Фаза S

редактировать
Фаза репликации ДНК в клеточном цикле, между фазами G1 и G2 Асимметрия в синтезе ведущих и отстающих цепей

S фаза (фаза синтеза ) - это фаза клеточного цикла, в которой ДНК реплицируется , происходящая между G1фаза и G2фаза. Поскольку точное дублирование генома имеет решающее значение для успешного деления клеток, процессы, происходящие во время S-фазы, строго регулируются и широко сохраняются.

Содержание

  • 1 Регламент
  • 2 Репликация ДНК
  • 3 Синтез гистонов
  • 4 Репликация нуклеосом
  • 5 Восстановление доменов хроматина
  • 6 Контрольные точки повреждения ДНК
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки

Положение

Вход в S-фазу контролируется точкой ограничения G1 (R), которая фиксирует клетки до конца клеточного цикла, если есть адекватные питательные вещества и сигналы роста. Этот переход по существу необратим; после прохождения точки ограничения клетка будет проходить через S-фазу, даже если условия окружающей среды станут неблагоприятными.

Соответственно, переход в S-фазу контролируется молекулярными путями, которые способствуют быстрому однонаправленному изменению состояния клетки. В дрожжах, например, рост клеток вызывает накопление Cln3 циклина, который образует комплекс с циклинзависимой киназой CDK2. Комплекс Cln3-CDK2 способствует транскрипции генов S-фазы путем инактивации репрессора транскрипции Whi5. Поскольку повышающая регуляция генов S-фазы приводит к дальнейшему подавлению Whi5, этот путь создает петлю положительной обратной связи, которая полностью передает клеткам экспрессию гена S-фазы.

Замечательно похожая регуляторная схема существует в клетки млекопитающих. Митогенные сигналы, полученные на протяжении G1-фазы, вызывают постепенное накопление циклина D, который образует комплекс с CDK4 / 6. Активный комплекс циклин D-CDK4 / 6 индуцирует высвобождение фактора транскрипции E2F, который, в свою очередь, инициирует экспрессию генов S-фазы. Несколько генов-мишеней E2F способствуют дальнейшему высвобождению E2F, создавая петлю положительной обратной связи, аналогичную той, которая обнаруживается у дрожжей.

Репликация ДНК

Этапы синтеза ДНК

На протяжении фазы M и фазы G1 клетки собираются неактивные комплексы до репликации (pre-RC) на точках репликации, распределенные по всему геному. Во время S-фазы клетка превращает пре-RC в активные репликационные вилки, чтобы инициировать репликацию ДНК. Этот процесс зависит от киназной активности Cdc7 и различных CDK в S-фазе, оба из которых активируются при входе в S-фазу.

Активация пре-RC является строго регулируемой и очень последовательный процесс. После того, как CDK Cdc7 и S-фазы фосфорилируют свои соответствующие субстраты, второй набор репликативных факторов связывается с пре-RC. Стабильная ассоциация побуждает геликазу MCM раскручивать небольшой участок родительской ДНК на две нити оцДНК, которая, в свою очередь, рекрутирует белок репликации А (RPA ), связывающий оцДНК белок. Рекрутирование RPA подготавливает репликационную вилку к загрузке репликативных ДНК полимераз и PCNA скользящих зажимов. Загрузка этих факторов завершает активную вилку репликации и инициирует синтез новой ДНК.

Полная сборка и активация репликационной вилки происходит только на небольшом подмножестве источников репликации. Все эукариоты обладают гораздо большим количеством источников репликации, чем строго необходимо в течение одного цикла репликации ДНК. Избыточные источники могут увеличить гибкость репликации ДНК, позволяя клеткам контролировать скорость синтеза ДНК и реагировать на стресс репликации.

Синтез гистонов

Поскольку новая ДНК должна быть упакована в нуклеосомы для правильного функционирования наряду с репликацией ДНК происходит синтез канонических (невариантных) белков гистонов. Во время ранней S-фазы комплекс циклин E-Cdk2 фосфорилирует NPAT, ядерный коактиватор транскрипции гистонов. NPAT активируется путем фосфорилирования и рекрутирует комплекс ремоделирования хроматина Tip60 на промоторы гистоновых генов. Активность Tip60 удаляет тормозные структуры хроматина и приводит к увеличению скорости транскрипции от трех до десяти раз.

Помимо увеличения транскрипции гистоновых генов, вступление в S-фазу также регулирует продукцию гистонов на уровне РНК. Вместо полиаденилированных хвостов канонические гистоновые транскрипты обладают консервативным мотивом 3` петли стебля, который избирательно связывается с белком, связывающим петлю стволовой петли (SLBP ). Связывание SLBP необходимо для эффективной обработки, экспорта и трансляции мРНК гистонов, что позволяет ему функционировать как высокочувствительный биохимический «переключатель». Во время S-фазы накопление SLBP действует вместе с NPAT, резко увеличивая эффективность продукции гистонов. Однако, как только S-фаза заканчивается, как SLBP, так и связанная РНК быстро разрушаются. Это немедленно останавливает производство гистонов и предотвращает токсическое накопление свободных гистонов.

