Регуляция митоза

Расшифровка и детальное изучение регуляторов митотического деления началась лишь в 1970-х годах, благодаря серии экспериментов по слиянию клеток, находящихся на разных этапах клеточного цикла. В тех опытах, когда клетку в М-фазе объединяли с клеткой, находящейся в любой из стадий интерфазы, интерфазные клетки переходили в митотическое состояние (начиналась конденсация хромосом и распадалась ядерная оболочка). В итоге был сделан вывод, что в цитоплазме митотической клетки присутствует фактор (или факторы), стимулирующие митоз (ФСМ), или, иначе, М-стимулирующий фактор.

Впервые фактор стимуляции митоза был открыт в зрелых неоплодотворенных яйцах шпорцевой лягушки, находящихся в М-фазе клеточного цикла. Цитоплазма такого яйца, инъецированная в ооцит, приводит к преждевременному переходу в М-фазу и к началу созревания ооцита (первоначально сокращение MPF означало Mutation Promoting Factor, что переводится как «фактор, способствующий созреванию»). В ходе дальнейших экспериментов были установлены универсальное значение и вместе с тем высокая степень консервативности ФСМ: экстракты, приготовленные из митотических клеток весьма разнообразных организмов (млекопитающих, морских ежей, моллюсков, дрожжей), при введении в ооциты шпорцевой лягушки переводят их в М-фазу.

В общих чертах циклическое изменение концентрации ФСМ можно изобразить следующим образом. Изначально пролиферация клеток индуцируется факторами роста, транспортируемыми с кровотоком. В результате целой цепочки взаимосвязанных и последовательных реакций к окончанию S-фазы — началу фазы G₂ начинается синтез ФСМ, остающегося в неактивном состоянии до окончания репликации ДНК. Активированный ФСМ участвует в фосфорилировании гистонов, белков ядерной ламины и белков, ассоциированных с микротрубочками веретена деления, что приводит, в конечном счёте, к конденсации хромосом, распаду ядерной оболочки и формированию аппарата клеточного деления. После окончательной ассоциации микротрубочек веретена деления с кинетохорами хромосом в завершении метафазы активируется комплекс стимуляции анафазы. В результате деградируют когезины, связывающие парные хроматиды в области центромер. Наступает анафаза и запускается протеолиз митотических циклинов, и, следовательно, наблюдается сокращение концентрации ФСМ.

Стоит отметить, что цикличность изменения концентрации ФСМ преимущественно объясняется периодическим изменением концентрации циклина, синтезируемого в интерфазе и расщепляющегося в анафазе митоза. Циклин-зависимая протеинкиназа не деградирует в анафазе и существует долгое время, активируясь впоследствии в результате взаимодействия с новосинтезированным циклином.

Аппарат клеточного деления

Деление всех эукариотических клеток сопряжено с формированием специального аппарата клеточного деления. Активная роль в митотическом делении клеток зачастую отведена цитоскелетным структурам. Универсальным как для животных, так и для растительных клеток является двухполюсное митотическое веретено, состоящее из микротрубочек и связанных с ними белков. Веретено деления обеспечивает строго одинаковое распределение хромосом между полюсами деления, в области которых в телофазе образуются ядра дочерних клеток.

Ещё одна не менее важная структура цитоскелета отвечает за разделение цитоплазмы (цитокинез) и, как следствие, за распределение клеточных органелл. В животных клетках за цитокинез отвечает сократимое кольцо из актиновых и миозиновых филаментов. В большинстве клеток высших растений из-за наличия жёсткой клеточной стенки цитокинез протекает с образованием клеточной пластинки в плоскости между двумя дочерними клетками. При этом область образования новой клеточной перегородки определяется заранее предпрофазным пояском из актиновых микрофиламентов, а поскольку актин участвует также в формировании клеточных септ у грибов, возможно, что он направляет цитокинез у всех эукариот.