Фаза G1 , фаза разрыва 1 или фаза роста 1 — это первая из четырех фаз клеточного цикла , который происходит при делении эукариотических клеток . В этой части интерфазы клетка синтезирует мРНК и белки для подготовки к последующим этапам, ведущим к митозу. Фаза G 1 заканчивается, когда клетка переходит в фазу S интерфазы. Около 30–40 процентов времени клеточного цикла тратится на фазу G1 .
Фаза G1 вместе с фазой S и фазой G2 составляют длительный период роста клеточного цикла, называемый интерфазой , который происходит перед делением клеток в митозе (фаза М). [1]
Во время фазы G1 клетка увеличивается в размерах и синтезирует мРНК и белок , необходимые для синтеза ДНК . Как только необходимые белки и рост завершены, клетка вступает в следующую фазу клеточного цикла, S-фазу. Продолжительность каждой фазы, включая фазу G1 , различна у многих типов клеток. В соматических клетках человека клеточный цикл длится около 10 часов, и фаза G 1 [2] Однако у эмбрионов Xenopus , эмбрионов морского ежа и эмбрионов дрозофилы фаза G 1 практически отсутствует и определяется как разрыв, если существует между окончанием митоза и S-фазой. [2]
На фазу G1 и другие подфазы клеточного цикла могут влиять ограничивающие факторы роста, такие как снабжение питательными веществами, температура и пространство для роста. Для синтеза мРНК и белков должно присутствовать достаточное количество нуклеотидов и аминокислот . Физиологические температуры оптимальны для роста клеток. У человека нормальная физиологическая температура составляет около 37 ° C (98,6 ° F). [1]
Фаза G 1 особенно важна в клеточном цикле, поскольку она определяет, будет ли клетка делиться или выходить из клеточного цикла. [2] Если клетке подан сигнал оставаться неделимой, вместо перехода в фазу S она покинет фазу G 1 и перейдет в состояние покоя, называемое фазой G 0 . Большинство непролиферирующих клеток позвоночных перейдут в фазу G0 . [1]
Внутри клеточного цикла существует строгий набор правил, известный как система контроля клеточного цикла , которая контролирует время и координацию фаз, чтобы обеспечить правильный порядок событий. Биохимические триггеры, известные как циклин-зависимые киназы (Cdks), включают события клеточного цикла в нужное время и в правильном порядке, чтобы предотвратить любые ошибки. [2]
В клеточном цикле есть три контрольные точки: контрольная точка G 1 /S или контрольная точка начала у дрожжей; КПП Г 2 / М ; и контрольно-пропускной пункт шпинделя . [1]
Во время фазы G1 активность циклина G1 /S значительно возрастает ближе к концу фазы G1 .
Комплексы циклина, которые активны во время других фаз клеточного цикла, остаются инактивированными, чтобы предотвратить нарушение порядка каких-либо событий клеточного цикла. В фазе G1 обнаружены три метода предотвращения активности Cdk : связывание pRB с факторами транскрипции семейства E2F подавляет экспрессию генов циклина S-фазы; активируется комплекс, способствующий анафазе (APC), который нацеливается и разрушает циклины S и M (но не циклины G 1 /S); и высокая концентрация ингибиторов Cdk обнаруживается во время фазы G 1 . [2]
Точка ограничения ( R ) в фазе G 1 отличается от контрольной точки, поскольку она не определяет, являются ли условия ячейки идеальными для перехода к следующей фазе, но меняет ход ячейки. После того, как клетка позвоночного находится в фазе G1 в течение примерно трех часов, клетка входит в точку ограничения, в которой решается, будет ли клетка двигаться вперед с фазой G1 или перейдет в спящую фазу G0 . [3]
Эта точка также разделяет две половины фазы G 1 ; постмитотическая и премитотическая фазы. Между началом фазы G 1 (которая также происходит после того, как произошел митоз) и R, клетка известна как находящаяся в субфазе G 1 -pm или постмитотической фазе. После R и перед S клетка известна как находящаяся в G 1 -ps или в предS-фазовом интервале фазы G 1 . [4]
Для того чтобы клетка продолжила фазу G 1 -pm, должно быть большое количество факторов роста и устойчивая скорость синтеза белка, в противном случае клетка перейдет в фазу G 0 . [4]
Некоторые авторы скажут, что точка ограничения и контрольная точка G 1 /S — это одно и то же, [1] [2] , но более поздние исследования утверждают, что в фазе G 1 есть две разные точки , которые сдерживают прогрессирование клетка. Первая точка ограничения зависит от фактора роста и определяет, переходит ли клетка в фазу G0 , тогда как вторая контрольная точка зависит от питания и определяет, переходит ли клетка в фазу S. [3] [4]
Контрольная точка G1 /S — это точка между фазой G1 и фазой S, в которой клетка очищается для перехода в фазу S. Причины, по которым клетка не переходит в S-фазу, включают недостаточный рост клеток, повреждение ДНК или незавершенные другие приготовления.
В контрольной точке G 1 /S образование циклина G 1 /S с Cdk с образованием комплекса переводит клетку в новый цикл деления. [2] Эти комплексы затем активируют комплексы S-Cdk, которые продвигаются вперед с репликацией ДНК в S-фазе. Одновременно активность комплекса, способствующего анафазе (APC), значительно снижается, позволяя активировать S- и M-циклины.
Если клетка не может перейти в фазу S, она переходит в фазу покоя G0, в которой нет клеточного роста или деления. [1]
Многие источники связывают нарушения в фазе G1 или контрольной точке G1 / S с неконтролируемым ростом опухолей . В этих случаях, когда затрагивается фаза G1, это обычно происходит из-за того, что регуляторные белки генов семейства E2F становятся необузданными и увеличивают экспрессию гена G1 / S-циклина, что приводит к неконтролируемому входу в клеточный цикл. [2]
Однако лечение некоторых форм рака также происходит в фазе G1 клеточного цикла. Размножение многих видов рака, включая рак груди [5] и рак кожи [6], удалось предотвратить, заставив опухолевые клетки вступить в фазу остановки клеточного цикла G 1 , предотвращая деление и распространение клеток.