Репликация нуклеосом

Консервативная повторная сборка ядер нуклеосомы H3 / H4 позади репликационной вилки.

Свободные гистоны, продуцируемые клеткой во время S- фазы быстро встраиваются в новые нуклеосомы. Этот процесс тесно связан с вилкой репликации, происходящей непосредственно «впереди» и «позади» комплекса репликации. Транслокация геликазы MCM вдоль ведущей цепи разрушает октамеры родительских нуклеосом, что приводит к высвобождению субъединиц H3-H4 и H2A-H2B. Повторная сборка нуклеосом позади репликационной вилки опосредуется факторами сборки хроматина (CAF), которые слабо связаны с белками репликации. Хотя это не совсем понятно, повторная сборка, по-видимому, не использует полуконсервативную схему, наблюдаемую при репликации ДНК. Эксперименты по маркировке показывают, что дупликация нуклеосом является преимущественно консервативной. Отцовская коровая нуклеосома H3-H4 остается полностью отделенной от вновь синтезированных H3-H4, что приводит к образованию нуклеосом, которые содержат либо исключительно старые H3-H4, либо исключительно новые H3-H4. «Старые» и «новые» гистоны назначаются каждой дочерней цепи полуслучайно, что приводит к равному разделению регуляторных модификаций.

Восстановление доменов хроматина

Сразу после деления только каждая дочерняя хроматида обладает половиной эпигенетических модификаций, присутствующих в отцовской хроматиде. Клетка должна использовать этот частичный набор инструкций для восстановления функциональных доменов хроматина перед входом в митоз.

Для больших участков генома наследование старых нуклеосом H3-H4 достаточно для точного восстановления доменов хроматина. Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2 ) и несколько других модифицирующих гистоны комплексов могут «копировать» модификации, присутствующие на старых гистонах, на новые гистоны. Этот процесс усиливает эпигенетические метки и противодействует разбавляющему эффекту дупликации нуклеосом.

Однако для небольших доменов, приближающихся к размеру отдельных генов, старые нуклеосомы распределены слишком тонко для точного распространения модификаций гистонов. В этих регионах структура хроматина, вероятно, контролируется включением вариантов гистонов во время повторной сборки нуклеосом. Тесная корреляция, наблюдаемая между H3.3 / H2A.Z и транскрипционно активными областями, подтверждает этот предполагаемый механизм. К сожалению, причинно-следственная связь еще не доказана.

Контрольные точки повреждения ДНК

Во время S-фазы клетка непрерывно исследует свой геном на предмет аномалий. Обнаружение повреждения ДНК вызывает активацию трех канонических «путей контрольной точки» S-фазы, которые задерживают или останавливают дальнейшее развитие клеточного цикла:

  1. Контрольная точка репликации обнаруживает застопорившиеся вилки репликации путем интеграции сигналов от RPA, взаимодействующего белка ATR (ATRIP) и RAD17. После активации контрольная точка репликации активирует биосинтез нуклеотидов и блокирует инициацию репликации из необожженных источников. Оба эти процесса способствуют спасению застрявших вилок за счет увеличения доступности dNTP.
  2. Контрольная точка S-M блокирует митоз до тех пор, пока не будет успешно продублирован весь геном. Этот путь вызывает остановку путем ингибирования комплекса циклин-B-CDK1, который постепенно накапливается на протяжении клеточного цикла, способствуя митотическому входу.
  3. Контрольная точка внутри-S-фазы обнаруживает двухцепочечные разрывы (DSBs) посредством активации киназ ATR и ATM. Помимо облегчения репарации ДНК, активный ATR и ATM останавливают развитие клеточного цикла, способствуя деградации CDC25A, фосфатазы, которая удаляет ингибирующие фосфатные остатки из CDK. Гомологичная рекомбинация, точный процесс репарации ДНК двухцепочечных разрывов, наиболее активен в фазе S, снижается в G2 / M и почти отсутствует в фазе G1.

В дополнение к этим каноническим контрольным точкам, недавние данные свидетельствуют о том, что нарушения в доставке гистонов и сборке нуклеосом может также изменить прогрессирование S-фазы. Истощение свободных гистонов в клетках дрозофилы резко удлиняет S-фазу и вызывает постоянную остановку в G2-фазе. Этот уникальный фенотип ареста не связан с активацией канонических путей повреждения ДНК, что указывает на то, что сборку нуклеосом и поставку гистонов можно тщательно исследовать с помощью новой контрольной точки S-фазы.

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-06 05:26:43
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте