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细胞周期M期的分子机制

2022.6.14
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zhaoqisun

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从G2期到M期

在G2期,M-Cdk在细胞中累积。到G2期末尾,M-Cdk被激活。激活的M-Cdk通过磷酸化Cdc25使Cdc25激活,而激活的Cdc25通过水解M-Cdk上的两个磷酸基团激活M-Cdk。同时,M-Cdk还能抑制Wee1激酶,进一步促进M-Cdk的激活。这种正反馈的激活方式使得激活的M-Cdk浓度在G2期末尾迅速上升,通过磷酸化其他蛋白质的方式引发细胞M期的一系列反应,促使细胞进入M期。

染色体凝缩

M-Cdk磷酸化凝缩蛋白(condensin),使得凝缩蛋白与DNA分子结合,将DNA分子凝缩成为显微镜下可见的染色体。黏着素(cohesin)与姐妹染色单体结合,将两条姐妹染色单体连接在一起,直到M期后期两条姐妹染色单体分开。

凝缩蛋白和黏着素在结构上有一定的相似性。已有的研究认为,这两种蛋白质均在染色体DNA附近形成环状结构,使得染色体DNA螺旋缠绕形成致密的特殊结构。 

M期中期到后期的细胞状态监控机制

在细胞周期中,对细胞状态的监控至关重要。如果缺乏对细胞状态的监控机制,细胞可能在不恰当的状态下进行了不恰当的动作,从而造成严重的后果。具体到M期,如果部分染色体尚未与纺锤体连接时就进入M期后期,那么子细胞的染色体数目将会出现异常。

未与纺锤体结合的染色体会对细胞的细胞周期控制系统发送“停止”的信号,阻断后期促进因子(Anaphase Promoting Factor, APC)的激活,从而阻止细胞进入M期后期。只有当所有染色体均与纺锤体结合之后,细胞才可能进入M期后期,姐妹染色单体分离并分别进入两个子细胞。

姐妹染色单体与染色体分离

后期促进因子通过泛素化分离酶抑制蛋白使得分离酶抑制蛋白被水解,从而激活分离酶。分离酶催化黏着素分解,造成姐妹染色单体分离。

姐妹染色单体分离之后,与着丝点相连的微管两端的微管蛋白解聚,使得微管变短,将染色体拉向细胞两极。同时,动力蛋白和驱动蛋白驱使纺锤体极向细胞两极移动,进一步将两条染色体分开。

细胞分裂

当染色体移动至细胞两极时,动物细胞中部会出现垂直于纺锤丝的分裂沟。分裂沟形成的详细机制尚不清楚,但实验观察表明,形成中心纺锤体的微管会激活和招募相关的信号传递蛋白,这些信号传递蛋白将信号传递至细胞皮层(cell cortex),从而使得肌动蛋白(actin)和肌球蛋白(myosin)在细胞中部组装形成垂直于纺锤丝的收缩环。

收缩环不断变小并逐渐将细胞一分为二。在细胞分裂成两个子细胞之后便完全消失。


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