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主要内容

细胞周期检控点

细胞如何在 G1 阶段结束时、G2 阶段结束时以及中途通过 M 阶段(主轴检查点)使用检查点来调节细胞周期。 

介绍

当细胞随着细胞周期运动时,它们会从一个阶段轻松地进入下一个阶段吗?如果它们是癌细胞,答案可能是肯定的。然而,正常细胞在细胞周期中以一种稳定的方式运动。它们利用自身内部状态的信息和周围环境的信号来决定是否继续进行细胞分裂。这一规则确保细胞不会在不利的条件下分裂(例如,当它们的DNA受损,或者组织或器官中没有空间容纳更多细胞时)。

细胞周期检查点

检查点是真核细胞周期中的一个阶段,在这个阶段,细胞检查内部和外部的信号,并“决定”是否继续分裂。
检查点有很多,但最重要的三个是:
  • G1 检查点,在G1/S 转换处。
  • G2 检查点,在G2/M 转换处。
  • 纺锤体检查点,在从中期到后期的转换处。
标有检查点的细胞周期图。G1检查点在G1的结束点(接近G1/S转换处)。G2检查点接近G2的结束点(接近G2/M转换处)。纺锤体检查点位于M期的中间,更确切地说,在中期/后期的转换处。

G1 检查点

G1 检查点是一个细胞的主要决策点,也就是说,它必须选择是否进行分裂。一旦细胞通过G1检查点并进入S阶段,它就不可逆转地进行分裂。也就是说,除非出现意外的问题,例如DNA损坏或复制错误,否则通过G1检查点的细胞将继续完成剩余的整个细胞周期,并生成两个子细胞。
G1检查点。G1检查点位于G1阶段的结束点,在转换到S阶段之前。如果细胞没有通过G1检查点,它们可能会“循环”出细胞周期,进入称为G0的静止状态,然后在适当的条件下重新进入G1。
在G1检查点,细胞根据以下因素决定是否继续分裂:
  • 细胞大小
  • 营养
  • 生长因子
  • DNA受损
在G1检查点,一个细胞检查内部和外部条件是否适合进行分裂。下面是细胞可能评估的一些因素:
  • 大小。 这个细胞是否足够大而可以分裂?
  • 营养。 细胞是否有足够的能量储备或可用的营养物质来分裂?
  • 分子信号。 细胞是否从邻居那里得到积极的信号(如生长因子)?
  • DNA完整性。有DNA受损吗?
这些并不是影响G1检查点进程的唯一因素,哪些因素最重要取决于细胞的类型。例如,一些细胞也需要机械信号(比如连接到一个叫做细胞外基质的支持性网状物上)来分裂1
如果一个细胞没有在G1检查点获得它需要的前进提示,它可能离开细胞周期,进入一个称为G0的静止状态。一些细胞永久地留在G0中,而另一些细胞在条件改善时继续分裂。

G2 检查点

标记G2检查点的细胞周期图像。在G2检查点,细胞检查:
  • DNA受损
  • DNA 复制完整性
为了确保细胞分裂顺利进行(产生健康的子细胞,其DNA完整无损),细胞在M阶段之前有一个额外的检查点,称为G2检查点。在这个阶段,细胞将检查:
  • DNA完整性。有DNA受损吗?
  • DNA复制。 DNA是否在S阶段完全复制?
如果检测到错误或损坏,细胞将在G2检查点处暂停,以便进行修复。如果检查点机制检测到DNA的问题,细胞周期就会停止,细胞要么完成DNA复制,要么修复受损的DNA。
如果损伤是不可修复的,细胞可能会发生凋亡,或程序性细胞死亡2。这种自我毁灭机制确保受损的DNA不会传递给子细胞,对预防癌症很重要。

纺锤体检查点

有纺锤体检查点标记的细胞周期的图像。在纺锤体检查点,细胞检查:
  • 染色体是否附着在纺锤体的中期板上
M检查点也称为纺锤体检查点:在这里,细胞检查所有姐妹染色单体是否正确地连接到纺锤体微管。因为姐妹染色单体在后期的分离是一个不可逆的步骤,所以直到所有的染色体都牢固地附着在细胞相对两极的至少两个纺锤体纤维上,这个周期才会继续。
这个检查点是如何工作的?似乎细胞并没有扫描中期板来确认所有的染色体都在那里。相反,他们寻找“散乱的”染色体,它们在错误的位置(例如,漂浮在细胞质中)3。如果染色体错位,细胞就会停止有丝分裂,让纺锤体有时间捕捉游离的染色体。

检查点实际上是如何工作的?

本文简要介绍了细胞周期控制,概述了影响细胞决定在每个检查点暂停或进展的因素。然而,你可能想知道这些因素实际上对细胞做了什么,或者如何改变细胞内部,导致(或阻止)从细胞周期的一个阶段到下一个阶段的进展。
基本答案是,内部和外部的信号触发细胞内的信号通路,激活或灭活一组核心蛋白,这组蛋白负责推动细胞周期向前。在关于细胞周期调节因子的文章中,你可以了解更多关于这些蛋白质的信息,并看到它们是如何受到诸如DNA损伤等信号影响的例子。

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