Τελόφαση

Η τελόφαση είναι το τελικό στάδιο τόσο στη μείωση όσο και στη μίτωση σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο. Κατά τη διάρκεια της τελόφασης, τα αποτελέσματα της πρόφασης και της προμετάφασης (ο πυρηνίσκος και η πυρηνική μεμβράνη αποσυντίθεται) αντιστρέφονται. Καθώς τα χρωμοσώματα φτάνουν στους κυτταρικούς πόλους, ένας πυρηνικός φάκελος επανασυντίθεται γύρω από κάθε σύνολο χρωματίδων, οι πυρηνίσκοι επανεμφανίζονται και τα χρωμοσώματα αρχίζουν να αποσυμπυκνώνονται πίσω στην διογκωμένη χρωματίνη που υπάρχει κατά τη μεσόφαση. Η μιτωτική άτρακτος αποδιοργανώνεται και οι υπόλοιποι μικροσωληνίσκοι της ατράκτου αποπολυμερίζονται. Η τελόφαση αντιπροσωπεύει περίπου το 2% της διάρκειας του κυτταρικού κύκλου.

Η κυτταροκίνηση ξεκινά τυπικά πριν από την όψιμη τελόφαση Reece, Jane; Urry, Lisa; Cain, Michael; Wasserman, Steven; Minorsky, Peter; Jackson, Robert (2011). Campbell Biology (10th ed.). Pearson. . και, όταν ολοκληρωθεί, διαχωρίζει τους δύο θυγατρικούς πυρήνες μεταξύ ενός ζεύγους ξεχωριστών θυγατρικών κυττάρων.

Η τελόφαση καθοδηγείται κυρίως από την αποφωσφορυλίωση μιτωτικών υποστρωμάτων κυκλινοεξαρτώμενης κινάσης (Cdk).

 Αποφωσφορυλίωση υποστρωμάτων Cdk 
Η φωσφορυλίωση των πρωτεϊνικών στόχων των M-Cdks (κινάσες που εξαρτώνται από τη μιτωτική κυκλίνη) οδηγεί στη συγκρότηση της ατράκτου, τη συμπύκνωση των χρωμοσωμάτων και τη διάσπαση του πυρηνικού φακέλου στην πρώιμη μίτωση. Η αποφωσφορυλίωση αυτών των ίδιων υποστρωμάτων οδηγεί στην αποσύνθεση της ατράκτου, την αποσυμπύκνωση των χρωμοσωμάτων και την αναμόρφωση των θυγατρικών πυρήνων στην τελόφαση. Η καθιέρωση ενός βαθμού αποφωσφορυλίωσης επιτρεπτού στα συμβάντα της τελόφασης απαιτεί τόσο την απενεργοποίηση των Cdks όσο και την ενεργοποίηση των φωσφατασών.

Η απενεργοποίηση του Cdk είναι κατά κύριο λόγο το αποτέλεσμα της καταστροφής της σχετικής κυκλίνης. Οι κυκλίνες στοχεύονται για πρωτεολυτική αποικοδόμηση από το σύμπλεγμα προαγωγής ανάφασης (Anaphase-promoting complex, APC), επίσης γνωστό ως κυκλόσωμα, μια λιγάση ουβικιτίνης. Το ενεργό, δεσμευμένο σε CDC20 APC (APC/CCDC20) στοχεύει τις μιτωτικές κυκλίνες για αποικοδόμηση ξεκινώντας από την ανάφαση. Η πειραματική προσθήκη μη αποικοδομήσιμης Μ-κυκλίνης σε κύτταρα διακόπτει τον κυτταρικό κύκλο σε κατάσταση που μοιάζει με μετα-ανάφαση/προτελόφαση με συμπυκνωμένα χρωμοσώματα διαχωρισμένα σε κυτταρικούς πόλους, άθικτη μιτωτική άτρακτο και χωρίς αναμόρφωση του πυρηνικού περιβλήματος. Αυτό έχει αποδειχθεί σε αυγά βατράχου (Xenopus), μύγες φρούτων (Drosophilla melanogaster), εκκολαπτόμενα (Saccharomyces cerevisiae), ζύμη σχάσης (Schizosaccharomyces pombe) και σε πολλαπλές ανθρώπινες κυτταρικές γραμμές.

