কোষচক্র

কোষ চক্র বা কোষ বিভাজন চক্র হলো একটি কোষে ধারাবাহিকভাবে সংঘটিত এমন একাধিক ধাপ, যার মাধ্যমে একটি কোষ বিভাজিত হয়ে দুটি অপত্য কোষে রূপান্তরিত হয়। এই প্রক্রিয়ায় কোষের বৃদ্ধি, এর ডিএনএ-র প্রতিলিপি এবং কিছু অঙ্গাণুর অনুলিপি তৈরি, এরপর কোষ বিভাজন প্রক্রিয়ায় সাইটোপ্লাজম, ক্রোমোজোম এবং অন্যান্য উপাদান দুই অপত্য কোষে বণ্টিত হয়।
ইউক্যারিওটিক কোষে—যেমন প্রাণী, উদ্ভিদ, ছাঁচ, এবং প্রোটিস্ট কোষে—কোষ চক্র প্রধানত দুইটি ধাপে বিভক্ত: ইন্টারফেজ এবং M পর্যায়। M পর্যায়ে মাইটোসিস এবং সাইটোকাইনেসিস অন্তর্ভুক্ত থাকে। ইন্টারফেজ চলাকালীন কোষ বৃদ্ধি পায়, মাইটোসিসের জন্য প্রয়োজনীয় পুষ্টি উপাদান সংগ্রহ করে এবং ডিএনএ ও কিছু অঙ্গাণুর অনুলিপি তৈরি করে। এরপর M পর্যায়ে অনুলিপিকৃত ক্রোমোজোম, অঙ্গাণু এবং সাইটোপ্লাজম বিভক্ত হয়ে দুটি কন্যা কোষে গঠিত হয়। কোষ চক্রের প্রতিটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপের পরে কিছু নিয়ন্ত্রণ বিন্দু থাকে, যা নিশ্চিত করে যে কোষ পরবর্তী ধাপে অগ্রসর হওয়ার উপযুক্ত কিনা।
নিউক্লিয়াসবিহীন কোষ, অর্থাৎ প্রোক্যারিওটিক ব্যাকটেরিয়া এবং আর্কিয়া-তে কোষ চক্রকে তিনটি পর্যায়ে ভাগ করা হয়: B, C এবং D। B পর্যায়ে কোষ বিভাজনের পর থেকে ডিএনএ প্রতিলিপির সূচনা পর্যন্ত সময় অন্তর্ভুক্ত থাকে। C পর্যায়ে ডিএনএ প্রতিলিপি ঘটে, এবং D পর্যায়ে ডিএনএ প্রতিলিপি শেষ হওয়ার পর থেকে দুটি কন্যা কোষে বিভাজনের প্রক্রিয়া সম্পন্ন হয়।
একক-কোষী জীবদের ক্ষেত্রে, একটি কোষ চক্রই তাদের প্রজননের মাধ্যম, যা জীবের টিকে থাকার জন্য অপরিহার্য। বহুকোষী জীবদের—যেমন উদ্ভিদ ও প্রাণীর কোষ চক্রের ধারাবাহিকতা একটি সারিত ডিম্বাণু থেকে পরিপক্ব জীব গঠনের জন্য এবং চুল, ত্বক, রক্তকণিকা এবং কিছু অভ্যন্তরীণ অঙ্গের পুনর্জনন ও মেরামত করার জন্য অপরিহার্য (তবে নার্ভ কোষ এর বাইরে থাকতে পারে; বিস্তারিত জানতে দেখুন: নার্ভ ক্ষতি)। কোষ বিভাজনের পর, প্রতিটি কন্যা কোষ একটি নতুন কোষ চক্রের ইন্টারফেজ শুরু করে। যদিও ইন্টারফেজের বিভিন্ন ধাপ সাধারণত আকারগতভাবে পৃথকভাবে চিহ্নিত করা যায় না, তবে প্রতিটি ধাপে এমন কিছু নির্দিষ্ট জৈব-রাসায়নিক প্রক্রিয়া সংঘটিত হয় যা কোষ বিভাজনের প্রস্তুতির জন্য অপরিহার্য।
ইউক্যারিওটিক কোষচক্র চারটি নির্দিষ্ট পর্যায়ে বিভক্ত: G পর্যায়, S পর্যায় (সিন্থেসিস বা সংশ্লেষণ), G পর্যায় — এই তিনটি একসঙ্গে ইন্টারফেজ নামে পরিচিত — এবং M পর্যায় (মাইটোসিস ও সাইটোকাইনেসিস)। M পর্যায় নিজেই দুটি ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত প্রক্রিয়ায় বিভক্ত: মাইটোসিস, যেখানে কোষের নিউক্লিয়াস বিভাজিত হয়; এবং সাইটোকাইনেসিস, যেখানে কোষের সাইটোপ্লাজম ও কোষঝিল্লি বিভক্ত হয়ে দুটি কন্যা কোষ গঠিত হয়। প্রতিটি পর্যায় শুরু হওয়ার জন্য আগের পর্যায়ের যথাযথ অগ্রগতি ও সমাপ্তি জরুরি। যেসব কোষ সাময়িকভাবে অথবা প্রত্যাবর্তনযোগ্যভাবে বিভাজন বন্ধ রাখে, সেগুলি G পর্যায় বা "বিশ্রাম পর্যায়" নামে পরিচিত অবস্থায় প্রবেশ করে।
G হলো একটি বিশ্রামাবস্থা, যেখানে কোষ কোষচক্র ত্যাগ করে এবং বিভাজন বন্ধ করে দেয়। কোষচক্রের শুরু হয় এই পর্যায় থেকে। বহুকোষী ইউক্যারিওটিক জীবের অ-বিভাজনশীল কোষ সাধারণত G পর্যায় থেকে G পর্যায়ে প্রবেশ করে এবং দীর্ঘ সময় বা অনির্দিষ্টকাল এই নিস্ক্রিয় অবস্থায় থাকতে পারে (যেমন নিউরনের ক্ষেত্রে প্রায়শই দেখা যায়)। এই ধরনের অবস্থা সাধারণত সম্পূর্ণভাবে পার্থক্যকৃত কোষে দেখা যায়। কিছু কোষ আধা-স্থায়ীভাবে G পর্যায়ে প্রবেশ করে এবং তাদেরকে "পোস্ট-মাইটোটিক" (মাইটোসিস-পরবর্তী) হিসেবে ধরা হয়; যেমন—যকৃত, বৃক্ক এবং পাকস্থলীর কিছু কোষ। তবে অনেক কোষ G পর্যায়ে প্রবেশ না করে জীবনভর বিভাজিত হতে থাকে; যেমন—ইপিথেলিয়াল কোষ।
"পোস্ট-মাইটোটিক" শব্দটি কখনও কখনও নিস্ক্রিয় এবং বার্ধক্যজনিত কোষ—এই দুই প্রকারের ক্ষেত্রেই ব্যবহৃত হয়। কোষীয় বার্ধক্য সাধারণত ডিএনএ ক্ষতি বা বাহ্যিক চাপের প্রতিক্রিয়ায় ঘটে এবং তা G পর্যায়ে কোষ বিভাজন বন্ধ করার মাধ্যমে প্রকাশ পায়। এই অবস্থায় কোষ বিভাজিত হলে তার সন্তান কোষ অকার্যকর হতে পারে। কোষীয় বার্ধক্য প্রায়শই অ্যাপোপটোসিসের বিকল্প একটি রাসায়নিক পথ, যার মাধ্যমে ক্ষতিগ্রস্ত কোষ স্ব-ধ্বংসের পরিবর্তে স্থায়ীভাবে বিভাজন বন্ধ করে দেয়।
