Эндоредупликация

редактировать
Репликация ядерного генома без митоза

Эндоредупликация (также называемая эндорепликацией или эндоциклингом ) - это репликация ядерного генома в отсутствие митоза, что приводит к повышенному содержанию ядерного гена и полиплоидии. Эндорепликацию можно понимать просто как вариантную форму митотического клеточного цикла (G1-S-G2-M), в котором митоз полностью обходится из-за модуляции циклина. -зависимая активность киназы (CDK). Примеры эндорепликации, характерные для видов членистоногих, млекопитающих и растений видов, предполагают, что это универсальный механизм развития, ответственный за дифференциацию и морфогенез типов клеток, которые выполняют массив биологических функций. Хотя эндорепликация часто ограничивается конкретными типами клеток у животных, она гораздо более распространена у растений, так что полиплоидия может быть обнаружена в большинстве тканей растений.

Содержание

  • 1 Примеры в природе
  • 2 Эндорепликация, эндомитоз и политенизация
  • 3 Биологическое значение
    • 3.1 Размер клетки / организма
    • 3.2 Дифференциация клеток
    • 3.3 Оогенез и эмбриональное развитие
    • 3.4 Буферизация генома
    • 3.5 Ответ на стресс
  • 4 Генетический контроль эндорепликации
  • 5 Эндорепликация и онкогенез
  • 6 Премейотический эндомитоз у однополых позвоночных
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Примеры в природе

Типы эндореплицирующих клеток которые были широко изучены на модельных организмах

ОрганизмТип клетокБиологическая функцияЦитирование
муха личинка ткани (в т.ч. слюнные железы )секреция, эмбриогенез
муха фолликул яичника,питание, защита ооциты
грызуны мегакариоциты тромбоциты образование
грызуны гепатоциты регенерация
грызуны , питание зародыша
растения защита трихома от травоядных, гомеостаза
растения лист эпидермальной клетки размер листа, структура
растение эндосперм питание зародыша
нематода гиподерма секреция,
нематода кишечник неизвестно

Эндорепликация, эндомитоз и политенизация

Эндорепликация, эндомитоз и политенизация - это три несколько разных процесса, приводящих к регулируемой полиплоидизации клетки. При эндорепликации клетки полностью пропускают М-фазу, что приводит к мононуклеарной полиплоидной клетке. Эндомитоз - это разновидность вариации клеточного цикла, при которой митоз инициируется, но некоторые процессы не завершаются. В зависимости от того, насколько далеко клетка продвинется через митоз, это приведет к появлению мононуклеарных или двухъядерных полиплоидных клеток. Политенизация возникает при недостаточной или чрезмерной амплификации некоторых участков генома, создавая политенные хромосомы.

Эндоциклинг против эндомитоза

Биологическое значение

Основываясь на широком спектре типов клеток, в которых происходит эндорепликация, a Было выдвинуто множество гипотез, объясняющих функциональное значение этого явления. К сожалению, экспериментальные данные в поддержку этих выводов несколько ограничены:

Размер клетки / организма

Клетка плоидность часто коррелирует с размером клетки, а в некоторых случаях нарушением эндорепликации приводит к уменьшению размера клеток и тканей, что позволяет предположить, что эндорепликация может служить механизмом роста ткани. По сравнению с митозом, эндорепликация не требует перестройки цитоскелета или образования новой клеточной мембраны, и это часто происходит в клетках, которые уже дифференцировались. Таким образом, он может представлять собой энергетически эффективную альтернативу пролиферации клеток среди типов дифференцированных клеток, которые больше не могут позволить себе подвергаться митозу. Хотя доказательства, устанавливающие связь между плоидностью и размером ткани, широко представлены в литературе, существуют и противоположные примеры.

Дифференциация клеток

В развивающихся тканях растений переход от митоза к эндорепликации часто совпадает с дифференцировкой клеток. и морфогенез. Однако еще предстоит определить, вносят ли эндорепликация и полипоидия вклад в дифференцировку клеток или наоборот. Направленное ингибирование эндорепликации в предшественниках трихома приводит к продукции многоклеточных трихомов, которые демонстрируют относительно нормальную морфологию, но в конечном итоге дедифференцируются и подвергаются абсорбции в эпидермис листа. Этот результат предполагает, что эндорепликация и полиплоидия могут потребоваться для поддержания идентичности клеток.

Оогенез и эмбриональное развитие

Эндорепликация обычно наблюдается в клетках, ответственных за питание и защиту ооцитов и эмбрионов. Было высказано предположение, что увеличенное число копий гена могло бы позволить массовое производство белков, необходимых для удовлетворения метаболических потребностей эмбриогенеза и раннего развития. В соответствии с этим представлением мутация онкогена Myc в Drosophila приводит к снижению эндорепликации и абортивному оогенезу. Однако уменьшение эндосперма эндосперма кукурузы имеет ограниченное влияние на накопление крахмала и запасных белков, что позволяет предположить, что пищевые потребности развивающегося эмбриона могут включать нуклеотиды, которые составляют полиплоидный геном, а не белки, которые он кодирует.

Буферизация генома

Другая гипотеза заключается в том, что эндорепликационные буферы против Повреждение ДНК и мутация, поскольку она обеспечивает дополнительные копии важных генов. Однако это предположение является чисто умозрительным, и свидетельств обратного имеется ограниченное количество. Например, анализ полиплоидных дрожжевых штаммов показывает, что они более чувствительны к радиации, чем диплоидные штаммы.

