Фаза G 1 , фаза пробела 1 или фаза роста 1 — это первая из четырех фаз клеточного цикла , которая происходит при делении эукариотических клеток . В этой части интерфазы клетка синтезирует мРНК и белки , готовясь к последующим шагам, ведущим к митозу. Фаза G 1 заканчивается , когда клетка переходит в фазу S интерфазы. Около 30–40 процентов времени клеточного цикла тратится на фазу G 1 .
Фаза G 1 вместе с фазой S и фазой G 2 составляют длительный период роста клеточного цикла деления клеток , называемый интерфазой , который происходит перед делением клеток в митозе (фаза M). [1]
Во время фазы G 1 клетка увеличивается в размерах и синтезирует мРНК и белок , необходимые для синтеза ДНК . После того, как необходимые белки и рост завершены, клетка переходит в следующую фазу клеточного цикла, фазу S. Продолжительность каждой фазы, включая фазу G 1 , различна во многих различных типах клеток. В соматических клетках человека клеточный цикл длится около 10 часов, а G 1 [2] Однако у эмбрионов Xenopus , морских ежей и дрозофил фаза G 1 едва ли существует и определяется как промежуток, если таковой существует, между окончанием митоза и фазой S. [2]
Фаза G 1 и другие подфазы клеточного цикла могут быть затронуты ограничивающими факторами роста , такими как подача питательных веществ, температура и пространство для роста. Для синтеза мРНК и белков должно присутствовать достаточное количество нуклеотидов и аминокислот . Физиологические температуры являются оптимальными для роста клеток. У людей 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 делеться или выйдет из клеточного цикла. [2] Если клетке дан сигнал оставаться неразделенной, вместо перехода в фазу S она покинет фазу G 1 и перейдет в состояние покоя, называемое фазой G 0. Большинство непролиферирующих клеток позвоночных войдут в фазу G 0. [1]
В клеточном цикле существует строгий набор правил, известный как система контроля клеточного цикла , которая контролирует время и координацию фаз для обеспечения правильного порядка событий. Биохимические триггеры, известные как циклинзависимые киназы (Cdks), включают события клеточных циклов в правильное время и в правильном порядке, чтобы предотвратить любые ошибки. [2]
В клеточном цикле есть три контрольные точки: контрольная точка G 1 /S или начальная контрольная точка у дрожжей; контрольная точка G 2 /M ; и контрольная точка веретена . [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 возникновение каких-либо событий клеточного цикла вне порядка. В фазе G 1 обнаружены три метода предотвращения активности Cdk : связывание pRB с факторами транскрипции семейства E2F подавляет экспрессию генов циклина фазы S; активируется комплекс, способствующий анафазе (APC), который нацеливается и разрушает циклины S и M (но не циклины G 1 /S); и высокая концентрация ингибиторов Cdk обнаружена во время фазы G 1. [2]
Точка рестрикции ( R ) в фазе G 1 отличается от контрольной точки, поскольку она не определяет, являются ли условия клетки идеальными для перехода к следующей фазе, но она изменяет ход клетки. После того, как клетка позвоночного находится в фазе G 1 около трех часов, клетка входит в точку рестрикции, в которой решается, будет ли клетка двигаться вперед с фазой G 1 или перейдет в спящую фазу G 0. [3]
Эта точка также разделяет две половины фазы G 1 : постмитотическую и премиотическую фазы. Между началом фазы G 1 (которая также наступает после митоза) и R клетка находится в субфазе G 1 -pm или постмитотической фазе. После R и до S клетка находится в G 1 -ps или интервале пре-S фазы фазы G 1. [ 4]
Для того чтобы клетка могла продолжить свое существование в фазе G1 - pm, необходимо большое количество факторов роста и стабильная скорость синтеза белка, в противном случае клетка перейдет в фазу G0. [ 4]
Некоторые авторы говорят, что точка рестрикции 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 проверяют прогресс клетки. Первая точка рестрикции зависит от фактора роста и определяет, переходит ли клетка в фазу G 0 , в то время как вторая контрольная точка зависит от питания и определяет, переходит ли клетка в фазу S. [3] [4]
Контрольная точка G 1 /S — это точка между фазой G 1 и фазой S, в которой клетка получает разрешение на переход в фазу S. Причины, по которым клетка не переходит в фазу S, включают недостаточный рост клеток, поврежденную ДНК или другие незавершенные приготовления.
В контрольной точке G 1 /S образование циклина G 1 /S с Cdk для формирования комплекса отправляет клетку на новый цикл деления. [2] Затем эти комплексы активируют комплексы S-Cdk, которые продвигаются вперед с репликацией ДНК в фазе S. Одновременно активность комплекса, способствующего анафазе (APC), значительно снижается, что позволяет активироваться S- и M-циклинам.
Если клетка не может перейти в фазу S, она переходит в фазу покоя G 0, в которой отсутствует клеточный рост или деление. [1]
Многие источники связывают нарушения в фазе G 1 или контрольной точке G 1 /S с неконтролируемым ростом опухолей . В этих случаях, когда затронута фаза G 1 , это обычно происходит из-за того, что регуляторные белки генов семейства E2F становятся неконтролируемыми и увеличивают экспрессию гена циклина G 1 /S, что приводит к неконтролируемому входу в клеточный цикл. [2]
Однако лекарство от некоторых форм рака также находится в фазе G 1 клеточного цикла. Многие виды рака, включая рак груди [5] и кожи [6], были предотвращены от пролиферации путем остановки клеточного цикла опухолевых клеток в фазе G 1 , что не позволяет клеткам делиться и распространяться.