Kontrolna tačka ćelijskog ciklusa

[thumb| Koraci ćelijskog ciklusa. Tačka ograničenja se javlja između G1 i međufaze S faze. G2-M kontrolna tačka se javlja između G2 i M faze. Kontrolna tačka vretena se javlja tokom M faze. Prikazani su ključni [ciklini povezani sa svakom fazom.]]
**Kontrolne tačke ćelijskog ciklusa** su kontrolni mehanizmi u eukariotskom ćelijskom ciklusu koji osiguravaju njegovo pravilno napredovanje. Svaka kontrolna tačka služi kao potencijalna završna tačka tokom ćelijskog ciklusa, kada se procenjuju uslovi ćelije, pri čemu se progresija kroz različite faze ćelijskog ciklusa dešava samo kada su ispunjeni povoljni uslovi. Postoji mnogo kontrolnih tačaka u ćelijskom ciklusu, ali tri glavne su: G1 kontrolna tačka, takođe poznata kao Start ili restrikcijska kontrolna tačka ili glavna kontrolna tačka; G2/M kontrolna tačka i prijelaz iz metafaze u anafazu, također poznat kao vretenska kontrolna tačka. Progresija kroz ove kontrolne tačke je uglavnom određena aktivacijom ciklin-zavisne kinaze regulatornim proteinskim podjedinicama zvanim ciklini, čiji se različiti oblici proizvode u svakoj fazi ćelijskog ciklusa za kontrolu specifičnih događaja koji se tamo dešavaju.

## G1 (restrikcijsla) kontrolna tačka 
Kontrolna tačka G1, poznata i kao restrikciona tačka u ćelijama sisara i početna tačka u kvascu, je tačka u kojoj se ćelija obavezuje da uđe u ćelijski ciklus. Kako ćelija napreduje kroz G1, ovisno o unutrašnjim i vanjskim uvjetima, može ili odgoditi G1, ući u stanje mirovanja poznato kao G0, ili nastaviti dalje od  restrikcijske tačke.Oštećenje DNK je glavna indikacija da se ćelija "ograniči" i da ne ulazi u ćelijski ciklus. Odluka da se posveti novom krugu ćelijske diobe događa se kada ćelija aktivira transkripciju zavisnu od ciklina-CDK koja promovira ulazak u S fazu. Ova kontrolna tačka osigurava dalji proces.

Tokom rane G1, postoje tri represora transkripcije, poznata kao džepni proteini, koji se vezuju za faktore transkripcije E2F. Porodica E2F gena je grupa faktora transkripcije koji ciljaju mnoge gene koji su važni za kontrolu ćelijskog ciklusa, uključujući cikline, CDK, regulatore kontrolnih tačaka i proteine za popravak DNK. Pogrešna regulacija porodice E2F se često nalazi u slučajevima raka, pružajući dokaz da je porodica E2F neophodna za čvrstu regulaciju replikacije i diobe DNK. Tri džepna proteina su retinoblastom ( Rb), p107 i p130, koji se vezuju za faktore transkripcije E2F, kako bi spriječili progresiju preko G1 kontrolne tačke.

Porodica gena E2F kodira neke proteine sa aktivatorskim mehanizmima i neke proteine sa represivnim mehanizmima. P107 i p130 djeluju kao korepresori za E2F 4 i E2F 5, radeći na potiskivanju transkripcijskih faktora koji promovišu G1-to-S. Treći džepni protein, Rb, vezuje se i potiskuje E2F 1, E2F 2 i E2F 3, koji su E2F proteini sa aktivacijskim sposobnostima.

