Ендодупликација

Ендодупликацијата (исто така наречена ендорепликација или ендоциклирање) била репликација на јадрениот геном во отсуство на митоза, што доведувала до зголемена содржина на јадрени гени и полиплоидија. Ендорепликацијата можелз да се сфатела едноставно како варијантна форма на митотичниот клеточен циклус (G1-S-G2-M) во кој митозата била целосно заобиколена, поради модулација на активноста на киназа зависна од циклин (CDK). Примерите на ендорепликација што се карактеризирале кај членконоги, цицачи и растителни видови сугерирале дека тоа било универзален развоен механизам одговорен за диференцијацијата и морфогенезата на типовите на клетки кои исполнувале низа биолошки функции. Додека ендорепликацијата често била ограничена на специфични типови на клетки кај животните, таа била значително пораспространета кај растенијата, така што полиплоидијата можела да се открие во повеќето растителни ткива.
1 Примери во природата
Типови на ендорепликација на клетки кои биле опширно проучувани во модел организми
Организам, Тип на ќелија, Биолошка функција, Цитирање
лета, ларви ткива (вклучувајќи плунковни жлезди), секреција, ембриогенеза,
лета, фоликул на јајниците, клетки за сестри, исхрана, заштита на ооцити,
глодар, мегакариоцити, формирање на тромбоцити,
глодар, хепатоцити, регенерација,
глодар, џиновска клетка на трофобласт, развој на плацентата, хранење на ембрионот,
растение, трихома, одбрана од тревојади, хомеостаза,
растение, лисна епидермална клетка, големина на листот, структура,
растение, ендосперма, хранење на ембрионот,
нематода, хиподермисот, секреција, големина на телото,
нематода, црево, непознат,
2 Ендорепликација, ендомитоза и политенизација
Ендорепликација, ендомитоза и политенизација биле три малку различни процеси што резултирале со полиплоидизација на клетката на регулиран начин. Во клетките на ендорепликација целосно ја прескокнувале М фазата, што резултирала со еднојадрена полиплоидна клетка. Ендомитозата била вид на варијација на клеточниот циклус каде што се започнувала митозата, но некои од процесите не биле завршени. Во зависност од тоа колку клетката напредувала низ митоза, тоа ќе довело до еднојадрена или двојадрена полиплоидна клетка. Политенизацијата настанувала со недоволно или прекумерно засилување на некои геномски региони, создавајќи политенски хромозоми.
3 Биолошко значење
Врз основа на широкиот опсег на типови на клетки во кои се јавувала ендорепликација, биле генерирани различни хипотези за да се објаснела функционалната важност на овој феномен. За жал, експерименталните докази за поддршка на овие заклучоци биле малку ограничени:
3.1 Големина на клетка/организам
Клеточната плоидија често била во корелација со големината на клетките, и во некои случаи, нарушувањето на ендорепликацијата резултирало со намалена големина на клетките и ткивата што сугерирало дека ендорепликацијата можела да послужи како механизам за раст на ткивото. Во однос на митозата, ендорепликацијата не барала цитоскелетно преуредување или производство на нова клеточна мембрана и често се јавувала во клетки кои веќе се диференцирале. Како таков можело да претставува енергетски ефикасна алтернатива на клеточната пролиферација меѓу диференцираните типови на клетки кои повеќе не можеле да си дозволеле да се подложеле на митоза. Додека во литературата преовладувале докази за воспоставување врска помеѓу плоидијата и големината на ткивото, постоеле и спротивни примери.
3.2 Диференцијација на клетките
Во растителните ткива во развој, преминот од митоза кон ендорепликација често се совпаѓал со клеточната диференцијација и морфогенеза. Сепак, останувало да се утврди дали ендорепликацијата и полиплоидијата придонесувале за клеточна диференцијација или обратно. Целната инхибиција на ендорепликацијата кај трихомните прогенитори резултирала со производство на повеќеклеточни трихоми кои покажувале релативно нормална морфологија, но на крајот се дедиференцирале и биле подложени на апсорпција во лисниот епидермис. Овој резултат сугерирал дека ендорепликацијата и полиплоидијата можеле да бидат потребни за одржување на клеточниот идентитет.
