка не может перейти к митозу без прохождения репликации всей ДНК.

4. Во время митоза проявляется сборка нитей веретена деления – все ли кинетофоры прикреплены к микротрубочкам веретена деления. В противном случае митоз блокируется. В опыте с помощью лазера разрушали свободные кинетофоры хромосом и это обеспечивало переход к анафазе. Несвязанные хромосомы отстают и из них формируются микроядра

Страж генома

Ген р53 и кодируемый им белок р53

Продукт нормального гена р53 постоянно синтезируется во всех нормальных клетках организма. Однако этот белок очень неустойчив, быстро разрушается и поэтому присутствует в клетке в очень небольшом количестве.

Условия для стабилизации р53 и накопления его в клетке

· ионизирующее облучение

· УФО

· Химические мутагены

· Уменьшение уровня нуклеотидов в клетке

· Гипоксия

· Одно- и двуцепочечные разрывы ДНК оснований

Активация генов

1) р21 – белок р21-WAF1 ингибирует Cdk. р21-WAF1 в основном связывается с комплексами циклин-Cdk фаз G1 и синтетической

б)GADD45 - продукт снижает процессивность ДНК-полимеразы (S)

в) 14-3-3 - предотвращает активацию циклина В (G2)

г) гены BAX – кодируют белки, способствующий активации каспаз и запускают апоптоз

около 50% опухолей человека демонстируют наличие мутаций в гене p53. Описаны около 100 протоонкогенов и около 200 опухолевых супрессоров.

В случае невозможности восстановления клетки p53 вызывает ее апоптоз (распад ядра на отдельные тельца, ращипление ДНК-апоптозные тельца, покрытые мембраной, выделение содержимого клетки в окр п-во и поглощение другими клетками)