Объяснение контрольных точек клеточного цикла: G1/S, Intra-S, G2/M и митоз

Почему существуют контрольные точки

Клеточный цикл проходит через четыре фазы: G1 (рост и подготовка), S (синтез ДНК), G2 (дальнейший рост и восстановление) и M (митоз). Контрольные точки — это механизмы наблюдения, которые приостанавливают прогрессирование при неправильных условиях, давая клетке время восстановить повреждения или, если повреждение непоправимо, выйти из цикла или умереть.

Каждая контрольная точка объединяет один и тот же основной механизм: циклин-зависимые киназы (CDK) в паре с циклинами-партнерами. Сигнализация контрольной точки в конечном итоге оставляет соответствующий CDK неактивным до тех пор, пока проблема не будет решена. Вот почему так много изменений, связанных с раком, сосредоточено вокруг CDK, циклинов и их регуляторов.

Контрольная точка G1/S и точка ограничения

В конце G1 клетка решает, вступать ли в S-фазу. Передача сигналов фактора роста управляет экспрессией циклинов D-типа, которые активируют CDK4 и CDK6, чтобы начать фосфорилирование белка ретинобластомы (RB). Как только RB полностью инактивируется циклином E-CDK2, высвобождаются факторы транскрипции E2F и включаются гены S-фазы.

Параллельное плечо реагирует на стресс: р53 стабилизируется, индуцирует ингибитор CDK р21 (CDKN1A) и останавливает клетку в G1. Потеря p53, RB или CDKN2A устраняет этот тормоз, что является одной из причин нарушения контроля G1/S при большинстве видов рака у человека.

Контрольная точка Intra-S и стресс-репликация

Во время S-фазы остановившиеся или разрушенные репликационные вилки генерируют участки одноцепочечной ДНК, которые активируют ось ATR-CHK1. Это замедляет запуск источника, стабилизирует вилки и задерживает завершение репликации до тех пор, пока проблемы не будут решены.

Многие онкогены увеличивают стресс репликации, вызывая преждевременное или чрезмерное срабатывание источника. Опухоли, несущие такие онкогены, могут стать необычно зависимыми от ATR и CHK1, что является причиной применения ингибиторов ATR и CHK1, которые сейчас проходят клинические испытания.

Контрольная точка повреждения ДНК G2/M

Перед митозом клетка проверяет, завершилась ли репликация ДНК и не осталось ли двухцепочечных разрывов. ATM и ATR подают сигнал через CHK2 и CHK1 ингибировать фосфатазы CDC25 и активировать киназу WEE1, сохраняя выключенным митотический драйвер CDK1-циклин B.

Клетки, потерявшие р53, в большей степени зависят от этого ареста G2/M, поскольку они не могут поддерживать блок G1. Эта зависимость изучается терапевтически с помощью ингибиторов WEE1, CHK1 и ATR, цель которых — подтолкнуть поврежденные клетки к летальному митозу.

Контрольная точка сборки шпинделя

При митозе контрольная точка сборки веретена (SAC) задерживает разделение хромосом до тех пор, пока каждая кинетохора не будет правильно прикреплена к микротрубочкам веретена. Неприкрепленные кинетохоры генерируют диффузный сигнал, который ингибирует комплекс, способствующий анафазе, предотвращая преждевременную потерю сцепления сестринских хроматид.

Ослабленный САК способствует анеуплоидии и хромосомной нестабильности, что является общей чертой агрессивных опухолей. Поскольку раковым клеткам по-прежнему необходим минимально функциональный SAC, чтобы выжить при делении, препараты, нацеленные на киназы SAC, такие как MPS1, изучаются как способ преодолеть нестабильность, превысив порог выживаемости.

Ключевые выводы

• ·Контрольные точки действуют на G1/S, в S-фазе, на G2/M и во время митоза, причем все они сходятся в активности CDK.
• ·Раки отключают некоторые контрольные точки и становятся зависимыми от тех, которые остались нетронутыми.
• ·Лекарственные средства, нацеленные на контрольные точки (WEE1, ATR, CHK1, ингибиторы MPS1), используют эту зависимость и остаются в исследованиях в большинстве случаев.
• ·Результат контрольного гена следует считывать с учетом типа опухоли, сопутствующих изменений и контекста анализа, а не изолированно.