Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Это изображение описывает заключительную стадию митоза, телофазу.
Флуоресцентная микрофотография человеческой клетки в телофазе, на которой хромосомы (ДНК) показаны синим цветом, микротрубочки - зеленым, а кинетохоры - розовым.

Телофаза (от греческого τέλος ( телос ), «конец» и φάσις ( фазис ), «стадия») - заключительная стадия как в мейозе, так и в митозе в эукариотической клетке . Во время телофазы эффекты профазы и прометафазы ( разрушение ядрышка и ядерной мембраны) меняются местами. Когда хромосомы достигают полюсов клетки, ядерная оболочка повторно собирается вокруг каждого набора хроматид , снова появляются ядрышки , и хромосомы начинают деконденсироваться обратно в расширенный хроматин.что присутствует во время интерфазы . Митотическое веретено разбирает и остальной шпиндель микротрубочка является деполимеризацией. Телофаза составляет примерно 2% продолжительности клеточного цикла .

Цитокинез обычно начинается до поздней телофазы [1] и по завершении разделяет два дочерних ядра между парой отдельных дочерних клеток.

Телофаза в основном управляется дефосфорилированием субстратов митотической циклин-зависимой киназы (Cdk). [2]

Дефосфорилирование субстратов Cdk [ править ]

Фосфорилирование белковых мишеней М-циклинзависимые киназы (Митотическая циклин-зависимые киназы) приводы шпиндель в сборе, конденсацию хромосом и разрушение ядерной оболочки в начале митоза. Дефосфорилирование тех же субстратов приводит к разборке веретена, деконденсации хромосом и реформированию дочерних ядер в телофазе. Установление степени дефосфорилирования, разрешающей телофазные события, требует как инактивации Cdks, так и активации фосфатаз .

Инактивация Cdk в первую очередь является результатом разрушения связанного с ним циклина . Циклины предназначены для протеолитической деградации посредством анафазы способствующей сложного (APC), также известной как cyclosome, [3] в убиквитин-лигаза. Активный, связанный с CDC20 APC (APC / C CDC20 ) нацелен на митотические циклины для деградации, начинающейся в анафазе . [4] Экспериментальное добавление недеградируемого М-циклина к клеткам вызывает остановку клеточного цикла в пост-анафазном / пре-телофазном состоянии с конденсированными хромосомами, сегрегированными по полюсам клетки, неповрежденным митотическим веретеном и отсутствием реформации ядерной оболочки. . Это было показано на примере лягушки ( Xenopus) яйца, плодовые мушки ( Drosophilla melanogaster ), почкование ( Saccharomyces cerevisiae ) и делящиеся ( Schizosaccharomyces pombe ) дрожжи, а также в нескольких линиях клеток человека. [5]

Необходимость 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 тому же фенотипическому аресту, что и блокирование деградации М-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 различных фаз активности cdc14 между анафазой и телофазой наводит на мысль о дополнительных, неизученных поздних контрольных точках митоза.. Cdc14 активируется путем высвобождения в ядро, секвестрации в ядрышке и последующего экспорта в цитоплазму. Путь раннего высвобождения анафазы Cdc-14, который стабилизирует веретено, также высвобождает cdc14 из ядрышка, но ограничивает его ядром. Полное высвобождение и поддерживаемая активация cdc14 достигается с помощью отдельного пути Mitotic Exit Network (MEN) в достаточной степени (для запуска разборки веретена и сборки ядерной оболочки) только после поздней анафазы. [7] [8]

Cdc14-опосредованное дефосфорилирование 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 переключению клеток с APC / C CDC20 на активность APC / C CDH1 . [5] Убиквитинирование митотических циклинов продолжается вместе с APC / C CDH1- специфическими мишенями, такими как компонент митотического веретена дрожжей, Ase1, [2] и cdc5, деградация которых требуется для возврата клеток в G1. фаза . [7]

Дополнительные механизмы, управляющие телофазой [ править ]

Сдвиг в профиле фосфопротеинов цельной клетки - это только широчайший из многих регуляторных механизмов, способствующих возникновению отдельных телофазных событий.

  • Опосредованное анафазой дистанцирование хромосом от метафазной пластинки может запускать пространственные сигналы для начала телофазы. [6]
  • Важным регулятором и эффектор телофазе является Cdc48 (гомологичные дрожжевого Cdc48 является человеческий р97 , как структурно , так и функционально), белок , который механически использует свою АТФазы активность для изменения целевой конформации белка. Cdc48 необходим для разборки веретена, сборки ядерной оболочки и деконденсации хромосом. Cdc48 модифицирует белки, структурно вовлеченные в эти процессы, а также некоторые убиквитинированные белки, которые, таким образом, нацелены на протеасомы . [2] [9] [10]

Разборка митотического шпинделя [ править ]

Стадии поздней М фазы в клетке позвоночного

Разрыв митотического веретена, характерный для завершения митоза у всех эукариот, является событием, наиболее часто используемым для определения перехода от анафазы-B к телофазе, [2] [6], хотя инициация повторной сборки ядра имеет тенденцию предшествовать таковой из разборка шпинделя. [11]

Разборка веретена - необратимый процесс, который должен приводить не к окончательной деградации, а к реорганизации составляющих микротрубочек; микротрубочки отделяются от кинетохор и тел полюсов веретена и возвращаются в свое межфазное состояние.

