Faser av Cellesyklusen
en typisk eukaryotisk cellesyklus er illustrert av humane celler i kultur, som deler omtrent hver 24. time. Som sett i mikroskopet, er cellesyklusen delt inn i to grunnleggende deler: mitose og interfase. Mitose (nukleær divisjon) er det mest dramatiske stadiet av cellesyklusen, som svarer til separasjonen av datterkromosomer og slutter vanligvis med celledeling (cytokinese). Imidlertid varer mitose og cytokinesis bare omtrent en time, så ca 95% av cellesyklusen blir brukt i interfase-perioden mellom mitoser. Under interfase dekondenseres kromosomene og fordeles gjennom kjernen, slik at kjernen ser morfologisk jevn ut. På molekylært nivå er interfasen imidlertid tiden hvor både cellevekst og DNA-replikasjon forekommer på en ordnet måte som forberedelse til celledeling.
cellen vokser med en jevn hastighet gjennom interfase, med de fleste delende celler dobling i størrelse mellom en mitose og den neste. I kontrast syntetiseres DNA under bare en del av interfase. Tidspunktet FOR DNA-syntese deler således syklusen av eukaryote celler i fire diskrete faser (Figur 14.1). M-fasen av syklusen tilsvarer mitose, som vanligvis følges av cytokinese. Denne fasen følges Av g1-fasen (gap 1), som tilsvarer intervallet (gap) mellom mitose og initiering AV DNA-replikasjon. Under G1 er cellen metabolsk aktiv og vokser kontinuerlig, men replikerer ikke SITT DNA. G1 følges Av s-fase (syntese), hvor DNA-replikasjon finner sted. Fullførelsen AV DNA-syntese følges Av g2-fasen (gap 2), hvor celleveksten fortsetter og proteiner syntetiseres som forberedelse til mitose.
Figur 14.1
Faser av cellesyklusen. Divisjonssyklusen til de fleste eukaryote celler er delt inn i fire diskrete faser: M, G1, S og G2. M fase (mitose) er vanligvis etterfulgt av cytokinesis. S-fase er perioden HVOR DNA-replikasjon oppstår. Cellen vokser (mer…)
varigheten av disse cellesyklusfasene varierer betydelig i forskjellige typer celler. For en typisk raskt prolifererende human celle med en total syklustid på 24 timer, Kan g1-fasen vare ca. 11 timer, s-fase ca. 8 timer, G2 ca. 4 timer og M ca.1 time. Andre typer celler kan imidlertid dele seg mye raskere. Spirende gjær, for eksempel, kan utvikle seg gjennom alle fire stadier av cellesyklusen i bare ca 90 minutter. Enda kortere cellesykluser (30 minutter eller mindre) forekommer i tidlige embryoceller kort tid etter befruktning av egget (Figur 14.2). I dette tilfellet finner imidlertid ikke cellevekst sted. I stedet deler disse tidlige embryonale cellesyklusene raskt eggcytoplasma i mindre celler. Det er ingen g1-eller G2-fase, OG DNA-replikasjon skjer svært raskt i disse tidlige embryonale cellesyklusene, som derfor består av svært korte s-faser som veksler Med M-faser.
Figur 14.2
Embryonale cellesykluser. Tidlige embryonale cellesykluser deler raskt eggets cytoplasma i mindre celler. Cellene vokser ikke under disse syklusene, som mangler G1 Og G2 og består ganske enkelt av korte s-faser som veksler Med M-faser.
i motsetning til den raske spredning av embryonale celler, noen celler i voksne dyr opphøre divisjon helt (f. eks nerveceller) og mange andre celler dele bare sporadisk, etter behov for å erstatte celler som har gått tapt på grunn av skade eller celledød. Celler av sistnevnte type inkluderer hudfibroblaster, så vel som cellene i mange indre organer, som lever, nyre og lunge. Som diskutert videre i neste avsnitt, går disse cellene Ut Av G1 for å gå inn i et hvilestadium av syklusen Kalt G0, hvor De forblir metabolisk aktive, men ikke lenger sprer seg, med mindre de blir bedt om å gjøre det ved passende ekstracellulære signaler.
Analyse av cellesyklusen krever identifisering av celler i de forskjellige stadier som er omtalt ovenfor. Selv om mitotiske celler kan skilles mikroskopisk, må celler i andre faser Av syklusen (G1, S og G2) identifiseres ved biokjemiske kriterier. Celler I s-fase kan lett identifiseres fordi de inneholder radioaktivt tymidin, som bare brukes til DNA-syntese(Figur 14.3). For eksempel, hvis en populasjon av raskt prolifererende humane celler i kultur blir utsatt for radioaktivt tymidin i en kort periode (f.eks. 15 minutter) og deretter analysert ved autoradiografi, vil omtrent en tredjedel av cellene bli funnet å være radioaktivt merket, tilsvarende fraksjonen av celler i s-fase.
Figur 14.3
Identifikasjon Av s faseceller ved inkorporering av radioaktivt tymidin. Cellene ble utsatt for radioaktiv tymidin og analysert ved autoradiografi. Merkede celler er angitt med piler. (Fra D. W. Stacey et al., 1991. Mol. Celle Biol. 11: 4053.) (mer…)
Variasjoner av slike cellemerkingseksperimenter kan også brukes til å bestemme lengden på forskjellige stadier av cellesyklusen. For eksempel, vurder et eksperiment der celler blir utsatt for radioaktivt tymidin i 15 minutter, hvoretter det radioaktive tymidinet fjernes og cellene dyrkes i varierende lengder av tid før autoradiografi. Radioaktivt merkede interfase celler som var I s-fase i løpet av tiden for eksponering for radioaktivt tymidin vil bli observert i flere timer som de fremgang gjennom resten Av S Og G2. I kontrast vil radioaktivt merkede mitotiske celler ikke bli observert før 4 timer etter merking. Denne 4-timers forsinkelsestiden tilsvarer lengden På G2-minimumstiden som kreves for en celle som innlemmet radioaktivt tymidin ved slutten av s-fasen for å gå inn i mitose.
Celler i forskjellige stadier av cellesyklusen kan også preges av DERES DNA-innhold (Figur 14.4). For eksempel er dyreceller I G1 diploide (som inneholder to kopier av hvert kromosom), så DERES DNA-innhold refereres til som 2n (n betegner haploid DNA-innholdet i genomet). I Løpet Av S-fasen øker replikasjon DNA-innholdet i cellen fra 2n til 4n, slik at celler i S har DNA-innhold fra 2n til 4n. DNA-innholdet forblir da ved 4n for celler I G2 og M, avtagende til 2n etter cytokinese. Eksperimentelt kan cellulært DNA-innhold bestemmes ved inkubering av celler med et fluorescerende fargestoff som binder SEG TIL DNA, etterfulgt av analyse av fluorescensintensiteten til individuelle celler i et flowcytometer eller fluorescensaktivert cellesorter, og derved skiller celler I g1, S og G2/M faser av cellesyklusen.
Figur 14.4
Bestemmelse av cellulært DNA-innhold. En populasjon av celler er merket med et fluorescerende fargestoff som binder DNA. Cellene sendes deretter gjennom et flowcytometer, som måler fluorescensintensiteten til individuelle celler. Dataene er plottet som celle(mer…)