Κυτταρικός κύκλος

Ο **κυτταρικός κύκλος**, ή **κυτταρικός κύκλος διαίρεσης**, είναι η σειρά γεγονότων που λαμβάνουν χώρα σε ένα κύτταρο που το αναγκάζουν να διαιρεθεί σε δύο θυγατρικά κύτταρα. Αυτά τα συμβάντα περιλαμβάνουν τον διπλασιασμό του DNA του (αντιγραφή του DNA) και μερικών από τα οργανίδιά του, και στη συνέχεια τον καταμερισμό του κυτταροπλάσματος, των χρωμοσωμάτων και άλλων συστατικών του σε δύο θυγατρικά κύτταρα με μια διαδικασία που ονομάζεται κυτταρική διαίρεση.

Στα ευκαρυωτικά κύτταρα (που έχουν έναν κυτταρικό πυρήνα) που περιλαμβάνει ζωικά, φυτικά, μυκητιακά κύτταρα, καθώς και κύτταρα πρωτίστων, ο κυτταρικός κύκλος χωρίζεται σε δύο κύρια στάδια: μεσόφαση και μίτωση στη φάση Μ που περιλαμβάνει επίσης την κυτταροκίνηση. Κατά τη διάρκεια της μεσόφασης, το κύτταρο αναπτύσσεται, συσσωρεύει θρεπτικά συστατικά που απαιτούνται για τη μίτωση και αντιγράφει το DNA του και ορισμένα από τα οργανίδια του. Κατά τη φάση Μ, τα αντιγραφόμενα χρωμοσώματα, τα οργανίδια και το κυτταρόπλασμα διαχωρίζονται σε δύο νέα θυγατρικά κύτταρα. Για να διασφαλιστεί η σωστή αναπαραγωγή των κυτταρικών στοιχείων και η διαίρεση, υπάρχουν μηχανισμοί ελέγχου γνωστοί ως σημεία ελέγχου κυτταρικού κύκλου μετά από κάθε ένα από τα βασικά βήματα του κύκλου που καθορίζουν εάν το κύτταρο μπορεί να προχωρήσει στην επόμενη φάση.

Σε κύτταρα χωρίς πυρήνες τα προκαρυωτικά, βακτήρια και αρχαία, ο κυτταρικός κύκλος χωρίζεται στις περιόδους B, C και D. Η περίοδος Β εκτείνεται από το τέλος της κυτταρικής διαίρεσης έως την έναρξη της αντιγραφής του DNA. Η αντιγραφή του DNA λαμβάνει χώρα κατά την περίοδο C. Η περίοδος D αναφέρεται στο στάδιο μεταξύ του τέλους της αντιγραφής του DNA και της διάσπασης του βακτηριακού κυττάρου σε δύο θυγατρικά κύτταρα.

Στους μονοκύτταρους οργανισμούς, ένας μόνο κύκλος κυτταρικής διαίρεσης είναι ο τρόπος με τον οποίο ο οργανισμός αναπαράγει τον εαυτό του. Σε πολυκύτταρους οργανισμούς όπως τα φυτά και τα ζώα, μια σειρά κύκλων κυτταρικής διαίρεσης είναι ο τρόπος με τον οποίο ο οργανισμός εξελίσσεται από ένα μονοκύτταρο ζυγωτό σε έναν ώριμο οργανισμό, και είναι επίσης η διαδικασία με την οποία τρίχες, δέρμα, αιμοσφαίρια και μερικά εσωτερικά όργανα είναι αναγεννημένα και θεραπευμένα (με πιθανή εξαίρεση των νεύρων). Μετά την κυτταρική διαίρεση, καθένα από τα θυγατρικά κύτταρα ξεκινά τη μεσόφαση ενός νέου κυτταρικού κύκλου. Αν και τα διάφορα στάδια της μεσόφασης συνήθως δεν διακρίνονται μορφολογικά, κάθε φάση του κυτταρικού κύκλου έχει ένα ξεχωριστό σύνολο εξειδικευμένων βιοχημικών διεργασιών που προετοιμάζουν το κύτταρο για την έναρξη της κυτταρικής διαίρεσης.

## Φάσεις

Ο κύκλος των ευκαρυωτικών κυττάρων αποτελείται από τέσσερις διακριτές φάσεις: G1 φάση, φάση S (σύνθεση), G2 φάση (συλλογικά γνωστά ως μεσόφαση) και φάση Μ (μίτωση και κυτταροκίνηση). Η φάση Μ αποτελείται από δύο στενά συνδεδεμένες διεργασίες: μίτωση, στην οποία ο πυρήνας του κυττάρου διαιρείται και κυτταροκίνηση, στην οποία το κυτταρόπλασμα του κυττάρου διαιρείται σχηματίζοντας δύο θυγατρικά κύτταρα. Η ενεργοποίηση κάθε φάσης εξαρτάται από τη σωστή εξέλιξη και ολοκλήρωση της προηγούμενης. Τα κύτταρα που έχουν σταματήσει προσωρινά ή αναστρέψιμα να διαιρούνται λέγεται ότι έχουν εισέλθει σε μια κατάσταση ηρεμίας που ονομάζεται φάση G0.

Μετά την κυτταρική διαίρεση, καθένα από τα θυγατρικά κύτταρα ξεκινά τη μεσόφαση ενός νέου κύκλου. Αν και τα διάφορα στάδια της μεσόφασης συνήθως δεν διακρίνονται μορφολογικά, κάθε φάση του κυτταρικού κύκλου έχει ένα ξεχωριστό σύνολο εξειδικευμένων βιοχημικών διεργασιών που προετοιμάζουν το κύτταρο για την έναρξη της κυτταρικής διαίρεσης.

### Φάση G<sub>0</sub> (ηρεμία)

G0 είναι μια φάση ηρεμίας όπου το κύτταρο έχει εγκαταλείψει τον κύκλο και έχει σταματήσει να διαιρείται. Ο κυτταρικός κύκλος ξεκινά με αυτή τη φάση. Τα μη πολλαπλασιαστικά (μη διαιρούμενα) κύτταρα σε πολυκύτταρα ευκαρυωτικά κύτταρα εισέρχονται γενικά στην ηρεμία 
Κατάσταση G0 από το G1 και μπορεί να παραμείνει σε ηρεμία για μεγάλα χρονικά διαστήματα, πιθανώς επ' αόριστον (όπως συμβαίνει συχνά με νευρώνες). Αυτό είναι πολύ κοινό για κύτταρα που είναι πλήρως διαφοροποιημένα. Ορισμένα κύτταρα εισέρχονται στη φάση G0 ημιμόνιμα και θεωρούνται μεταμιτωτικά, π.χ. ορισμένα κύτταρα του ήπατος, των νεφρών και του στομάχου. Πολλά κύτταρα δεν εισέρχονται στο G0 και συνεχίζουν να διαιρούνται σε όλη τη διάρκεια της ζωής ενός οργανισμού, π.χ. επιθηλιακά κύτταρα.

Η λέξη "μεταμιτωτικό" χρησιμοποιείται μερικές φορές για να αναφέρεται και στα κύτταρα σε ηρεμία και σε γήρανση. Η κυτταρική γήρανση εμφανίζεται ως απόκριση σε βλάβη του DNA και εξωτερική πίεση και συνήθως συνιστά διακοπή στο G1. Η κυτταρική γήρανση μπορεί να κάνει τους απογόνους ενός κυττάρου μη βιώσιμους· είναι συχνά μια βιοχημική εναλλακτική στην αυτοκαταστροφή ενός τόσο κατεστραμμένου κυττάρου από απόπτωση.

