Фази клітинного циклу: характеристика, тривалість
Період, протягом якого відбувається реплікація ДНК, - интерфаза - не супроводжується помітними при мікроскопії явищами, пов'язаними з клітинним поділом. Таке чергування мітозу і інтерфази, відоме як клітинний цикл, відбувається у всіх тканинах, де є оновлення клітин. Ретельне дослідження клітинного циклу показує, що його можна розділити на дві стадії: мітоз, що складається з чотирьох фаз (профази, метафази, анафази, телофази), і інтерфазу.
Интерфаза в свою чергу підрозділяється на три фази. G1 (Пресинтетичний), S (синтез ДНК) і G2 (після подвоєння ДНК). Послідовність цих фаз і приблизна їх тривалість показані на малюнку. S-фаза характеризується синтезом ДН До і початком подвоєння центросом з їх центриолями.
Під час G1-фази відбувається інтенсивний синтез РНК і білків, включаючи білки, які регулюють клітинний цикл, при цьому обсяг клітини, раніше зменшився в результаті мітозу до половини вихідного, відновлюється до свого нормального рівня. У клітинах, які не діляться безперервно, активність клітинного циклу може припинитися на час або остаточно. Клітини, що знаходяться в такому стані (наприклад, м'язові, нервові), описують як перебувають у фазі G0.
Регуляція клітинного циклу у ссавців здійснюється складними механізмами. Відомо, що культивовані клітини за відсутності сироватки припиняють проліферацію і зупиняються в G0. У сироватці крові містяться високоспецифічні білки - фактори росту - незамінні компоненти, що сприяють поділу клітин навіть в дуже низьких концентраціях.
Клітинний цикл регулюється також різноманітними сигналами, які пригнічують процес проходження клітини по циклу. Пошкодження ДНК призводить до зупинки клітинного циклу не тільки в G2, але також і в «контрольній точці» (точці рестрикції) в G1. Зупинка в G1 дозволяє здійснити усунення поломки (репарацію) ДНК до того, як клітина увійде в S-фазу, в якій відбувалася б реплікація пошкодженої ДНК.
У клітинах ссавців блокування циклу в контрольній точці в G1 опосередковано дією білка, званого р53. Ген, що кодує р53, в ракових клітинах у людини часто змінюється внаслідок мутації, тим самим знижується здатність клітини здійснювати репарацію пошкодженої ДНК. Спадкування пошкодженої ДНК дочірніми клітинами призводить до підвищеної частоті мутацій і загальної нестабільності генома, що може сприяти розвитку раку.
Процеси, що відбуваються протягом G2-фази. включають накопичення енергії, яка буде використовуватися під час мітозу, синтез тубуліну, який піддасться збірці з утворенням микротрубочек митотического веретена, і синтез хромосомних негістонових білків. У фазі G2 також є критична точка, в якій клітина залишається до тих пір, поки не відбудеться корекції всієї ДНК, синтезованої з дефектами.
У фазі G2 відбувається накопичення білкового комплексу - фактора, що забезпечує дозрівання, або М-стимулюючого фактора (МФ, або МPF - maturation promoting factor), який індукує початок мітозу, конденсацію хромосом, розрив ядерної оболонки і інші події, пов'язані з митозом.
Деякі фактори росту використовуються в медицині. Прикладом може служити еритропоетин, який підсилює проліферацію, диференціювання і життєздатність попередників еритроцитів в червоному кістковому мозку.
Швидкозростаючі тканини (наприклад, епітелій кишки) часто містять мітотично діляться клітини, чого не спостерігається в медленнорастущих тканинах. Збільшена кількість фігур мітозу і аномальні мітози в пухлинах є важливими характеристиками, які відрізняють злоякісні пухлини від доброякісних. Організм має складними регуляторними системами, які контролюють репродукцію клітин, або стимулюючи, або пригнічуючи мітоз.
Нормальну проліферацію і диференціювання клітин контролює група генів - протоонкогени; порушення структури або експресії цих генів призводять до розвитку пухлин. Змінені протоонкогени містяться у вірусах, що викликають пухлини, вони, ймовірно, мають клітинне походження. Змінена активність онкогенів може виникнути внаслідок порушення послідовності в молекулі ДНК (мутації), збільшення числа генів (ампліфікації генів), або реаранжіровкі генів, при якій гени переміщаються в ділянку поблизу активного промотеров.
Було встановлено зв'язок між зміненими онкогенами і розвитком деяких пухлин і гематологічних новоутворень. Білки, що стимулюють мітотичну активність в різних типах клітин, включають фактор росту нервів, епідермальний фактор росту, фактор росту фібробластів і попередники фактора росту еритроцитів (еритропоетину); список цих білків розширюється і швидко росте.
Проліферація клітин зазвичай регулюється точними механізмами, які, коли необхідно, можуть стимулювати або затримувати мітоз в залежності від потреби організму. Ряд чинників (наприклад, хімічні речовини, деякі види опромінення, вірусні інфекції) здатний викликати пошкодження ДНК, мутацію і аномальну проліферацію клітин, які обходять нормальні регуляторні механізми контрольованого зростання і призводять до утворення пухлин.
Термін «пухлина», спочатку вживався для позначення будь-якої обмеженої припухлості в організмі, викликаної запаленням або аномальної проліферацією клітин, в даний час зазвичай використовується як синонім термінів «новоутворення, неоплазія» (грец. Neos - новий + plasma - освіту). Новоутворення можна визначити як патологічну масу тканини, утворену внаслідок нерегульованої проліферації клітин.
Новоутворення можуть бути або доброякісними, або злоякісними в залежності від наявних у них ознак - повільного і неінвазивного зростання (доброякісні) або швидкого зростання і вираженої здатності вростати в інші тканини і органи (злоякісні). Рак - це поширений термін, яким позначають все злоякісні пухлини.