faser af cellecyklussen

en typisk eukaryot cellecyklus illustreres af humane celler i kultur, som deler sig cirka hver 24.time. Som det ses i mikroskopet, er cellecyklussen opdelt i to grundlæggende dele: mitose og interfase. Mitose (nuklear opdeling) er den mest dramatiske fase af cellecyklussen, svarende til adskillelsen af datterkromosomer og slutter normalt med celledeling (cytokinesis). Mitose og cytokinesis varer dog kun ca.en time, så cirka 95% af cellecyklussen bruges i interfase—perioden mellem mitoser. Under interfase dekondenseres kromosomerne og fordeles gennem kernen, så kernen fremstår morfologisk ensartet. På molekylært niveau er interfase imidlertid den tid, hvor både cellevækst og DNA-replikation forekommer på en ordnet måde som forberedelse til celledeling.

cellen vokser med en jævn hastighed i hele interfasen, hvor de fleste delende celler fordobles i størrelse mellem den ene mitose og den næste. I modsætning hertil syntetiseres DNA kun under en del af interfasen. Tidspunktet for DNA-syntese opdeler således cyklussen af eukaryote celler i fire diskrete faser (figur 14.1). Cyklusens m-fase svarer til mitose, som normalt efterfølges af cytokinesis. Denne fase efterfølges af G1-fasen (gap 1), som svarer til intervallet (gap) mellem mitose og initiering af DNA-replikation. Under G1 er cellen metabolisk aktiv og vokser kontinuerligt, men replikerer ikke dets DNA. G1 efterfølges af S-fase (syntese), hvor DNA-replikation finder sted. Afslutningen af DNA-syntese efterfølges af G2-fasen (gap 2), under hvilken cellevækst fortsætter, og proteiner syntetiseres som forberedelse til mitose.

figur 14.1

faser af cellecyklussen. Delingscyklussen for de fleste eukaryote celler er opdelt i fire diskrete faser: M, G1, S og G2. M-fase (mitose) efterfølges normalt af cytokinesis. S fase er den periode, hvor DNA-replikation finder sted. Cellen vokser (mere…)

varigheden af disse cellecyklusfaser varierer betydeligt i forskellige typer celler. For en typisk hurtigt prolifererende human celle med en total cyklustid på 24 timer, G1-fasen kan vare omkring 11 timer, S-fase omkring 8 timer, G2 om 4 timer, og M om 1 time. Andre typer celler kan dog dele sig meget hurtigere. Spirende gær kan for eksempel udvikle sig gennem alle fire faser af cellecyklussen på kun cirka 90 minutter. Endnu kortere cellecyklusser (30 minutter eller mindre) forekommer i tidlige embryoceller kort efter befrugtning af ægget (figur 14.2). I dette tilfælde finder cellevækst imidlertid ikke sted. I stedet deler disse tidlige embryonale cellecyklusser hurtigt æggecytoplasmaet i mindre celler. Der er ingen G1-eller G2-fase, og DNA-replikation forekommer meget hurtigt i disse tidlige embryonale cellecyklusser, som derfor består af meget korte s-faser skiftevis med M-faser.

figur 14.2

embryonale cellecyklusser. Tidlige embryonale cellecyklusser deler hurtigt æggets cytoplasma i mindre celler. Cellerne vokser ikke i disse cyklusser, som mangler G1 og G2 og består simpelthen af korte s-faser skiftevis med M-faser.

i modsætning til den hurtige proliferation af embryonale celler ophører nogle celler hos voksne dyr helt med at dele sig (f.eks. nerveceller), og mange andre celler deler sig kun lejlighedsvis efter behov for at erstatte celler, der er gået tabt på grund af skade eller celledød. Celler af sidstnævnte type indbefatter hudfibroblaster såvel som cellerne i mange indre organer, såsom lever, nyre og lunge. Som diskuteret yderligere i det næste afsnit forlader disse celler G1 for at komme ind i et hvilende trin i cyklussen kaldet G0, hvor de forbliver metabolisk aktive, men ikke længere spredes, medmindre de opfordres til at gøre det ved passende ekstracellulære signaler.

analyse af cellecyklussen kræver identifikation af celler i de forskellige trin, der er diskuteret ovenfor. Selvom mitotiske celler kan skelnes mikroskopisk, skal celler i andre faser af cyklussen (G1, S og G2) identificeres ved biokemiske kriterier. Celler i S-fase kan let identificeres, fordi de inkorporerer radioaktivt thymidin, som udelukkende anvendes til DNA-syntese (figur 14.3). For eksempel, hvis en population af hurtigt prolifererende humane celler i kultur udsættes for radioaktivt thymidin i en kort periode (f.eks. 15 minutter) og derefter analyseres ved autoradiografi, vil ca. en tredjedel af cellerne blive fundet radioaktivt mærket svarende til fraktionen af celler i S-fase.

figur 14.3

identifikation af S-faseceller ved inkorporering af radioaktivt thymidin. Cellerne blev udsat for radioaktivt thymidin og analyseret ved autoradiografi. Mærkede celler er angivet med pile. (Fra D. V. Stacey et al., 1991. Mol. Celle Biol. 11: 4053.) (mere…)

variationer af sådanne cellemærkningseksperimenter kan også bruges til at bestemme længden af forskellige stadier af cellecyklussen. Overvej for eksempel et eksperiment, hvor celler udsættes for radioaktivt thymidin i 15 minutter, hvorefter det radioaktive thymidin fjernes, og cellerne dyrkes i forskellige længder før autoradiografi. Radioaktivt mærkede interfaseceller, der var i S-fase i eksponeringstiden for radioaktivt thymidin, vil blive observeret i flere timer, når de skrider frem gennem resten af S og G2. I modsætning hertil observeres radioaktivt mærkede mitotiske celler først 4 timer efter mærkning. Denne 4-timers forsinkelsestid svarer til længden af G2—den minimale tid, der kræves for en celle, der inkorporerede radioaktivt thymidin i slutningen af S-fasen for at komme ind i mitose.

celler på forskellige stadier af cellecyklussen kan også skelnes ved deres DNA-indhold (figur 14.4). For eksempel er dyreceller i G1 diploide (indeholdende to kopier af hvert kromosom), så deres DNA-indhold betegnes som 2n (n betegner genomets haploide DNA-indhold). Under S-fase øger replikation DNA – indholdet i cellen fra 2n til 4n, så celler i S har DNA-indhold i området fra 2n til 4n. DNA-indhold forbliver derefter på 4n for celler i G2 og M, faldende til 2n efter cytokinesis. Eksperimentelt kan cellulært DNA-indhold bestemmes ved inkubation af celler med et fluorescerende farvestof, der binder til DNA, efterfulgt af analyse af fluorescensintensiteten af individuelle celler i et strømningscytometer eller fluorescensaktiveret cellesorterer, hvorved celler skelnes i cellecyklusens G1 -, S-og G2/M-faser.

figur 14.4

bestemmelse af cellulært DNA-indhold. En population af celler er mærket med et fluorescerende farvestof, der binder DNA. Cellerne ledes derefter gennem et strømningscytometer, som måler fluorescensintensiteten af individuelle celler. Dataene er afbildet som celle (mere…)