### Μεσόφαση

Η μεσόφαση αντιπροσωπεύει τη φάση μεταξύ δύο διαδοχικών φάσεων Μ. Η μεσόφαση είναι μια σειρά αλλαγών που λαμβάνει χώρα σε ένα νεοσχηματισμένο κύτταρο και στον πυρήνα του πριν γίνει ξανά ικανό για διαίρεση. Ονομάζεται επίσης προπαρασκευαστική φάση ή ενδομίτωση. Τυπικά η μεσόφαση διαρκεί τουλάχιστον για το 91% του συνολικού χρόνου που απαιτείται για τον κυτταρικό κύκλο.

Η μεσόφαση προχωρά σε τρία στάδια, G1, S και G2, ακολουθούμενα από τον κύκλο της μίτωσης και της κυτταροκίνησης. Τα περιεχόμενα του πυρηνικού DNA του κυττάρου διπλασιάζονται κατά τη φάση S.

#### Φάση G<sub>1</sub> (πρώτη φάση ανάπτυξης ή φάση μεταμιτωτικού κενού)

Η πρώτη φάση της μετάφασης, από το τέλος της προηγούμενης φάσης Μ έως την έναρξη της σύνθεσης του DNA, ονομάζεται G1 (Το G υποδεικνύει *κενό*). Ονομάζεται επίσης φάση ανάπτυξης. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, οι βιοσυνθετικές δραστηριότητες του κυττάρου, οι οποίες επιβραδύνονται σημαντικά κατά τη φάση Μ, επανέρχονται με υψηλό ρυθμό. Η διάρκεια του G1 είναι πολύ μεταβλητή, ακόμη και μεταξύ διαφορετικών κυττάρων του ίδιου είδους. Σε αυτήν τη φάση, το κύτταρο αυξάνει την προσφορά του σε πρωτεΐνες, αυξάνει τον αριθμό των οργανιδίων (όπως μιτοχόνδρια, ριβοσώματα) και μεγαλώνει σε μέγεθος. Στη φάση G1, ένα κύτταρο έχει τρεις επιλογές.
* Να συνεχίσει τον κυτταρικό κύκλο και να εισέλθει στη φάση S
* Να διακόψει τον κυτταρικό κύκλο και εισέλθει στη φάση G0 για να υποβληθεί σε διαφοροποίηση.
* Να συλληφθεί στη φάση G1, επομένως μπορεί να εισέλθει στη φάση G0 ή να εισέλθει ξανά στον κυτταρικό κύκλο
Το αποφασιστικό σημείο ονομάζεται σημείο ελέγχου. Αυτό το σημείο ελέγχου ονομάζεται σημείο περιορισμού ή έναρξη και ρυθμίζεται από κυκλίνες G1/S, οι οποίες προκαλούν μετάβαση από το G 1 έως S φάση. Το πέρασμα από το σημείο ελέγχου G1 δεσμεύει το κύτταρο σε διαίρεση.

#### Φάση S (αντιγραφή DNA)
Η επακόλουθη φάση S ξεκινά όταν αρχίσει η σύνθεση του DNA· όταν ολοκληρωθεί, όλα τα χρομοσώματα έχουν αντιγραφεί, δηλαδή, κάθε χρωμόσωμα αποτελείται από δύο αδελφές χρωματίδες. Έτσι, κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, η ποσότητα του DNA στο κύτταρο έχει διπλασιαστεί, αν και η πλοειδία και ο αριθμός των χρωμοσωμάτων παραμένουν αμετάβλητοι. Τα ποσοστά RNA της μεταγραφής και πρωτεϊνοσύνθεσης είναι πολύ χαμηλά κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης. Μια εξαίρεση σε αυτό είναι η παραγωγή ιστόνης, το μεγαλύτερο μέρος της οποίας συμβαίνει κατά τη φάση S.

#### Φάση G<sub>2</sub> (ανάπτυξη)
Η φάση G2 εμφανίζεται μετά την αντιγραφή του DNA και είναι μια περίοδος πρωτεϊνοσύνθεσης και ταχείας κυτταρικής ανάπτυξης για την προετοιμασία του κυττάρου για μίτωση.
Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, οι μικροσωληνίσκοι αρχίζουν να αναδιοργανώνονται για να σχηματίσουν έναν άξονα (προπρόφαση). Πριν προχωρήσει η μιτωτική φάση, τα κύτταρα πρέπει να ελεγχθούν στο σημείο ελέγχου G2 για τυχόν βλάβη στο DNA στα χρωμοσώματα. Το σημείο ελέγχου G2 ρυθμίζεται κυρίως από την πρωτεΐνη όγκου p53. Εάν το DNA είναι κατεστραμμένο, το p53 είτε θα επισκευάσει το DNA είτε θα πυροδοτήσει την απόπτωση του κυττάρου. Εάν το p53 είναι δυσλειτουργικό ή μεταλλαγμένο, τα κύτταρα με κατεστραμμένο DNA μπορεί να συνεχίσουν τον κυτταρικό κύκλο, οδηγώντας στην ανάπτυξη καρκίνου.

### Μιτωτική φάση (διαχωρισμός χρωμοσωμάτων)
Η σχετικά σύντομη *φάση Μ* αποτελείται από πυρηνική διαίρεση (μίτωση). Είναι μια σχετικά σύντομη περίοδος του κυτταρικού κύκλου. Η φάση Μ είναι πολύπλοκη και εξαιρετικά ρυθμισμένη. Η αλληλουχία των γεγονότων χωρίζεται σε φάσεις, που αντιστοιχούν στην ολοκλήρωση μιας σειράς δραστηριοτήτων και στην έναρξη της επόμενης. Αυτές οι φάσεις είναι διαδοχικά γνωστές ως:
*πρόφαση
*προμετάφαση
*μετάφαση
*ανάφαση
*τελόφαση

Η μίτωση είναι η διαδικασία με την οποία ένα ευκαρυωτικό κύτταρο διαχωρίζει τα χρωμοσώματαs στον κυτταρικό πυρήνα του σε δύο ταυτόσημα σύνολα σε δύο πυρήνες. Κατά τη διαδικασία της μίτωσης τα ζεύγη των χρωμοσωμάτων συμπυκνώνονται και προσκολλώνται σε μικροσωληνίσκους που τραβούν τις αδελφές χρωματίδες σε αντίθετες πλευρές του κυττάρου.

Η μίτωση εμφανίζεται αποκλειστικά σε ευκαρυωτικά κύτταρα, αλλά εμφανίζεται με διαφορετικούς τρόπους σε διαφορετικά είδη. Για παράδειγμα, τα ζωικά κύτταρα υφίστανται μια "ανοιχτή" μίτωση, όπου η πυρηνική μεμβράνη διασπάται πριν διαχωριστούν τα χρωμοσώματα, ενώ μύκητες όπως ο Aspergillus nidulans και ο Saccharomyces cerevisiae (ζύμη) υφίσταται μια "κλειστή" μίτωση, όπου τα χρωμοσώματα διαιρούνται σε έναν άθικτο κυτταρικό πυρήνα.

### Φάση κυτταροκίνησης (διαχωρισμός όλων των κυτταρικών συστατικών)
Η μίτωση ακολουθείται αμέσως από την κυτταροκίνηση, η οποία διαιρεί τους πυρήνες, το κυτταρόπλασμα, τα οργανίδια και την κυτταρική μεμβράνη σε δύο κύτταρα που περιέχουν περίπου ίσα μερίδια αυτών των κυτταρικών συστατικών. Η μίτωση και η κυτταροκίνηση μαζί ορίζουν τη διαίρεση του μητρικού κυττάρου σε δύο θυγατρικά κύτταρα, γενετικά ταυτόσημα μεταξύ τους και με το γονικό τους κύτταρο. Αυτό αντιπροσωπεύει περίπου το 10% του κυτταρικού κύκλου.

Επειδή η κυτταροκίνηση συμβαίνει συνήθως σε συνδυασμό με τη μίτωση, η "μίτωση" χρησιμοποιείται συχνά εναλλακτικά με τη "φάση Μ". Ωστόσο, υπάρχουν πολλά κύτταρα όπου η μίτωση και η κυτταροκίνηση συμβαίνουν χωριστά, σχηματίζοντας μεμονωμένα κύτταρα με πολλαπλούς πυρήνες σε μια διαδικασία που ονομάζεται ενδοαναδιπλασιασμός (endoreplication). Αυτό εμφανίζεται κυρίως μεταξύ των μυκήτων και μυξομυκήτων (slime molds), αλλά βρίσκεται σε διάφορες ομάδες. Ακόμη και σε ζώα, η κυτταροκίνηση και η μίτωση μπορεί να εμφανιστούν ανεξάρτητα, για παράδειγμα κατά τη διάρκεια ορισμένων σταδίων της εμβρυϊκής ανάπτυξης της φρουτόμυγας. Τα σφάλματα στη μίτωση μπορεί να οδηγήσουν σε κυτταρικό θάνατο μέσω απόπτωσης, ή να προκαλέσουν μεταλλάξεις που μπορεί να οδηγήσουν σε καρκίνο.

## Ρύθμιση του ευκαρυωτικού κυτταρικού κύκλου

The molecular events that control the cell cycle are ordered and directional; that is, each process occurs in a sequential fashion and it is impossible to reverse the cycle. Η ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου περιλαμβάνει διαδικασίες κρίσιμες για την επιβίωση ενός κυττάρου, συμπεριλαμβανομένης της ανίχνευσης και επιδιόρθωσης γενετικής βλάβης καθώς και της πρόληψης της ανεξέλεγκτης κυτταρικής διαίρεσης. Τα μοριακά συμβάντα που ελέγχουν τον κυτταρικό κύκλο είναι ταξινομημένα και κατευθυνόμενα. Δηλαδή, κάθε διαδικασία συμβαίνει με διαδοχικό τρόπο και είναι αδύνατο να "αντιστραφεί" ο κύκλος.

### Ο ρόλος των κυκλινών και των CDKs

Δύο βασικές κατηγορίες ρυθμιστικών μορίων, οι κυκλίνες και η κυκλινοεξαρτώμενη κινάση (CDKs), καθορίζουν την πρόοδο ενός κυττάρου στον κυτταρικό κύκλο. Leland H. Hartwell, R. Ο Timothy Hunt και ο Paul M. Nurse κέρδισαν το 2001 Βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας και Ιατρικής για την ανακάλυψη αυτών των κεντρικών μορίων. Πολλά από τα γονίδια που κωδικοποιούν τις κυκλίνες και τα CDK είναι διατηρημένα μεταξύ όλων των ευκαρυωτών, αλλά γενικά, οι πιο σύνθετοι οργανισμοί έχουν πιο περίπλοκα συστήματα ελέγχου του κυτταρικού κύκλου που ενσωματώνουν περισσότερα μεμονωμένα συστατικά. Πολλά από τα σχετικά γονίδια αναγνωρίστηκαν για πρώτη φορά μελετώντας ζυμομύκητες, ειδικά τον Saccharomyces cerevisiae. Η γενετική ονοματολογία στη ζύμη μετονομάζει πολλά από αυτά τα γονίδια *cdc* (από *cell division cycle* (κύκλος κυτταρικής διαίρεσης)) ακολουθούμενα από έναν αναγνωριστικό αριθμό, π.χ. *cdc25* ή *cdc20*.

Οι κυκλίνες σχηματίζουν τις ρυθμιστικές υπομονάδες και οι CDK τις καταλυτικές υπομονάδες ενός ενεργοποιημένου ετεροδιμερούς. Οι κυκλίνες δεν έχουν καταλυτική δράση και τα CDK είναι ανενεργά απουσία της κυκλίνης. Όταν ενεργοποιούνται από μια δεσμευμένη κυκλίνη, τα CDK εκτελούν μια συνηθισμένη βιοχημική αντίδραση που ονομάζεται φωσφορυλίωση που ενεργοποιεί ή αδρανοποιεί τις πρωτεΐνες-στόχους για να ενορχηστρώσει τη συντονισμένη είσοδο στην επόμενη φάση του κυτταρικού κύκλου. Διαφορετικοί συνδυασμοί κυκλίνης-CDK καθορίζουν τις στοχευόμενες κατιούσες πρωτεΐνες. Τα CDK εκφράζονται συστατικά σε κύτταρα, ενώ οι κυκλίνες συντίθενται σε συγκεκριμένα στάδια του κυτταρικού κύκλου, σε απόκριση σε διάφορα μοριακά σήματα.

#### Γενικός μηχανισμός αλληλεπίδρασης κυκλίνης-CDK
Με τη λήψη ενός προμιτωτικού εξωκυτταρικού σήματος, τα σύμπλοκα κυκλίνης-CDK G1 ενεργοποιούνται για την προετοιμασία του κυττάρου για τη φάση S, προάγοντας την έκφραση των παραγόντων μεταγραφής που με τη σειρά τους προάγουν την έκφραση των S κυκλινών και των ενζύμων που απαιτούνται για αντιγραφή του DNA. Τα σύμπλοκα κυκλίνης-CDK G1 προάγουν επίσης την αποικοδόμηση των μορίων που λειτουργούν ως αναστολείς της φάσης S στοχεύοντάς τα για ουβικιτινοποίηση. Μόλις μια πρωτεΐνη έχει ουβικιτινοποιηθεί, στοχεύεται για πρωτεολυτική αποικοδόμηση από το πρωτεάσωμα. Ωστόσο, τα αποτελέσματα από μια πρόσφατη μελέτη της μεταγραφικής δυναμικής του E2F σε επίπεδο μονοκυττάρου υποστηρίζουν ότι ο ρόλος των δραστηριοτήτων G1 κυκλίνης-CDK, ιδιαίτερα της κυκλίνης D-CDK4/6, είναι να συντονιστεί ο χρονισμός και όχι η δέσμευση για την είσοδο στον κυτταρικό κύκλο .
Τα ενεργά σύμπλοκα S κυκλίνης-CDK φωσφορυλιώνει τις πρωτεΐνες που συνθέτουν τα προαντιγραφικά συμπλέγματα που συναρμολογούνται κατά τη φάση G1 στις περιοχές έναρξης αντιγραφής του DNA. Η φωσφορυλίωση εξυπηρετεί δύο σκοπούς: να ενεργοποιήσει κάθε ήδη συναρμολογημένο προαντιγραφικό σύμπλοκο και να αποτρέψει το σχηματισμό νέων συμπλεγμάτων. Αυτό διασφαλίζει ότι κάθε τμήμα του γονιδιώματος του κυττάρου θα αντιγραφεί μία και μόνο μία φορά. Ο λόγος για την πρόληψη των κενών στην αντιγραφή είναι αρκετά σαφής, επειδή τα θυγατρικά κύτταρα στα οποία λείπουν όλα ή μέρος των κρίσιμων γονιδίων θα πεθάνουν. Ωστόσο, για λόγους που σχετίζονται με τα αποτελέσματα του αριθμού αντιγράφων γονιδίων, η κατοχή επιπλέον αντιγράφων ορισμένων γονιδίων είναι επίσης επιβλαβής για τα θυγατρικά κύτταρα.