Деполимеризация шпинделя во время телофазы происходит с положительного конца и, таким образом, является обращением сборки шпинделя. [12] Последующая сборка массива микротрубочек, в отличие от сборки поляризованного веретена, является межполярной. 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 межфазных массивов микротрубочек после разборки высокодинамичных и относительно коротких митотических. [9]

В то время как сборка шпинделя хорошо изучена и охарактеризована как процесс, в котором предварительные структуры устанавливаются SAC, молекулярные основы разборки шпинделя не изучены в сопоставимых деталях. Каскад позднего митотического дефосфорилирования субстратов M-Cdk с помощью MEN в целом считается ответственным за разборку веретена. Состояния фосфорилирования стабилизирующих и дестабилизирующих факторов микротрубочек, а также нуклеаторов микротрубочек являются ключевыми регуляторами их активности. [9] Например, NuMA представляет собой сшивающий белок на минус-конце и субстрат Cdk, диссоциация которого от микротрубочек осуществляется за счет его дефосфорилирования во время телофазы. [2]

Общая модель разборки веретена у дрожжей состоит в том, что три функционально перекрывающихся подпроцесса - разъединение веретена, дестабилизация и деполимеризация, в первую очередь осуществляются APC / C CDH1 , киназами, специфичными для стабилизации микротрубочек, и деполимеразами микротрубочек, направленными на плюс-концы, соответственно. Известно, что эти эффекторы высоко консервативны между дрожжами и высшими эукариотами. APC / C CDH1 нацелен на сшивание белков, связанных с микротрубочками (NuMA, Ase1, Cin1 и другие). 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 положительном конце. Было показано, что одновременное нарушение этих механизмов, но не любого из них, приводит к драматической гиперстабильности веретена во время телофазы, подтверждая функциональное перекрытие, несмотря на разнообразие механизмов. [13]

Сборка ядерной оболочки [ править ]

Основными компонентами ядерной оболочки являются двойная мембрана, комплексы ядерных пор и ядерная пластинка, внутренняя по отношению к внутренней ядерной мембране. Эти компоненты разбираются во время профазы и прометафазы и реконструируются во время телофазы, когда ядерная оболочка восстанавливается на поверхности разделенных сестринских хроматид. [14] [15] Ядерная мембрана фрагментируется и частично абсорбируется эндоплазматическим ретикулумом во время прометафазы, а нацеливание ER- везикул, содержащих белок внутренней ядерной мембраны, на хроматин происходит во время телофазы в обратном направлении этого процесса. Мембранообразующие везикулы собираются непосредственно на поверхности хроматина, где они сливаются.сбоку в непрерывную 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 рядом с хромосомами на протяжении митоза, но не запускает диссоциацию белков ядерной оболочки от importin β до тех пор, пока мишени M-Cdk не дефосфорилируются 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 поэтому может напрямую связываться с ДНК. . [16] Однако эксперименты в Xenopusэкстракты яиц пришли к выводу, что ELYS не может связываться с голой ДНК и напрямую связывает только димеры и нуклеосомы гистонов . [17] После связывания с хроматином ELYS рекрутирует другие компоненты каркаса ядерных пор и трансмембранные белки ядерных пор. Комплекс ядерных пор собирается и интегрируется в ядерную оболочку организованным образом, последовательно добавляя Nup107-160, POM121 и FG Nups. [18]

Обсуждается, 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 протяженных цистерн ER, предшествующих сборке ядерных пор:

  • В клетках, где ядерная мембрана фрагментируется на не-ER пузырьки во время митоза, Ran-GTP-зависимый путь может направлять эти дискретные популяции пузырьков к хроматину, где они сливаются, чтобы преобразовать ядерную оболочку. [19] [16]
  • В клетках, где ядерная мембрана абсорбируется эндоплазматическим ретикулумом во время митоза, повторная сборка включает латеральное расширение вокруг хроматина со стабилизацией расширяющейся мембраны на поверхности хроматина. [20] Исследования, утверждающие, что этот механизм является предпосылкой для образования ядерных пор, показали, что ассоциированные с голым хроматином комплексы Nup107-160 присутствуют в отдельных единицах, а не в виде собранных пре-пор. [21] [16]

Оболочка сглаживается и расширяется, охватывая весь набор хроматид. Это, вероятно, происходит из-за импорта ламина в ядерные поры , который может удерживаться внутри сплошной мембраны. Ядерные оболочки экстрактов яиц Xenopus не могли сгладиться, когда ядерный импорт ламина был ингибирован, оставаясь морщинистыми и тесно связанными с конденсированными хромосомами. [22] Однако, в случае латерального расширения ER, ядерный импорт инициируется до завершения повторной сборки ядерной оболочки, что приводит к временному внутриядерному градиенту белка между дистальным и медиальным аспектами формирующегося ядра. [18]

Субъединицы ламина, разобранные в профазе, инактивируются и секвестрируются во время митоза. Lamina повторной сборки инициируются ламин дефосфорилирование (и дополнительно метил- этерификацией из СООНЫХ остатков на ламин-B ). Ламин-B может воздействовать на хроматин уже в середине анафазы. Во время телофазы, когда ядерный импорт восстанавливается, ламин-А входит в ядро ​​реформинга, но продолжает медленно собираться в периферическую пластинку в течение нескольких часов на протяжении фазы G1. [16]

Экстракты яиц Xenopus и линии раковых клеток человека были основными моделями, используемыми для изучения повторной сборки ядерной оболочки. [18]

В дрожжах не хватает ламинов; их ядерная оболочка остается неповрежденной на протяжении митоза, а ядерное деление происходит во время цитокинеза. [23] [11]

Деконденсация хромосом [ править ]

Деконденсация хромосом (также известная как релаксация или деконденсация) в расширенный хроматин необходима для возобновления клетками межфазных процессов и происходит параллельно со сборкой ядерной оболочки во время телофазы у многих эукариот. [2] MEN-обусловленное дефосфорилирование Cdk необходимо для деконденсации хромосом. [2] [5]

У позвоночных деконденсация хромосом начинается только после восстановления ядерного импорта . Если транспорт ламина через ядерные поры предотвращается, 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 по совпадению с созреванием ядерной оболочки во время поздней телофазы. [24] [25] Это может быть связано с восстановлением механизма ядерного импорта интерфазных ядерных и цитоплазматических белков во время телофазы.

== См. Также

==
  • Межфазный
  • Профаза
  • Метафаза
  • Анафаза
  • Цитоскелет

Ссылки [ править ]

  1. ^ Рис, Джейн; Урри, Лиза; Каин, Михаил; Вассерман, Стивен; Минорский, Петр; Джексон, Роберт (2011). Кэмпбелл Биология (10-е изд.). Пирсон. ISBN  978-0-321-77565-8 .
  2. ^ Б с д е е г ч я J K Morgan D (2007). Клеточный цикл . Лондон, Великобритания: New Science Press Ltd., стр. 154–155. ISBN 0-9539181-2-2.
  3. ^ Juang Ю.Л., Хуанг Дж, Петерс Ю.М., Маклоглин М.Е., Tai CY, Pellman D (февраль 1997 г.). «APC-опосредованный протеолиз Ase1 и морфогенез митотического веретена». Наука . 275 (5304): 1311–4. DOI : 10.1126 / science.275.5304.1311 . PMID 9036857 . 
  4. ^ a b Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Морган Д., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2015). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Наука Гарленд, Тейлор и Фрэнсис Групп. С. 995–996. ISBN 978-0-8153-4432-2.
  5. ^ а б в Inzé D (2007). Контроль клеточного цикла и развитие растений . Оксфорд, Великобритания: Blackwell Publishing Ltd., стр.  99–103 . ISBN 978-1-4051-5043-9.
  6. ^ a b c Афонсу О, Матос I, Майато Х (2014). «Пространственный контроль перехода анафаза-телофаза» . Клеточный цикл . 13 (19): 2985–6. DOI : 10.4161 / 15384101.2014.959853 . PMC 4614036 . PMID 25486554 .  
  7. ^ a b Monje-Casas F, Queralt E (2017). Сеть Mitotic Exit . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Humana Press. С. 3–8. ISBN 9781493965007.
  8. ^ Yellman CM, Редер GS (2015). «Cdc14 Early Anaphase Release, FEAR, ограничен ядром и необходим для эффективного митотического выхода» . PLOS One . 10 (6): e0128604. DOI : 10.1371 / journal.pone.0128604 . PMC 4474866 . PMID 26090959 .  
  9. ^ a b c Cao K, Nakajima R, Meyer HH, Zheng Y (октябрь 2003 г.). «AAA-ATPase Cdc48 / p97 регулирует разборку веретена в конце митоза». Cell . 115 (3): 355–67. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (03) 00815-8 . PMID 14636562 . 
  10. ^ Хецер М, Майер НН, Вальтер ТК, Бильбао-Кортес D, Warren G, Mattaj ИВ (декабрь 2001 г.). «Определенные комплексы AAA-ATPase p97 функционируют на дискретных стадиях сборки ядра». Природа клеточной биологии . 3 (12): 1086–91. DOI : 10,1038 / ncb1201-1086 . PMID 11781570 . 
  11. ^ a b Aist JR (01.01.2002). «Митоз и моторные белки в нитчатых аскомицетах, Nectria haematococca и некоторых родственных грибах». Международный обзор цитологии . 212 : 239–63. DOI : 10.1016 / S0074-7696 (01) 12007-3 . PMID 11804038 . 
  12. ^ Вудрафф JB (2011). Механизмы разборки и позиционирования митотического веретена у Saccharomyces cerevisiae (Диссертация). Калифорнийский университет в Беркли.
  13. ^ Вудрафф JB, Drubin DG, Barnes G (ноябрь 2010). «Разборка митотического веретена происходит посредством отдельных подпроцессов, управляемых комплексом, способствующим анафазе, киназой Aurora B и кинезином-8» . Журнал клеточной биологии . 191 (4): 795–808. DOI : 10,1083 / jcb.201006028 . PMC 2983061 . PMID 21079246 .  
  14. ^ Яэль А, Чой Дж, Desaix Дж, Jurukovski В, Wisem R, Рожь С (2013). Биология . Университет Райса, Хьюстон, Техас 77005: Колледж OpenStax. С. 281–283. ISBN 978-1-938168-09-3.CS1 maint: location ( ссылка )
  15. ^ Молекулярная клеточная биология. 4-е издание . WH Freeman. 2000. С. Раздел 13.4.
  16. ^ a b c d e Pollard TD, Earnshaw WC, Lippincott-Schwartz J, Johnson GT (2017). Клеточная биология (3-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Эльзевир. С. 770–771. ISBN 978-0-323-34126-4.
  17. ^ Zierhut С, Дженнесс С, Кимура Н, Н Funabiki (июль 2014). «Нуклеосомная регуляция состава хроматина и сборки ядер, выявленных истощением гистонов» . Структурная и молекулярная биология природы . 21 (7): 617–25. DOI : 10.1038 / nsmb.2845 . PMC 4082469 . PMID 24952593 .  
  18. ^ a b c Гей S, Фойани M (01.01.2015). «Ядерная оболочка и хроматин, замок и ключ целостности генома». Международный обзор клеточной и молекулярной биологии . 317 : 267–330. DOI : 10.1016 / bs.ircmb.2015.03.001 . PMID 26008788 . 
  19. Перейти ↑ Clarke PR, Zhang C (2004). «Пространственный и временной контроль сборки ядерной оболочки с помощью Ran GTPase». Симпозиумы Общества экспериментальной биологии (56): 193–204. PMID 15565882 . 
  20. ↑ Hetzer MW (март 2010 г.). «Ядерная оболочка» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 2 (3): a000539. DOI : 10.1101 / cshperspect.a000539 . PMC 2829960 . PMID 20300205 .  
  21. Перейти ↑ Lu L, Ladinsky MS, Kirchhausen T (август 2011). «Формирование постмитотической ядерной оболочки из расширенных цистерн ER предшествует сборке ядерных пор» . Журнал клеточной биологии . 194 (3): 425–40. DOI : 10,1083 / jcb.201012063 . PMC 3153650 . PMID 21825076 .  
  22. Перейти ↑ Wiese C, Goldberg MW, Allen TD, Wilson KL (июль 1997 г.). «Сборка ядерной оболочки в экстрактах Xenopus, визуализированная с помощью сканирования ЭМ, выявляет транспортно-зависимое событие« сглаживания оболочки »». Журнал клеточной науки . 110 (13): 1489–502. PMID 9224766 . 
  23. Перейти ↑ Taddei A, Schober H, Gasser SM (август 2010). «Ядро почкующихся дрожжей» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 2 (8): a000612. DOI : 10.1101 / cshperspect.a000612 . PMC 2908769 . PMID 20554704 .  
  24. Перейти ↑ Dimitrova DS, Prokhorova TA, Blow JJ, Todorov IT, Gilbert DM (январь 2002 г.). «Ядра млекопитающих получают лицензию на репликацию ДНК во время поздней телофазы» . Журнал клеточной науки . 115 (Pt 1): 51–9. PMC 1255924 . PMID 11801723 .  
  25. ^ Фукусима К, Ван М, Найт Y, Uchihashi Т, Като Y, Мукай S, Yabuta Н, Н Нодзимы (март 2017 г.). «GAK фосфорилируется c-Src и перемещается из центросомы в хроматин в конце телофазы» . Клеточный цикл . 16 (5): 415–427. DOI : 10.1080 / 15384101.2016.1241916 . PMC 5351929 . PMID 28135906 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с телофазой, на Викискладе?