Điểm kiểm soát chu kỳ tế bào

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm

Điểm kiểm soát chu kỳ tế bào là các cơ chế kiểm soát trong tế bào có chức năng đảm bảo sự chính xác của quá trình phân bào trong các tế bào sinh vật nhân chuẩn. Các điểm kiểm soát này sẽ xác minh xem sự tiến triển của các pha trong chu kỳ tế bào có được hoàn tất một cách chính xác hay không trước khi bước sang pha tiếp theo. Nếu cơ chế kiểm soát phát hiện ra các sai sót, các vấn đề xảy ra trong tế bào hoặc ngoài tế bào, chúng sẽ chặn chu kỳ tế bào ngay tại điểm kiểm soát và không cho tế bào tiến vào giai đoạn tiếp theo của chu kỳ trước khi các vấn đề được giải quyết[1]. Nhiều điểm kiểm soát như vậy đã được nhận diện, trong đó một số điểm kiểm soát chưa được hiểu rõ bằng các điểm khác.[cần dẫn nguồn]

Chức năng[sửa | sửa mã nguồn]

Một chức năng quan trọng của nhiều điểm kiểm soát là để kiểm soát các sai hỏng về ADN - các sai hỏng này được nhận biết bằng các cơ chế nhận diện. Khi các sai hỏng được nhận diện thì điểm kiểm soát sẽ sử dụng một cơ chế tín hiệu để chặn chu kỳ tế bào cho đến khi các sai sót đã được khắc phục hoặc nếu không khắc phục được thì kích hoạt cơ chế tự hủy tế bào theo chương trình hay chết tế bào được lập trình (cơ chế phản ứng). Tất cả các điểm kiểm soát sai hổng về ADN đều sử dụng cơ chế nhận diện-tín hiệu-phản ứng như vậy.

Có những ý kiến và nghiên cứu cho thấy rằng chu trình tế bào hoạt động như một chiếc đồng hồ; tuy nhiên nếu vậy các giai đoạn của chu kỳ tế bào phải hoạt động phần nào như một chiếc đồng hồ nội tại, tức là chúng sẽ quyết định một pha sẽ kéo dài bao lâu.[2] Nói cách khác cơ chế kiểm soát hoạt động như một máy bấm giờ, chúng độc lập với các sự kiện bên trong và bên ngoài tế bào vì vậy cơ chế định thời gian của chúng tiếp tục hoạt động ngay cả khi các sự kiện đó có gì bất thường.[1] Tuy nhiên thật ra trong phần lớn các tế bào, cơ chế kiểm soát này có những phản ứng đối với các thông tin chúng nhận được trong chu kỳ tế bào và qua đó điều chỉnh thời gian các pha của chu kỳ để tế bào có đủ thời gian sửa chữa sai hổng và chuẩn bị cho pha kế tiếp.[1] Chu kỳ tế bào hiện nay được mô tả như một chuỗi đôminô: pha trước của chu kỳ phải hoàn tất trước khi pha sau diễn ra. Các điểm kiểm soát chu kỳ tế bào được cấu thành bởi các enzyme kinase và các protein tiếp hợp, tất cả chúng đóng vai trò nổi bật trong việc duy trì sự thống nhất của quá trình phân bào.

Trong phần lớn các tế bào nhân chuẩn, một chu kỳ tế bào có ba điểm kiểm soát chính. Ở cuối pha G1 có một điểm kiểm soát mang tên điểm giới hạn (restriction point hay restriction checkpoint - RP) hay điểm bắt đầu, nơi mà tế bào tiến vào pha S và bắt đầu quá trình tự nhân đôi ADN.[Gc 1] Điểm thứ hai là điểm kiểm soát G2/M. tại đây cơ chế kiểm soát kích hoạt các sự kiện sớm của quá trình nguyên phân dẫn tới sự sắp xếp của các nhiễm sắc thể trên thoi vô sắc. Điểm kiểm soát thứ ba là điểm chuyển tiếp kỳ giữa-kỳ sau, tại đây hệ thống kiểm soát kích hoạt sự chia tách của các nhiễm sắc tử chị em trong các nhiễm sắc thể kép.[1]

Điểm giới hạn[sửa | sửa mã nguồn]

Điểm kiểm soát đầu tiên của chu kỳ tế bào nằm ở cuối pha G1 và trước pha S. Điểm kiểm soát này đóng vai trò then chốt trong việc quyết định xem tế bào sẽ tiếp tục phân chia hay không. Nhiều tế bào không qua được điểm giới hạn và vì vậy tiến vào trạng thái "nghỉ" ở pha G0. Ví dụ như tế bào gan tham gia vào pha nguyên phân chỉ một hay hai lần trong một năm[cần dẫn nguồn]. Điểm giới hạn lá nơi mà chu kỳ của các tế bào nhân chuẩn bị chặn nếu các điều kiện môi trường không thích hợp cho việc phân bào hay nếu tế bào phải vào pha G0 thêm một thời gian nữa. Trong khi ở động vật, điểm này mang tên "điểm giới hạn" thì ở nấm men chúng được đặt tên là "điểm bắt đầu".[1][3] Điểm giới hạn được điểu khiển chủ yếu bởi chất ức chế CDK p16 (CKI- p16 - CDK inhibitor p16). Protein này ức chế CDK4/6 và đảm bảo rằng chúng không thể tương tác với cyclin D1 để khiến cho chu kỳ tế bào tiếp tục. Nếu biểu hiện kích thích sinh trưởng hay kích thích ung thư của cyclin D được hoạt hóa, điểm kiểm soát này bị vượt qua vì sự gia tăng biểu hiện của cyclin D cho phép tương tác với CDK4/6 bởi cạnh tranh trong việc hình thành các liên kết. Khi phức hợp CDK4/6-CYCLIN D hình thành, chúng phosphat hóa các chất ức chế khối u ác tính ở mắt (tumour suppressor retinoblastoma - Rb) và thủ tiêu sự ức chế của các nhận tố phiên mã E2F. Thế là E2F kích hoạt sự biểu hiện của cyclin E, cyclin này sẽ tương tác với CDK2 để thúc đẩy sự chuyển tiếp giữa pha G1 với pha S.

Nói ngắn gọn, chất ức chế CDK p16 ức chế các CDK khác trong việc bám vào cyclin D. Tuy nhiên khi sự sinh trưởng của tế bào được kích thích, biểu hiện của cyclin D tăng vọt và áp đảo các p16 khiến CDK cuối cùng cũng bám được vào cyclin D và hình thành một phức hợp. Phức hợp này sẽ phosphat hóa các chất ức chế khối u ác tính ở mắt (Rb), và vì thế bất hoạt sự ức chế của chúng đối với nhân tố phiên mã E2F. E2F sẽ xúc tiến sự chuyển tiếp giữa pha G1 với pha S.

Điểm kiểm soát G2/M[sửa | sửa mã nguồn]

Điểm kiểm soát thứ hai của chu kỳ tế bào nằm ở cuối pha G2 và có chức năng kiểm soát sự khơi mào của pha nguyên phân hay pha M. Để vượt qua điểm kiểm soát này, tế bào phải kiểm tra một số nhân tố để đảm bảo nó đã sẵn sàng cho quá trình nguyên phân. Nếu điểm kiểm soát này được vượt qua, tế bào sẽ khơi mào nhiều quá trình cấp độ phân tử nhằm phát tín hiệu bắt đầu pha nguyên phân. Các CDK liên quan tới điểm kiểm soát này được kích hoạt bởi việc phosphat hóa CDK bởi "Nhân tố xúc tiến trưởng thành" (Maturation Promoting Factor - MPF) hay còn gọi là "Nhân tố xúc tiến nguyên phân" (Mitosis Promoting Factor - MPF).

Bản chất phân tử của điểm kiểm soát này bao hàm việc hoạt hóa một enzyme phosphatase mang tên Cdc25, enzyme này trong điều kiện thích hợp sẽ loại trừ các phosphate ức chế hiện diện trong phức hợp MPF. Tuy nhiên, ADN thường xuyên bị thương tổn và sai hỏng trước khi nguyên phân xảy ra, vì vật để ngăn chặn sự truyền những sai hỏng đó sang các tế bào con cháu thì chu kỳ tế bào của tế bào mẹ sẽ bị chặn thông qua việc hoạt hóa các Cdc25 phosphatase (thông qua phosphat hóa với các enzyme kinase khác).

Điểm chuyển tiếp kỳ giữa-kỳ sau[sửa | sửa mã nguồn]

Điểm kiểm soát thoi vô sắc xuất hiện trong kỳ giữa của nguyên phân khi tất cả các nhiễm sắc thể kép đã hoặc đáng nhẽ đã được sắp xếp với tâm động thẳng hàng trên mặt phẳng xích đạo và đang chịu sức căng về hai cực của tế bào truyền từ các sợi thoi vô sắc dính vào tâm động. Sức căng này sẽ được cơ chế kiểm soát nhận diện và từ đó kích hoạt kỳ sau của nguyên phân[4], mở đầu bằng việc hai nhiễm sắc tử chị em trong cùng một nhiễm sắc thể kép bị APC/C xúc tiến cho tách rời ra.

Cơ chế nhận diện cho đến nay vẫn chưa được tìm hiểu rõ ràng; tuy nhiên người ta đã tìm thấy một số protein trong đó có Mad2 được tâm động của nhiễm sắc thể kép triệu tập vào thời điểm này. Mad2 là một protein có vai trò ngăn chặn APC/C phân giải cohesin, và Mad2 chỉ bị bất hoạt khi tâm động được các sợi thoi vô sắc gắn kết hoàn toàn. Điều này có nghĩa là chỉ khi tất cả các tâm động được gắn kết với sợi thoi thì APC/C mới được phép hoạt động: quá trình phân giải các sợi cohesin kết nối các nhiễm sắc tử chị em diễn ra ngay sau đó và 20 phút sau thì kỳ sau của nguyên phân cũng bắt đầu.[4][5]

Cơ chế nhận diện này cho phép cyclin B bị phân giải, chúng chứa một chuỗi axít amin mang tên gọi là "hộp phá hủy" (destruction box hay D-box), hộp này được phức hợp xúc tiến kỳ sau (APC/C) đánh dấu để cho các tiêu thể nhận diện và phân giải. Sự phân giải của cyclin B đảm bảo rằng chúng không thể ức chế APC/C nhờ đó các phức hợp này có thể tự do kích hoạt quá trình phân giải securin. Securin là một protein ức chế separase, một phức hợp protein có nhiệm vụ tách các nhiễm sắc tử chị em ra khỏi nhiễm sắc thể kép. Khi securin bị tiêu thể phân giải do bị đánh dấu bởi quá trình ubiquitin hóa, separase sẽ được hoạt hóa và xúc tác cho sự tách rời của các nhiễm sắc tử.[6]

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Tài liệu tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  • Bruce Alberts; Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter (2008). “17”. Molecular Biology of the Cell . Garland Science, Taylor & Francis Group. ISBN 978-0-8153-4106-2. 
  • Harvey Lodish; Arnold Berk, Paul Matsudaira, Chris A. Kaiser, Monty Krieger, Matthew P. Scott, Lawrence Zipursky, James Darnell (2003). “22”. Molecular Cell Biology . ISBN 0716743663. 

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

Cước chú[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Các tế bào không vượt qua được điểm này sẽ thoát khỏi chu kỳ tế bào và bước vào pha G0. Phần lớn các tế bào ở người bị biệt hóa hoàn toàn và nằm trong pha này.

Nguồn dẫn[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ a ă â b c Albert et al., trang 1061
  2. ^ Temple, S.; Raff, M.C. (1986). “Clonal analysis of oligodendrocyte development in culture: evidence for a developmental clock that counts cell divisions”. Cell(Cambridge) 44 (5): 773–779 
  3. ^ Lodish et al., chương 21, trang 30
  4. ^ a ă Alberts et al., trang 1088
  5. ^ Lodish et al., chương 21, trang 36
  6. ^ Karp, Gerald (2005). Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments (ấn bản 4). Hoboken, NJ: John Wiley and Sons. tr. 598–599. ISBN 0-471-16231-0. 

Bản mẫu:Cell cycle