ইন্টারফেজ হলো দুটি পরপর ঘটে যাওয়া M পর্যায়ের মধ্যবর্তী সময়। এই পর্যায়ে সদ্য গঠিত কোষ এবং এর নিউক্লিয়াসে এমন কিছু পরিবর্তন ঘটে, যার মাধ্যমে কোষ পুনরায় বিভাজনের উপযুক্ত হয়ে ওঠে। ইন্টারফেজকে প্রস্তুতিমূলক পর্যায় বা ইন্টারমাইটোসিস নামেও অভিহিত করা হয়। সাধারণভাবে কোষচক্রে যত সময় লাগে, তার অন্তত ৯১% সময় ইন্টারফেজে অতিবাহিত হয়।
ইন্টারফেজ তিনটি ধাপে সম্পন্ন হয়: G, S এবং G। এরপর মাইটোসিস ও সাইটোকাইনেসিসের পর্যায় শুরু হয়। S পর্যায়ে কোষের নিউক্লিয়াসে থাকা ডিএনএ অনুলিপি করা হয়।
ইন্টারফেজের প্রথম ধাপ, যা আগের M পর্যায়ের সমাপ্তি থেকে শুরু হয়ে ডিএনএ সংশ্লেষণের শুরু পর্যন্ত স্থায়ী হয়, তাকে G পর্যায় বলা হয়। এখানে G মানে হলো 'gap' বা ব্যবধান। এটি বৃদ্ধি পর্যায় নামেও পরিচিত। এই সময়ে কোষের জৈব সংশ্লেষণ কার্যক্রম (biosynthetic activities), যা M পর্যায়ে উল্লেখযোগ্যভাবে ধীর ছিল, তা পুনরায় সক্রিয় হয়ে উচ্চহারে পরিচালিত হয়। G পর্যায়ের স্থায়িত্ব বিভিন্ন কোষের মধ্যে — এমনকি একই প্রজাতির কোষ হলেও — ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হতে পারে। এই পর্যায়ে কোষ প্রোটিন উৎপাদন বাড়ায়, বিভিন্ন অঙ্গাণু (যেমন—মাইটোকন্ড্রিয়া, রাইবোসম) সংখ্যায় বৃদ্ধি পায় এবং কোষের আকারও বড় হয়। G পর্যায়ে কোষের সামনে তিনটি সম্ভাব্য পথ খোলা থাকে:
এই সিদ্ধান্ত নেওয়ার বিন্দুকে চেকপয়েন্ট বা রেস্ট্রিকশন পয়েন্ট বলা হয়। এটি START নামেও পরিচিত এবং G/S সাইক্লিন দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, যা G থেকে S পর্যায়ে প্রবেশ নিশ্চিত করে। G চেকপয়েন্ট অতিক্রম করলে কোষ বিভাজনের জন্য অঙ্গীকারবদ্ধ হয়ে পড়ে।
S পর্যায়ে ডিএনএ সংশ্লেষণ শুরু হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে এই ধাপ শুরু হয়। সংশ্লেষণ শেষ হলে প্রতিটি ক্রোমোজোম অনুলিপি হয়ে যায়, অর্থাৎ প্রতিটি ক্রোমোজোম এখন দুটি সিস্টার ক্রোমাটিড নিয়ে গঠিত হয়। ফলে, এই পর্যায়ে কোষে ডিএনএ-এর পরিমাণ দ্বিগুণ হয়ে যায়। তবে প্লয়েডি (কত সেট ক্রোমোজোম আছে) এবং ক্রোমোজোমের সংখ্যা অপরিবর্তিত থাকে। এই সময়ে আরএনএ ট্রান্সক্রিপশন ও প্রোটিন সংশ্লেষণ কার্যক্রম অত্যন্ত কম পরিমাণে ঘটে। তবে একটি ব্যতিক্রম হলো হিস্টোন প্রোটিন উৎপাদন, যা বেশিরভাগ ক্ষেত্রেই S পর্যায়ে ঘটে থাকে।