Pozitivna povratna sprega ima esencijalnu ulogu u regulaciji progresije od G1 do S faze, posebno uključujući fosforilaciju Rb kompleksom ciklin/CDK proteina. Rb bez fosfata, ili nefosforilirani Rb, reguliše izlazak i diferencijaciju G0 ćelijskog ciklusa. Tokom početka G1 faze, faktori rasta i oštećenje DNK signaliziraju porast nivoa ciklina D, koji se zatim vezuje za Cdk4 i Cdk6 i formira kompleks ciklinD:Cdk4/6. Poznato je da ovaj kompleks inaktivira Rb fosforilacijom. Međutim, detalji fosforilacije Rb prilično su složeni i specifični u poređenju sa prethodnim saznanjima o G1 kontrolnoj tački. CiklinD:Cdk4/6 postavlja samo jedan fosfat, ili monofosforilate, Rb na jedno od svojih četrnaest pristupačnih i jedinstvenih mjesta fosforilacije. Svaka od četrnaest specifičnih monofosforiliranih izoformi ima različitu preferenciju vezanja za članove porodice E2F, što vjerovatno doprinosi raznolikosti ćelijskih procesa u tijelu sisara. Ciklin E:Cdk2 nastavlja da fosforilira Rb na svim njegovim mestima fosforilacije, koji se takođe nazivaju “hiper-fosforilat”, što osigurava potpunu inaktivaciju Rb. Hiperfosforilacija Rb se smatra kasnom G1 restrikcijskom tačkom, nakon koje ćelija ne može da ide unazad u ćelijskom ciklusu. U ovom trenutku, E2F 1-3 proteini se vezuju za DNK i transkribiraju  ciklin A i Cdc 6. Recently, some aspects of this model have been disputed.

## Kontrolna tačka G2 
thumb|441x441px|Koncentracija mitotskog ciklina pokazuje histerezu i bistabilnost u odnosu na aktivaciju Cdk1
Nakon replikacije DNK u S fazi, ćelija prolazi kroz fazu rasta poznatu kao G2. Za to vrijeme se proizvode neophodni mitotski proteini i ćelija je još jednom podvrgnuta regulatornim mehanizmima, kako bi se osigurao odgovarajući status za ulazak u proliferativnu mitotsku (M) fazu. Više mehaničkih kontrolnih tačaka uključeno je u ovu tranziciju iz G2 u M, sa zajedničkim faktorom ujedinjavanja aktivnosti ciklin-Cdk.

Iako postoje varijacije u potrebnim kompleksima ciklin-Cdk među organizmima, neophodnost aktivnosti kinaze je konzervirana i tipski se fokusira na jedno uparivanje. U fisijskom kvascu  (‘’Sacharomyces pombae) postoje tri različita oblika mitotskog ciklina, a šest u pupajućem  kvascu  (Sacharomyces c erevu+isiae, ali primarni ciklin koji se koristi je ciklin B. Ciklina B će poslužiti kao referenca za diskusiju o tranziciji G2/M kontrolne tačke.

Slično S fazi, G2 doživljava kontrolnu tačku oštećenja DNK. Ćelija se još jednom ispituje na mjesta oštećenja DNK ili nepotpune replikacije, a kinaze ATR i ATM se regrutuju za mjesta oštećenja. Aktivacija Chk1 i Chk2 se također odvija, kao i aktivacija p53, da izazove zaustavljanje ćelijskog ciklusa i zaustavljanje progresije u mitozu. Dodatna komponenta S faze, prereplikacijski kompleks, mora biti inaktivirana fosforilacijama ciklina B-Cdk1.

Kako se procjenjuju ove prethodne kontrolne tačke, akumulacija G2 proteina služi za aktiviranje aktivnosti ciklinB-Cdk1 putem više mehanizama. CiklinA-Cdk2 aktivira Cdc25, aktivator ciklinB-Cdk1, koji zatim deaktivira ciklinB-Cdk1 inhibitor, Wee1. Ovo rezultira pozitivnom povratnom spregom, značajno povećavajući ekspresiju ciklinaB i aktivaciju Cdk1. Kako ćelija napreduje kroz G2 i dostiže G2/M tranziciju, kinaza Plk1 fosforilira Wee1, koji cilja na Wee1 radi razgradnje preko kompleksa SCF ubikvitin-ligaza. Dodatna funkcija Plk1 je aktiviranje Cdc25 putem fosforilacije. Kombinovani efekat degradacije Wee1 i aktivacije Cdc25 je neto uklanjanje inhibitorne fosforilacije iz cdc2, koja aktivira cdc2. Plk1 se aktivira na tranziciji G2/M od strane aurore A i bore, koje se akumuliraju tokom G2 i formiraju aktivacijski kompleks. Kompleks Plk1-Cdc2-cdc25 tada pokreće pozitivnu povratnu petlju koja služi za daljnju aktivaciju Cdc2, a u kombinaciji s povećanjem nivoa ciklina B tokom G2, rezultirajući cdc2-ciklin B kompleksi zatim aktiviraju nizvodne ciljeve koji podstiču ulazak u mitozu. The resultant Cdk1 activity also activates expression of Mem1-Fkh, a G2/M transition gene. Brzi porast aktivnosti ciklinB-Cdk1 je neophodan, jer je inicijacija M faze događaj sve ili ništa koji uključuje histerezu. Histereza aktivnosti Cdk1 preko ciklina B pokreće ulazak u M fazu, uspostavljanjem minimalnog praga koncentracije ciklina B. Ovo postoji na nivou višem od minimuma potrebnog za nastavak M faze nakon ulaska, djelujući kako bi se zaštitio princip sve ili ništa. Ova ulazna koncentracija se dodatno povećava u slučaju nepotpunih replikacija DNK, dodajući još jedan regulatorni mehanizam na prelaznoj tački G2/M. Prisustvo histereze omogućava da ulazak u M fazu bude visoko reguliran kao funkcija aktivnosti ciklinB-Cdk1.

Mehanizmi pomoću kojih se sprečava ulazak mitoze kao odgovor na oštećenje DNK slični su onima u G1/S kontrolnoj tački. Oštećenje DNK pokreće aktivaciju gore pomenutog ATM/ATR puta, u kojem ATM/ATR fosforilira i aktivira kinaze kontrolne tačke Chk1/Chk2. Chk1/2 fosforilira cdc25 koji, osim što je inhibiran, također se sekvestrira u citoplazmi od strane 14-3-3 proteina. 14-3-3 su regulirani p53, koji se, kao što je ranije spomenuto, aktivira Chk1 i ATM/ATR. p53 također transaktivira p21, a i p21 i 14-3-3 zauzvrat inhibiraju ciklin B-cdc2 komplekse kroz fosforilaciju i citoplazmatsko sekvestriranje cdc2. Osim toga, inaktivacija cdc25 rezultira njegovom nesposobnošću da defosforilira i aktivira cdc2. Finally, another mechanism of damage response is through the negative regulation of Plk1 by ATM/ATR, which in turn results in the stabilization of Wee1 and Myt1, which can then phosphorylate and inhibit cdc2, thus keeping the cell arrested in G2 until the damage is fixed.

## Metafazna komntrolna tačka  
Kontrolna tačka mitotskog vretena javlja se na tački u metafazi, gdje su svi hromosomi trebali da se poravnaju na mitotskoj ploči i da su pod bipolarnom tenzijom. Napetost koju stvara ova bipolarna vezanost je ono što se osjeća, što inicira ulazak u anafazu. Da bi se to postiglo, senzorski mehanizam osigurava da kompleks koji promovra anafazu (APC/C) više nije inhibiran, koji sada može slobodno razgraditi ciklin B, koji sadrži D-kutiju (kutiju za uništavanje ), i razbiti sekurin. Potonji je protein čija je funkcija da inhibira separazu, koja zauzvrat siječe kohezine, proteinski kompozit odgovoran za koheziju sestrinskih hromatida. Jednom kada se ovaj inhibitorni protein razgradi ubikvitinacijom i naknadnom proteolizom, separaza tada uzrokuje odvajanje sestrinske hromatide. Nakon što se ćelija podijeli na svoje dvije kćerke ćelije, ćelija ulazi u G1.

## Također pogledajte
* Biohemijski prekidači u ćelijskom ciklusu
* Analiza ćelijskog ciklusa
* G2-M kontrolna tačka oštećenja DNK
* Ćelijski ciklus
* Kontrolna tačka mejotske rekombinacije

## Reference 
## Vanjski linkovi
Kategorija:Ćelijski ciklus