Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Regulacja klasycznego cyklu komórkowego vs. kontrola endoreplikacji
Redakcja _, 21.02.2013 , Tagi: endoreplikacja, endocykle
Regulacja klasycznego cyklu komórkowego vs. kontrola endoreplikacji
Endoreplikacja, mimo wydzielenia jej jako osobnego procesu, posiada determinanty podobne do tych, występujących w klasycznym cyklu komórkowym. Są one związane z regulacją punktów kontrolnych cyklu, tj. przejścia komórki z fazy G1 do S, z fazy G2 do M oraz punktu znajdującego się w fazie S. Rozpoczęcie i przeprowadzanie przez komórkę naturalnego cyklu komórkowego, lub endocyklu kontrolowane jest przez specjalne kompleksy białkowe.

Białkowe kompleksy zaangażowane w regulację punktów kontrolnych cyklu zbudowane są z 2 funkcjonalnych części. Jedną z nich jest podjednostka katalityczna o oznaczeniu CDK, czyli kinaza cyklinozależna. Drugą część stanowi regulatorowa podjednostka cyklinowa (Cyc). Kompleks o takiej strukturze aktywowany i dezaktywowany jest na drodze defosforylacji i fosforylacji, za które odpowiadają regulatorowe czynniki molekularne. Podstawą działania maszynerii odpowiadającej za przeprowadzenie cyklu komórkowego są więc: CDK, Cyc, elementy maszyn proteolitycznych, czynniki inhibujące i aktywujące. Ich funkcjonowanie, różna regulacja ekspresji, poziom transkryptów, zmiany w obróbce potranskrypcyjnej i wydarzenia potranslacyjne są przyczyną przełączenia klasycznego cyklu komórkowego na endocykle. 

 
Kinazy CDK odgrywają bazową rolę w kontroli cykli komórkowych. Same  regulowane są własnymi podjednostkami, czyli cyklinami. Nazwa cykliny (Cyc) wskazuje na rzeczywiste zachowanie tych związków podczas trwania cyklu komórkowego. Proteiny te posiadają pewien cykl istnienia: ulegają rozpadom, po to by powtórnie się odtwarzać. Istnieje pewna klasyfikacja cyklin: CycA, CycB, CycC, CycD, CycE, CycH. Wyróżniono także klasy kinaz cyklinozależnych: CDKA, CDKB, CDKC, CDKD, CDKE, CDKF. 
Powstające w czasie cykli kompleksy CDK/Cyc umożliwiają przeprowadzanie następujących po sobie faz cyklu. Punkty kontrolne o tym decydujące występują na pograniczu faz G1/S oraz faz G2/M. O tym, jaki będzie rezultat pokonania pierwszego z tych punktów decyduje aktywacja kompleksu SPF (ang. S-phase Promoting Factor). SPF składa się z CycA, CycD (wymienianej przez CycE) oraz białka p34cdc2. Jego regulacja zachodzi poprzez fosforylację białek retinoblastoma (pRB) przy współpracy kompleksu CDKA/CycD. Włączenie mitozy zachodzi dzięki aktywacji kompleksu MPF (ang. M-phase Promoting Factor), co następuje pod koniec fazy G2. Wówczas powstać musi kompleks zbudowany z CycA, CycB, CDKA i CDKB.
 
Endocykl w dużym zakresie wykorzystuje maszynerię komórki zawiadującą przeprowadzaniem klasycznego cyklu komórkowego. Jednak istnieją tu znaczące różnice, świadczące o specyfice endoreplikacji. Przeprowadzone badania wykazały, że w czasie endocykli nie występuje aktywność CDK w punkcie kontrolnym G2/M. A to bezpośrednio nie pozwala komórce na wejście  w fazę podziału mitotycznego. Ponadto w ednoreplikacji CDK w czasie przejścia G1/S charakteryzuje się zmienną aktywnością. Wystąpienie cyklu endo obejmuje zmiany w regulacji ekspresji CDKB, CycA, CycB oraz co ciekawe, aktywację kompleksu APC (ang. Anaphase Promoting Complex), czyli kompleksu zajmującego się degradacją cyklin mitotycznych. 
 
Najbardziej charakterystyczną konsekwencją przeprowadzania endocyklu przez komórkę  jest wielokrotna replikacja. Odbywa się ona dzięki uzyskaniu przez komórkę „pozwolenia” na przeprowadzenie dodatkowej rundy syntezy DNA przy odejściu od przeprowadzania mitozy. Jest to związane z punktem kontrolnym cyklu, znajdującym się w fazie S. Ma na to wpływ kompleks prereplikacyjny CDK2/CycB. Następuje wówczas odejście od mającego miejsce w klasycznym cyklu komórkowym, zablokowania miejsc ORI (miejsc inicjacji replikacji). Gdy komórka przeprowadza endoreplikację ligaza ubikwitynowa, czyli kompleks anafazowy APC rozkłada CycB, co wywołuje powtórną inicjację replikacji i kolejną jej rundę. Swój udział w przeprowadzaniu endocykli mają także czynniki modulujące, tj. inhibitory CDK. Do grupy tej należy m.in. kinaza o nazwie Wee1. Kinaza ta kieruje regulacją CDK/Cyc w fazach S i G2. Dokonuje bowiem ich fosforylacji, co w konsekwencji prowadzi do ich dezaktywacji. Nadekspresja Wee1 hamuje więc przeprowadzanie normalnego podziału komórkowego, o czym dowodzi m.in. występowanie endocykli w tkankach, gdzie odnajdywano wzmożoną ilość transkryptów tego czynnika.
 
Izabela Kołodziejczyk
 
Źródła
Żródła: 
    1.    Alberts B (1999) Podstawy biologii komórki. PWN, Warszawa

    2. Edgar BA, Orr-Weaver TL (2001) Endoreplication cell cycles: more or less. Cell 105: 297-306

    3. Dan H, Imaseki H, Wasteneys GO, Kazama H (2003) Ethylene stimulates endoreduplication but inhibits cytokinesis in cucumber hypocotyl epidermis. Plant Physiol 133: 1726–1731

    4. Inze D, De Veylder L (2006) Cell cycle regulation in plant development. Annu Rev Genet 40: 77-105

    5. Jabłońska-Trypuć A, Czerpak R (2009) Cytokininy i ich aktywność biochemiczna w procesach podziałów, starzenia się i apoptozy komórek ludzkich i zwierzęcych. Postępy biologii komórki 36: 135-174

    6. Joubes J, Chevalier C (2000) Endoreduplication in higher plants. Plant Mol Biol 43: 735-745

    7. Kaźmierczak A (2003) Induction of cell division and cell expansion at the beginning of gibberellin A3-induced precocious antheridia formation in Anemia phyllitidis gametophytes. Plant Sci 165: 933–939

    8. Kaźmierczak A (2004) Aminooxyacetic acid inhibits antheridiogenesis and development of Anemia phyllitidis gametophytes. Plant Cell Rep 23: 203-210

    9. Kaźmierczak A (2010) Endoreplication in Anemia phillitidis coincides with the development of gametophytes and male sex. Physiol Plant 138: 321-328

    10. Kondorosi E, Roudier F, Gendreau E (2000) Plant cell-size control: Growing by ploidy? Curr Opin Plant Biol 3: 488-492

    11. Kwiatkowska M, Popłońska K, Kaźmierczak A, Stępiński D, Rogala K, Polewczyk K (2007) Role of DNA endoreduplication, lipotubuloids, and gibberellic acid in epidermal cell growth during fruit development of Ornithogalum umbellatum. J Exp Bot 58: 2023-2031

    12. Kwiatkowska M, Wojtczak A, Popłońska K (1998) Effect of GA3 treatment on the number of spermatozoids and endopolyploidy levels of non-generative cells in antheridia of Chara vulgaris L. Plant Cell Physiol. 39: 1388-1390

    13. Małuszyńska J, Szweykowska-Kulińska Z (2007) Działanie genomu komórki. W: Wojtaszek P, Woźny A, Ratajczak L [red.] Biologia komórki roślinnej. Funkcja. PWN Warszawa, 36-52, 58-59

    14. Olszewska M, Małuszyńska J (1999) Badania genomu jądrowego. W: Rogalska S, Małuszyńska J, Olszewska M. Podstawy cytogenetyki rośłin. PWN Warszawa, 33-37

    15. Rogala K, Kwiatkowska M, Popłońska K (2008) DNA level in guard cells nuclei of Ornithogalum umbellatum ovary is 2C-4C. Acta Soc Bot Pol 77: 207-211

    16. Rogalska S (1999) Zmienność liczby chromosomów i układów chromosomowych. W: Rogalska S, Małuszyńska J, Olszewska M. Podstawy cytogenetyki roślin. PWN Warszawa, 153-173

    17. Rogalska S (2005), Małuszyńska J, Olszewska M. Podstawy cytogenetyki roślin. PWN Warszawa

    18. Rosiak M, Polit JT, Maszewski J (2002) Effects of 6-dimethylaminopurine, 2-aminopurine, olomoucine and sodium vanadate on DNA endoreduplication in primary roots of Pisum sativum. Biol Plant 45: 2005-211

    19. Rosiak M, Polit J, Maszewski J (2002) Staurosporine and vanadate can induce additional endo-S phases during cell differentiation in primary roots of Pisum sativum. Plant Sci 163: 889-895

    20. Sawicki J (1998) Cykl komórkowy. W: Kawiak J, Mirecka J, Olszewska M, Warchoł J. Podstawy cytofizjologii. PWN Warszawa, 339-352

    21. Stępiński D (2003) Effect of chilling on DNA endoreplication in root cortex cells and root hairs of soybean seedlings. Biol Plant 47: 333-339

    22. Traas J, Hulskamp M, Gendreau E, Hofte H (1998) Endoreduplication and development: rule without dividing. Curr Opin Plant Biol 1: 498-503

    23. Tretyn A (2002) Podstawy strukturalno-funkcjonalne komórki roślinnej oraz Mechanizmy wzrostu i rozwoju. W: Kopcewicz J, Lewak S [red.] Fizjologia roślin. PWN Warszawa, 67-87

KOMENTARZE
Newsletter