2.4. Регуляция g1 фазы

В G1 фазе, в так называемой точке рестрикции (ограничения, R-точка), клетка принимает решение, делится ей или нет. Точка рестрикции - это та точка клеточного цикла, после которой клетка становится невосприимчивой к внешним сигналам вплоть до завершения всего клеточного цикла. Точка рестрикции делит G1 фазу на два функционально различных этапа: G1pm (постмитотический этап) и G1ps (пресинтетический этап). В течение G1pm клетка оценивает присутствующие в ее окружении ростовые факторы. Если необходимые ростовые факторы присутствуют в достаточном количестве, то клетка переходит в G1ps. Клетки, перешедшие в G1ps период, продолжают нормальное прохождение всего клеточного цикла даже при отсутствии ростовых факторов. Если отсутствуют необходимые ростовые факторы в G1pm периоде, то клетка переходит в состояние пролиферативного покоя (G0 фаза).

Основным результатом каскада сигнальных событий, происходящих вследствие связывания ростового фактора с рецептором на поверхности клетки, является активация комплекса циклин D-CDK4/6. Активность этого комплекса существенно возрастает уже в раннем G1 периоде. Этот комплекс фосфорилирует мишени, необходимые для прохождения в S фазу. Основным субстратом комплекса циклин D-CDK4/6 является продукт гена ретинобластомы (pRb). Нефосфорилированный pRb связывается и, тем самым, инактивирует транскрипционные факторы группы E2F. Фосфорилирование pRb комплексами циклин D-CDK4/6 приводит к высвобождению E2F, который проникает в ядро и инициирует трансляцию генов белков, необходимых для репликации ДНК, в частности генов циклина Е и циклина А. В конце G1 фазы происходит кратковременное увеличение количества циклина Е, которое предвещает накопление циклина А и переход в S фазу.

Остановку клеточного цикла в G1 фазе могут вызвать следующие факторы: повышение уровня ингибиторов CDK, депривация ростовых факторов, повреждения ДНК, внешние воздействия, онкогенная активация. (См. Рисунок 6)

2.5. Регуляция s фазы

Основное событие в S-фазе — репликация ДНК. Репликация должна происходить только в нужный период времени и лишь единожды за цикл. Намного легче управлять процессом, если репликация начинается не с любого конца молекулы ДНК, и множество ДНК-полимераз суетятся вокруг хромосомы, мешая друг другу и допуская ошибки, а если есть строго определенные точки начала репликации — ориджины, специфические последовательности, к которым присоединяются факторы, ответственные за начало матричного синтеза.

Как выяснилось, клетка готовится к делению уже тогда, когда еще даже не знает, суждено ли ей вообще в этой жизни будет поделиться. В конце предыдущего митоза на ориджине начинает формироваться пре-репликационный комплекс (pre-RC). Начинается все с присоединения к ориджину белкового комплекса с говорящим названием — origin-recognition complex, ORC, служащего платформой для других белков. В G1-фазу к нему присоединяются Cdc6 с АТФ-азной активностью и Cdt1, а затем к комплексу и к ДНК поблизости присоединяются белковые кольца, MCM (минихромосомный белковый комплекс). При повышенной активности циклин/CDK или киназы DDK, концентрация которых максимальна во время S-фазы, комплекс быстро диссоциирует (Cdc6 фосфорилируется, инактивируется, и МСМ не может быть более связан с ориджином), таким образом, пре-RC может существовать лишь в промежутке между концом M-фазы и началом S-фазы.

Активирует комплекс тоже Cyc/CDK, а именно — CycA/Cdk2. Для того, чтобы к комплексу могла присоединиться полимераза, должен присоединиться еще один белок, Сdc45 совместно с GINS, для чего и нужны эти киназы, которые не давали пре-RC образовываться в митозе. Cdc45 присоединяется, CycA/Cdk2 фосфорилирует Cdc6, еще один белок, геминин, не упомянутый нами, инактивирует Cdt1. В этот момент случается чудо, и MCM, ранее выполнявший функцию связующего фактора, теперь приобретает хеликазную активность, спираль ДНК раскручивается, и далее процесс идет как в учебнике: с одиночными цепями связываются белки RPA, что позволяет комплексу праймаза/ДНК-полимераза-альфа присоединиться в точке ориджина и запустить репликацию. МСМ и Cdc45 движутся вместе с репликативной вилкой, полимеразу-альфа замещает дельта. Когда же в данном участке репликация будет завершена, МСМ отсоединится, и пре-репликативный комплекс, по описанной нами логике, больше не сможет быть образован вплоть до окончания митоза (См. Рисунок 7).