Репродукция хромосом про- и эукариот, взаимосвязь с клеточным циклом.

Обычно клеточный цикл у эукариот состоит из четырех временных отрезков: собственно митоза (M), пресинтетической (G1), синтетической (S) и постсинтетической (G2) фаз (периодов). Известно, что общая продолжительность как всего клеточного цикла, так и отдельных его фаз значительно варьируют не только у разных организмов, но и у клеток разных тканей и органов одного организма.

Универсальная теория клеточного цикла предполагает, что клетка как целое в течение клеточного цикла проходит через ряд состояний (Hartwell L., 1995). В каждом состоянии критические регуляторные белки претерпевают фосфорилирование или дефосфорилирование, определяющие переход этих белков в активное или неактивное состояние, их взаимосвязи и/или клеточную локализацию.

Изменения состояний клетки в определенных точках цикла организует особый класс протеинкиназ - циклинзависимые киназы (Cyclin-dependent kinases - cdk). Cdk образуют комплексы со специфическими короткоживущими белками - циклинами, вызывающими их активацию, а также с другими вспомогательными белками.

Предполагается, что простейший клеточный цикл может состоять только из двух фаз - S и M, регулируемых соответствующими cdk. Такой гипотетический клеточный цикл имеет место во время раннего эмбриогенеза у организмов с большими яйцеклетками, например у Xenopus и Drosophila. В этих яйцеклетках все компоненты, необходимые для многочисленных делений, пресинтезированы во время оогенеза и сохраняются в цитоплазме. Поэтому после оплодотворения деления происходят чрезвычайно быстро, и периоды G1 и G2 отсутствуют.

Клеточная пролиферация контролируется сложной сетью внеклеточных и внутриклеточных событий, приводящих либо к инициации и поддержанию клеточного цикла, либо к выходу клеток в фазу покоя.

Центральным событием клеточного цикла является репликация ДНК.

Репликация ДНК требует присутствия достаточно большого набора ферментов и белковых факторов, упаковка вновь синтезированной ДНК в хроматин нуждается также в синтезе гистонов de novo. Экспрессия генов, кодирующих перечисленные белки, специфична для S-фазы.

После завершения репликации, когда генетический материал удвоен, клетка входит в постсинтетическую фазу G2, во время которой происходит подготовка к митозу.В результате митоза (М-фаза) клетка разделяется на две дочерних. Обычно выделяют два критических перехода между фазами- G1/S и G2/M 0.

Исходя из схемы клеточного цикла, можно заключить, что клетки останавливались бы в точке рестрикции R в фазе G1, если бы стадия G1 представляла собой биосинтетическую реакцию, намного более чувствительную к ингибированию общего синтеза белка, чем любые другие реакции, специфичные для отдельных фаз цикла.

Было высказано предположение, что для прохождения точки рестрикции R концентрация каких-то триггерных белков должна превысить некоторый пороговый уровень.

Согласно этой модели любые условия, снижающие общую интенсивность белкового синтеза, должны отдалять накопление пороговой концентрации триггерного белка, удлинять фазу G1 и замедлять темп деления клеток. Действительно, когда клетки растут in vitro в присутствии различных концентраций ингибиторов белкового синтеза, клеточный цикл сильно растягивается, тогда как время, необходимое для прохождения фаз S, G2 и М, существенно не изменяется. Наблюдаемое удлинение фазы G1 согласуется с данной моделью, если предположить, что каждая молекула триггерного белка остается активной в клетке лишь несколько часов. Эта модель позволяет также объяснить торможение роста клеток при увеличении их плотности или при голодании; как известно, оба этих фактора снижают синтез белка и останавливают клеточный цикл в наиболее чувствительной точке фазы G1- точке R.

По-видимому, механизмы, контролирующие рост клеток в ткани, воздействуют непосредственно на общую интенсивность белкового синтеза в клетках; согласно этой гипотезе, в отсутствии специфических стимулирующих факторов (и/или при наличии ингибирующих факторов) клетки будут синтезировать белки лишь на некотором базальном уровне, поддерживающем status quo. См белок RB: роль в регуляции клеточного цикла. При этом количество белков со средней скоростью обновления будет поддерживаться на том же уровне, что и в растущих клетках, а концентрация нестабильных белков (в т.ч. и триггерного белка будет уменьшаться пропорционально уменьшению скорости их синтеза. В условиях, способствующих ускорению общего белкового синтеза, количество триггерного белка превысит пороговый уровень, что позволит клеткам пройти точку рестрикции R и приступить к делению.