Τα σύμπλοκα μιτωτικής κυκλίνης-CDK, τα οποία συντίθενται αλλά αδρανοποιούνται κατά τη διάρκεια των φάσεων S και G2, προάγουν την έναρξη της μίτωσης διεγείροντας τις κατιούσες πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη συμπύκνωση των χρωμοσωμάτων και στη συναρμολόγηση της μιτωτικής ατράκτου . Ένα κρίσιμο σύμπλοκο που ενεργοποιείται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας είναι μια λιγάση ουβικιτίνης γνωστής ως σύμπλεγμα προαγωγής αναφάσης (anaphase-promoting complex, APC), η οποία προάγει την αποικοδόμηση των δομικών πρωτεϊνών που σχετίζονται με τον χρωμοσωμικό κινητοχώρο. Το APC στοχεύει επίσης τις μιτωτικές κυκλίνες για αποικοδόμηση, διασφαλίζοντας ότι η τελόφαση και η κυτταροκίνηση μπορούν να προχωρήσουν.

#### Ειδική δράση συμπλοκών κυκλίνης-CDK
Η κυκλίνη D είναι η πρώτη κυκλίνη που παράγεται στα κύτταρα που εισέρχονται στον κυτταρικό κύκλο, ως απόκριση σε εξωκυτταρικά σήματα (π.χ. αυξητικούς παράγοντες). Τα επίπεδα κυκλίνης D παραμένουν χαμηλά σε κύτταρα ηρεμίας που δεν πολλαπλασιάζονται. Επιπλέον, οι κυκλινοεξαρτώμενες κινάσες CDK4/6 και η CDK2 είναι επίσης ανενεργές επειδή το CDK4/6 δεσμεύεται από μέλη της οικογένειας INK4 (π.χ., p16), περιορίζοντας τη δραστηριότητα των κινασών. Εν τω μεταξύ, τα σύμπλοκα CDK2 αναστέλλονται από τις πρωτεΐνες CIP/KIP όπως η p21 και η p27. Όταν έρθει η ώρα για ένα κύτταρο να εισέλθει στον κυτταρικό κύκλο, ο οποίος ενεργοποιείται από μιτογόνα ερεθίσματα, τα επίπεδα της κυκλίνης D αυξάνονται. Σε απόκριση σε αυτό το έναυσμα, η κυκλίνη D συνδέεται με την υπάρχουσα CDK4/6, σχηματίζοντας το σύμπλεγμα δραστικής κυκλίνης D-CDK4/6. Τα σύμπλοκα κυκλίνης D-CDK4/6 με τη σειρά τους μονοφωσφορυλιώνουν την ευαίσθητη πρωτεΐνη του αμφιβληστροειδούς Rb σε pRb. Ο μη-φωσφορυλιωμένος ογκοκατασταλτικός Rb λειτουργεί στην πρόκληση εξόδου από τον κυτταρικό κύκλο και στη διατήρηση της αναστολής της G0 (γήρανσης).

Τις τελευταίες δεκαετίες, ένα μοντέλο έχει γίνει ευρέως αποδεκτό σύμφωνα με το οποίο οι πρωτεΐνες pRB αδρανοποιούνται με φωσφορυλίωση που προκαλείται από την κυκλίνη D-Cdk4/6. Το Rb έχει 14+ πιθανές θέσεις φωσφορυλίωσης. Η κυκλίνη D-Cdk 4/6 φωσφορυλιώνει προοδευτικά το Rb σε υπερφωσφορυλιωμένη κατάσταση, η οποία προκαλεί διάσπαση των συμπλόκων pRB-E2F, επάγοντας έτσι την έκφραση του γονιδίου του κυτταρικού κύκλου G1/S και την εξέλιξη στη φάση S.

Ωστόσο, επιστημονικές παρατηρήσεις από μια πρόσφατη μελέτη δείχνουν ότι το Rb υπάρχει σε τρεις τύπους ισομορφών: (1) μη φωσφορυλιωμένο Rb σε κατάσταση G0. (2) μονοφωσφορυλιωμένο Rb, που αναφέρεται επίσης ως "υπο-φωσφορυλιωμένο" ή "μερικώς" φωσφορυλιωμένο Rb στην πρώιμη κατάσταση G1 και (3) ανενεργό υπερφωσφορυλιωμένο Rb στην όψιμη κατάσταση G1.  Στα πρώιμα κύτταρα G1, το μονοφωσφορυλιωμένο Rb εξέρχεται ως 14 διαφορετικές ισομορφές, μία από τις οποίες έχει διακριτή συγγένεια δέσμευσης E2F. Η Rb έχει βρεθεί ότι σχετίζεται με εκατοντάδες διαφορετικές πρωτεΐνες και η ιδέα ότι διαφορετικές μονοφωσφορυλιωμένες ισομορφές Rb έχουν διαφορετικούς πρωτεϊνικούς εταίρους ήταν πολύ ελκυστική. Μια πρόσφατη αναφορά επιβεβαίωσε ότι η μονοφωσφορυλίωση ελέγχει τη συσχέτιση του Rb με άλλες πρωτεΐνες και δημιουργεί λειτουργικές διακριτές μορφές Rb. Όλες οι διαφορετικές μονοφωσφορυλιωμένες ισομορφές Rb αναστέλλουν το μεταγραφικό πρόγραμμα E2F και είναι σε θέση να σταματήσουν κύτταρα στη φάση G1. Είναι σημαντικό ότι διαφορετικές μονοφωσφορυλιωμένες μορφές Rb έχουν διακριτές μεταγραφικές εξόδους που εκτείνονται πέρα από τη ρύθμιση E2F.

Γενικά, η δέσμευση του pRb στο E2F αναστέλλει την έκφραση του γονιδίου στόχου E2F ορισμένων γονιδίων μετάπτωσης G1/S και S, συμπεριλαμβανομένων των κυκλινών τύπου Ε. Η μερική φωσφορυλίωση του Rb αποκαταστέλλει τη διαμεσολαβούμενη από το Rb καταστολή της έκφρασης του γονιδίου στόχου E2F, ξεκινά την έκφραση της κυκλίνης Ε. Ο μοριακός μηχανισμός που προκαλεί τη μετάβαση του κυττάρου στην ενεργοποίηση της κυκλίνης Ε δεν είναι επί του παρόντος γνωστός, αλλά καθώς τα επίπεδα της κυκλίνης Ε αυξάνονται. σχηματίζεται το σύμπλοκο της ενεργής κυκλίνης E-CDK2, με αποτέλεσμα το Rb να απενεργοποιηθεί με υπερφωσφορυλίωση. Το υπερφωσφορυλιωμένο Rb διαχωρίζεται πλήρως από το E2F, επιτρέποντας περαιτέρω έκφραση ενός ευρέος φάσματος γονιδίων-στόχων E2F που απαιτούνται για να οδηγήσουν τα κύτταρα να προχωρήσουν στη φάση S [1]. Πρόσφατα, αναγνωρίστηκε ότι η κυκλίνη D-Cdk4/6 συνδέεται με μια C-τερματική περιοχή άλφα-έλικας του Rb που διακρίνεται μόνο από την κυκλίνη D παρά από άλλες κυκλίνες, (Ε, Α και Β). Αυτή η παρατήρηση που βασίζεται στη δομική ανάλυση της φωσφορυλίωσης Rb υποστηρίζει ότι το Rb φωσφορυλιώνεται σε διαφορετικό επίπεδο μέσω πολλαπλών συμπλοκών Cyclin-Cdk. Αυτό καθιστά επίσης εφικτό το τρέχον μοντέλο μιας ταυτόχρονης αδρανοποίησης που μοιάζει με διακόπτη όλων των μονοφωσφορυλιωμένων ισομορφών Rb μέσω ενός τύπου μηχανισμού υπερφωσφορυλίωσης του Rb. Επιπλέον, η ανάλυση μεταλλάξεων της ειδικής κυκλίνης D-Cdk 4/6 της C-τερματικής έλικας Rb δείχνει ότι οι διαταραχές της δέσμευσης της κυκλίνης D-Cdk 4/6 με το Rb αποτρέπουν τη φωσφορυλίωση του Rb, αναστέλλουν τα κύτταρα στο G1 και ενισχύουν τις λειτουργίες του Rb στον καταστολέα όγκου. . Αυτός ο οδηγούμενος από κυκλίνη-Cdk μηχανισμός μεταβατικού κυτταρικού κύκλου διέπει ένα κύτταρο που είναι δεσμευμένο στον κυτταρικό κύκλο που επιτρέπει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Μια ανάπτυξη καρκινικών κυττάρων συχνά συνοδεύεται με απορρύθμιση της δραστηριότητας της κυκλίνης D-Cdk 4/6.

Το υπερφωσφορυλιωμένο Rb διαχωρίζεται από το σύμπλεγμα E2F/DP1/Rb (το οποίο δεσμεύτηκε στα αποκρινόμενα γονίδια E2F, "μπλοκάροντάς" τα αποτελεσματικά από τη μεταγραφή), ενεργοποιώντας το E2F. Η ενεργοποίηση του E2F έχει ως αποτέλεσμα τη μεταγραφή διαφόρων γονιδίων όπως κυκλίνης Ε, κυκλίνης Α, πολυμεράσης DNA, κινάσης θυμιδίνης, κ.λπ. Έτσι η παραγόμενη κυκλίνη Ε συνδέεται με την CDK2, σχηματίζοντας το σύμπλεγμα κυκλίνης E-CDK2, το οποίο ωθεί το κύτταρο από το G1 στη φάση S (G1/S, που εκκινεί τη μετάβαση G 2/Μ). Η ενεργοποίηση του συμπλέγματος κυκλίνης Β-cdk1 προκαλεί διάσπαση του πυρηνικού φακέλου και έναρξη της πρόφασης, και στη συνέχεια, η απενεργοποίησή του προκαλεί την έξοδο του κυττάρου από τη μίτωση. Μια ποσοτική μελέτη της μεταγραφικής δυναμικής E2F σε επίπεδο ενός κυττάρου με τη χρήση κατασκευασμένων κυψελών αναφοράς φθορισμού παρείχε ένα ποσοτικό πλαίσιο για την κατανόηση της λογικής ελέγχου της εισαγωγής του κυτταρικού κύκλου, αμφισβητώντας το κανονικό βασικό μοντέλο. Τα γονίδια που ρυθμίζουν το εύρος της συσσώρευσης E2F, όπως το Myc, καθορίζουν τη δέσμευση στον κυτταρικό κύκλο και την είσοδο στη φάση S. Οι δραστηριότητες G1 κυκλίνης-CDK δεν είναι ο οδηγός της εισόδου στον κυτταρικό κύκλο. Αντίθετα, συντονίζουν κυρίως τον χρονισμό της αύξησης του E2F, ρυθμίζοντας έτσι τον ρυθμό εξέλιξης του κυτταρικού κύκλου.

### Αναστολείς

#### Ενδογενείς

Δύο οικογένειες γονιδίων, η οικογένεια *cip/kip* (*CDK interacting protein/Kinase inhibitory protein* (*Αλληλεπιδραστική πρωτεΐνη CDK/ανασταλτική πρωτεΐνη κινάσης*)) και η οικογένεια INK4a/ARF (*In*hibitor of *K*inase 4/*A*lternative *R*eading *F*rame (*Αναστολέας Κινάσης 4/Εναλλακτικό πλαίσιο ανάγνωσης*)), εμποδίζει την εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου. Επειδή αυτά τα γονίδια είναι καθοριστικά για την πρόληψη του σχηματισμού όγκων, είναι γνωστά ως ογκοκατασταλτικά

Η **οικογένεια cip/kip**' περιλαμβάνει τα γονίδια p21, p27 και p57. Σταματούν τον κυτταρικό κύκλο στη φάση G1 δεσμεύοντας και απενεργοποιώντας τα σύμπλοκα κυκλίνης-CDK. Το p21 ενεργοποιείται από το p53 (το οποίο, με τη σειρά του, ενεργοποιείται από βλάβη του DNA, π.χ. λόγω ακτινοβολίας). Το p27 ενεργοποιείται από τον μετασχηματιστικό του αυξητικού παράγοντα β (TGF β), έναν αναστολέα ανάπτυξης.

Η *'οικογένεια INK4a/ARF* περιλαμβάνει το p16INK4a, που συνδέεται με το CDK4 και διακόπτει τον κυτταρικό κύκλο στη φάση G1 και το p14ARF που αποτρέπει την υποβάθμιση του p53.

#### Συνθετικοί

Οι συνθετικοί αναστολείς του Cdc25 θα μπορούσαν επίσης να είναι χρήσιμοι για τη διακοπή του κυτταρικού κύκλου και ως εκ τούτου να είναι χρήσιμοι ως αντινεοπλασματικοί και αντικαρκινικοί παράγοντες.

Πολλοί ανθρώπινοι καρκίνοι διαθέτουν τις υπερ-ενεργοποιημένες δραστηριότητες Cdk 4/6. Δεδομένων των παρατηρήσεων των λειτουργιών της κυκλίνης D-Cdk 4/6, η αναστολή της Cdk 4/6 θα πρέπει να έχει ως αποτέλεσμα την πρόληψη του πολλαπλασιασμού ενός κακοήθους όγκου. Κατά συνέπεια, οι επιστήμονες προσπάθησαν να εφεύρουν τον συνθετικό αναστολέα Cdk4/6, καθώς το Cdk4/6 έχει χαρακτηριστεί ως ένας θεραπευτικός στόχος για αποτελεσματικότητα κατά των όγκων. Τρεις αναστολείς Cdk4/6 - palbociclib, ribociclib και abemaciclib - έχουν λάβει έγκριση από την FDA για κλινική χρήση για τη θεραπεία προχωρημένου σταδίου σε καρκίνους του μαστού μεταστατικό, θετικό σε ορμονικούς υποδοχείς (HR-θετικός, HR+), αρνητικό HER2-.  Για παράδειγμα, το palbociclib είναι ένας από του στόματος δραστικός αναστολέας CDK4/6 που έχει επιδείξει βελτιωμένα αποτελέσματα για προχωρημένο καρκίνο του μαστού στο ER+/HER2-. Η κύρια ανεπιθύμητη ενέργεια είναι ουδετεροπενία η οποία μπορεί να αντιμετωπιστεί με μείωση της δόσης.

Η στοχευμένη θεραπεία με Cdk4/6 θα θεραπεύσει μόνο τύπους καρκίνου όπου εκφράζεται το Rb. Τα καρκινικά κύτταρα με απώλεια του Rb έχουν πρωτογενή αντίσταση στους αναστολείς Cdk4/6.

### Μεταγραφικό ρυθμιστικό δίκτυο
Τα τρέχοντα στοιχεία υποδηλώνουν ότι ένα ημιαυτόνομο μεταγραφικό δίκτυο δρα σε συνεννόηση με τον μηχανισμό CDK-κυκλίνης για τη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου. Αρκετές μελέτες γονιδιακής έκφρασης στο *Saccharomyces cerevisiae* έχουν εντοπίσει 800-1200 γονίδια που αλλάζουν την έκφραση κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου. Μεταγράφονται σε υψηλά επίπεδα σε συγκεκριμένα σημεία του κυτταρικού κύκλου και παραμένουν σε χαμηλότερα επίπεδα σε όλο τον υπόλοιπο κύκλο. Ενώ το σύνολο των αναγνωρισμένων γονιδίων διαφέρει μεταξύ των μελετών λόγω των υπολογιστικών μεθόδων και των κριτηρίων που χρησιμοποιούνται για την αναγνώρισή τους, κάθε μελέτη δείχνει ότι ένα μεγάλο μέρος των γονιδίων του ζυμομύκητα ρυθμίζεται χρονικά. 

Πολλά περιοδικά εκφραζόμενα γονίδια οδηγούνται από παράγοντες μεταγραφής που εκφράζονται επίσης περιοδικά. Μια εξέταση με εξουδετέρωση ενός γονιδίου εντόπισε 48 μεταγραφικούς παράγοντες (περίπου το 20% όλων των μη βασικών παραγόντων μεταγραφής) που δείχνουν ελαττώματα προόδου του κυτταρικού κύκλου. Μελέτες σε όλο το γονιδίωμα που χρησιμοποιούν τεχνολογίες υψηλής απόδοσης έχουν ταυτοποιήσει τους μεταγραφικούς παράγοντες που συνδέονται με τους προαγωγείς των γονιδίων ζυμομύκητα και η συσχέτιση αυτών των ευρημάτων με τα χρονικά πρότυπα έκφρασης επέτρεψαν την ταυτοποίηση μεταγραφικών παραγόντων που καθοδηγούν τη γονιδιακή έκφραση της ειδικής φάσης. Οι κατατομές (προφίλ) έκφρασης αυτών των παραγόντων μεταγραφής καθοδηγούνται από τους μεταγραφικούς παράγοντες που κορυφώνονται στην προηγούμενη φάση και τα υπολογιστικά μοντέλα έχουν δείξει ότι ένα αυτόνομο δίκτυο CDK αυτών των παραγόντων μεταγραφής είναι αρκετό για να παράγει ταλαντώσεις σταθερής κατάστασης στη γονιδιακή έκφραση.

Πειραματικά στοιχεία υποδηλώνουν επίσης ότι η γονιδιακή έκφραση μπορεί να ταλαντώνεται με την περίοδο που παρατηρείται στη διαίρεση των κυττάρων άγριου τύπου ανεξάρτητα από τον μηχανισμό CDK. Ο Orlando και λοιποί χρησιμοποίησε μικροσυστοιχίες για να μετρήσει την έκφραση ενός συνόλου 1.271 γονιδίων που αναγνωρίστηκαν ως περιοδικά τόσο σε κύτταρα άγριου τύπου όσο και σε κύτταρα που τους λείπουν όλες τις κυκλίνες μιτωτικές και S-φάσης (*clb1, 2,3,4,5,6*). Από τα 1.271 γονίδια που εξετάστηκαν, τα 882 συνέχισαν να εκφράζονται στα κύτταρα με έλλειψη κυκλίνης ταυτόχρονα με τα κύτταρα άγριου τύπου, παρά το γεγονός ότι τα κύτταρα με έλλειψη κυκλίνης σταματούν στο όριο μεταξύ G1 και φάσης S. Ωστόσο, 833 από τα γονίδια που εξετάστηκαν άλλαξαν τη συμπεριφορά μεταξύ του άγριου τύπου και των μεταλλαγμένων κυττάρων, υποδεικνύοντας ότι αυτά τα γονίδια πιθανότατα ρυθμίζονται άμεσα ή έμμεσα από τον μηχανισμό CDK-κυκλίνης. Ορισμένα γονίδια που συνέχισαν να εκφράζονται έγκαιρα στα μεταλλαγμένα κύτταρα εκφράστηκαν επίσης σε διαφορετικά επίπεδα στα μεταλλαγμένα και άγριου τύπου κύτταρα. Αυτά τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι ενώ το μεταγραφικό δίκτυο μπορεί να ταλαντώνεται ανεξάρτητα από τον ταλαντωτή CDK-κυκλίνης, συνδέονται με τρόπο που απαιτεί και τα δύο για να διασφαλιστεί ο σωστός χρονισμός των γεγονότων του κυτταρικού κύκλου Άλλες εργασίες δείχνουν ότι η φωσφορυλίωση, μια μετα-μεταφραστική τροποποίηση, των παραγόντων μεταγραφής του κυτταρικού κύκλου από Cdk1 μπορεί να αλλάξει τον εντοπισμό ή τη δραστηριότητα των παραγόντων μεταγραφής προκειμένου να ελέγχεται αυστηρά ο χρονισμός των γονιδίων-στόχων.

Ενώ η ταλαντωτική μεταγραφή παίζει βασικό ρόλο στην εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου ζυμομύκητα, ο μηχανισμός CDK-κυκλίνης λειτουργεί ανεξάρτητα στον πρώιμο εμβρυϊκό κυτταρικό κύκλο. Πριν από τη μετάβαση του μεσοβλαστιδίου, δεν λαμβάνει χώρα ζυγωτική μεταγραφή και όλες οι απαραίτητες πρωτεΐνες, όπως οι κυκλίνες τύπου Β, μεταφράζονται από mRNA που είναι μητρικά φορτωμένο.

### Αντιγραφή DNA και δραστηριότητα προέλευσης αντιγραφής DNA
Οι αναλύσεις συγχρονισμένων καλλιεργειών του *Saccharomyces cerevisiae* υπό συνθήκες που εμποδίζουν την έναρξη της αντιγραφής του DNA χωρίς να καθυστερούν την εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου έδειξαν ότι η χορήγηση άδειας προέλευσης μειώνει την έκφραση γονιδίων με προέλευση κοντά στα 3' άκρα τους, αποκαλύπτοντας ότι η κατιούσα προέλευση μπορεί να ρυθμίσει την έκφραση των ανοδικών γονιδίων. Αυτό επιβεβαιώνει προηγούμενες προβλέψεις από τη μαθηματική μοντελοποίηση ενός παγκόσμιου αιτιολογικού συντονισμού μεταξύ της δραστηριότητας προέλευσης αντιγραφής του DNA και της έκφρασης mRNA, και δείχνει ότι η μαθηματική μοντελοποίηση δεδομένων μικροσυστοιχίας DNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει σωστά τους προηγουμένως άγνωστους βιολογικούς τρόπους ρύθμισης.

## Checkpoints Σημεία ελέγχου
Τα σημεία ελέγχου κυτταρικού κύκλου χρησιμοποιούνται από το κύτταρο για την παρακολούθηση και τη ρύθμιση της προόδου του κυτταρικού κύκλου. Τα σημεία ελέγχου εμποδίζουν την εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου σε συγκεκριμένα σημεία, επιτρέποντας την επαλήθευση των απαραίτητων διαδικασιών φάσης και την επιδιόρθωση του DNA. Το κύτταρο δεν μπορεί να προχωρήσει στην επόμενη φάση μέχρι να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις του σημείου ελέγχου. Τα σημεία ελέγχου αποτελούνται συνήθως από ένα δίκτυο ρυθμιστικών πρωτεϊνών που παρακολουθούν και υπαγορεύουν την εξέλιξη του κυττάρου στα διάφορα στάδια του κυτταρικού κύκλου.

Υπολογίζεται ότι στα φυσιολογικά ανθρώπινα κύτταρα περίπου το 1% των βλαβών του μονόκλωνου DNA μετατρέπονται σε περίπου 50 ενδογενή θραύσματα διπλής αλυσίδας DNA ανά κύτταρο και ανά κυτταρικό κύκλο.  Παρόλο που τέτοιες θραύσεις διπλού κλώνου συνήθως επιδιορθώνονται με υψηλή πιστότητα, τα σφάλματα στην επισκευή τους θεωρείται ότι συμβάλλουν σημαντικά στο ποσοστό καρκίνου στους ανθρώπους.

Υπάρχουν πολλά σημεία ελέγχου για να διασφαλιστεί ότι το κατεστραμμένο ή ημιτελές DNA δεν μεταδίδεται στα θυγατρικά κύτταρα. Υπάρχουν τρία κύρια σημεία ελέγχου: το σημείο ελέγχου G1/S, το σημείο ελέγχου G2/M και το σημείο ελέγχου μετάφασης (μιτωτικό). Ένα άλλο σημείο ελέγχου είναι το σημείο ελέγχου Go, στο οποίο τα κύτταρα ελέγχονται για ωριμότητα. Εάν τα κελιά αποτύχουν να περάσουν αυτό το σημείο ελέγχου επειδή δεν είναι ακόμη έτοιμα, θα απορριφθούν από τη διαίρεση.

Η μετάβαση G1/S είναι ένα βήμα περιορισμού του ρυθμού στον κυτταρικό κύκλο και είναι επίσης γνωστή ως σημείο περιορισμού (restriction point). Εδώ το κύτταρο ελέγχει εάν έχει αρκετές πρώτες ύλες για να αναπαραχθεί πλήρως το DNA του (βάσεις νουκλεοτιδίων, συνθάση DNA, χρωματίνη κ.λπ.). Ένα ανθυγιεινό ή υποσιτισμένο κελί θα κολλήσει σε αυτό το σημείο ελέγχου.

Το σημείο ελέγχου G2/M είναι εκείνο που το κύτταρο διασφαλίζει ότι έχει αρκετό κυτταρόπλασμα και φωσφολιπίδια για δύο θυγατρικά κύτταρα. Αλλά μερικές φορές το πιο σημαντικό, ελέγχει για να δει εάν είναι η κατάλληλη στιγμή για αναπαραγωγή. Υπάρχουν ορισμένες περιπτώσεις όπου πολλά κύτταρα πρέπει να αναπαράγονται όλα ταυτόχρονα (για παράδειγμα, ένα αναπτυσσόμενο έμβρυο θα πρέπει να έχει συμμετρική κυτταρική κατανομή μέχρι να φτάσει στη μετάβαση του μεσοβλαστιδίου). Αυτό γίνεται ελέγχοντας το σημείο ελέγχου G2/M.

Το σημείο ελέγχου μετάφασης είναι ένα αρκετά δευτερεύον σημείο ελέγχου, καθώς από τη στιγμή που ένα κύτταρο βρίσκεται σε μετάφαση, έχει δεσμευτεί να υποβληθεί σε μίτωση. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι δεν είναι σημαντικό. Σε αυτό το σημείο ελέγχου, το κύτταρο ελέγχει για να διασφαλίσει ότι η άτρακτος έχει σχηματιστεί και ότι όλα τα χρωμοσώματα είναι ευθυγραμμισμένα στον ισημερινό της ατράκτου πριν ξεκινήσει η ανάφαση.

Αν και αυτά είναι τα τρία "κύρια" σημεία ελέγχου, δεν χρειάζεται να περάσουν όλα τα κύτταρα από καθένα από αυτά τα σημεία ελέγχου με αυτή τη σειρά για να αναπαραχθούν. Πολλοί τύποι καρκίνου προκαλούνται από μεταλλάξεις που επιτρέπουν στα κύτταρα να επιταχύνουν μέσω των διαφόρων σημείων ελέγχου, ή ακόμα και να τα παραλείψουν εντελώς πηγαίνοντας από S στη M στη S φάση σχεδόν διαδοχικά. Επειδή αυτά τα κύτταρα έχουν χάσει τα σημεία ελέγχου τους, τυχόν μεταλλάξεις του DNA που μπορεί να έχουν συμβεί αγνοούνται και μεταβιβάζονται στα θυγατρικά κύτταρα. Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο τα καρκινικά κύτταρα έχουν την τάση να αποκτούν εκθετικά μεταλλάξεις. Εκτός από τα καρκινικά κύτταρα, πολλοί πλήρως διαφοροποιημένοι τύποι κυττάρων δεν αναπαράγονται πλέον, έτσι εγκαταλείπουν τον κυτταρικό κύκλο και παραμένουν στο G0 μέχρι το θάνατό τους, καταργώντας έτσι την ανάγκη για κυτταρικά σημεία ελέγχου. Έχει επίσης προταθεί ένα εναλλακτικό μοντέλο της απόκρισης του κυτταρικού κύκλου στη βλάβη του DNA, γνωστό ως μετααντιγραφικό σημείο ελέγχου (postreplication checkpoint).

Η ρύθμιση του σημείου ελέγχου παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη ενός οργανισμού. Στη σεξουαλική αναπαραγωγή, όταν συμβαίνει γονιμοποίηση ωαρίου, όταν το σπέρμα συνδέεται με το ωάριο, απελευθερώνει παράγοντες σηματοδότησης που ειδοποιούν το ωάριο ότι έχει γονιμοποιηθεί. Μεταξύ άλλων, αυτό προκαλεί το γονιμοποιημένο τώρα ωοκύτταρο να επιστρέψει από την προηγουμένως αδρανοποιημένη κατάσταση, G0, πίσω στον κυτταρικό κύκλο και στη μιτωτική αντιγραφή και διαίρεση.

Το p53 παίζει σημαντικό ρόλο στην ενεργοποίηση των μηχανισμών ελέγχου και στα σημεία ελέγχου G1/S και G2/M. Εκτός από το p53, οι ρυθμιστές σημείων ελέγχου ερευνώνται εκτενώς για τους ρόλους τους στην ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό του καρκίνου.

## Απεικόνιση φθορισμού του κυτταρικού κύκλου

Η πρωτοποριακή εργασία από τον Atsushi Miyawaki και τους συνεργάτες του ανέπτυξε τον δείκτη κυτταρικού κύκλου που βασίζεται σε φθορισμό ουβικιτίνης (FUCCI), ο οποίος ενεργοποιεί  απεικόνιση του κυτταρικού κύκλου με φθορισμό. Αρχικά, μια πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη, mAG, συντήχθηκε με hGem (1/110) και μια πορτοκαλί φθορίζουσα πρωτεΐνη (mKO2) συντήχθηκε με hCdt1 (30/120 ). Σημειώστε ότι αυτές οι συντήξεις είναι θραύσματα που περιέχουν σήμα πυρηνικού εντοπισμού και θέσεις ουβικιτινοποίησης για αποδόμηση, αλλά δεν είναι λειτουργικές πρωτεΐνες. Η πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη παράγεται κατά τις φάσεις S, G2 ή M και αποικοδομείται κατά τη διάρκεια των φάσεων G0, ή G1, ενώ η πορτοκαλί φθορίζουσα πρωτεΐνη παράγεται κατά τις φάσεις G0, ή G1 και καταστρέφεται κατά τη διάρκεια των φάσεων S, G2 , ή Μ.  Αναπτύχθηκε ένα FUCCI άπω ερυθρού και εγγύς υπέρυθρου χρησιμοποιώντας μια φθορίζουσα πρωτεΐνη (smURFP) που προέρχεται από κυανοβακτήρια και μια φθορίζουσα πρωτεΐνη που προέρχεται από βακτηριοφυτόχρωμα ((ταινία που βρίσκεται σε αυτόν τον σύνδεσμο)).

## Ρόλος στο σχηματισμό όγκων
Μια απορρύθμιση των συστατικών του κυτταρικού κύκλου μπορεί να οδηγήσει σε σχηματισμό νεοπλάσματος. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, όταν ορισμένα γονίδια όπως οι αναστολείς του κυτταρικού κύκλου, RB, p53 κ.λπ. μεταλλάσσονται, μπορεί να προκαλέσουν τον ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό του κυττάρου, σχηματίζοντας όγκο. Αν και η διάρκεια του κυτταρικού κύκλου στα καρκινικά κύτταρα είναι ίση ή μεγαλύτερη από αυτή του φυσιολογικού κυτταρικού κύκλου, η αναλογία των κυττάρων που βρίσκονται σε ενεργή κυτταρική διαίρεση (έναντι κυττάρων σε ηρεμία στη φάση G0) στους όγκους είναι πολύ υψηλότερη από αυτή στον φυσιολογικό ιστό. Έτσι, υπάρχει μια καθαρή αύξηση στον αριθμό των κυττάρων καθώς ο αριθμός των κυττάρων που πεθαίνουν από απόπτωση ή γήρανση παραμένει ο ίδιος.

Τα κύτταρα που υποβάλλονται ενεργά στον κυτταρικό κύκλο στοχεύουν στη θεραπεία του καρκίνου καθώς το DNA είναι σχετικά εκτεθειμένο κατά τη διαίρεση των κυττάρων και ως εκ τούτου είναι ευαίσθητο σε βλάβη από φάρμακα ή ακτινοβολία. Αυτό το γεγονός χρησιμοποιείται στη θεραπεία του καρκίνου· με μια διαδικασία γνωστή ως αποδιόγκωση (debulking), αφαιρείται μια σημαντική μάζα του όγκου που ωθεί έναν σημαντικό αριθμό των εναπομεινάντων κυττάρων όγκου από τη φάση G0 στη φάση G1 (λόγω αυξημένης διαθεσιμότητας θρεπτικών ουσιών, οξυγόνου, αυξητικών παραγόντων κ.λπ.). Η ακτινοβολία ή η χημειοθεραπεία μετά τη διαδικασία απομάκρυνσης του όγκου σκοτώνει αυτά τα κύτταρα που έχουν εισέλθει πρόσφατα στον κυτταρικό κύκλο.

Τα κύτταρα θηλαστικών με την ταχύτερη ανακύκλωση σε καλλιέργεια, τα κύτταρα κρύπτης στο εντερικό επιθήλιο, έχουν χρόνο κύκλου τόσο σύντομο όσο 9 έως 10 ώρες. Τα βλαστοκύτταρα στο δέρμα ποντικού σε ηρεμία μπορεί να έχουν χρόνο κύκλου άνω των 200 ωρών. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της διαφοράς οφείλεται στο μεταβαλλόμενο μήκος του G1, της πιο μεταβλητής φάσης του κύκλου. Το M και το S δεν μεταβάλλονται πολύ.

Γενικά, τα κύτταρα είναι πιο ραδιοευαίσθητα στις όψιμες φάσεις Μ και G2 και πιο ανθεκτικά στην όψιμη φάση S. Για κύτταρα με μεγαλύτερο χρόνο κυτταρικού κύκλου και σημαντικά μεγάλη φάση G1, υπάρχει μια δεύτερη κορυφή αντίστασης αργά στο G1. Το πρότυπο αντίστασης και ευαισθησίας συσχετίζεται με το επίπεδο των σουλφυδρυλικών ενώσεων στο κύτταρο. Τα σουλφυδρύλια είναι φυσικές ουσίες που προστατεύουν τα κύτταρα από βλάβες από την ακτινοβολία και τείνουν να βρίσκονται στα υψηλότερα επίπεδά τους στο S και στα χαμηλότερα κοντά στη μίτωση.

Ο ομόλογος ανασυνδυασμός (HR) είναι μια ακριβής διαδικασία για επιδιόρθωση του DNA σε θραύσεις διπλού κλώνου. Το HR απουσιάζει σχεδόν στη φάση G1, είναι πιο ενεργό στη φάση S και μειώνεται στο G2/M. Η μη ομόλογη σύνδεση άκρου, μια λιγότερο ακριβής και πιο μεταλλαξιογόνος διαδικασία για την επιδιόρθωση των θραυσμάτων διπλού κλώνου, είναι ενεργή σε όλο τον κυτταρικό κύκλο.

## Παραπομπές

## Παραπέρα μελέτη

* 
* 
* 
* 

## Εξωτερικοί σύνδεσμοι

*David Morgan's Seminar: Controlling the Cell Cycle
* The cell cycle & Cell death 
* Transcriptional program of the cell cycle: high-resolution timing
* Cell cycle and metabolic cycle regulated transcription in yeast
* Cell Cycle Animation 1Lec.com
* Cell Cycle
* Fucci:Using GFP to visualize the cell-cycle
* Science Creative Quarterly's overview of the cell cycle
* KEGG – Human Cell Cycle  

Κατηγορία:Κύτταρο