Language
Country/Area
No result found
Bí mật của pha S: Tế bào quyết định thời điểm bước vào quá trình sao chép DNA như thế nào?
Trong chu kỳ tế bào, pha S được coi là giai đoạn quan trọng đối với quá trình sao chép DNA, một quá trình diễn ra giữa pha G1 và G2. Cách sao chép chính xác bộ gen là một yếu tố quan trọng trong quá trình phân chia tế bào thành công, do đó sự tiến triển của pha S được điều chỉnh và bảo tồn chặt chẽ.
Quá trình tế bào đi vào pha S được kiểm soát bởi điểm hạn chế G1 (R) và các tế bào sẽ tiếp tục thực hiện phần còn lại của chu kỳ tế bào chỉ khi chất dinh dưỡng và tín hiệu tăng trưởng đủ.
Khi tế bào đã vượt qua điểm này, nó sẽ tiếp tục bước vào pha S bất kể điều kiện môi trường bất lợi như thế nào. Quá trình chuyển đổi này là không thể đảo ngược và được kiểm soát bởi một loạt các con đường phân tử thúc đẩy những thay đổi nhanh chóng và theo một hướng trong trạng thái tế bào.
Ví dụ, sự phát triển của tế bào nấm men kích hoạt sự tích tụ của cyclin Cln3, tạo thành phức hợp với kinase phụ thuộc cyclin CDK2 để thúc đẩy sự biểu hiện của gen pha S.
Cơ chế điều hòa tương tự cũng tồn tại trong tế bào động vật có vú. Khi nhận được tín hiệu tăng trưởng bên ngoài trong pha G1, cyclin D dần tích tụ và tạo thành phức hợp với CDK4/6. Phức hợp cyclin D-CDK4/6 được kích hoạt giải phóng yếu tố phiên mã E2F, khởi đầu quá trình biểu hiện gen pha S và thúc đẩy giải phóng E2F, hình thành vòng phản hồi tích cực.
Khởi đầu quá trình sao chép DNATrong pha M và G1, các tế bào lắp ráp các phức hợp tiền sao chép không hoạt động (tiền RC) tại nguồn gốc sao chép của bộ gen. Trong pha S, tế bào chuyển đổi các phức hợp tiền sao chép này thành các chạc sao chép hoạt động, bắt đầu quá trình sao chép DNA. Quá trình này phụ thuộc vào hoạt động kinase của Cdc7 và nhiều CDK pha S, tăng lên khi vào pha S.
Khi Cdc7 và CDK pha S phosphoryl hóa các chất nền tương ứng của chúng, một bộ yếu tố sao chép thứ hai liên kết với phức hợp tiền sao chép. Liên kết ổn định thúc đẩy helicase MCM mở một phần nhỏ DNA của cha và tuyển dụng các protein liên kết DNA sợi đơn. (chẳng hạn như RPA) và chuẩn bị cho việc nạp DNA polymerase sao chép và kẹp trượt PCNA.Sự kích hoạt phức hợp tiền sao chép là một quá trình được điều chỉnh chặt chẽ và có trình tự cao.
Tái thiết cơ cấu tổ chức
Trong pha S, các histon tự do được tế bào tổng hợp nhanh chóng được đưa vào các nucleosome mới. Quá trình này có liên quan chặt chẽ với nhánh sao chép và xảy ra ngay trước và sau phức hợp sao chép. Đằng sau chạc sao chép, quá trình tái tổ chức các nucleosome cũ được trung gian bởi các yếu tố lắp ráp chromatin (CAF) có liên kết lỏng lẻo với các protein sao chép.
Điểm kiểm tra thiệt hại DNAQuá trình này không sử dụng đầy đủ cơ chế bán bảo tồn được thấy trong quá trình sao chép DNA và các thí nghiệm đánh dấu cho thấy quá trình sao chép nucleosome chủ yếu là bảo tồn.
Trong pha S, tế bào liên tục kiểm tra bộ gen của mình để tìm ra những bất thường. Khi phát hiện ra tổn thương DNA, ba “con đường kiểm tra” pha S cổ điển sẽ được khởi tạo để trì hoãn hoặc ngăn chặn sự tiến triển tiếp theo của chu kỳ tế bào. Những con đường này không chỉ thúc đẩy quá trình sửa chữa DNA mà còn ngăn chặn tế bào đi vào nguyên phân khi cần thiết.
Ví dụ, kinase ATR và ATM hoạt động có thể ngăn chặn sự tiến triển của chu kỳ tế bào bằng cách thúc đẩy quá trình phân hủy CDC25A.
Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng nguồn cung cấp histon bất thường và các vấn đề về lắp ráp nucleosome cũng có thể ảnh hưởng đến sự tiến triển của pha S. Khi các histon tự do bị thiếu trong tế bào Drosophila, pha S kéo dài và tế bào bị dừng lại vĩnh viễn ở pha G2.
Những phát hiện đáng chú ý này cho thấy sự phức tạp trong hoạt động bên trong của pha S và sự tương tác của nó với môi trường tế bào, đồng thời đặt ra câu hỏi về cách tế bào đưa ra quyết định nhanh chóng trong một môi trường thay đổi nhanh chóng.
Trong tương lai của nghiên cứu sinh học tế bào, chúng ta có thể hiểu sâu hơn về cách tế bào kiểm soát chính xác chu kỳ sống của chúng và áp dụng kiến thức này vào lĩnh vực y tế không?