Η απαίτηση για την ενεργοποίηση φωσφατάσης μπορεί να φανεί σε εκκολαπτόμενους ζυμομύκητες, οι οποίοι δεν έχουν περιττές φωσφατάσες για μιτωτική έξοδο και βασίζονται στη φωσφατάση cdc14. Ο αποκλεισμός της ενεργοποίησης του cdc14 σε αυτά τα κύτταρα έχει ως αποτέλεσμα την ίδια φαινοτυπική διακοπή με τον αποκλεισμό της αποικοδόμησης της Μ-κυκλίνης.

Ιστορικά, έχει θεωρηθεί ότι η ανάφαση και η τελόφαση είναι γεγονότα που συμβαίνουν παθητικά μετά την ικανοποίηση του σημείου ελέγχου σύνθεσης της ατράκτου (spindle-assembly checkpoint, SAC) που ορίζει τη μετάβαση μετάφαση-ανάφαση. Ωστόσο, η ύπαρξη διαφορικών φάσεων στη δραστηριότητα cdc14 μεταξύ ανάφασης και τελόφασης υποδηλώνει πρόσθετα, ανεξερεύνητα όψιμα μιτωτικά σημεία ελέγχου. Το Cdc14 ενεργοποιείται με την απελευθέρωσή του στον πυρήνα, από την απομόνωση στον πυρηνίσκο και την επακόλουθη εξαγωγή στο κυτταρόπλασμα. Η οδός πρώιμης απελευθέρωσης ανάφασης Cdc-14, που σταθεροποιεί την άτρακτο, απελευθερώνει επίσης το cdc14 από τον πυρηνίσκο, αλλά το περιορίζει στον πυρήνα. Η πλήρης απελευθέρωση και η διατήρηση της ενεργοποίησης του cdc14 επιτυγχάνεται μέσω της ξεχωριστής οδού Δικτύου μιτωτικής εξόδου (Mitotic Exit Network, MEN) σε επαρκή βαθμό (για να ενεργοποιηθεί η αποδιοργάνωση της ατράκτου και της διάταξης του πυρηνικού φακέλου) μόνο μετά την όψιμη ανάφαση.

Η αποφωσφορυλίωση με τη μεσολάβηση Cdc14 ενεργοποιεί στη συνέχεια ρυθμιστικές διεργασίες μοναδικές για την τελόφαση. Για παράδειγμα, η αποφωσφορυλίωση του γονιδίου CDH1 επιτρέπει στο APC/C να δεσμεύσει το CDH1. Το APC/CCDH1 στοχεύει το CDC20 για πρωτεόλυση, με αποτέλεσμα μια κυτταρική αλλαγή από APC/CCDC20 σε ενεργότητα APC/CCDH1 Η ουβικιτινοποίηση των μιτωτικών κυκλινών συνεχίζεται μαζί με αυτή των ειδικών στόχων για το APC/CCDH1 όπως το συστατικό μιτωτικής ατράκτου ζύμης, Ase1, και cdc5, η αποικοδόμηση των οποίων απαιτείται για την επιστροφή των κυττάρων στη φάση G1.

 Πρόσθετοι μηχανισμοί που οδηγούν την τελόφαση 
Μια μετατόπιση στην κατατομή (προφίλ) της φωσφοπρωτεΐνης ολόκληρου του κυττάρου είναι μόνο η ευρύτερη από πολλούς ρυθμιστικούς μηχανισμούς που συμβάλλουν στην έναρξη μεμονωμένων συμβάντων τελόφασης.
 Η μεσολαβούμενη από την ανάφαση απομάκρυνση των χρωμοσωμάτων από την πλάκα μετάφασης μπορεί να προκαλέσει χωρικές ενδείξεις για την έναρξη της τελόφασης.
 Ένας σημαντικός ρυθμιστής και τελεστής της τελόφασης είναι η cdc48 (ομόλογη με τη ζύμη cdc48 είναι ανθρώπινη p97, τόσο δομικά όσο και λειτουργικά), μια πρωτεΐνη που χρησιμοποιεί μηχανικά τη δράση της ATPάσης για να αλλάζει τη διαμόρφωση της πρωτεΐνης στόχου. Το Cdc48 είναι απαραίτητο για την αποσυναρμολόγηση της ατράκτου, τη συναρμολόγηση του πυρηνικού φακέλου και την αποσυμπύκνωση των χρωμοσωμάτων. Το Cdc48 τροποποιεί τις πρωτεΐνες που εμπλέκονται δομικά σε αυτές τις διεργασίες και επίσης ορισμένες πρωτεΐνες που έχουν υποστεί ουβικιτινοποίηση που στοχεύουν έτσι στο πρωτεάσωμα.

 Αποδιοργάνωση της μιτωτικής ατράκτου 

Το σπάσιμο της μιτωτικής ατράκτου, κοινό στην ολοκλήρωση της μίτωσης σε όλους τους ευκαρυώτες, είναι το συμβάν που χρησιμοποιείται συχνότερα για τον ορισμό της μετάβασης της ανάφασης-Β σε τελόφαση, αν και η έναρξη της πυρηνικής επανασύνθεσης τείνει να προηγείται αυτής της αποδιοργάνωσης της ατράκτου.

Η αποσύνθεση της ατράκτου είναι μια μη αναστρέψιμη διαδικασία που δεν πρέπει να έχει ως αποτέλεσμα την τελική υποβάθμιση, αλλά την αναδιοργάνωση των συστατικών μικροσωληνίσκων. Οι μικροσωληνίσκοι αποσπώνται από τους κινητοχώρους και το πολικό σώμα της ατράκτου και επιστρέφουν στις μεσοφασικές τους καταστάσεις.

Ο αποπολυμερισμός της ατράκτου κατά τη διάρκεια της τελόφασης λαμβάνει χώρα από το θετικό άκρο και είναι, με αυτόν τον τρόπο, μια αντιστροφή της σύνθεσης της ατράκτου. Η επακόλουθη συγκρότηση της διάταξης των μικροσωληνίσκων είναι, σε αντίθεση με αυτή της πολωμένης ατράκτου, διαπολική. Αυτό είναι ιδιαίτερα εμφανές σε ζωικά κύτταρα τα οποία πρέπει αμέσως, μετά την αποδιοργάνωση της μιτωτικής ατράκτου, να δημιουργήσουν την αντιπαράλληλη δέσμη μικροσωληνίσκων που είναι γνωστή ως κεντρική άτρακτος προκειμένου να ρυθμιστεί η κυτταροκίνηση. Η ATPάση p97 απαιτείται για τη δημιουργία της σχετικά σταθερής και μακράς μεσόφασης των συστοιχιών μικροσωληνίσκων μετά την αποσύνθεση των εξαιρετικά δυναμικών και σχετικά σύντομων μιτωτικών διαιρέσεων.

Ενώ η σύνθεση της ατράκτου έχει μελετηθεί καλά και έχει χαρακτηριστεί ως μια διαδικασία όπου οι δοκιμαστικές δομές επεξεργάζονται από το SAC, η μοριακή βάση της αποσύνθεσης της ατράκτου δεν είναι κατανοητή σε συγκρίσιμες λεπτομέρειες. Ο όψιμος μιτωτικός καταρράκτης αποφωσφορυλίωσης των υποστρωμάτων M-Cdk από το MEN θεωρείται ευρέως υπεύθυνος για την αποσύνθεση της ατράκτου. Οι καταστάσεις φωσφορυλίωσης των σταθεροποιητικών και αποσταθεροποιητικών παραγόντων των μικροσωληνίσκων, καθώς και οι πυρηνοποιητές μικροσωληνίσκων είναι βασικοί ρυθμιστές των δραστηριοτήτων τους. Για παράδειγμα, το NuMA είναι μια πρωτεΐνη σταυροσύνδεσης με το μείον άκρο και ένα υπόστρωμα Cdk του οποίου η διάσταση από τον μικροσωληνίσκο πραγματοποιείται από την αποφωσφορυλίωσή του κατά τη διάρκεια της τελόφασης.

Ένα γενικό μοντέλο για την αποδιοργάνωση της ατράκτου σε ζυμομύκητες είναι ότι οι τρεις λειτουργικά επικαλυπτόμενες υποδιεργασίες απεμπλοκής της ατράκτου, αποσταθεροποίησης και αποπολυμερισμού πραγματοποιούνται κυρίως από APC/CCDH1, κινάσες ειδικές για σταθεροποιητή μικροσωληνίσκων και αποπολυμεράσες μικροσωληνίσκων κατευθυνόμενες στο θετικό άκρο, αντίστοιχα. Αυτοί οι τελεστές είναι γνωστό ότι διατηρούνται σε μεγάλο βαθμό μεταξύ ζυμομυκήτων και ανώτερων ευκαρυωτών. Το APC/CCDH1 στοχεύει πρωτεΐνες που συνδέονται με μικροσωληνίσκους διασταυρούμενης σύνδεσης (NuMA, Ase1, Cin1 και άλλες). Η κινάση Aurora B (ζυμομύκητα IpI1) φωσφορυλιώνει τη σταθεροποιητική πρωτεΐνη που σχετίζεται με την άτρακτο EB1 (ζυμομύκητα Bim1), η οποία στη συνέχεια διαχωρίζεται από τους μικροσωληνίσκους και από τον αποσταθεροποιητή She1, ο οποίος στη συνέχεια συνδέεται με τους μικροσωληνίσκους. Κινεσίνη 8 (ζυμομύκητα Kip3), μια αποπολυμεράση εξαρτώμενη από ΑΤΡ, επιταχύνει τον αποπολυμερισμό των μικροσωληνίσκων στο θετικό άκρο. Φάνηκε ότι η ταυτόχρονη διαταραχή αυτών των μηχανισμών, αλλά όχι οποιουδήποτε, οδηγεί σε δραματική υπερσταθερότητα της ατράκτου κατά τη διάρκεια της τελόφασης, υποδηλώνοντας λειτουργική επικάλυψη παρά την ποικιλομορφία των μηχανισμών.

 Επανασύνθεση πυρηνικού φακέλου 
Τα κύρια συστατικά του πυρηνικού περιβλήματος είναι μια διπλή μεμβράνη, συμπλέγματα πυρηνικών πόρων και ένα πυρηνικό έλασμα μέσα στην εσωτερική πυρηνική μεμβράνη. Αυτά τα συστατικά αποδομούνται κατά τη διάρκεια της πρόφασης και της προμετάφασης και αναδομούνται κατά τη διάρκεια της τελόφασης, όταν ο πυρηνικός φάκελος αναμορφώνεται στην επιφάνεια των διαχωρισμένων αδελφών χρωματίδων. Η πυρηνική μεμβράνη κατακερματίζεται και απορροφάται εν μέρει από το ενδοπλασματικό δίκτυο κατά τη διάρκεια της προμετάφασης και η στόχευση της εσωτερικής πυρηνικής μεμβράνης που περιέχει τα κυστίδια της πρωτεΐνης ER στη χρωματίνη συμβαίνει κατά την τελόφαση σε αντιστροφή αυτής της διαδικασίας. Τα κυστίδια που σχηματίζουν μεμβράνη συσσωματώνονται απευθείας στην επιφάνεια της χρωματίνης, όπου συντήκονται πλευρικά σε μια συνεχή μεμβράνη.

