То́чка рестри́кции ( англ. restriction point, R point ) — точка в G ₁ -фазе клеточного цикла животных , в которой клетка принимает окончательное решение двигаться дальше по клеточному циклу. Точка рестрикции делит G ₁ -фазу на два периода. В ходе первого из них (до R) для продвижения клетки по циклу ей необходима постоянная стимуляция митогенными сигналами (в том числе факторами роста ), а также интенсивный синтез белка . После прохождения R подобная стимуляция уже не требуется .

История изучения

Первоначально в 1950-х Теминым было показано, что клетки курицы достигают определённой точки, при прохождении которой они становятся обязанными реплицировать свою ДНК и более не нуждаются во внеклеточных сигналах для движения по клеточному циклу . Через 20 лет спустя, в 1973 году, продемонстрировал, что в фазе G ₁ есть только одна точка рестрикции. До этого открытия фаза G ₁ определялась просто как временной промежуток между митозом и S-фазой . Долгое время не было известно никаких молекулярных и морфологических факторов, присущих только клеткам, находящимся в фазе G ₁ . Парди использовал метод двойной блокировки ( англ. double block ), в ходе которой он переводил клетки из состояния блокировки клеточного цикла, вызванной удалением питательных веществ и сыворотки, в другое состояние блокировки и сравнивал эффективность каждой блокировки в предотвращении наступления S-фазы. Он показал, что во всех случаях обе блокировки были одинаково эффективны, следовательно, они обе влияли на одну и ту же точку в фазе G ₁ , которую он назвал точкой рестрикции (R-точкой) .

В 1985 году Зеттерберг и Ларссон показали, что на всех стадиях клеточного цикла удаление сыворотки из среды приводит к подавлению синтеза белка . Только в постмитотических клетках (то есть клетках в ранней G ₁ -фазе) удаление сыворотки переводило клетки в состояние покоя ( фазу G ₀ ). Зеттерберг также показал, что практически все различия в длине клеточного цикла у разных клеток связаны с разной продолжительностью периода от точки рестрикции до S-фазы .

Внеклеточные сигналы

За исключением раннего эмбрионального развития , большая часть клеток организма находится в состоянии покоя, известном как фаза G ₀ . Такие клетки не пролиферируют и, как правило, находятся в терминально дифференцированном состоянии. Некоторые специализированные клетки продолжают делиться и во взрослом организме. Каждая клетка из обеих групп в своё время приняла решение: уйти в состояние покоя или продолжить движение по клеточному циклу. Это решение принимается клеткой до S-фазы в фазе G ₁ в точке рестрикции и зависит от комбинации стимулирующих и подавляющих внешних сигналов, получаемых клеткой. До наступления точки рестрикции для движения клетки по фазе G ₁ необходимы внешние стимуляторы; после прохождения точки рестрикции, однако, внешние стимуляторы уже не нужны, и клетка необратимо движется по клеточному циклу в направлении репликации ДНК. Дальнейшее продвижение регулируется внутриклеточными механизмами. Если удалить внеклеточные стимуляторы до наступления точки рестрикции, клетка может уйти в фазу покоя . В этом случае клетки «откатываются назад» по клеточному циклу, и им потребуется дополнительное время, чтобы после прохождения точки рестрикции вступить в S-фазу .

Механизм

Сигналы от внеклеточных факторов роста обрабатываются типичным образом. Фактор роста связывается с рецептором на поверхности клетки, и разнообразные каскады фосфорилирования приводят, в конечном счёте, к увеличению концентрации Ca ²⁺ в цитозоле и фосфорилированию белков. Количество фосфопротеинов также регулируется фосфатазами . В конце концов происходит активация транскрипции нескольких генов -мишеней. До наступления точки рестрикции клетки нуждаются во внеклеточных факторах роста, кроме того, им необходимо достаточное для быстрого синтеза белка количество питательных веществ. Кроме того, требуется накопление .

и (Cdk4 и Cdk6) связываются с циклином D, активируются Cdk-активирующими киназами и двигают клетку в направлении точки рестрикции. Циклин D, однако, имеет большую скорость кругооборота (время полураспада менее 25 минут). Именно из-за быстрого кругооборота циклина D клетки чрезвычайно чувствительны к митогенным сигналам, которые не только стимулируют образование циклина D в клетке, но и стабилизируют циклин D . Таким образом, циклин D выступает в роли сенсора митогенных сигналов .

Активные комплексы циклина D и Cdk фосфорилируют белок ретинобластомы (pRb) в ядре . Нефосфорилированный pRb выступает ингибитором продвижения по фазе G ₁ , предотвращая транскрипцию, опосредуемую . После фосфорилирования E2F стимулирует транскрипцию циклинов и . Начинает накапливаться активный комплекс циклин E-Cdk, который и завершает фосфорилирование pRb .

Рак

Рак можно рассматривать как нарушение нормальной работы точки рестрикции, потому что клетки ошибочно постоянно вступают в новый клеточный цикл, не уходя в фазу покоя G ₀ . Мутации в шагах клетки по клеточному циклу до точки рестрикции могут приводить к злокачественному перерождению. Наиболее часто такие мутации наблюдаются в генах, кодирующих Cdk и их ингибиторы (CKI). Слишком активные Cdk и слишком неактивные CKI снижают строгость прохождения точки рестрикции, позволяя клеткам избежать старения .

Точка рестрикции может быть важной для разработки новых противораковых препаратов . В нормальных физиологических условиях пролиферация всех клеток регулируется точкой рестрикции. Это обстоятельство можно использовать для защиты нераковых клеток от противораковой химиотерапии . Химиотерапевтические препараты обычно действуют на быстро пролиферирующие клетки. Используя препараты, блокирующие прохождение точки рестрикции, например, , можно предотвратить пролиферацию нормальных клеток и тем самым защитить их от пагубного действия химиотерапии .

Примечания