ZNAJDŹ ARTYKUŁ

Volume: 
Issue: 
1
Date of issue: 

Wiele programów badawczych koncentruje się na poznaniu mechanizmu działania wewnętrznego punktu kontrolnego fazy S, który nadzoruje zarówno procesy związane z częstością inicjacji replikacji DNA (gęstość regionów origin), jak i z ruchem widełek replikacyjnych (tempo elongacji). Tempo replikacji maleje w odpowiedzi na działanie hydroksymocznika, afidikoliny lub czynników uszkadzających DNA. Zmniejszenie szybkości replikacji jest spowodowane zaktywowaniem szlaków biochemicznych związanych z wewnętrznym punktem kontrolnym fazy S. Funkcją wewnętrznego punktu kontrolnego fazy S jest: (1) spowalnianie tempa lub blokowanie ruchu widełek replikacyjnych, (2) zapobieganie przedwczesnemu uruchamianiu późnych origin, (3) inicjowanie szlaków sygnałowych związanych z odpowiedzią na wystąpienie defektów strukturalnych DNA, w celu uniemożliwienia replikacji uszkodzonych cząsteczek DNA, a także (4) opóźnianie wejścia w mitozę, do momentu zaprzestania działania bodźca stresowego. W pracy przedstawiono najnowsze informacje dotyczące kinaz białkowych ATR, ATM, Chk1 i Chk2 zaangażowanych w kontrolę fazy S, opisano aktualny stan wiedzy o pozostałych białkach uczestniczących w reakcjach związanych z odpowiedzią na stres replikacyjny oraz dodatkowo podjęto próbę wyjaśnienia ich wzajemnych korelacji. Kinazy białkowe ATM i ATR należą do rodziny kinaz 3-fosfatydyloinozytolu. Pomimo wykazania istotnej roli, jaką pełnią kinazy ATM i ATR w szlakach sygnałowych cyklu komórkowego, nadal niewiele wiadomo o mechanizmach aktywacji tych kinaz. Ufosforylowane kinazy ATM i ATR, aktywują podległe im białka docelowe (kinazy Chk2 i Chk1) poprzez ich fosforylowanie na resztach serynowych i treoninowych. Dwuniciowe pęknięcia DNA aktywują kinazę ATM, która fosforyluje na N-końcu podległą jej kinazę Chk2 (Thr68). Fosforylacja treoniny 68 jest warunkiem niezbędnym do pełnego zaktywowania kinazy Chk2, które przypisywane jest procesowi jej autofosforylacji, dokonywanej na treoninach 383 i 387. Kinaza ATR jest aktywowana w odpowiedzi na stres replikacyjny lub uszkodzenia DNA wywołane wpływem promieniowania UV. Po zaktywowaniu, dokonuje fosforylacji kinazy Chk1 na resztach serynowych: Ser317 i Ser345. Fosforylacja seryny 345 wzmaga szybkie lokalizowanie kinazy Chk1 na obszarze jądra komórkowego, podczas aktywacji punktu kontrolnego. Stan ufosforylowania seryny 317 gwarantuje zablokowanie przejścia S?G2 i zapobiega wchodzeniu w mitozę, w warunkach zaburzonego przebiegu replikacji DNA. W niektórych sytuacjach, warunkowanych rodzajem działającego bodźca stresowego, kinazy ensoryczne ATM i ATR mogą fosforylować wspólne białka docelowe. Ufosforylowana aktywująco kinaza Chk1 oddaje grupy fosforanowe fosfatazom białkowym Cdc25A-C, co prowadzi do zablokowania kinaz Cdk1 i Cdk2, a w konsekwencji do zatrzymania przebiegu cyklu komórkowego. Kinaza Chk1 może także stabilizować widełki replikacyjne, prawdopodobnie poprzez nakierowywanie białek Cdc6 i MCM2-7 oraz – po ustąpieniu działania bodźca stresowego – ponownie je uruchamiać. Funkcjonalna zmienność białek tworzących oś ATM/ATR-Chk2/Chk1-Cdc25/Cdk stanowi molekularny fundament wewnętrznego punktu kontrolnego fazy S. Substratem podległym kinazie ATR jest także histon H2AX, fosforylowany na serynie 139. Po wystąpieniu w DNA uszkodzeń typu dwuniciowych pęknięć, liczne cząsteczki histonów H2AX, ufosforylowanych na Ser139, gromadzone są w miejscach uszkodzenia, tworząc wewnątrzjądrowe foci. Większość fluoryzujących ognisk jest rozproszona po całym obszarze nukleoplazmy, jednak największe z nich związane są zazwyczaj z obszarami heterochromatyny okołojąderkowej. Ufosforylowana postać histonu H2AX tworzy platformę, dzięki której do miejsc uszkodzenia nakierowywane są czynniki naprawcze i białka sygnałowe. W artykule opisano także konsekwencje przełamywania funkcji wewnętrznego punktu kontrolnego fazy S i ominięcia zależności S-M oraz wynikającą z tego indukcję przedwczesnej kondensacji chromosomów. Poza licznymi mutacjami, które eliminują poszczególne elementy składowe szlaku biochemicznego związanego z wewnętrznym punktem kontrolnym fazy S, system ten może być zaburzony także poprzez oddziaływanie wielu czynników chemicznych. Należy do nich kofeina, która przełamuje zależność S-M i prowadzi do indukcji PCC w tych komórkach, które nie są przygotowane do wejścia w mitozę, z powodu niezakończenia fazy S i poreplikacyjnych procesów naprawczych w fazie G2. Komórki zablokowane w przebiegu fazy S, a następnie poddane działaniu kofeiny, inicjują aberracyjne podziały mitotyczne. W komórkach takich obserwujemy wystąpienie ubytków i przerw w ciągłości chromosomów, zagubienie w płaszczyźnie równikowej chromosomów acentrycznych i fragmentów chromatyd oraz formowanie się mostków chromosomowych i mikrojąder. Wynika z tego nowe pojmowanie funkcji wewnętrznego punktu kontrolnego fazy S: jako ściśle oddziałującego na późniejsze formowanie struktur wyższego rzędu: chromosomów metafazowych, a tym samym zapewniającego równocenne rozdzielenie DNA do dwóch jąder siostrzanych. Zjawisko przedwczesnej mitozy stanowi nie tylko istotny problem podstawowy biologii cyklu komórkowego, ale także zagadnienie ważne ze względu na potencjalne zastosowania medyczne. Metody radio- i chemioterapii stosowane w leczeniu chorób nowotworowych prowadzą do rozległych uszkodzeń DNA, wstrzymujących proces replikacji materiału genetycznego. Zdaniem wielu badaczy, nasilenie oddziaływania terapeutycznego wynikać może z pobudzenia tych mechanizmów biochemicznych, które omijając działanie wewnętrznego punktu kontrolnego fazy S, wywoływać będą przedwczesną kondensację chromosomów.

Author of the article: 
Download the article: 

Redakcja
Andrzej ŁUKASZYK – przewodniczący, Szczepan BILIŃSKI,
Mieczysław CHORĄŻY, Włodzimierz KOROHODA,
Leszek KUŹNICKI, Lech WOJTCZAK

Adres redakcji:
Katedra i Zakład Histologii i Embriologii Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu, ul. Święcickiego 6, 60-781 Poznań, tel. +48 61 8546453, fax. +48 61 8546440, email: mnowicki@ump.edu.pl

PBK Postępby biologi komórki