a sejtciklus fázisai
egy tipikus eukarióta sejtciklust a tenyészetben lévő emberi sejtek szemléltetnek,amelyek körülbelül 24 óránként osztódnak. A mikroszkóp szerint a sejtciklus két alapvető részre oszlik: mitózisra és interphase-re. A mitózis (nukleáris osztály) a sejtciklus legdrámaibb szakasza, amely megfelel a lány kromoszómák elválasztásának, általában a sejtosztódással (citokinézis) végződik. A mitózis és a citokinézis azonban csak körülbelül egy órát vesz igénybe, így a sejtciklus körülbelül 95%—át interfázisban-a mitózisok közötti időszakban-töltik. Az interphase során a kromoszómák dekondenzálódnak és eloszlanak az egész magban, így a mag morfológiailag egyenletesnek tűnik. Molekuláris szinten azonban az interfázis az az idő, amely alatt mind a sejtnövekedés, mind a DNS-replikáció rendezett módon történik a sejtosztódás előkészítése során.
a sejt folyamatosan növekszik az interphase során, a legtöbb osztódó sejt mérete megduplázódik az egyik mitózis és a következő között. Ezzel szemben a DNS-t csak az interfázis egy része során szintetizálják. A DNS-szintézis időzítése tehát az eukarióta sejtek ciklusát négy különálló fázisra osztja (14.1 ábra). A ciklus M fázisa megfelel a mitózisnak, amelyet általában citokinézis követ. Ezt a fázist követi a G1 fázis (1.rés), amely megfelel a mitózis és a DNS-replikáció megkezdése közötti intervallumnak (résnek). A G1 alatt a sejt metabolikusan aktív és folyamatosan növekszik, de nem replikálja a DNS-ét. A G1-et az S fázis (szintézis) követi, amelynek során a DNS-replikáció megtörténik. A DNS-szintézis befejezését a G2 fázis (2.rés) követi, amelynek során a sejtek növekedése folytatódik, a fehérjéket pedig a mitózis előkészítése során szintetizálják.
14.1
a sejtciklus fázisai. A legtöbb eukarióta sejt osztódási ciklusa négy különálló fázisra oszlik: M, G1, S és G2. Az M fázist (mitózist) általában citokinézis követi. Az S fázis az az időszak, amely alatt a DNS-replikáció megtörténik. A sejt növekszik (több…)
ezeknek a sejtciklus-fázisoknak az időtartama jelentősen eltér a különböző típusú sejtekben. Egy tipikus gyorsan proliferáló emberi sejt esetében, amelynek teljes ciklusideje 24 óra, a G1 fázis körülbelül 11 órát, az S fázis körülbelül 8 órát, a G2 körülbelül 4 órát, az M pedig körülbelül 1 órát tarthat. Más típusú sejtek azonban sokkal gyorsabban oszthatók meg. A kezdő élesztők például a sejtciklus mind a négy szakaszában csak körülbelül 90 perc alatt haladhatnak előre. Még rövidebb sejtciklusok (30 perc vagy annál kevesebb) fordulnak elő a korai embriósejtekben röviddel a tojás megtermékenyítése után(14.2 ábra). Ebben az esetben azonban a sejtek növekedése nem történik meg. Ehelyett ezek a korai embrionális sejtciklusok gyorsan felosztják a tojás citoplazmáját kisebb sejtekre. Nincs G1 vagy G2 fázis, és a DNS-replikáció nagyon gyorsan megtörténik ezekben a korai embrionális sejtciklusokban, amelyek ezért nagyon rövid S fázisokból állnak, amelyek M fázisokkal váltakoznak.
14.2
embrionális sejtciklusok. A korai embrionális sejtciklusok gyorsan osztják a tojás citoplazmáját kisebb sejtekre. Ezekben a ciklusokban a sejtek nem növekednek, G1 és G2 hiányában, és csak rövid S fázisokból állnak, amelyek M fázisokkal váltakoznak.
az embrionális sejtek gyors proliferációjával ellentétben a felnőtt állatok egyes sejtjei teljesen megszűnnek (pl. idegsejtek), és sok más sejt csak alkalmanként oszlik meg, szükség szerint a sérülés vagy sejthalál miatt elveszett sejtek pótlására. Az utóbbi típusú sejtek közé tartoznak a bőr fibroblasztok, valamint számos belső szerv sejtjei, például a máj, a vese, a tüdő. Amint azt a következő szakaszban tovább tárgyaljuk, ezek a sejtek kilépnek a G1-ből, hogy belépjenek a G0 nevű ciklus nyugalmi szakaszába, ahol metabolikusan aktívak maradnak, de már nem szaporodnak, kivéve, ha erre megfelelő extracelluláris jelekkel felkérik őket.
a sejtciklus elemzése megköveteli a sejtek azonosítását a fent tárgyalt különböző szakaszokban. Bár a mitotikus sejtek mikroszkóposan megkülönböztethetők, a ciklus más fázisaiban (G1, S, G2) lévő sejteket biokémiai kritériumokkal kell azonosítani. Az S fázisban lévő sejtek könnyen azonosíthatók, mivel radioaktív timidint tartalmaznak, amelyet kizárólag DNS-szintézishez használnak (14.3 ábra). Például, ha a tenyészetben gyorsan proliferáló emberi sejtek populációját rövid ideig (például 15 percig) radioaktív timidinnek tesszük ki, majd autoradiográfiával elemezzük, a sejtek körülbelül egyharmadát radioaktívan címkézik, ami megfelel az S fázisban lévő sejtek frakciójának.
14. 3. ábra
az S fázissejtek azonosítása radioaktív timidin beépülésével. A sejteket radioaktív timidinnek tették ki, majd autoradiográfiával elemezték. A címkézett cellákat nyilak jelzik. (D. W. Stacey et al., 1991. Mol. Cell Biol. 11: 4053.) (több…)
Az ilyen sejtcímkézési kísérletek variációi felhasználhatók a sejtciklus különböző szakaszainak hosszának meghatározására is. Vegyünk például egy olyan kísérletet, amelyben a sejteket 15 percig radioaktív timidinnek tesszük ki, majd a radioaktív timidint eltávolítjuk, és a sejteket az autoradiográfia előtt különböző hosszú ideig tenyésztjük. A radioaktív timidinnek való kitettség idején s fázisban lévő, radioaktívan jelzett interfázissejteket több órán keresztül megfigyelik, amint az S és a G2 maradékán keresztül haladnak. Ezzel szemben a radioaktívan jelzett mitotikus sejteket csak a címkézés után 4 órával lehet megfigyelni. Ez a 4 órás késleltetési idő megfelel a G2 hosszának—ez a minimális idő egy olyan sejt számára, amely az S fázis végén radioaktív timidint tartalmazott a mitózisba való belépéshez.
a sejtciklus különböző szakaszaiban lévő sejtek DNS-tartalmukkal is megkülönböztethetők (14.4 ábra). Például a G1-ben lévő állati sejtek diploid (minden kromoszóma két példányát tartalmazzák), így DNS-tartalmukat 2n-nek nevezik (n a genom haploid DNS-tartalmát jelöli). Az S fázisban a replikáció növeli a sejt DNS-tartalmát 2n-ről 4n-re, így az S-ben lévő sejtek DNS-tartalma 2N-től 4N-ig terjed. a DNS-tartalom ezután 4n-nél marad a G2 és M-ben lévő sejtek esetében, a citokinesis után 2N-re csökken. Kísérletileg, sejt-DNS tartalom határozza meg inkubációs a sejtek fluoreszcens festék, hogy kötődik a DNS-t, majd elemzése a fluoreszcencia intenzitás az egyes sejtek áramlási citométer vagy fluoreszcencia-aktív cella sorter, ezáltal megkülönböztető sejtek a G1, S G2/M fázisban a sejtciklus.
14. 4. ábra
sejt DNS-tartalom meghatározása. A sejtek populációját fluoreszkáló festékkel jelölik, amely megköti a DNS-t. A sejteket ezután átvezetjük egy áramlási citométeren, amely megméri az egyes sejtek fluoreszcencia intenzitását. Az adatok cellaként vannak ábrázolva (több…)