Выход из состояния пролиферативного покоя требует специальных регуляторов.

В отличие от прокариот, которые делятся постоянно, синтез ДНК у эукариот тесно

связан с клеточным циклом. Клеточный цикл включает строго детерминированный ряд последовательных процессов, которые можно разделить на два периода:

1) период клеточного роста , называемый " интерфаза ", и

2) период клеточного деления , называемый " фаза М " (от слова mitosis). В свою очередь, в каждом периоде выделяют несколько фаз (см рис). Основное время всего клеточного цикла занимает интерфаза (не менее 90% ) времени. Так, например, у быстро делящихся клеток высших эукариот последовательные деления происходят один раз в 16-24 часа, и фаза М длится 1-2 часа. Большая часть компонентов клетки синтезируется на протяжении всей интерфазы, и это затрудняет выделение в ней отдельных стадий. В интерфазе выделяют фазу G1, фазу S и фазу G2. Репликация ДНК клеточного ядра происходит в " фазу S " (от слова synthesis). Период между фазой М и началом фазы S обозначен как фаза G1 (от слова gap - промежуток), а период между концом фазы S и последующей фазой М - как фаза G2. Период клеточного деления (фаза М ) включает две стадии: митоз (деление клеточного ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы).

Клетки могут выходить из митотического цикла на неопределенное время, сохраняя жизнеспособность и пролиферативный потенциал. Такие клетки называют покоящимися клетками, а сам переход называется переходом в состояние пролиферативного покоя или в G0-фазу.

Сигналы, стимулирующие пролиферацию очень разнообразны, они зависят от типа клетки, стадии развития организма и других особенностей. Роль таких сигналов могут выполнять различные факторы роста, интерлейкины, гормоны , способные поддерживать или индуцировать пролиферацию определенных типов клеток. Пролиферативные сигналы распознаются определенными рецепторами на поверхности клеток, в результате активируются внутриклеточные пути передачи сигналов , что, в свою очередь, приводит к активации определенного набора транскрипционных факторов , кодируемых генами раннего ответа .

Эти транскрипционные факторы ( c-Ets ,c-Jun, c-Myc ,c-Myb ,B-Myb ) активируют синтез циклинов и циклин-зависимых киназ, которые кодируются генами позднего ответа .

Затем комплексы циклинов и циклин-зависимых киназ , фосфорилируют белок рRB , что оказывает положительный эффект на активность факторов E2F и приводит к переходу через точку рестрикции ( G1/S ). Факторы E2F функционируют координированно с другими важными регуляторами клеточного цикла. Уровень и активность этих факторов по существу отражает интегральный ответ клетки на совокупность принятых ею сигналов пролиферации и дифференцировки. Отрицательными регуляторами пролиферации являются супрессоры опухолей белки р53 и рRB, сходные по структуре белки р107 и р130 , а также ингибиторы циклин-киназных комплексов р15 , р16 , р21.

Правильное функционирование циклин-киназных комплексов , фосфорилирующих белок рBR в строго определенных фазах, играет ключевую роль в регуляции клеточного цикла. Исследования показали, что фосфорлирование pRB в конечном счете , регулирует активность транскрипционных факторов семейства E2F и прохождение клеточного цикла в целом.

Описание клеточного деления базируется на данных световой микроскопии в сочетании с микрокиносъемкой и на результатах световой и электронной микроскопии фиксированных и окрашенных клеток.

Еще одна особенность репликации у эукариот более низкая скорость (почти на порядок) работы ДНК-полимераз Однако хотя у человека количество ДНК на 3 порядка выше чем у E. сoli, время репликации всего генома у них соизмеримо. Это связано прежде всего с большим количеством ori . у эукариот. ( см рис).

Принципы инициации репликации у про и эукариот.

Во время S фазы кластеры репликационных вилок активируются одновременно во всех хромосомах. Среднее расстояние между местами начала репликации сравнимо со средним расстоянием между соседними петлями хроматина, что позволяет предположить, что в каждой петле имеется лишь один участок начала репликации.

При расхождении двух репликационных вилок от одной точки начала репликации по разные стороны от этой точки родительские нуклеосомы будут попадать в разные дочерние спирали ДНК. В этом случае от точного расположения места начала репликации в транскрипционной единице (гене) будет зависеть распределение предсуществующих родительских гистонов между двуми дочерними генами. Не все нуклеосомы абсолютно одинаковы - в разных областях генетического материала структура хроматина различна. Точное положение места начала репликации в гене могло бы поэтому иметь важное биологическое значение, так как определяло бы структуру хроматина этого гена в следующем поколении клеток. По мере прохождения клетками фазы S активируются все новые и новые точки начала репликации . Так как соседние точки в каждой репликативной единице разделены расстояниями от 30 000 до 300 000 пар оснований, время, необходимое для завершения синтеза, начатого в любой из точек, составляет от 5 до 50 минут. Поскольку обычно фаза S продолжается 8 часов, уже где-то в середине этой фазы возникает сложная задача, связанная с тем, что некоторые точки начала репликации к этому времени будут полностью реплицированы и, по-видимому, идентичны (по крайней мере в отношении последовательностей ДНК) другим точкам начала репликации, которые еще не использовались. Тем не менее, каждая такая точка должна быть использована в фазе S только один раз.

Однократность воспроизведения каждого участка ДНК связывают с существованием специальных ингибиторов, препятствующих повторной репликации уже реплицированных участков ДНК

У эукариот свой набор ДНК полимераз

Эукариоты отличаются от прокариот и по набору ДНК полимераз. Клетки млекопитающих содержат четыре различных ДНКполимеразы, а дрожжевые клетки, по крайней мере, пять –a, b, g, d и e.  Краткая характеристика свойств каждого фермента выглядит следующим образом:

a - Характеризуется праймазной активностью, высокочувствительна к афидиколину –ингибитору полимеразной активности. Функционирует на отстающей цепи..

b - имеет низкую процессивность. Участвует в процессе репарации ДНК. В отличие от a обладает низкой чувствительностью к афидиколину.

g - митохондриальная ДНКполимераза. Характеризуется низкой чувствительностью к афидиколину.

d - основная полимераза лидирующей цепи. Обладает высокой процессивностью, которая поддерживается специальным белком, называемым антигеном ядер пролиферирующих клеток (PCNA) подобна холоферменту ДНКполимеразы III E. coli.

e - функция этой полимеразы еще не полностью изучена.

Таблица суммирует некоторые известные свойства и расположение в клетке этих ферментов.

.Свойства ДНК-полимераз
  a b g d e
Место в клетке Ядро Ядро Митохондрия Ядро Ядро
Ассоциированная праймаза Да Нет Нет Нет Нет
Биологическая функция Репликация отстающей цепи Репарация ДНК Репликация ДНК митохондрий Репликация лидирующей цепи Репликация
Число субъединиц ?
ММ кД 160-185 210-230
Км мкМ 2-5 0.5 2-4 ?
Процессивность Умерен. Низкая Высокая Низкая Высокая
Активность в присутствии PCNA Умерен. Низкая Высокая Высокая Высокая
3 экзонуклеаза Нет Нет Да Да Да
Чувствительность к 2-3 дд- НДФ Низкая Высокая Высокая Низкая Умерен.
Чувствительность к арабинозил-ЦТФ Высокая Низкая Низкая Высокая ?
Чувствительность к афидиколину Высокая Низкая Низкая Высокая Высокая

 

Как и у прокариот, репликационная вилка имеет Y-образную асимметричную струк