3.3 Огенеза и ембрионален развој
Ендорепликацијата најчесто се забележувала во клетките одговорни за исхрана и заштита на ооцитите и ембрионите. Се сугерирало дека зголемениот број на копии на гени можело да овозможи масовно производство на протеини потребни за да се задоволеле метаболичките барања на ембриогенезата и раниот развој. Во согласност со овој поим, мутацијата на онкогенот Myc во клетките на фоликулите ''на Дрософила'' резултирала со намалена ендорепликација и абортирана оогенеза. Сепак, намалувањето на ендорепликацијата во ендоспермата на пченката имало ограничен ефект врз акумулацијата на скроб и протеините за складирање, што сугерирало дека нутритивните барања на ембрионот во развој можеле да ги вклучат нуклеотидите кои го сочинувале полиплоидниот геном наместо протеините што тој ги кодирал.
3.4 Пуферирање на геномот
Друга хипотеза била дека ендорепликацијата го штитела оштетувањето и мутацијата на ДНК бидејќи обезбедувала дополнителни копии на важни гени. Сепак, овој поим бил чисто шпекулативен и имал ограничени докази за спротивното. На пример, анализата на полиплоидните соеви на квасец сугерирала дека тие биле почувствителни на зрачење од диплоидните соеви.
3.5 Одговор на стрес
Истражувањата во растенијата сугериралњ дека ендорепликацијата исто така можела да игра улога во модулирањето на реакциите на стрес. Со манипулирање со изразување на E2fe (репресор на ендоциклирање кај растенијата), истражувачите успеале да покажат дека зголемената клеточна плоидија го намалувала негативното влијание на стресот од сушата врз големината на листот. Имајќи предвид дека неподвижниот начин на живот на растенијата барал капацитет за прилагодување на условите на животната средина, било привлечно да се шпекулирал дека широко распространетата полиплоидизација придонесува за нивната развојна пластичност
4 Генетска контрола на ендорепликација
Најдобро проучениот пример за транзиција од митоза во ендоцикл се јавувал во клетките на фоликулите ''на Дрософила'' и се активирал со Notch сигнализација. Влегувањето во ендоциклите вклучувало модулација на митотичната и S-фазата циклин-зависна киназа (CDK) активност. Инхибицијата на М-фазата ЦДК активност се постигнувала преку транскрипциско активирање на Cdh / fzr и потиснување на низата на регулаторот G2-M/ cdc25. Cdh/fzr бил одговорен за активирање на комплексот што поттикнувал анафаза (APC) и последователна протеолиза на митотичните циклини. Стринг/cdc25 била фосфатаза која ја стимулирала активноста на комплексот митотички циклин-CDK. Урегулирањето на активноста на CDK од S-фазата се постигнувала преку транскрипциска репресија на инхибиторната киназа дакапо. Заедно, овие промени овозможувале заобиколување на митотичниот влез, прогресија низ G1 и влез во S-фаза. Индукцијата на ендомитоза кај мегакариоцитите на цицачите вклучувала активирање на c-mpl рецепторот од тромбопоетин (TPO) цитокинот и била посредувана од ERK1/2 сигнализација. Како и кај клетките на фоликулите на Дрософила, ендорепликацијата во мегакариоцитите бил резултат на активирање на S-фазата циклин-CDK комплекси и инхибиција на активноста на митотичен циклин-CDK.
Влезот во S-фазата за време на ендорепликацијата (и митозата) се регулирал преку формирање на пререпликативен комплекс (пред-RC) на потеклото на репликацијата, проследено со регрутирање и активирање на машината за репликација на ДНК. Во контекст на ендорепликација, овие настани биле олеснети со осцилација на активноста на циклинот E - Cdk2. Активноста на Cyclin E-Cdk2 го поттикнувала регрутирањето и активирањето на машината за репликација, но исто така го инхибирал формирањето пред-RC, веројатно за да се осигурал дека се случувало само еден круг на репликација по циклус. Неуспехот да се одржела контролата врз формирањето пред-РК при потеклото на репликацијата резултирал со феномен познат како „ повторна репликација “ кој бил вообичаен кај клетките на ракот. Механизмот со кој циклинот E-Cdk2 го инхибирал формирањето пред-RC вклучувал надолна регулација на протеолизата посредувана од APC - Cdh1 и акумулација на протеинот Геминин, кој бил одговорен за секвестрација на пред-RC компонентата Cdt1.
