“Mennyi ideig tart a sejtciklus különböző szakaszai?
mennyi ideig tart a sejtciklus különböző szakaszai?
olvasó mód
A replikáció az élő anyag egyik jellemzője. A sejtciklus néven ismert folyamatok halmaza, amelyet egy sejt kettővé válásakor hajtanak végre, a molekuláris korszakban domináns kutatási téma volt, olyan alkalmazásokkal, amelyek messze kiterjednek, beleértve az olyan betegségek tanulmányozását is, mint a rák, amelyet néha a sejtciklus betegségeként jellemeznek félresikerült. A sejtciklusok érdekesek mind az egyik sejttípushoz hasonló módon, mind a különböző módon. A téma megkönnyebbüléséhez figyelembe vesszük a különböző organizmusok sejtciklusait, beleértve a prokarióta modellt, az emlősök sejtjeit a szövettenyészetben és az embrionális fejlődés során a gyümölcslégyben. Konkrétan azt kérdezzük, hogy mik azok az egyes lépések, amelyeket egy cellának két részre kell osztania, és mennyi ideig tartanak ezek a lépések?
1. ábra: A Caulobacter 150 perces sejtciklusa látható, kiemelve néhány kulcsfontosságú morfológiai és metabolikus eseményt, amelyek a sejtosztódás során zajlanak. Az M fázis nem javallt, mert a Caulobacterben nincs igazi mitotikus készülék, amely összeáll, mint az eukariótákban. A Caulobacter (és más baktériumok) kromoszóma-szegregációjának nagy része a DNS-replikációval egyidejűleg fordul elő. A kromoszóma szegregáció utolsó lépései, különösen a két kör alakú kromoszóma dekatenációja a G2 fázisban történik. (M. T. Laub et al., Tudomány 290: 2144, 2000.)
vitathatatlanul a legjobban jellemzett prokarióta sejtciklus a Caulobacter crescentus modellszervezet ciklusa. Ennek a baktériumnak az egyik vonzó tulajdonsága, hogy aszimmetrikus sejtosztódással rendelkezik, amely lehetővé teszi a kutatók számára, hogy a két utód egyikét mikroszkóp fedőcsúszáshoz kössék, míg a másik lánya eltávolodik, lehetővé téve a további vizsgálatokat akadályok nélkül. Ez a 150 perces sejtciklus (bnid 104921) gondos ábrázolását eredményezte, amint azt az 1.ábra mutatja. A sejtciklus fő összetevői a G1 (első növekedési fázis, 30 perc, bnid 104922), ahol legalább minimális mennyiségű sejtméret-növekedésre van szükség, S fázis (szintézis, 80 perc, bnid 104923), ahol a DNS replikálódik, és G2 (második növekedési szakasz, 25 perc, bnid 104924), ahol a kromoszóma szegregáció kibontakozik, ami sejtosztódáshoz vezet (végső fázis, amely 15 percig tart). A Caulobacter crescentus érdekes példát mutat arra, hogy bizonyos organizmusok hogyan kerülnek elő “modellszervezet” státuszba, mert van valamilyen sajátos tulajdonságuk, amely különösen alkalmassá teszi őket az érdeklődésre számot tartó kérdésre. Ebben az esetben a sejtciklus progressziója együtt jár a differenciálódási folyamattal, amely könnyen vizualizált azonosítható szakaszokat biztosít, amelyek előnyösebbé teszik őket a sejtciklus-biológusokkal szemben, mondjuk, a modell baktérium E. coli.
az emlőssejtek viselkedése a szövettenyészetben alapul szolgált annak, amit a magasabb eukarióták sejtciklusáról tudunk. Az eukarióta sejtciklus nagyjából két szakaszra osztható, az interfázisra, a sejtciklus azon részére, amikor a sejt anyagai duplikálódnak, és a mitózisra, a kromoszóma szegregációval és az azt követő sejtosztódással járó fizikai folyamatok halmazára. A folyamatok sebessége a sejtciklusban többnyire számos molekuláris eseményből épül fel, mint például a DNS polimerizációja és a citoszkeletális szálak, amelyek sebességét már figyelembe vettük. A HeLa-sejtben 20 órás jellegzetes sejtciklus-idő esetén csaknem a felét a G1-nek (BNID 108483), a másik felét pedig az S-fázisnak (BNID 108485) szentelik, míg a G2 és az M sokkal gyorsabb, körülbelül 2-3 óra, illetve 1 óra (BNID 109225, 109226). Az időtartam legváltozatosabb szakasza a G1. Kevésbé kedvező növekedési körülmények között, amikor a sejtciklus időtartama növekszik, ez az a szakasz, amelyet leginkább érint, valószínűleg annak az időnek köszönhető, amely addig tart, amíg el nem érik a szabályozási méret ellenőrzőpontját. Bár különböző típusú bizonyítékok utalnak egy ilyen ellenőrző pont létezésére, jelenleg nagyon rosszul értik. Történelmileg a sejtciklus szakaszaira általában rögzített sejtek felhasználásával következtetnek, de az utóbbi időben a genetikailag kódolt bioszenzorok, amelyek megváltoztatják a lokalizációt a sejtciklus különböző szakaszaiban, lehetővé tették az élő sejt időbeli információk megszerzését a sejtciklus progressziójáról és leállításáról.
2.ábra: sejtciklus idők különböző sejttípusokhoz. Minden kördiagram a sejtciklus azon részét mutatja, amelyet a sejtciklus egyes elsődleges szakaszainak szenteltek. Az egyes diagramok területe arányos a sejtciklus teljes időtartamával. A sejtciklus időtartama ideális körülmények között minimális duplázási időt tükröz. (David Morgan “a sejtciklus – a kontroll alapelvei” című filmből adaptálva.)
hogyan viszonyul a sejtciklus hossza ahhoz az időhöz, amely egy sejt új genomjának szintetizálásához szükséges? Az eukariótákban a genom hossza és a duplázási idő közötti szétválasztás több DNS-replikációs kiindulási hely használata miatt létezik. Emlős sejteknél megfigyelték, hogy sok olyan szövet esetében, amelyek teljes sejtciklus-ideje nagyon változó, az S fázis időtartama, ahol a DNS replikáció bekövetkezik, rendkívül állandó. Az egérszöveteknél, például a vastagbélben vagy a nyelvben, az S fázis kis tartományban változott 6,9-7,5 óra között (BNID 111491). Az emberi, patkány, egér és hörcsög több hámszövetének összehasonlításakor az S fázis 6 és 8 óra között volt (BNID 107375). Ezeket a méréseket az 1960-as években hajtottuk végre egyfajta impulzus-üldözési kísérlet elvégzésével a radioaktívan jelölt nukleotid timidinnel. A rövid impulzus alatt a radioaktív vegyületet csak az S fázisban lévő sejtek genomjába építették be. A jelzett sejtek megjelenésének, majd eltűnésének időtartamának mérésével az M fázisban arra lehet következtetni, hogy az S fázis mennyi ideig tartott az a tény, hogy az S fázis időtartama viszonylag állandó az ilyen sejtekben, a mai napig használják a sejtciklus időtartamának becslésére a sejtek egy adott pillanatképben lévő sejtek töredékének ismerete alapján.időben, amelyek s fázisban vannak. Például, ha a sejtek egyharmada s fázisban látható, amely körülbelül 7 órán át tart, akkor a sejtciklus ideje körülbelül 7 óra/(1/3) 20 óra. Ma az ilyen típusú méréseket többnyire a BrdU mint az S fázis markere. Nem tudunk kielégítő magyarázatot ennek a viszonylag állandó replikációs időnek az eredetére, és arra, hogy ez hogyan kapcsolódik a DNS-polimeráz sebességéhez és a replikációs iniciációs helyek sűrűségéhez a genom mentén.
a sejtciklusok sokféleségét a 2.ábra mutatja, és több modellszervezetet, valamint sejtciklusaik különböző szakaszainak időtartamát és elhelyezkedését ábrázolja. Szélsőséges példa a Drosophila melanogaster gyümölcslégy embrionális fejlődésének hipnotikus folyamatában fordul elő. Ebben az esetben a helyzet eltér a hagyományos sejtosztódástól, mivel az új citoplazmatikus anyagok szintetizálása helyett a tömeg lényegében konzerválódik, kivéve a genetikai anyag replikációját. Ez nagyon szinkronban történik körülbelül 10 generáción keresztül, és az embrió több ezer sejtjének replikációs ciklusa, mondjuk a 10 és 11 ciklus között, körülbelül 8 perc alatt történik, amint azt a 2.ábra mutatja (BNID 103004, 103005, 110370). Ez gyorsabb, mint bármely baktérium replikációs ideje, annak ellenére, hogy a genom 120 millió BP hosszú (BNID 100199). Feltűnő példa arra, hogy a sejtek képesek alkalmazkodni időbeli dinamikájukhoz.
