stringtranslate.com

Телофаза

Это изображение описывает заключительную стадию митоза, телофазу.
Флуоресцентная микрофотография человеческой клетки в телофазе: хромосомы (ДНК) показаны синим цветом, микротрубочки - зеленым, а кинетохоры - розовым.

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]

Дефосфорилирование субстратов Cdk

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]

Дополнительные механизмы, управляющие телофазой

Сдвиг профиля фосфопротеинов цельной клетки является лишь самым широким из многих регуляторных механизмов, способствующих началу отдельных телофазных событий.

Разборка митотического веретена

Стадии поздней М-фазы в клетке позвоночных

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]

Сборка ядерной оболочки

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]

Хромосомная деконденсация

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.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Рис, Джейн; Урри, Лиза; Каин, Майкл; Вассерман, Стивен; Минорский, Петр; Джексон, Роберт (2011). Кэмпбелл Биология (10-е изд.). Пирсон. ISBN  978-0-321-77565-8 .
  2. ^ abcdefghijk Морган Д. (2007). Клеточный цикл . Лондон, Великобритания: New Science Press Ltd., стр. 154–155. ISBN 978-0-9539181-2-6.
  3. ^ Хуанг Ю.Л., Хуан Дж., Питерс Дж.М., Маклафлин М.Э., Тай С.И., Пеллман Д. (февраль 1997 г.). «APC-опосредованный протеолиз Ase1 и морфогенез митотического веретена». Наука . 275 (5304): 1311–4. дои : 10.1126/science.275.5304.1311. PMID  9036857. S2CID  12265554.
  4. ^ ab Альбертс Б, Джонсон А, Льюис Дж, Морган Д, Рафф М, Робертс К, Уолтер П (2015). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Garland Science, Taylor and Francisco Group. стр. 995–996. ISBN 978-0-8153-4432-2.
  5. ^ abc Инзе Д (2007). Контроль клеточного цикла и развитие растений. Оксфорд, Великобритания: Blackwell Publishing Ltd., стр. 99–103. ISBN 978-1-4051-5043-9.
  6. ^ abc Афонсу О, Матос I, Майато Х (2014). «Пространственный контроль анафазно-телофазного перехода». Клеточный цикл . 13 (19): 2985–6. дои : 10.4161/15384101.2014.959853. ПМЦ 4614036 . ПМИД  25486554. 
  7. ^ аб Монхе-Касас Ф, Керальт Э (2017). Сеть митотического выхода . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Humana Press. стр. 3–8. ISBN 9781493965007.
  8. ^ Йеллман CM, Редер Г.С. (2015). «Раннее высвобождение Cdc14 в анафазе, FEAR, ограничено ядром и необязательно для эффективного выхода из митоза». ПЛОС ОДИН . 10 (6): e0128604. Бибкод : 2015PLoSO..1028604Y. дои : 10.1371/journal.pone.0128604 . ПМЦ 4474866 . ПМИД  26090959. 
  9. ^ abc Цао К., Накадзима Р., Мейер Х.Х., Чжэн Ю. (октябрь 2003 г.). «ААА-АТФаза Cdc48/p97 регулирует разборку веретена в конце митоза». Клетка . 115 (3): 355–67. дои : 10.1016/S0092-8674(03)00815-8 . ПМИД  14636562.
  10. ^ Хетцер М., Мейер Х.Х., Вальтер Т.К., Бильбао-Кортес Д., Уоррен Г., Маттадж И.В. (декабрь 2001 г.). «Различные комплексы AAA-АТФаза p97 функционируют на отдельных этапах сборки ядра». Природная клеточная биология . 3 (12): 1086–91. дои : 10.1038/ncb1201-1086. PMID  11781570. S2CID  19261807.
  11. ^ аб Айст-младший (1 января 2002 г.). «Митоз и моторные белки у нитчатых аскомицетов, Nectria haematococca и некоторых родственных грибов». Международный обзор цитологии . 212 : 239–63. дои : 10.1016/S0074-7696(01)12007-3. ISBN 9780123646163. ПМИД  11804038.