Осцилациите во активноста на Cyclin E - Cdk2 се модулирале преку транскрипциони и пост-транскрипциони механизми. Изразот на циклин Е се активирал со факторите на транскрипција на E2F кои се покажале дека биле потребни за ендорепликација. Неодамнешната работа сугерирала дека забележаните осцилации во нивоата на протеинот E2F и циклин Е биле резултат на јамка со негативна повратна информација која вклучувала убиквитинација и деградација на E2F зависна од Cul4. Пост-транскрипциската регулација на активноста на циклин E-Cdk2 вклучувала протеолитичка деградација на циклин Е посредувана од Ago/Fbw7 и директна инхибиција од фактори како што биле Дакапо и p57. Била опишана вистинска ендомитоза во антер тапетум на лилјановото растение Еремурус. Јадрената мембрана не исчезнувала, но за време на метафазата хромозомите се кондензирале, често значително повеќе отколку во нормалната митоза. Кога матичните клетки на поленот (PMCs) минувале низ последната премеиотска митоза, тапеталните клетки имале едно диплоидно јадро кое се делело додека клетката останувала неподелена. Двете диплоидни јадра можеле да претрпат ендомитоза, а добиените тетраплоидни јадра втора ендомитоза. Алтернативен пат била обична митоза - повторно без клеточна делба наместо еден од ендомитотските циклуси. Цитолошката слика во тапетумот дополнително се комплицирала со реституција во анафазата и фузија на метафазните и анафазните групи за време на митозата, процеси кои би можеле да доведат до појава на клетки со едно, две или три јадра, наместо очекуваните две или четири. Во овие тапетални клетки не се забележувале знаци на таканаречената „инхибирана“ митоза. Кога PMC биле во лептотен-зиготен, многу малку тапетални јадра биле во ендомитоза. Кога PMC ќе достигнеле диплотен, скоро 100% од клетките кои не биле во интерфаза покажувале ендомитотска фаза.
5 Ендорепликација и онкогенеза
Полиплоидијата и анеуплоидијата биле вообичаени феномени во клетките на ракот. Имајќи предвид дека онкогенезата и ендорепликацијата веројатно вклучувале субверзија на заедничките механизми за регулирање на клеточниот циклус, темелното разбирање на ендорепликацијата може да обезбедиле важни сознанија за биологијата на ракот.
6 Премеиотска ендомитоза кај еднополови 'рбетници
Едносексуалните саламандери (род ''Амбистома'') биле најстарата позната лоза на еднополови 'рбетници, кои настанале пред околу 5 милиони години. Кај овие полиплоидни еднополови женки, дополнителна премеиотска ендомитотска репликација на геномот, го удвојувала бројот на хромозоми. Како резултат на тоа, зрелите јајца кои се произведувале после двете мејотски поделби имале иста плоидија како и соматските клетки на возрасната женка саламандер. Синапсата и рекомбинацијата за време на мејотичната профаза I кај овие еднополови жени се сметало дека вообичаено се случувале помеѓу идентични сестрински хромозоми и повремено помеѓу хомологни хромозоми. Така се создавале малку, доколку воопшто ги имало, генетските варијации. Рекомбинација помеѓу хомеологните хромозоми се случувала ретко, ако воопшто. Бидејќи производството на генетска варијација било слабо, во најдобар случај, малку било веројатно дека ќе обезбедила придобивка доволна за одржување на мејозата милиони години. Можеби ефикасната рекомбинациска поправка на оштетувањата на ДНК во секоја генерација обезбедена од мејозата била доволна предност за одржување на мејозата.
7 Наводи
.mw-parser-output .reflist{font-size:90%;margin-bottom:0.5em;list-style-type:decimal}.mw-parser-output .reflist .references{font-size:100%;margin-bottom:0;list-style-type:inherit}.mw-parser-output .reflist-columns-2{column-width:30em}.mw-parser-output .reflist-columns-3{column-width:25em}.mw-parser-output .reflist-columns{margin-top:0.3em}.mw-parser-output .reflist-columns ol{margin-top:0}.mw-parser-output .reflist-columns li{page-break-inside:avoid;break-inside:avoid-column}.mw-parser-output .reflist-upper-alpha{list-style-type:upper-alpha}.mw-parser-output .reflist-upper-roman{list-style-type:upper-roman}.mw-parser-output .reflist-б{list-style-type:б}.mw-parser-output .reflist-lower-greek{list-style-type:lower-greek}.mw-parser-output .reflist-lower-roman{list-style-type:lower-roman}