Клеточный цикл

Динамика ДНК и типы деления

В основе понимания цикла лежит изменение количества ДНК, которое обозначается латинской буквой n (гаплоидный набор, типичный для зрелых гамет). Большинство соматических клеток нашего тела диплоидны (2n).

Существует два основных способа деления:

• Митоз. Это стандартный способ, которым размножаются соматические клетки и ранние предшественники половых. Клетка подготавливается, удваивая ДНК до тетраплоидного состояния (4n), а затем делится, образуя две точные копии, каждая с набором 2n.
• Мейоз. Специфический процесс, происходящий только при образовании гамет (ооцитов и сперматоцитов на последних этапах развития). Первое деление мейоза похоже на митоз (из клетки 4n получаются две клетки 2n). Главное отличие заключается во втором делении: оно стартует без предварительного удвоения ДНК, в результате чего формируются четыре гаплоидные клетки (n).

Периоды митотического цикла

Для клеток, способных делиться, жизненный цикл тождественен митотическому. Он состоит из периода самого деления (митоза) и длительной подготовки к нему — интерфазы.

Интерфаза включает три фазы:

1. $G_1$ (пресинтетический). Начинается сразу после митоза. Клетка растет, восстанавливает объем цитоплазмы. В конце фазы находится «точка рестрикции»: если клетка получает внешние сигналы (митогены) и проходит эту точку, она необратимо готовится к следующему делению. Набор ДНК — 2n.
2. $S$ (синтетический). Главное событие — репликация ДНК и хромосомных белков. Набор ДНК увеличивается с 2n до 4n. Возле ядра удваиваются центриоли. Центромерные участки хромосом в этой фазе не копируются, удерживая хроматиды вместе до начала анафазы митоза.
3. $G_2$ (постсинтетический). Относительно короткий этап перед делением. Набор ДНК — 4n. Клетка активно синтезирует вещества для митоза, в первую очередь белок тубулин, из которого строится веретено деления.

Классификация клеток по способности делиться

В зависимости от пролиферативной активности все клетки взрослого организма можно разделить на три функциональные группы:

• Митотические клетки. Постоянно проходят клеточный цикл. Примеры: клетки базального слоя эпидермиса, эпителий кишечника, ранние предшественники клеток крови.
• Условно постмитотические клетки. В норме находятся в фазе покоя ($G_0$), выполняя свои рабочие функции. Но при необходимости (например, для регенерации органа) они могут вернуться в цикл и начать делиться. К ним относятся гепатоциты, фибробласты, лимфоциты, а также стволовые клетки костной и мышечной тканей.
• Постмитотические клетки. Прошли терминальную дифференцировку и навсегда утратили способность к делению. Они функционируют длительное время, а затем погибают. Яркие примеры — нейроны, кардиомиоциты, мышечные волокна и клетки верхних слоев эпидермиса.

Фаза покоя ($G_0$) и судьба клетки

Если клетка покидает митотический цикл на стадии $G_1$, она переходит в фазу покоя — $G_0$.

Выход в $G_0$ может происходить по разным причинам: временный «сон» стволовых клеток, нехватка ресурсов, необходимость исправления ошибок в ДНК или начало специализации (дифференцировки).

Для некоторых клеток (условно постмитотических) этот выход обратим: под действием сигналов они могут вернуться из $G_0$ сразу в $S$-период.

Для других (постмитотических) специализация означает необратимый выход из цикла. Например, в эпидермисе клетки сдвигаются из базального слоя в шиповатый, зернистый и блестящий слои, где они только работают, но уже не делятся, а в роговом слое — отмирают. Долгоживущие постмитотические клетки (нейроны, кардиомиоциты) функционируют на протяжении всей жизни организма и погибают либо от старения, либо от повреждающих факторов.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизмы репликации ДНК в S-периоде
• Роль митогенов и регуляция клеточного цикла
• Процессы дифференцировки на примере клеток эпидермиса
• Жизненный цикл и старение долгоживущих постмитотических клеток

Другие темы раздела «Ядро клетки. Деление клетки»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.