Το Ran-GTP απαιτείται για την πρώιμη δόμηση του πυρηνικού φακέλου στην επιφάνεια των χρωμοσωμάτων: απελευθερώνει συστατικά του φακέλου που απομονώνονται από την ιμπορτίνη β κατά την πρώιμη μίτωση. Το Ran-GTP εντοπίζεται κοντά στα χρωμοσώματα κατά τη διάρκεια της μίτωσης, αλλά δεν πυροδοτεί τη διάσπαση των πρωτεϊνών του πυρηνικού φακέλου από την ιμορτίνη β έως ότου οι στόχοι M-Cdk αποφωσφορυλιωθούν στην τελόφαση. Αυτά τα συστατικά του φακέλου περιλαμβάνουν διάφορα συστατικά πυρηνικών πόρων, το πιο μελετημένο από τα οποία είναι η πρωτεΐνη ικριώματος πυρηνικών πόρων ELYS, η οποία μπορεί να αναγνωρίσει περιοχές DNA πλούσιες σε ζεύγη βάσεων A:T (in vitro) και επομένως μπορεί να συνδεθεί άμεσα στο DNA. Ωστόσο, πειράματα σε εκχυλίσματα αυγών "Xenopus" κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το ELYS αποτυγχάνει να συνδεθεί με γυμνό DNA και θα δεσμεύσει μόνο απευθείας διμερή ιστόνης και νουκλεοσώματα. Μετά τη σύνδεση με τη χρωματίνη, το ELYS στρατολογεί άλλα συστατικά του ικριώματος των πυρηνικών πόρων και τις διαμεμβρανικές πρωτεΐνες των πυρηνικών πόρων. Το σύμπλεγμα πυρηνικών πόρων συναρμολογείται και ενσωματώνεται στον πυρηνικό φάκελο με οργανωμένο τρόπο, προσθέτοντας διαδοχικά τα Nup107-160, POM121 και FG Nups.

Συζητείται εάν ο μηχανισμός της επαναδόμησης της πυρηνικής μεμβράνης περιλαμβάνει την αρχική δόμηση των πυρηνικών πόρων και την επακόλουθη στρατολόγηση κυστιδίων μεμβράνης γύρω από τους πόρους, ή εάν ο πυρηνικός φάκελος σχηματίζεται κυρίως από εκτεταμένες δεξαμενές ER, που προηγούνται της σύνθεσης των πυρηνικών πόρων:

 Σε κύτταρα όπου η πυρηνική μεμβράνη διασπάται σε κυστίδια που δεν είναι ER κατά τη μίτωση, μια εξαρτώμενη οδός από το Ran-GTP μπορεί να κατευθύνει αυτούς τους διακριτούς πληθυσμούς κυστιδίων στη χρωματίνη, όπου συντήκονται για να αναμορφώσουν τον πυρηνικό φάκελο.
 Σε κύτταρα όπου η πυρηνική μεμβράνη απορροφάται στο ενδοπλασματικό δίκτυο κατά τη διάρκεια της μίτωσης, η επαναδόμηση περιλαμβάνει την πλευρική διαστολή γύρω από τη χρωματίνη με σταθεροποίηση της διαστελλόμενης μεμβράνης πάνω από την επιφάνεια της χρωματίνης. Μελέτες που υποστηρίζουν ότι αυτός ο μηχανισμός αποτελεί προϋπόθεση για το σχηματισμό πυρηνικών πόρων έχουν βρει ότι τα σύμπλοκα Nup107-160 που σχετίζονται με γυμνή χρωματίνη υπάρχουν σε μεμονωμένες μονάδες αντί ως δομημένοι προπόροι.

