“Hoe lang duren de verschillende stadia van de celcyclus?

hoe lang duren de verschillende stadia van de celcyclus?

Reader Mode

replicatie is een van de kenmerken van levende materie. De reeks processen als de celcyclus wordt bekend die aangezien één cel twee wordt ondernomen is een dominant onderzoeksthema in het moleculaire Tijdperk met toepassingen geweest die wijd en wijd met inbegrip van de studie van ziekten zoals kanker uitbreiden die soms als een ziekte van de celcyclus wordt gekarakteriseerd misgegaan. De celcycli zijn interessant zowel voor de manieren zij van één celtype aan volgende gelijkaardig zijn en voor de manieren zij verschillend zijn. Om het onderwerp in reliëf te brengen, beschouwen wij de celcycli in een verscheidenheid van verschillende organismen met inbegrip van een model prokaryote, voor zoogdiercellen in weefselcultuur en tijdens embryonale ontwikkeling in de fruitvlieg. Specifiek, we vragen wat zijn de individuele stappen die worden ondernomen voor een cel te verdelen in twee en hoe lang duren deze stappen?

figuur 1: De 150 min celcyclus van Caulobacter wordt getoond, die enkele belangrijke morfologische en metabolische gebeurtenissen benadrukken die tijdens celdeling plaatsvinden. M fase is niet aangegeven omdat in Caulobacter is er geen echte mitotische apparaat dat wordt geassembleerd zoals in eukaryotes. Veel van chromosoomsegregatie in Caulobacter (en andere bacteriën) komt gelijktijdig met DNA-replicatie voor. De laatste stappen van chromosoomscheiding en vooral decatenation van de twee cirkelchromosomen komen tijdens fase G2 voor. (Aangepast van M. T. Laub et al., Science 290: 2144, 2000.)

de best gekarakteriseerde prokaryotische celcyclus is die van het modelorganisme Caulobacter crescentus. Een van de aantrekkelijke eigenschappen van deze bacterie is dat het een asymmetrische celdeling heeft die onderzoekers toelaat om één van de twee nakomelingen aan een misstap van de microscoopdekking te binden terwijl de andere dochter wegdrijft die verdere studie zonder hindernissen toelaten. Dit heeft geleid tot zorgvuldige afbeeldingen van de ≈150 minuten celcyclus (BNID 104921) zoals weergegeven in Figuur 1. De belangrijkste componenten van de celcyclus zijn G1 (eerste groeifase, ≈30 min, BNID 104922), waar minstens een minimale toename van de celgrootte moet plaatsvinden, S-fase (synthese, ≈80 min, BNID 104923) waar het DNA wordt gerepliceerd en G2 (tweede groeifase, ≈25 min, BNID 104924) waar chromosoomsegregatie zich ontvouwt wat leidt tot celdeling (laatste fase van ≈15 min). Caulobacter crescentus is een interessant voorbeeld van de manier waarop bepaalde organismen worden gepromoveerd tot “modelorganisme” – status omdat ze een specifieke eigenschap hebben die hen bijzonder geschikt maakt voor de kwestie van belang. In dit geval, gaat de cel-cyclusvooruitgang hand in hand met het differentiatieproces dat gemakkelijk gevisualiseerde identificeerbare stadia geeft die hen de voorkeur geven aan cel-cyclusbiologen over, zeg, de modelbacterie E. coli.

het gedrag van zoogdiercellen in weefselkweek heeft als basis gediend voor veel van wat we weten over de celcyclus in hogere eukaryoten. De eukaryotic celcyclus kan globaal in twee stadia, interphase, dat deel van de celcyclus worden gescheiden wanneer de materialen van de cel en mitose, de reeks fysische processen worden gedupliceerd die chromosoomscheiding en latere celdeling bijwonen. De tarieven van processen in de celcyclus, worden meestal opgebouwd uit veel van de moleculaire gebeurtenissen zoals polymerisatie van DNA en cytoskeletal filamenten waarvan de tarieven wij reeds hebben overwogen. Voor de karakteristieke celcyclustijd van 20 uur in een HeLa-cel wordt bijna de helft besteed aan G1 (BNID 108483) en bijna de andere helft is S-fase (BNID 108485), terwijl G2 en M veel sneller zijn bij respectievelijk ongeveer 2-3 uur en 1 uur (BNID 109225, 109226). Het stadium dat het meest variabel is in duur is G1. In minder gunstige de groeivoorwaarden wanneer de duur van de celcyclus toeneemt is dit het stadium dat meestal wordt beà nvloed, waarschijnlijk wegens de tijd het tot één of andere regelgevende grootte checkpoint vergt wordt bereikt. Hoewel verschillende soorten bewijs wijzen op het bestaan van een dergelijke controlepost, wordt het momenteel zeer slecht begrepen. Historisch, zijn de stadia in de celcyclus gewoonlijk afgeleid gebruikend vaste cellen maar onlangs, genetisch-gecodeerde biosensors die localisatie in verschillende stadia van de celcyclus veranderen het mogelijk hebben gemaakt om levende-cel tijdelijke informatie over de vooruitgang van de celcyclus en arrestatie te krijgen.

Figuur 2: celcyclustijden voor verschillende celtypen. Elk cirkeldiagram toont de fractie van de celcyclus gewijd aan elk van de primaire stadia van de celcyclus. Het gebied van elke grafiek is evenredig met de totale duur van de celcyclus. De duur van de celcyclus weerspiegelt minimale verdubbelingstijden onder ideale omstandigheden. (Aangepast van” The Cell Cycle – Principles of Control ” door David Morgan.)

hoe verhoudt de lengte van de celcyclus zich tot de tijd die een cel nodig heeft om zijn nieuwe genoom te synthetiseren? Een ontkoppeling tussen de genoomlengte en de verdubbelingstijd bestaat in eukaryotes toe te schrijven aan het gebruik van veelvoudige plaatsen van het de replicatiebegin van DNA. Voor zoogdiercellen is het waargenomen dat Voor vele weefsels met wijd variërende algemene celcyclustijden, de duur van de S-fase waar de replicatie van DNA Opmerkelijk constant voorkomt is. Voor muisweefsels zoals die in de dikke darm of tong worden gevonden, varieerde de S-fase in een klein bereik van 6,9 tot 7,5 uur (BNID 111491). Zelfs bij het vergelijken van verschillende epitheelweefsels bij mensen, ratten, muizen en hamsters was de S-fase tussen 6 en 8 uur (BNID 107375). Deze metingen werden uitgevoerd in de jaren 1960 door het uitvoeren van een soort pulse-chase experiment met radioactief geëtiketteerde nucleotide thymidine. Tijdens de korte impuls, werd de radioactieve samenstelling slechts in het genoom van cellen in S-fase opgenomen. Door het meten van de duur van verschijning en dan verdwijning van geëtiketteerde cellen in M fase kan men afleiden hoe lang S fase duurde het feit dat de duur van S fase is relatief constant in dergelijke cellen wordt gebruikt om de duur van de celcyclus te schatten uit een kennis van slechts de fractie van cellen bij een gegeven momentopname in de tijd die in S fase. Bijvoorbeeld, als een derde van de cellen worden gezien in S-fase die ongeveer 7 uur duurt, wordt de celcyclustijd afgeleid om ongeveer 7 uur/(1/3) ≈20 uur te zijn. Tegenwoordig worden dit soort metingen meestal uitgevoerd met BrdU als marker voor S-fase. We zijn ons niet bewust van een bevredigende verklaring voor de oorsprong van deze relatief constante replicatie tijd en hoe het is gerelateerd aan de snelheid van de polymerase van DNA en de dichtheid van replicatie initiatie plaatsen langs het genoom.

De diversiteit van de celcycli is weergegeven in Figuur 2 en toont verschillende modelorganismen en de duur en positionering van de verschillende stadia van hun celcycli. Een extreem voorbeeld komt voor in het betoverende proces van embryonale ontwikkeling van de fruitvlieg Drosophila melanogaster. In dit geval, is de situatie verschillend van conventionele celafdelingen aangezien eerder dan het samenstellen van nieuwe cytoplasmic materialen, massa hoofdzakelijk behalve de replicatie van het genetische materiaal wordt behouden. Dit gebeurt op een zeer synchroon manier voor ongeveer 10 generaties en een replicatie cyclus van de duizenden cellen in het embryo, laten we zeggen tussen cyclus 10 en 11, gebeurt in ongeveer 8 minuten zoals weergegeven in Figuur 2 (BNID 103004, 103005, 110370). Dit is sneller dan de replicatietijd voor om het even welke bacteriën ook al is het genoom ≈120 miljoen BP lang (BNID 100199). Een treffend voorbeeld van het vermogen van cellen om hun temporale dynamiek aan te passen.