  12. ^ Вудрафф Дж.Б. (2011). Механизмы разборки и позиционирования митотического веретена у Saccharomyces cerevisiae (Диссертация). Калифорнийский университет в Беркли.
  13. ^ Вудрафф Дж. Б., Друбин Д. Г., Барнс Г. (ноябрь 2010 г.). «Разборка митотического веретена происходит посредством различных подпроцессов, управляемых комплексом, способствующим анафазе, киназой Aurora B и кинезином-8». Журнал клеточной биологии . 191 (4): 795–808. дои : 10.1083/jcb.201006028. ПМК 2983061 . ПМИД  21079246. 
  14. ^ Яэль А., Чой Дж., ДеСэ Дж., Журуковски В., Висем Р., Рай С. (2013). Биология . Университет Райса, Хьюстон, Техас 77005: Колледж OpenStax. стр. 281–283. ISBN 978-1-938168-09-3.{{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
  15. ^ Лодиш, Харви; Берк, Арнольд; Зипурски, С. Лоуренс; Мацудайра, Пол; Балтимор, Дэвид; Дарнелл, Джеймс (2000). Молекулярно-клеточная биология. 4-е издание. У. Х. Фриман. стр. Раздел 13.4.
  16. ^ abcde Pollard TD, Earnshaw WC, Lippincott-Schwartz J, Johnson GT (2017). Клеточная биология (3-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Эльзевир. стр. 770–771. ISBN 978-0-323-34126-4.
  17. ^ Зирхут С., Дженнесс С., Кимура Х., Фунабики Х. (июль 2014 г.). «Нуклеосомная регуляция состава хроматина и сборки ядра, выявленная путем истощения гистонов». Структурная и молекулярная биология природы . 21 (7): 617–25. дои : 10.1038/nsmb.2845. ПМЦ 4082469 . ПМИД  24952593. 
  18. ^ abc Гей С., Фойани М (01.01.2015). «Ядерная оболочка и хроматин, замок и ключ целостности генома». Международное обозрение клеточной и молекулярной биологии . 317 : 267–330. doi :10.1016/bs.ircmb.2015.03.001. ISBN 9780128022801. ПМИД  26008788.
  19. ^ Кларк PR, Чжан С. (2004). «Пространственный и временной контроль сборки ядерной оболочки с помощью Ran GTPase». Симпозиумы Общества экспериментальной биологии (56): 193–204. ПМИД  15565882.
  20. ^ Hetzer MW (март 2010 г.). «Ядерная оболочка». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 2 (3): а000539. doi : 10.1101/cshperspect.a000539. ПМК 2829960 . ПМИД  20300205. 
  21. ^ Лу Л, Ладинский М.С., Кирххаузен Т (август 2011 г.). «Формирование постмитотической ядерной оболочки из расширенных цистерн ЭР предшествует сборке ядерных пор». Журнал клеточной биологии . 194 (3): 425–40. дои : 10.1083/jcb.201012063. ПМК 3153650 . ПМИД  21825076. 
  22. ^ Визе С., Голдберг М.В., Аллен Т.Д., Уилсон К.Л. (июль 1997 г.). «Сборка ядерной оболочки в экстрактах Xenopus, визуализированная с помощью ЭМ-сканирования, обнаруживает зависимое от транспорта событие« сглаживания оболочки »». Журнал клеточной науки . 110 (13): 1489–502. дои : 10.1242/jcs.110.13.1489. ПМИД  9224766.
  23. ^ Таддей А., Шобер Х., Гассер С.М. (август 2010 г.). «Почкующееся дрожжевое ядро». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 2 (8): а000612. doi : 10.1101/cshperspect.a000612. ПМЦ 2908769 . ПМИД  20554704. 
  24. ^ Димитрова Д.С., Прохорова Т.А., Блоу Дж.Дж., Тодоров И.Т., Гилберт Д.М. (январь 2002 г.). «Ядра млекопитающих получают лицензию на репликацию ДНК в поздней телофазе». Журнал клеточной науки . 115 (Часть 1): 51–9. дои : 10.1242/jcs.115.1.51. ПМК 1255924 . ПМИД  11801723. 
  25. ^ Фукусима К., Ван М., Найто Ю., Учихаши Т., Като Ю., Мукаи С., Ябута Н., Нодзима Х. (март 2017 г.). «GAK фосфорилируется c-Src и перемещается из центросомы в хроматин в конце телофазы». Клеточный цикл . 16 (5): 415–427. дои : 10.1080/15384101.2016.1241916. ПМК 5351929 . ПМИД  28135906. 

Внешние ссылки