Клеточный цикл

Клеточный цикл — это последовательность событий в жизни делящейся клетки от момента её появления до собственного деления на две дочерние клетки. За время цикла клетка растёт, удваивает свою ДНК, проверяет точность копирования и поровну распределяет наследственный материал между потомками.

Клеточный цикл лежит в основе роста организма, обновления тканей и заживления ран. Его строгий контроль защищает от накопления ошибок в генах, а потеря этого контроля — ключевое событие в развитии опухолей.

🔄 Фазы клеточного цикла

Цикл делят на интерфазу — период подготовки — и собственно деление. Интерфаза занимает большую часть времени и включает три фазы.

Фазы клеточного цикла

Многие клетки взрослого организма находятся в фазе G0. Например, клетки печени годами не делятся, но при повреждении органа возвращаются в цикл. Зрелые нейроны и клетки сердечной мышцы практически утратили эту способность. Клетки слизистой кишки и кроветворные клетки, напротив, делятся постоянно, и некоторые из них проходят цикл примерно за сутки.

⚙️ Как управляется клеточный цикл

Переходы между фазами запускают белки циклины и связанные с ними ферменты — циклинзависимые киназы. Уровень каждого циклина растёт в своё время, активирует киназу, та «заводит» следующий этап, а затем циклин разрушается. Так цикл движется строго в одну сторону.

Клетки нормальной ткани не делятся сами по себе: им нужен внешний разрешающий сигнал. Его дают факторы роста, гормоны, контакт с соседними клетками. Когда клеток становится достаточно, контактное торможение останавливает деление.

🚦 Контрольные точки

• Точка в конце G1: проверяется целость ДНК и наличие условий для деления. Здесь работают белки p53 и ретинобластомный белок Rb.
• Точка G2/M: клетка убеждается, что ДНК удвоена полностью и без повреждений.
• Точка сборки веретена в митозе: деление задерживается, пока все хромосомы не прикрепятся к нитям веретена.

Если повреждение можно исправить, цикл останавливается на время ремонта. Если нельзя — клетка запускает апоптоз (запрограммированную гибель) или навсегда выходит из цикла, переходя в состояние старения.

⏳ Предел делений

Большинство обычных клеток человека может разделиться лишь ограниченное число раз. Одна из причин — укорочение теломер, концевых участков хромосом, при каждом удвоении ДНК. Стволовые и половые клетки поддерживают длину теломер с помощью фермента теломеразы. Многие опухолевые клетки тоже включают этот фермент и становятся «бессмертными».

🩺 Нарушения клеточного цикла

Если мутации повреждают гены, ускоряющие цикл, или гены его «тормозов», клетка начинает делиться бесконтрольно. Именно так развиваются злокачественные опухоли. Например, белок p53 поломан примерно в половине всех опухолей человека, а белки вируса папилломы человека выключают p53 и Rb в клетках шейки матки.

Цикл страдает и при нехватке «строительного материала». При дефиците витамина B12 или фолиевой кислоты нарушается синтез ДНК в фазе S: клетки крови растут, но не успевают делиться, и развивается мегалобластная анемия с крупными незрелыми клетками.

💊 Клеточный цикл и лечение опухолей

Многие противоопухолевые препараты действуют на определённые фазы цикла. Антиметаболиты мешают синтезу ДНК в фазе S, препараты групп таксанов и алкалоидов барвинка нарушают работу веретена в митозе. Ингибиторы циклинзависимых киназ 4 и 6 применяют при некоторых формах рака молочной железы. Сведения приведены в ознакомительных целях.

Поскольку химиотерапия бьёт по всем быстро делящимся клеткам, у здоровых тканей с активным циклом возникают побочные эффекты: выпадение волос, воспаление слизистой рта и кишки, угнетение кроветворения.