Chu kỳ tế bào – Wikipedia tiếng Việt

Sơ đồ về chu kỳ luân hồi tế bào, cho thấy trạng thái của nhiễm sắc thể trong mỗi tiến trình của chu kỳ luân hồi .

Chu kỳ tế bào, hay chu kỳ phân bào, là một vòng tuần hoàn các sự kiện xảy ra trong một tế bào từ lần phân bào này cho đến lần kế tiếp, trong đó bộ máy di truyền và các thành phần của tế bào được nhân đôi và sau đó tế bào phân chia làm hai tế bào con. Ở các sinh vật đơn bào (nấm men, vi khuẩn,…) một cá thể sau khi trải qua chu kỳ phân bào tạo ra hai cá thể mới; còn ở các sinh vật đa bào thì chu kỳ tế bào là một quá trình tối quan trọng để một hợp tử phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh và để cơ thể bổ sung số lượng tế bào thay cho số đã chết.[1]

Trong các tế bào nhân sơ, chu kỳ tế bào trải qua một quá trình mang tên là trực phân. Trong các tế bào nhân chuẩn chu kỳ tế bào bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn thứ nhất kỳ trung gian lúc tế bào phát triển, tích lũy vật chất và nhân đôi DNA; giai đoạn thứ hai là nguyên phân (mitosis – M), lúc này tế bào thực thi quá trình phân chia thành hai tế bào con. Nhìn chung, chi tiết của chu trình tế bào thay đổi tùy loại tế bào và tùy sinh vật, tuy nhiên chúng có cùng những điểm chung nhất định và có cùng mục tiêu là truyền đạt lại toàn bộ và chính xác thông tin di truyền của chúng cho các tế bào con. Chính vì vậy bộ DNA của tế bào mẹ phải được nhân đôi một cách chính xác và phải được chia đồng đều cho các tế bào con để mỗi tế bào con đều nhận được bộ DNA y hệt tế bào mẹ.[1][2]

Các tiến trình trong chu kỳ luân hồi tế bào[sửa|sửa mã nguồn]

Chu kỳ tế bào có thể được chia thành các pha sau: G1, S [Gc 1], G2 (các pha G1, S, G2 được gộp lại thành kỳ trung gian[3][4]) và pha nguyên phân, hay pha M [Gc 2]. Bản thân pha M bao gồm hai quá trình liên quan chặt chẽ với nhau: quá trình nguyên phân trong đó nhiễm sắc thể của tế bào mẹ được chia tách ra làm hai phần bằng nhau, và quá trình phân chia tế bào chất (cytokinesis) trong đó tế bào chất của tế bào mẹ tách làm hai phần bằng nhau và hình thành hai tế bào con. Việc kích hoạt mỗi pha phụ thuộc vào sự tiến triển đúng cách của pha trước. Tế bào nếu có chu kỳ bị tạm thời ngưng trệ hay bị đảo ngược thì được xem như lâm vào một trạng thái tĩnh lặng gọi là pha G0.

Sau khi quy trình phân bào kết thúc, những tế bào con liên tục kỳ trung gian của một chu kỳ luân hồi tế bào mới cho riêng mình. Mặc dù thường thì những quy trình tiến độ của kỳ trung gian không được phân biệt rõ ràng bằng những đặc thù hình thái, mỗi kỳ hay pha của chu kỳ luân hồi tế bào đều có những quy trình hóa sinh đặc trưng để sẵn sàng chuẩn bị cho sự phân loại của tế bào .Thời gian hoàn tất một chu kỳ luân hồi tế bào tùy thuộc vào loại tế bào cũng như tùy sinh vật. Đối với người, những tế bào đang có vận tốc sinh sản nhanh hoàn tất một chu kỳ luân hồi trong vòng 24 tiếng đồng hồ đeo tay trong khi so với những tế bào nấm men sinh sản nhanh thì thời hạn này chỉ là 90 phút. Trong đó thì thời hạn dùng để sinh trưởng và tăng trưởng những bào quan dài hơn nhiều so với thời hạn dùng để sao chép DNA và phân loại tế bào chất – ví dụ như trong tế bào người pha nguyên phân chỉ tốn từ 30 phút đến 1 giờ so với một chu kỳ luân hồi vừa đủ là 24 giờ. [ 3 ] [ 4 ]

Pha G0[sửa|sửa mã nguồn]

Thuật ngữ “hậu nguyên phân” hay “thời kỳ sau nguyên phân” (post-mitotic) thỉnh thoảng được dùng để ám chỉ pha G0 cũng như trạng thái suy lão của tế bào. Các tế bào không phân chia trong các sinh vật đa bào nhân chuẩn thường chuyển từ trạng thái của pha G1 sang trạng thái tĩnh lặng của pha G0 và có thể duy trì trạng thái tĩnh lặng này suốt một thời gian dài, thậm chí là vĩnh viễn[3] (ví dụ tế bào cơ, tế bào thần kinh hay tế bào của mô thủy tinh thể). Đây là điều phổ biến xảy ra trong các tế bào đã hoàn toàn biệt hóa. Trạng thái tĩnh lặng của tế bào xuất hiện khi DNA của chúng bị hư hỏng hay thoái hóa, điều này khiến tế bào không sinh sản được[Gc 3], hoặc giả khi các điều kiện ngoại bào tỏ ra không ủng hộ sự phân bào hay không có tín hiệu kích thích sự tiếp tục của chu kỳ tế bào[3]. Các tế bào ở trạng thái G0 cũng có thể phục hồi khả năng phân bào và quay trở về chu kỳ tế bào; quá trình này được cơ thể điều thiết nhằm đảm bảo sự sinh sản của tế bào nằm trong tầm kiểm soát.[6]

Kỳ trung gian[sửa|sửa mã nguồn]

Trước khi sự phân bào diễn ra, tế bào cần tích góp những chất dinh dưỡng để sẵn sàng chuẩn bị cho sự phân bào. Tất cả việc này diễn ra trong kỳ trung gian. Kỳ trung gian gồm có 3 pha : G1, S, và G2 .

Pha G1[sửa|sửa mã nguồn]

Pha G1 – hay còn được gọi là pha sinh trưởng – là tiến trình tiên phong của kỳ trung gian, nó mở màn khi sự phân bào kết thúc cho đến khi sự sinh tổng hợp DNA mở màn xảy ra. Trong khi hoạt động giải trí sinh tổng hợp ở quy trình phân bào diễn ra khá chậm, trong pha G1 chúng tăng cường rất nhanh gọn. Trong pha này nhiều enzyme đã được sản sinh nhằm mục đích Giao hàng cho những hoạt động giải trí diễn ra trong pha S tiếp nối – hầu hết chúng là enzyme xúc tác quá trình tự nhân đôi DNA. Thời gian thực thi pha G1 đổi khác nhiều tùy theo loài và tùy theo những loại tế bào trong cùng loài. [ 7 ] Trong quá trình này, kích cỡ tế bào tăng lên và tế bào tăng cường cung ứng protein cũng như tăng số lượng những bào quan khác ( ti thể, ribosome ). Ở người, pha này lê dài chừng 5-6 tiếng đồng hồ đeo tay. [ 4 ]
Tiếp theo pha G1 là pha S, mở màn khi sự sinh tổng hợp DNA xảy ra và kết thúc khi toàn bộ những nhiễm sắc thể đều được sao chép – lúc này mỗi nhiễm sắc thể bao hàm hai nhiễm sắc tử chị em. Vì vậy trong pha này, hàm lượng DNA trong tế bào được nhân đôi mặc dầu số bội thể của tế bào không biến hóa. Tốc độ phiên mã RNA và sinh tổng hợp protein phải nói là cực kỳ chậm trong pha này. Tuy nhiên sự sinh tổng hợp histone thì vẫn mau lẹ – thực ra quy trình sinh tổng hợp histone hầu hết diễn ra trong pha này. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

Pha G2[sửa|sửa mã nguồn]

Sau khi pha S kết thúc, tế bào sẽ chuyển sang pha G2 – pha này lê dài cho đến khi quy trình nguyên phân mở màn. Sự sinh tổng hợp lại diễn ra mạnh ở pha này, trong đó đa phần là sự hình thành những sợi thoi hay vi quản vốn thiết yếu cho quy trình nguyên phân. Việc ức chế sinh tổng hợp protein trong pha này sẽ khiến tế bào không thể nào bước vào quy trình nguyên phân được .

Pha nguyên phân[sửa|sửa mã nguồn]

Pha nguyên phân, hay còn gọi là pha M, là một pha ngắn bao hàm sự phân bào có tơ (karyokinesis). Pha nguyên phân có thể được chia là nhiều kỳ, lần lượt xếp theo thứ tự thời gian như sau:

Nguyên phân là một quá trình mà trong đó tế bào nhân chuẩn chia tách nhiễm sắc thể trong nhân của nó thành hai phần giống hệt nhau để từ đó hình thành nên hai nhân cho hai tế bào con.[11] Ngay sau quá trình nguyên phân là quá trình phân chia tế bào chất (cytokinesis), trong đó nhân tế bào, tế bào chất, bào quan và màng tế bào được phân chia làm hai phần gần giống nhau để hình thành nên hai tế bào con gần giống nhau. Cả hai quá trình này được gộp lại thành pha nguyên phân hay pha M (mitotic phase) – trong đó sự phân bào diễn ra để tế bào mẹ phân chia thành hai tế bào con gần như giống hệt nhau và giống hệt tế bào mẹ. Quá trình này chiếm 10 phần trăm của chu kỳ tế bào; đối với người như đã nói pha nguyên phân chỉ chiếm từ 30 phút đến 1 giờ so với cả chu kỳ là 24 giờ.

Nguyên phân chỉ xảy ra trong các sinh vật nhân chuẩn, tuy nhiên tùy theo loài mà quá trình nguyên phân diễn ra khác nhau. Ví dụ như các động vật trải qua một quá trình nguyên phân “mở” trong đó màng nhân bị phân giải trước khi nhiễm sắc thể bị chia tách, trong khi đó các loại nấm như Aspergillus nidulans và nấm men Saccharomyces cerevisiae trải qua một quá trình nguyên phân “đóng” – tức sự phân chia diễn ra trong một nhân tế bào toàn vẹn.[12] Các sinh vật nhân sơ phân bào theo quá trình trực phân vì chúng không có nhân thật sự.

Quá trình nguyên phân phải nói là khá phức tạp và được điều tiết một cách ngặt nghèo. Quá trình nguyên phân được chia thành nhiều kỳ – như đã nói ở trên và chúng tương ứng với sự kết thúc của một nhóm hoạt động giải trí trong tế bào cũng như sự khởi phát của một nhóm sau đó. Trong quy trình nguyên phân, những cặp nhiễm sắc thể xoắn chặt lại và trở nên co đặc, chúng bám vào những sợi thoi để những sợi thoi này kéo những nhiễm sắc tử chị em về hai phía đối nghịch nhau trong tế bào. Cuối cùng, hàng loạt tế bào mẹ chia làm hai tế bào con trong kỳ phân loại tế bào chất. [ 13 ]

Vì việc phân chia tế bào chất thường tiến hành chung với nguyên phân, thuật ngữ “nguyên phân” thường được dùng chung lẫn lộn với “pha nguyên phân” hay “pha M”. Tuy nhiên có nhiều loại tế bào tiến hành nguyên phân và phân chia tế bào chất riêng rẽ với nhau, hình thành các tế bào với trong đó mỗi tế bào có nhiều nhân. Hiện tượng này phổ biến nhất trong các loại nấm và nấm nhầy, và cũng xảy ra trong một số nhóm sinh vật khác. Ngay cả trong động vật, phân chia tế bào chất và nguyên phân cũng có thể được tiến hành độc lập với nhau, ví dụ như trong một số giai đoạn phát triển phôi của ruồi dấm Drosophila melanogaster.[14] Những sai hổng xảy ra trong quá trình nguyên phân có thể khiến tế bào bị giết chết bởi sự chết tế bào được lập trình (tiêu biểu là chết rụng tế bào) hay biến nó thành tế bào ung thư.

Điều tiết chu kỳ luân hồi tế bào sinh vật nhân chuẩn[sửa|sửa mã nguồn]

Việc điều tiết chu kỳ luân hồi tế bào bao hàm những quy trình có vai trò tối quan trọng trong sự tồn vong của tế bào, gồm có những quy trình nhận diện và sửa chữa thay thế những sai hổng trong cỗ máy di truyền cũng như ngăn ngừa sự phân bào vô tội vạ. Các sự kiện ở Lever phân tử điều kiển chu kỳ luân hồi tế bào được sắp xếp có quy củ, theo thứ tự và có khuynh hướng ; điều này có nghĩa là mỗi quy trình triển khai một cách liên tục, tiếp nối nhau và một chiều – bản thân chu kỳ luân hồi tế bào nói chung không hề đảo ngược được .

Vai trò của cyclin và CDK[sửa|sửa mã nguồn]

Hai loại then chốt trong số các chất điều tiết chu kỳ tế bào là, cyclin và kinase phụ thuộc vào cyclin (cyclin-dependent kinase – CDK); chúng quyết định tiến trình của tế bào xuyên suốt chu kỳ của nó.[15] Leland H. Hartwell, R. Timothy Hunt, và Paul M. Nurse nhận được Giải Nobel Y học năm 2001 vì công lao của họ tìm ra được các nhân tố này.[16] Nhiều gien mã hóa cho cyclin và CDK được bảo tồn trong tất cả các sinh vật nhân chuẩn, tuy nhiên những sinh vật có cấu tạo phức tạp hơn thì có một cơ chế điều tiết chu kỳ tế bào tinh vi hơn và bao hàm nhiều thành phần tham gia hơn. Nhiều gien liên quan tới cơ chế này được nhận diện ở nấm men, nhất là loài Saccharomyces cerevisiae;[17] ở đây danh pháp di truyền học ở nấm men khiến nhiều gien như vậy mang cái tên cdc (viết tắt của chữ tiếng Anh “cell division cycle”, có nghĩa là “chu trình phân bào”) và một mã số theo sau nó, tỉ như cdc25 hay cdc20.

CDK là một enzyme loại kinase có vai trò phosphorylat hóa một số protein đích nhằm bất hoạt hay hoạt hóa chúng, nhờ đó điều tiết hay kích thích các sự kiện quan trọng trong chu kỳ tế bào và sắp xếp lại các cơ sở vật chất giúp tế bào chuyển sang pha tiếp theo của chu kỳ. Tuy nhiên, như cái tên đã đề cập, chúng chỉ được hoạt hóa khi được cyclin bám vào và hình thành một phức hợp dị nhị tụ. Các tổ hợp cyclin-CDK như thế này quyết định các protein đích ở phía dưới của chuỗi phản ứng. CDK chủ yếu biểu hiện trong các tế bào mà cyclin đã được sinh tổng hợp ở một số giai đoạn nhất định của chu kỳ tế bào nhằm phản ứng lại nhiều loại tín hiệu khác nhau ở cấp độ phân tử. Ở đây, hàm lượng CDK không thay đổi trong suốt chu kỳ tế bào, nhưng cyclin thì có, chúng được tổng hợp và phân giải một cách tuần hoàn – chính vì thế hoạt tính của CDK tăng và giảm trong suốt chu kỳ tế bào, điều này dẫn đến sự biến thiên theo chu kỳ của các phản ứng phosphoryl hóa do enzyme này gây ra.[18][19]

Về phân loại, có bốn lớp cyclin chính, mỗi lớp cyclin sẽ hoạt hóa CDK ở một quá trình khác nhau. Tương ứng với những lớp cyclin này sẽ có những CDK khác nhau tương thích với chúng. [ 18 ]

  1. Cyclin G1/S hoạt hóa CDK ở giai đoạn cuối của pha G1 và giúp tế bào vượt qua điểm giới hạn và tiến vào chu kỳ tế bào. Hàm lượng Cyclin này suy giảm vào pha S.
  2. Cyclin G1 có vai trò điều tiết hoạt tính của G1/S nói trên.
  3. Cyclin S hoạt hóa Cdk ngay sau khi tế bào vượt qua điểm giới hạn và qua đó giúp kích thích quá trình tự nhân đôi DNA. Cyclin S sẽ giảm dần vào pha nguyên phân mặc dù chúng vẫn có vai trò điều tiết một số hoạt động vào đầu pha này.
  4. Cyclin M hoạt hóa những CDK giúp tế bào tiến vào quá trình nguyên phân tại điểm kiểm soát G2/M. Chúng bị phân giải vào giai đoạn giữa của nguyên phân.

Một cách phân loại khác gộp lớp G1/S và lớp G1 thành nhóm G1 và hai lớp còn lại thành nhóm B. Tất cả các cyclin nhóm B mang một chuỗi amino acid gọi là “hộp phá hủy” (destruction box), chuỗi amino acid này được enzyme APC ubiquitin ligase nhận diện và vì vậy chúng được điều tiết bởi enzyme này; trong khi đó các cyclin nhóm G1 thì không có.[20]

Trong tế bào nấm men như Saccharomyces pombeSaccharomyces cerevisae, tế bào chỉ sản xuất một loại CDK duy nhất. Tuy nhiên, các tế bào của động vật có xương sống có bốn loại CDK khác nhau (CDK 1,2,4,6). Mỗi phức hợp cyclin-CDK phosphoryl hóa một nhóm protein khác nhau và vì vậy chúng kích thích các loại hoạt động khác nhau trong tế bào, bản thân một loại phức hợp cũng có hiệu quả hoạt tính khác nhau tùy thời điểm trong chu kỳ.[18][20][21]

Phức hợp Cyclin-CDK

Động vật có xương sống

Nấm men

Cyclin

CDK

Cyclin

CDK

G1-CDK

Cyclin D1,D2,D3[Gc 5]

CDK4, CDK6

Cln3

CDK1

G1/S-CDK

Cyclin E

CDK2

Cln1, 2

CDK1

S-CDK

Cyclin A

CDK2, CDK1

Clb5, 6

CDK1

M-CDK

Cyclin B

CDK1

Clb1, 2, 3, 4

CDK1

Nguồn:[21]

Các hoạt động giải trí đặc trưng của phức tạp cyclin-CDK[sửa|sửa mã nguồn]

Cyclin D là cyclin đầu tiên được sinh tổng hợp trong chu kỳ tế bào, nhằm phản ứng lại các tín hiệu ngoại bào tỉ như các nhân tố sinh trưởng. Cyclin D bám vào các CDK4 sẵn có, hình thành nên các phức hợp cyclin D-CDK4. Phức hợp cyclin D-CDK4 sẽ phosphorylat hóa các protein nhạy cảm với khối u ác tính ở mắt (RbRetinoblastoma protein). Các Rb bị phosphorylat hóa sẽ tách khỏi protein E2F và không thể ức chế E2F được nữa. E2F được hoạt hóa sẽ kích thích sự phiên mã của nhiều gien khác nhau nhằm sản sinh ra cyclin E, cyclin A, DNA polymerase, thymidin kinase,… và cả bản thân E2F.[22] Cyclin E mới sản sinh ra sẽ bám vào các CDK2, hình thành phức hợp cyclin E-CDK2, phức này sẽ thúc đẩy tế bào tiến từ pha G1 vào pha S (chuyển tiếp G1/S). Cyclin B cùng với cdc2 (ở động vật có vú là CDK1) hình thành nên phức hợp cyclin B-cdc2 có chức năng khơi mào quá trình chuyển tiếp G2/M.[23] Việc hoạt hóa phức hợp Cyclin B-cdc2 dẫn tới sự đổ vỡ của cấu trúc màng nhân sự mở đầu của kỳ đầu trong nguyên phân; và cuối cùng phức này bị bất hoạt sẽ khiến tế bào kết thúc quá trình nguyên phân.[19]

Điều tiết hoạt tính của CDK[sửa|sửa mã nguồn]

Hàm lượng cyclin

Như đã nói, vì cyclin là tác nhân giúp hoạt hóa CDK ( và bản thân hàm lượng CDK được giữ không thay đổi trong suốt chu kỳ luân hồi tế bào ) nên chính hàm lượng cyclin là tác nhân quyết định hành động chủ yếu so với hoạt tính của CDK. Tất nhiên, ngoài cyclin, tế bào còn có 1 số ít chính sách khác nhằm mục đích tinh chỉnh và điều khiển hoạt tính của CDK ở 1 số ít quá trình nhất định. [ 18 ] [ 21 ]

Phosphorylat hóa CDK

Việc phosphorylat hóa CDK – do enzyme kinase Wee1 thực thi – sẽ diễn ra tại một cặp amino acid ở phần trên của vị trí hoạt động của CDK, qua đó ức chế hoạt tính của phức hợp cyclin-CDK. Việc phosphorylst hóa này chủ yếu nhằm vào CDK1 và diễn ra trước pha nguyên phân. Các gốc phosphat bị gắn vào CDK sau đó sẽ được enzyme phosphatase Cdc25 gỡ bỏ nhằm trả lại hoạt tính cho phức hợp cyclin-CDK. Cdc25 cũng chủ yếu tác động vào CDK1 khi pha nguyên phân bắt đầu xảy ra. Nói cách khác, cơ chế điều tiết của Wee1 và Cdc25 đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát hoạt tính của cyclin M-CDK tại pha nguyên phân.[21][24]

Bám vào phức hợp cyclin-CDK hay CDK

Một số protein mang tên là protein ức chế CDK (CDK inhibitor protein – CKI) tham gia vào việc điều tiết hoạt động của CDK bằng cách bám vào CDK và có thể cả cyclin, thay đổi cấu trúc không gian ba chiều tại vùng hoạt tính của nó và qua đó ức chế hoạt tính của phức hợp cyclin-CDK.[25]

Ở các động vật có vú, có thể nêu lên hai họ CKI trong nhóm này: cip/kip (protein tương tác CDK/protein ức chế kinase – CDK interacting protein/Kinase inhibitory protein) và INK4a/ARF (Inhibitor of Kinase 4/Alternative Reading Frame).

  1. Họ cip/kip bao hàm các protein p21CIP, p27KIP2 và p57KIP2. Chúng chặn chu kỳ tế bào ở pha G1 bằng cách bám vào và bất hoạt phức hợp cyclin D-CDK1; vì vậy chúng phải bị phân giải trước khi sự tự nhân đôi DNA diễn ra. Họ này cũng có thể bám vào các phức hợp cyclin-CDK khác trong chu kỳ tế bào của động vật có vú.
  2. Họ INK4a/ARF bao hàm vài loại protein nhỏ và có mối quan hệ gần với nhau, chúng tương tác với các CDK 4 và 6 để ngăn chận các CDK này bám vào cyclin và vì vậy cũng ức chế luôn hoạt tính của CDK.[26]

Các chất ức chế cdc25 được tổng hợp hoàn toàn có thể hữu dụng trong việc chặn chu kỳ luân hồi tế bào và thế cho nên chúng được dùng để chống ung thư. [ 31 ]

Điều tiết bằng quy trình phân giải protein[sửa|sửa mã nguồn]

Khác với những quy trình tiến độ khác, việc kích hoạt quy trình chuyển tiếp từ kỳ giữa sang kỳ cuối của nguyên phân được thực thi bởi quy trình phân giải protein. [ 25 ] Chúng sẽ bị ” lưu lại ” bởi quy trình ubiquitin hóa, tức bị gắn những nhánh ubiquitin để những tiêu thể nhận diện và phân giải. Ưu điểm của cách điều tiết này nằm ở chỗ quy trình phân giải là một chiều, nhờ đó chu kỳ luân hồi tế bào tiển triển mà không bị đảo ngược tại những thời gian tối quan trọng [ 32 ] .Trong quy trình này, hoàn toàn có thể kể đến vai trò của hai tác nhân quan trọng :

  • Phức hợp xúc tiến kỳ sau hay thể chu kỳ (Anaphase-promoting complex/cyclosome – APC/C), một enzyme họ ligase ubiquitin; enzyme này chủ yếu ubiquitin hóa vào các tác nhân điều tiết liên quan tới việc thoát khỏi pha nguyên phân. Một mục tiêu quan trọng của APC/C là securin, một protein bảo hộ các liên kết giữa hai nhiễm sắc tử chị em. Mục tiêu quan trọng khác là các cyclin lớp S và lớp M; tiêu trừ chúng sẽ giúp bất hoạt phần lớn số CDK trong chu kỳ và nhờ đó các chất bị CDK phosphorylat hóa sẽ bị khử phosphat trong kỳ sau – việc này nhằm điều cần thiết cho việc hoàn tất nguyên phân và phân chia tế bào chất (như tháo xoắn nhiễm sắc thể, tái hình thành màng nhân,…). APC/C được hoạt hóa vào giai đoạn giữa của nguyên phân và hoạt động cho đến cuối pha G1 của chu kỳ sau, khi cyclin G1-S được hoạt hóa. Cách hoạt hóa APC/C là gắn các tiểu đơn vị thích hợp vào nó, tỉ như Cdc20 sẽ hoạt hóa APC/C tại thời điểm chuyển tiếp kỳ giữa-kỳ sau còn được tiểu đơn vị Cdh1 sẽ duy trì hoạt tính của nó từ cuối nguyên phân cho tới cuối pha G1.[33]
  • Phức hợp bao hàm Skp, Cullin, hộp F hay phức hợp SCF cũng là một ligase ubiquitin. Nó ubiquitin hóa các tác nhân điều tiết ở cuối pha G1, ví dụ như các kinase ức chế cyclin CIK (tỉ như p27 ở động vật có vú và Sic1 ở nấm men), nhờ đó mà quá trình hoạt hóa cyclin S-CDK và sao chép DNA được kích hoạt. Ở đây, khác với APC/C, việc ubiquitin hóa của SCF chỉ được thực thi khi protein đích của nó bị cyclin G1-CDK phosphoryl hóa để hộp F của SCF nhận diện – sự khác biệt này có thể là do APC/C phải đảm nhận việc phosphoryl hóa nhiều loại tác nhân hơn so với SCF. Đồng thời, hoạt tính của SCF cũng được giữ nguyên suốt chu kỳ và hoạt động của nó được điều tiết gián tiếp bởi việc protein đích của nó được phosphoryl hóa hay không.[32]

Mạng lưới điều tiết phiên mã[sửa|sửa mã nguồn]

Có những bằng chứng cho thấy một mạng lưới phiên mã bán tự động đã hoạt động phối hợp với bộ máy CDK-cyclin nhằm điều tiết chu kỳ tế bào. Một số nghiên cứu về biểu hiện gien trong nấm men Saccharomyces cerevisiae đã nhận dạng khoảng 800 – 1200 gien có biểu hiện thay đổi xuyên suốt trong chu kỳ tế bào;[17][34][35] chúng được phiên mã ở mức độ cao trong một số giai đoạn của chu kỳ tế bào và ở mức độ thấp trong các giai đoạn còn lại. Trong khi bộ của các gien được nhận diện thay đổi theo các phương pháp điện toán và các tiêu chuẩn dùng để nhận dạng chúng, các nghiên cứu đều chỉ ra rằng phần lớn các gien của nấm men được điều tiết theo thời gian.[36]

Nhiều gien bộc lộ theo quá trình được thôi thúc, dẫn hướng bởi những tác nhân phiên mã, những tác nhân này cũng được biểu lộ một cách định kì. Một bảng về những thí nghiệm gỡ bỏ đơn gien nhận diện được 48 tác nhân phiên mã ( chiếm 20 Tỷ Lệ số tác nhân phiên mã không thiết yếu ) cho thấy chu kỳ luân hồi tế bào bị sai kém. [ 37 ] Các điều tra và nghiên cứu về bộ gien sử dụng những công nghệ tiên tiến hiệu suất cao đã nhận dạng được những tác nhân phiên mã bám vào những vùng gien khởi động của bộ gien nấm men, và lập nên một sự đối sánh tương quan giữa những phát hiện trên với những kiểu bộc lộ theo thời hạn đã được cho phép nhận diện những tác nhân phiên mã thôi thúc những biểu lộ gien đặc trưng của từng pha chu kỳ luân hồi. [ 34 ] [ 38 ] Sự biểu lộ của những tác nhân phiên mã của pha sau đã được triển khai bởi những tác nhân phiên mã đặc trưng của pha trước, và những quy mô điện toán đã cho thấy một mạng lưới CDK độc lập của những tác nhân phiên mã đó là đủ để tạo nên một giao động không thay đổi trong biểu lộ gien. [ 35 ] [ 39 ]

Các bằng chứng có từ các thí nghiệm cũng cho rằng biểu hiện gien có thể dao động theo các giai đoạn trong quá trình phân bào của các tế bào kiểu tự nhiên độc lập với bộ máy CDK-cyclin. Orlando và các đồng sự sử dụng các microarray để đo đạc sự biểu hiện của một bộ 1.271 gien đã được nhận diện định kỳ trong các tế bào bình thường cũng như các tế bào đột biến không có cyclin trong pha S và pha nguyên phân (clb1,2,3,4,5,6). Trong 1.271 gien đó, 882 tiếp tục biểu hiện trong các tế bào thiếu cyclin và cả tế bào bình thường mặc dù chu kỳ của các tế bào thiếu cyclin bị ngừng lại ở giai đoạn cuối pha G1 đầu pha S. 833 gien khác trong số đó biểu hiện khác nhau giữa các tế bào bình thường và các tế bào đột biến, cho thấy rằng các gien này được điều tiết trực tiếp hay gián tiếp bởi bộ máy CDK-cyclin. Một số gien biểu hiện trong cả hai loại tế bào thì cũng biểu hiện ở mức độ khác ở các tế bào đột biến so với tế bào bình thường. Điều này gợi ý rằng trong khi mạng lưới phiên mã có thể dao động độc lập với dao động của CDK-cyclin, chúng bắt cặp với CDK-cyclin theo phương cách để cả hai cùng tham gia vào việc đảm bảo sự chính xác về thời gian của các sự kiện xảy ra trong chu kỳ tế bào.[35] Một số hoạt động điều tiết khác bao gồm phosphoryl hóa, một phương pháp điều chỉnh hậu dịch mã, của các nhân tố phiên mã của chu kỳ tế bào bởi Cdk1 có thể thay đổi vị trí hay hoạt tính của các nhân tố phiên mã nhằm kiểm soát chặt chẽ sự chính xác về thời gian của các gien đích (Ubersax et al. 2003; Sidorova et al. 1995; White et al. 2009).[37][40][41]

Trong khi phiên mã xê dịch đóng một vai trò quan trọng trong chu kỳ luân hồi tế bào của nấm men, cỗ máy CDK-cyclin hoạt động giải trí độc lập trong những chu kỳ luân hồi của những tế bào trong thời kỳ sớm của phôi. Trước sự chuyển tiếp phôi nang giữa sự phiên mã ở hợp tử không xảy ra và toàn bộ những protein thiết yếu, ví dụ như cyclin kiểu B, được dịch mã từ những RNA thông tin cung ứng từ người mẹ. [ 42 ]

Điểm trấn áp chu kỳ luân hồi tế bào[sửa|sửa mã nguồn]

Điểm trấn áp chu kỳ luân hồi tế bào được tế bào sử dụng nhằm mục đích giám sát và điều tiết diễn biến chu kỳ luân hồi tế bào. [ 43 ] Điểm trấn áp có vai trò ngăn ngừa chu kỳ luân hồi tế bào tại 1 số ít điểm nhất định, nhờ đó tế bào hoàn toàn có thể kiểm định lại 1 số ít diễn biến và quy trình thiết yếu và thay thế sửa chữa những chỗ sai hỏng của DNA. Tế bào không hề thực thi pha sau đó của chu kỳ luân hồi cho đến khi nó thỏa mãn nhu cầu những nhu yếu mà điểm trấn áp đặt ra .Một số điểm trấn áp được phong cách thiết kế để bảo vệ những DNA bị sai hỏng hay thiếu sót sẽ không được truyền cho những tế bào con cháu. Hai điểm trấn áp như vậy sống sót là điểm trấn áp G1 / S và điểm trấn áp G2 / M. Sự chuyển tiếp G1 / S là một bước hạn chế bởi tỉ lệ trong chu kỳ luân hồi tế bào và cũng được biết đến với cái tên điểm số lượng giới hạn ( trong tế bào động vật hoang dã ) hay điểm khởi đầu ( trong nấm men ). [ 19 ] [ 44 ] Một quy mô về phản ứng của chu kỳ luân hồi tế bào trước những sai hổng của DNA đã được yêu cầu, mang tên là điểm trấn áp sau nhân đôi DNA .Protein p53 đóng một vai trò quan trọng trong việc khơi mào những chính sách trấn áp chu kỳ luân hồi tế bào ở cả hai điểm trấn áp G1 / S và G2 / M .

Vai trò trong việc hình thành khối u[sửa|sửa mã nguồn]

Những không bình thường trong việc điều hòa chu kỳ luân hồi tế bào hoàn toàn có thể dẫn tới việc hình thành những khối u. Như đã nói, một số ít gien như những gien ức chế chu kỳ luân hồi tế bào ( RB, p53 … ) khi bị đột biến hoàn toàn có thể khiến tế bào sinh sản vô tội vạ và hình thành khối u. Mặc dù chu kỳ luân hồi tế bào khối u bằng hay dài hơn tế bào thông thường, trong những khối u tỉ lệ tế bào trong trạng thái chuẩn bị sẵn sàng phân bào so với những tế bào ở trạng thái pha G0 cao hơn nhiều so với những tế bào thông thường ; trong khi đó những tế bào bị chết rụng hay già lão vẫn không biến hóa. Chính vì vậy mà tính tổng số thì số tế bào khối u sẽ từ từ tăng dần lên .Những tế bào đang trải qua chu kỳ luân hồi một cách tích cực là tiềm năng trong những liệu pháp chữa bệnh ung thư vì những DNA của chúng thể hiện tương đối rõ ràng trong quy trình phân bào và vì thế chúng dễ bị tổn thương bởi những loại thuốc hay tia bức xạ. Việc này được tận dụng tối đa trong việc điều trị ung thư bởi một chiêu thức mang tên là debulking, lúc này một số ít lớn những tế bào khối u bị vô hiệu và điều này khiến một số ít lớn tế bào khối u còn trong pha G0 bị chuyển sang pha G1 ( do dinh dưỡng, ôxi, tác nhân sinh trưởng, … dồi dào hơn vì những tế bào giảm đi ). Các tế bào này nhanh gọn bị tàn phá bởi tia bức xạ hay thuốc ngay khi mới chớm thực thi chu kỳ luân hồi tế bào. [ 19 ] Nhìn chung, những tế bào dễ bị tổn thương nhất vào cuối pha M và vào pha G2, còn sức chống chịu so với bức xạ cao nhất ở cuối pha S. Đối với những tế bào có chu kỳ luân hồi dài và pha G1 dài, chúng cũng có sức kháng cự tốt ở cuối pha G1. Kiểu đề kháng này tương quan đến mức độ những hợp chất sulfhydryl trong tế bào. Sulfhydryl có công dụng kháng bức xạ và có mức độ cao nhất ở pha S và thấp nhất ở gần pha nguyên phân .Tế bào động vật hoang dã có vú có chu kỳ luân hồi ngắn nhất trong thiên nhiên và môi trường nuôi cấy là tế bào ung thư biểu mô ruột – với chu kỳ luân hồi lê dài từ 9 đến 10 giờ. Còn tế bào gốc trong da chuột hoàn toàn có thể có chu kỳ luân hồi lê dài đến 200 giờ. Những sự độc lạ này đa phần do độc lạ về thời hạn ở pha G1, còn những pha M và S thì ít biến hóa .

Đồng bộ hóa mẻ cấy tế bào[sửa|sửa mã nguồn]

Một số chiêu thức hoàn toàn có thể dùng để đồng điệu hóa những tế bào trong cùng mẻ cấy bằng cách trong thời điểm tạm thời chặn chu kỳ luân hồi tế bào ở một pha nào đó. Ví dụ như serum starvation [ 45 ] và cho tế bào tiếp xúc với thymidine hay aphidicolin [ 46 ] sẽ chặn chu kỳ luân hồi tế bào ở pha G1, mitotic shake-off, giải quyết và xử lý với colchicine [ 47 ] và nocodazole [ 48 ] chặn chu kỳ luân hồi tế bào ở pha nguyên phân ; và giải quyết và xử lý với 5 – fluorodeoxyuridine chặn ở pha S .

  1. ^

    S là viết tắt của synthesis, có nghĩa là “tổng hợp”.

  2. ^

    M là viết tắt của mitosis, có nghĩa là “nguyên phân”.

  3. ^ Các tế bào như vậy cũng hoàn toàn có thể lựa chọn tự diệt trừ chúng trải qua những quy trình chết tế bào được lập trình, ví dụ như chết rụng tế bào
  4. ^

    Thật ra, nói cho chính xác thì phân chia tế bào chất KHÔNG PHẢI là một phần của nguyên phân. Tuy nhiên giai đoạn này xảy ra ngay sau nguyên phân, lúc đó tế bào mẹ trải qua quá trình chính thức tách thành hai tế bào con.

  5. ^ [20]Tùy loại tế bào mà hàm lượng D1, D2 hay D3 khác nhau .
  • Morgan DO (2007). The Cell Cycle: Principles of Control. London: Published by New Science Press in association with Oxford University Press. ISBN 0-87893-508-8.
  • Bruce Alberts (2008). “17”. Molecular Biology of the Cell. Garland Science, Taylor & Francis Group. ISBN 978-0-8153-4106-2.
  • Krieger M, Scott MP; Matsudaira PT, Lodish HF, Darnell JE, Zipursky L, Kaiser C; Berk A (2004). Molecular cell biology. New York: W.H. Freeman and CO. ISBN 0-7167-4366-3.
  • Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Losick R (2004). “Chapter 7”. Molecular biology of the gene (ấn bản 5). San Francisco: Pearson/Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-4642-2.

  • Harvey Lodish (2003). “22”. Molecular Cell Biology. ISBN 0716743663.

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Bản mẫu : Cell cycle proteins

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *