Телофаза (от древнегреческого τέλος (télos) «конец, результат, завершение» и φάσις (phásis) «появление») — заключительная стадия как мейоза, так и митоза в эукариотической клетке . Во время телофазы эффекты профазы и прометафазы ( распад ядрышка и ядерной мембраны) меняются местами. Когда хромосомы достигают полюсов клетки, вокруг каждого набора хроматид заново собирается ядерная оболочка , вновь появляются ядрышки , и хромосомы начинают деконденсироваться обратно в расширенный хроматин , который присутствует во время интерфазы . Митотическое веретено разбирается, а оставшиеся микротрубочки веретена деполимеризуются. Телофаза составляет примерно 2% продолжительности клеточного цикла .
Цитокинез обычно начинается до поздней телофазы [1] и, когда он завершается, два дочерних ядра разделяются между парой отдельных дочерних клеток.
Телофаза в первую очередь обусловлена дефосфорилированием субстратов митотической циклин-зависимой киназы (Cdk). [2]
Фосфорилирование белков-мишеней M-Cdks (митотических циклин-зависимых киназ) управляет сборкой веретена, конденсацией хромосом и разрушением ядерной оболочки на ранних стадиях митоза . Дефосфорилирование этих же субстратов приводит к разборке веретена, деконденсации хромосом и реформированию дочерних ядер в телофазе. Установление степени дефосфорилирования, допускающей телофазные события, требует как инактивации Cdks, так и активации фосфатаз .
Инактивация Cdk является, прежде всего, результатом разрушения связанного с ним циклина . Циклины подвергаются протеолитическому расщеплению с помощью комплекса, способствующего анафазе (APC), также известного как циклосома, [3] убиквитин-лигазы. Активный, связанный с CDC20 APC (APC/C CDC20 ) нацелен на митотические циклины для деградации, начиная с анафазы . [4] Экспериментальное добавление неразлагаемого М-циклина к клеткам индуцирует остановку клеточного цикла в постанафазном/претелофазном состоянии с конденсированными хромосомами, сегрегированными к клеточным полюсам, интактным митотическим веретеном и отсутствием реформирования ядерной оболочки. . Это было показано на яйцах лягушек ( Xenopus ) , плодовых мушках ( Drosophilla melanogaster ), почкующихся ( Saccharomyces cerevisiae ) и делящихся ( Schizosaccharomyces pombe ) дрожжах, а также на нескольких клеточных линиях человека. [5]
Потребность в активации фосфатазы можно увидеть у почкующихся дрожжей, которые не имеют избыточных фосфатаз для выхода из митоза и полагаются на фосфатазу cdc14 . Блокирование активации cdc14 в этих клетках приводит к такому же фенотипическому аресту, как и блокирование деградации M-циклина. [4] [2]
Исторически считалось, что анафаза и телофаза — это события, которые происходят пассивно после удовлетворения контрольной точки сборки веретена (SAC), которая определяет переход метафаза -анафаза. [6] Однако существование дифференциальных фаз активности cdc14 между анафазой и телофазой указывает на дополнительные, неизученные контрольные точки позднего митоза . Cdc14 активируется путем его высвобождения в ядро, секвестрации в ядрышке и последующего экспорта в цитоплазму. Путь раннего анафазного высвобождения Cdc-14, который стабилизирует веретено, также высвобождает cdc14 из ядрышка, но ограничивает его ядром. Полное высвобождение и поддержание активации cdc14 достигается с помощью отдельного пути Сети митотического выхода (MEN) в достаточной степени (чтобы запустить разборку веретена и сборку ядерной оболочки) только после поздней анафазы. [7] [8]
Дефосфорилирование, опосредованное Cdc14, активирует нижестоящие регуляторные процессы, уникальные для телофазы. Например, дефосфорилирование CDH1 позволяет APC/C связывать CDH1. APC/C CDH1 нацелен на CDC20 для протеолиза, что приводит к клеточному переключению с активности APC/C CDC20 на активность APC/C CDH1 . [5] Убиквитинирование митотических циклинов продолжается наряду с убиквитинированием APC/C CDH1 -специфичных мишеней, таких как компонент митотического веретена дрожжей, Ase1, [2] и cdc5, деградация которых необходима для возвращения клеток в G1 . фаза . [7]
Сдвиг профиля фосфопротеинов цельной клетки является лишь самым широким из многих регуляторных механизмов, способствующих началу отдельных телофазных событий.
Разрыв митотического веретена, характерный для завершения митоза у всех эукариот, является событием, которое чаще всего используется для определения перехода от анафазы-В к телофазе, [2] [6] , хотя инициация ядерной повторной сборки имеет тенденцию предшествовать инициации повторной сборки ядра. разборка шпинделя. [11]
Разборка веретена представляет собой необратимый процесс, который должен привести не к окончательной деградации, а к реорганизации составляющих микротрубочек; микротрубочки отделяются от кинетохор и тел полюсов веретена и возвращаются в свои интерфазные состояния.
Деполимеризация веретена во время телофазы происходит с плюсового конца и, таким образом, представляет собой реверс сборки веретена. [12] Последующая сборка массива микротрубочек, в отличие от сборки поляризованного веретена, является интерполярной. Это особенно очевидно в клетках животных, которые должны немедленно, после разборки митотического веретена, установить антипараллельный пучок микротрубочек, известный как центральное веретено , чтобы регулировать цитокинез. [2] АТФаза p97 необходима для создания относительно стабильных и длинных интерфазных массивов микротрубочек после разборки высокодинамичных и относительно коротких митотических. [9]
Хотя сборка веретена хорошо изучена и охарактеризована как процесс, в котором предварительные структуры формируются с помощью SAC, молекулярная основа разборки веретена не изучена в сопоставимых деталях. Поздний митотический каскад дефосфорилирования субстратов M-Cdk с помощью MEN, как широко полагают, ответственен за разборку веретена. Состояния фосфорилирования факторов, стабилизирующих и дестабилизирующих микротрубочки, а также нуклеаторов микротрубочек являются ключевыми регуляторами их активности. [9] Например, NuMA представляет собой сшивающий белок минус-конца и субстрат Cdk, чья диссоциация от микротрубочек осуществляется за счет его дефосфорилирования во время телофазы. [2]
Общая модель разборки веретена у дрожжей состоит в том, что на три функционально перекрывающихся подпроцесса расцепления, дестабилизации и деполимеризации веретена в первую очередь влияют APC/C CDH1 , киназы, специфичные для стабилизатора микротрубочек, и деполимеразы микротрубочек, направленные на плюс-концы, соответственно. Известно, что эти эффекторы высоко консервативны у дрожжей и высших эукариот. APC/C CDH1 нацелен на сшивание белков, связанных с микротрубочками (NuMA, Ase1, Cin1 и других). AuroraB (дрожжевой IpI1) фосфорилирует связанный с веретеном стабилизирующий белок EB1 (дрожжевой Bim1), который затем диссоциирует от микротрубочек, и дестабилизатор She1, который затем связывается с микротрубочками. Кинезин8 (дрожжевой Kip3), АТФ-зависимая деполимераза, ускоряет деполимеризацию микротрубочек на плюс-конце. Было показано, что одновременное нарушение этих механизмов, но не какого-либо одного, приводит к резкой гиперстабильности веретена во время телофазы, что указывает на функциональное перекрытие, несмотря на разнообразие механизмов. [13]
Основными компонентами ядерной оболочки являются двойная мембрана, комплексы ядерных пор и ядерная пластинка, внутренняя по отношению к внутренней ядерной мембране. Эти компоненты демонтируются во время профазы и прометафазы и реконструируются во время телофазы, когда ядерная оболочка реформируется на поверхности разделенных сестринских хроматид. [14] [15] Ядерная мембрана фрагментируется и частично поглощается эндоплазматическим ретикулумом во время прометафазы, и нацеливание везикул ЭР, содержащих белок внутренней ядерной мембраны , на хроматин происходит во время телофазы, что является обращением этого процесса. Мембранообразующие везикулы агрегируют непосредственно на поверхности хроматина, где латерально сливаются в сплошную мембрану. [2]
Ran-GTP необходим для ранней сборки ядерной оболочки на поверхности хромосом: он высвобождает компоненты оболочки, секвестрированные импортином β во время раннего митоза. Ran-GTP локализуется вблизи хромосом во время митоза, но не запускает диссоциацию белков ядерной оболочки от импортина β до тех пор, пока мишени M-Cdk не будут дефосфорилированы в телофазе. [2] Эти компоненты оболочки включают несколько компонентов ядерных пор, наиболее изученным из которых является каркасный белок ядерных пор ELYS , который может распознавать участки ДНК, богатые парами оснований A:T (in vitro), и, следовательно, может напрямую связываться с ДНК. . [16] Однако эксперименты с экстрактами яиц Xenopus пришли к выводу, что ELYS не может связываться с голой ДНК и будет связываться только напрямую с димерами гистонов и нуклеосомами. [17] После связывания с хроматином ELYS рекрутирует другие компоненты каркаса ядерных пор и трансмембранные белки ядерных пор. Комплекс ядерных пор организованно собирается и интегрируется в ядерную оболочку с последовательным добавлением Nup107-160, POM121 и FG Nups. [18]
Спорным остается вопрос о том, включает ли механизм повторной сборки ядерной мембраны начальную сборку ядерных пор и последующее рекрутирование мембранных везикул вокруг пор, или же ядерная оболочка формируется в основном из расширенных цистерн ЭР, предшествующих сборке ядерных пор:
Оболочка сглаживается и расширяется, охватывая весь набор хроматид. Вероятно, это происходит из-за импорта ламина в ядерные поры , который может удерживаться внутри сплошной мембраны. Ядерные оболочки экстрактов яиц Xenopus не смогли сгладиться, когда ядерный импорт ламина был ингибирован, оставаясь морщинистыми и тесно связанными с конденсированными хромосомами. [22] Однако в случае латерального расширения ЭР импорт ядра начинается до завершения сборки ядерной оболочки, что приводит к временному внутриядерному белковому градиенту между дистальной и медиальной сторонами формирующегося ядра. [18]
Субъединицы ламина, разобранные в профазе, инактивируются и секвестрируются во время митоза. Повторная сборка ламины запускается дефосфорилированием ламина (и дополнительно метилэтерификацией остатков COOH на ламине -B ). Ламин-B может воздействовать на хроматин уже в середине анафазы. Во время телофазы, когда импорт ядра восстанавливается, ламин-А входит в реформинговое ядро, но продолжает медленно собираться в периферическую пластинку в течение нескольких часов на протяжении всей фазы G1. [16]
Экстракты яиц Xenopus и линии раковых клеток человека были основными моделями, используемыми для изучения повторной сборки ядерной оболочки. [18]
Дрожжам не хватает ламинов; их ядерная оболочка остается неповрежденной на протяжении всего митоза, а деление ядра происходит во время цитокинеза. [23] [11]
Деконденсация хромосом (также известная как релаксация или разуплотнение) в расширенный хроматин необходима для возобновления в клетке интерфазных процессов и происходит параллельно со сборкой ядерной оболочки во время телофазы у многих эукариот. [2] MEN-опосредованное дефосфорилирование Cdk необходимо для деконденсации хромосом. [2] [5]
У позвоночных деконденсация хромосом начинается только после восстановления импорта ядра . Если транспорт ламина через ядерные поры предотвращен, хромосомы остаются конденсированными после цитокинеза, и клетки не могут повторно войти в следующую S-фазу. [16] У млекопитающих лицензирование ДНК для S-фазы (ассоциация хроматина с множеством белковых факторов, необходимых для его репликации) также происходит одновременно с созреванием ядерной оболочки во время поздней телофазы. [24] [25] Это может быть объяснено и является доказательством восстановления механизма ядерного импорта интерфазных ядерных и цитоплазматических локализаций белков во время телофазы.
{{cite book}}
: CS1 maint: местоположение ( ссылка )