Стресс-реакция

Исследования на растениях показывают, что эндорепликация также может играть роль в модулировании стрессовых реакций. Управляя экспрессией (репрессора эндоциклинга в растениях), исследователи смогли продемонстрировать, что повышенная плоидность клеток снижает негативное влияние стресса засухи на размер листьев. Учитывая, что сидячий образ жизни растений требует способности адаптироваться к условиям окружающей среды, можно предположить, что широко распространенная полиплоидизация способствует их пластичности в развитии

Генетический контроль эндорепликации

Наиболее изученный пример перехода митоза в эндоцикл происходит в фолликулярных клетках Drosophila и активируется с помощью передачи сигналов Notch. Вхождение в эндоциклы включает модуляцию активности митотической и S-фазы циклин-зависимой киназы (CDK). Ингибирование активности CDK М-фазы достигается посредством активации транскрипции / и репрессии регуляторной цепи G2-M / cdc25. Cdh / fzr отвечает за активацию комплекса, способствующего анафазе (APC), и последующий протеолиз митотических циклинов. String / cdc25 представляет собой фосфатазу, которая стимулирует активность митотического комплекса циклин-CDK. Повышение активности CDK в S-фазе достигается посредством транскрипционной репрессии ингибирующей киназы дакапо. Вместе эти изменения позволяют обойти митотический вход, продвижение через G1 и вход в S-фазу. Индукция эндомитоза в мегакариоцитах млекопитающих включает активацию рецептора c-mpl с помощью тромбопоэтина (TPO) цитокина и опосредуется передачей сигналов. Как и в случае с фолликулярными клетками дрозофилы, эндорепликация в мегакариоцитах возникает в результате активации комплексов S-фазы циклин-CDK и ингибирования митотической активности циклин-CDK.

Notch-регуляция эндоциклинга

Вхождение в S-фаза во время эндорепликации (и митоза) регулируется посредством образования (пре-RC) at, за которым следует рекрутирование и активация аппарата репликации ДНК. В контексте эндорепликации этим событиям способствует колебание активности циклина E - Cdk2. Активность Cyclin E-Cdk2 управляет рекрутированием и активацией репликационного аппарата, но также ингибирует образование пре-RC, предположительно для того, чтобы гарантировать, что только один раунд репликации происходит за цикл. Неспособность поддерживать контроль над образованием пре-RC в источниках репликации приводит к феномену, известному как «репликация », который часто встречается в раковых клетках. Механизм, с помощью которого циклин E-Cdk2 ингибирует образование пре-RC, включает подавление протеолиза, опосредованного APC, и накопление белка Geminin, который отвечает за секвестрацию пре-RC. компонент Cdt1.

Осцилляции в активности циклина E - Cdk2 модулируются посредством транскрипционных и посттранскрипционных механизмов. Экспрессия циклина E активируется факторами транскрипции E2F, которые, как было показано, необходимы для эндорепликации. Недавняя работа предполагает, что наблюдаемые колебания уровней белков E2F и циклина E являются результатом вовлекающего -зависимого убиквитинирования и деградации E2F. Посттранскрипционная регуляция активности циклина E-Cdk2 включает опосредованную протеолитическую деградацию циклина E и прямое ингибирование такими факторами, как Dacapo и p57. Описан истинный эндомитоз в тапетуме пыльника лилийного растения Eremurus. Ядерная мембрана не исчезает, но во время метафазы хромосомы конденсируются, часто значительно больше, чем при нормальном митозе. Когда материнские клетки пыльцы (PMC) проходят последний премейотический митоз, тапетальные клетки имеют одно диплоидное ядро, которое делится, в то время как клетка остается неразделенной. Два диплоидных ядра могут подвергнуться эндомитозу, а образовавшиеся тетраплоидные ядра - второму эндомитозу. Альтернативный путь - обычный митоз - опять же без деления клеток вместо одного из эндомитотических циклов. Цитологическая картина в тапетуме дополнительно осложняется восстановлением в анафазе и слиянием метафазных и анафазных групп во время митоза, процессами, которые могут дать начало клеткам с одним, двумя или тремя ядрами вместо ожидаемых двух или четырех. В этих тапетальных клетках не наблюдается никаких признаков так называемого «заторможенного» митоза. Когда PMC находятся в лептотене-зиготене, очень немногие тапетальные ядра находятся в эндомитозе. Когда PMC достигают диплотены, почти 100% клеток, которые не находятся в интерфазе, демонстрируют эндомитотическую стадию.

Эндорепликация и онкогенез

Полиплоидия и анеуплоидия - общие явления в раковых клетках. Учитывая, что онкогенез и эндорепликация, вероятно, связаны с нарушением общих регуляторных механизмов клеточного цикла, глубокое понимание эндорепликации может дать важную информацию для биологии рака.

Премейотический эндомитоз у однополых позвоночных

Однополые саламандры (род Ambystoma) - самая древняя из известных линий однополых позвоночных, возникшая около 5 миллионов лет назад. У этих полиплоидных однополых самок дополнительная премейотическая эндомитотическая репликация генома удваивает количество хромосом. В результате зрелые яйца, которые образуются после двух мейотических делений, имеют такую ​​же плоидность, что и соматические клетки взрослой самки саламандры. Считается, что синапс и рекомбинация во время профазы I мейоза у этих однополых самок обычно происходят между идентичными сестринскими хромосомами и иногда между гомологичными хромосомами. Таким образом, генетическая изменчивость, если она вообще есть, невелика. Рекомбинация между гомеологичными хромосомами происходит редко, если вообще происходит. Поскольку производство генетической изменчивости является слабым, в лучшем случае маловероятно, что это принесет пользу, достаточную для поддержания мейоза на протяжении миллионов лет. Возможно, эффективная рекомбинационная репарация повреждений ДНК в каждом поколении, обеспечиваемая мейозом, была достаточным преимуществом для поддержания мейоза.

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-19 10:22:05
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте