6.2. Понятие ограничительной и сверочных точек

Способность клетки надолго задерживаться в G0 фазе свидетельствует о наличии

регуляторного механизма, который принимает решение о выходе из клеточного цикла или его

продолжении. Точка клеточного цикла, в которой принимается соответствующее решение,

получила название ограничительной точки (restriction point) у высших эукариот и СТАРТ

(START) у почкующихся дрожжей S.cerevisiae. Пройдя эту точку клеточного цикла клетка

необратимо выходит из G1 фазы и проходит все остальные его фазы вплоть до следующей

точки, где принимается новое решение. У дрожжей переход через СТАРТ регулируется

размером клетки и наличием во внешней среде питательных веществ. Переход через

ограничительную точку высших эукариот в основном зависит от наличия во внешней среде

факторов роста. Так, например, выход фибробластов кожи из фазы покоя и запуск их

клеточного цикла осуществляется под действием тромбоцитарного фактора роста (PDGF),

который появляется во внешней среде при свертывании крови в зоне ранения.

По мере прогрессии клеточного цикла должны существовать механизмы проверки

правильности выполнения его событий. Такая проверка осуществляется в нескольких точках

клеточного цикла получивших название сверочных точек (checkpoint). Эти точки

расположены в концах G1, G2 и М фаз. В первой точке осуществляется проверка наличия

повреждений ДНК, во второй наряду с повреждениями ДНК проверяется завершенность

репликации, в третьей проверяется правильность расхождения хромосом в митозе. Если

обнаруживается какое-либо из вышеперечисленных нарушений, то происходит остановка

клеточного цикла, что дает время для их исправления. Если исправление оказывается

невозможным, то происходит запуск механизма апоптоза - программируемой клеточной смерти.

6. 3. История изучения клеточного цикла

Картина регуляции клеточного цикла стала проявляться лишь последнее десятилетие в

результате сотрудничества исследователей ооцитов амфибий и генетиков дрожжей.

Эксперименты, проведенные в начале 1970-х показали, что яйца взрослых лягушек Xenopus

laevis производят фактор, который будучи введенным в незрелые ооциты, находящиеся в G2

фазе, запускает в них мейоз, таким образом, готовя их для оплодотворения. Обычно,

это "взросление" вызывает прогестерон. Фактору, который достоверно не был

прогестероном, дали имя maturation-promoting factor или MPF. Так называемый "анализ

лягушачьих ооцитов" позволил проверить многие клеточные экстракты на наличие MPF. Успех

анализа зависел от появления в течение взросления белого пятна, которое появляется,

потому что митотическое веретено перемещается из центра клетки на новую позицию, на

которой обычно находятся пигменты. Экстракты из многих клеток от дрожжей до человека

имели MPF активность, но она проявлялась не на всех стадиях клеточного цикла. Экстракты

из клеток в G1 и S фазе не содержали MPF. Однако когда клетка приближалась к митозу,

активность появлялась, а после деления резко исчезала.

Вторым направлением исследований была генетика дрожжей с различными мутациями,

изменяющими нормальное течение клеточного цикла. Делящиеся дрожжи S.pombe оказались

удобным объектом исследования. Было выделено множество мутантных штаммов с нарушенным

клеточным циклом. Одна из мутаций, сdc2 (сell division cycle), была обнаружена в начале

1980-х Paul Nurse. Продукт гена cdc2 играет важную роль в работе молекулярного

аппарата клеточного цикла. Теперь известно, что это протеин киназа с молекулярным

весом 34000д. Очень близкая к ней протеинкиназа, являющаяся продуктом гена CDC28, с

аналогичной функцией была обнаружена Lee Hartwell у почкующихся дрожжей S. cerevisiae.

Эти киназы обозначаются вместе как р34. В дальнейшем они и их гомологи,

выделенные из других организмов были названы Cdk (Cyclin dependent

kinase), то есть циклин-зависимыми киназами.

В 1983 году Tim Hunt изучал контроль белкового синтеза в яйцах морского ежа и

обнаружил, что через 10 минут после оплодотворения появился новый белок. Белок

появлялся и исчезал с каждым клеточным делением, из-за чего его назвали циклином.

Выделение и очищение MPF было очень долгим процессом. В 1988 году было обнаружено,

что MPF состоит из двух белков с молекулярными массами 34000 и 45000д. Анализ первого

белка антителами к р34 дрожжей показали, что это одинаковые белки. Дальнейшая работа

показала, что второй компонент MPF - циклин.

В 2001 году Paul Nurse, Tim Hunt и Lee Hartwell за свои революционные

исследования регуляции клеточного цикла получили Нобелевскую премию по физиологии и

медицине.