Ο φάκελος μαλακώνει και διαστέλλεται ακολουθώντας το περίβλημά του ολόκληρου του χρωματιδικού συνόλου. Αυτό πιθανώς συμβαίνει λόγω της εισαγωγής λαμίνης από τους πυρηνικούς πόρους, η οποία μπορεί να διατηρηθεί σε μια συνεχή μεμβράνη. Οι πυρηνικοί φάκελοι των εκχυλισμάτων αυγού Xenopus απέτυχαν να εξομαλυνθούν όταν η πυρηνική εισαγωγή λαμίνης παρεμποδίστηκε, παραμένοντας ζαρωμένοι και στενά συνδεδεμένοι με συμπυκνωμένα χρωμοσώματα.. Ωστόσο, στην περίπτωση της πλευρικής επέκτασης του ER, η πυρηνική εισαγωγή ξεκινά πριν από την ολοκλήρωση της επαναδόμησηςτου πυρηνικού φακέλου, οδηγώντας σε μια προσωρινή κλίση ενδοπυρηνικής πρωτεΐνης μεταξύ της άπω και της μεσαίας όψης του σχηματιζόμενου πυρήνα.

Οι υπομονάδες λαμίνης που αποδομούνται στην πρόφαση αδρανοποιούνται και απομονώνονται κατά τη μίτωση. Η επαναδόμηση του ελάσματος ενεργοποιείται με αποφωσφορυλίωση λαμίνης (και επιπλέον με μεθυλ-εστεροποίηση υπολειμμάτων COOH σε λαμίνη-Β). Η λαμίνη B μπορεί να στοχεύσει τη χρωματίνη ήδη από τα μέσα της ανάφασης. Κατά τη διάρκεια της τελόφασης, όταν αποκαθίσταται η πυρηνική εισαγωγή, η λαμίνη A εισέρχεται στον αναμορφωτικό πυρήνα αλλά συνεχίζει να συνθέτεται αργά στο περιφερειακό έλασμα για αρκετές ώρες σε όλη τη φάση G1.

Τα εκχυλίσματα αυγών "Xenopus" και οι ανθρώπινες καρκινικές κυτταρικές σειρές ήταν τα κύρια μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της επαναδόμησης του πυρηνικού φακέλου.

Στη ζύμη λείπουν οι λαμίνες. Ο πυρηνικός τους φάκελος παραμένει άθικτος καθ' όλη τη διάρκεια της μίτωσης και η πυρηνική διαίρεση συμβαίνει κατά τη διάρκεια της κυτταροκίνησης. 

 Αποσυμπύκνωση χρωμοσωμάτων 
Η αποσυμπύκνωση των χρωμοσωμάτων (γνωστή και ως χαλάρωση ή αποσυμπίεση) σε διογκωμένη χρωματίνη είναι απαραίτητη για την επανέναρξη των διαδικασιών μεσόφασης του κυττάρου και συμβαίνει παράλληλα με τη δόμηση του πυρηνικού φακέλου κατά τη διάρκεια της τελόφασης σε πολλούς ευκαρυώτες. Η αποφωσφορυλίωση Cdk με τη μεσολάβηση MEN είναι απαραίτητη για την αποσυμπύκνωση των χρωμοσωμάτων.

Στα σπονδυλωτά, η αποσυμπύκνωση των χρωμοσωμάτων ξεκινά μόνο αφού αποκατασταθεί η πυρηνική εισαγωγή. Εάν αποτραπεί η μεταφορά λαμίνης μέσω των πυρηνικών πόρων, τα χρωμοσώματα παραμένουν συμπυκνωμένα μετά την κυτταροκίνηση και τα κύτταρα αποτυγχάνουν να εισέλθουν ξανά στην επόμενη φάση S. Στα θηλαστικά, η αδειοδότηση DNA για τη φάση S (η συσχέτιση της χρωματίνης με τους πολλαπλούς πρωτεϊνικούς παράγοντες που είναι απαραίτητοι για την αντιγραφή της) συμβαίνει επίσης συμπτωτικά με την ωρίμανση του πυρηνικού φακέλου κατά την όψιμη τελόφαση. Αυτό μπορεί να αποδοθεί και παρέχει στοιχεία για την επανεγκατάσταση από τον μηχανισμό πυρηνικής εισαγωγής εντοπισμών πυρηνικών και κυτταροπλασματικών πρωτεϊνών μεσόφασης κατά τη διάρκεια της τελόφασης.

 Παραπομπές 

Κατηγορία:Μίτωση
Κατηγορία:Μείωση