G পর্যায় ঘটে ডিএনএ অনুলিপি সম্পন্ন হওয়ার পর এবং এটি একটি প্রোটিন সংশ্লেষণ ও দ্রুত কোষ বৃদ্ধির সময়, যা কোষকে মাইটোসিসের জন্য প্রস্তুত করে। এই সময়ে মাইক্রোটিউবিউল পুনর্গঠিত হয়ে স্পিন্ডল বা মাইটোটিক দণ্ড (preprophase) গঠন করতে শুরু করে। মাইটোসিসে প্রবেশের আগে কোষকে অবশ্যই G চেকপয়েন্টে পরীক্ষা করতে হয়, যাতে নিশ্চিত হওয়া যায় যে ক্রোমোজোমগুলিতে কোনো ডিএনএ ক্ষতি নেই। এই G চেকপয়েন্ট প্রধানত p53 নামে একটি টিউমার-প্রতিরোধী প্রোটিন দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। যদি ডিএনএ ক্ষতিগ্রস্ত হয়, তবে p53 হয় সেই ক্ষতি মেরামত করে, নয়তো কোষকে অ্যাপোপটোসিসে (নিয়ন্ত্রিত কোষ-মৃত্যু) প্ররোচিত করে। যদি p53 প্রোটিন বিকল বা রূপান্তরিত (মিউটেটেড) হয়, তবে ক্ষতিগ্রস্ত ডিএনএ-সহ কোষ কোষচক্র চালিয়ে যেতে পারে, যা পরবর্তীতে ক্যান্সার সৃষ্টির ঝুঁকি বাড়াতে পারে।
তুলনামূলকভাবে সংক্ষিপ্ত "M পর্যায়" মূলত দুটি প্রক্রিয়া নিয়ে গঠিত: নিউক্লিয়াস বিভাজন (ক্যারিওকাইনেসিস) এবং সাইটোপ্লাজম বিভাজন (সাইটোকাইনেসিস)। M পর্যায় একটি জটিল এবং ঘনিষ্ঠভাবে নিয়ন্ত্রিত ধাপ। এই পর্যায়ে ঘটনাগুলি ধারাবাহিকভাবে বিভিন্ন ধাপে বিভক্ত, যেখানে একটি সেট সম্পন্ন হয়ে পরবর্তী ধাপ শুরু হয়।
এই ধাপগুলো ক্রমানুসারে হলো:
মাইটোসিস এমন একটি প্রক্রিয়া, যার মাধ্যমে একটি ইউক্যারিওটিক কোষ তার নিউক্লিয়াসে থাকা ক্রোমোজোমগুলোকে দুটি অভিন্ন সেটে বিভক্ত করে, এবং সেই দুই সেট দুটি পৃথক নিউক্লিয়াসে স্থাপিত হয়। এই প্রক্রিয়ায়, ক্রোমোজোমের জোড়াগুলো সঙ্কুচিত (condense) হয়ে মাইক্রোটিউবিউল-এর সঙ্গে যুক্ত হয়, যেগুলো সিস্টার ক্রোমাটিড-কে কোষের বিপরীত প্রান্তে টেনে নিয়ে যায়।
মাইটোসিস শুধুমাত্র ইউক্যারিওটিক কোষে ঘটে, তবে এটি বিভিন্ন জীব প্রজাতিতে ভিন্নভাবে সংঘটিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, প্রাণী কোষে ঘটে "ওপেন" মাইটোসিস, যেখানে নিউক্লিয়ার আবরণ ভেঙে যায় ক্রোমোজোম বিভাজনের আগে। অপরদিকে, "Aspergillus nidulans" এবং "Saccharomyces cerevisiae" (ইস্ট)-এর মতো ছত্রাকগুলোর মধ্যে ঘটে "ক্লোজড" মাইটোসিস, যেখানে নিউক্লিয়াস ভেঙে না গিয়েই ক্রোমোজোম বিভাজন সম্পন্ন হয়।
মাইটোসিসের পরপরই ঘটে সাইটোকাইনেসিস, যেখানে নিউক্লিয়াস, সাইটোপ্লাজম, অঙ্গাণু এবং কোষঝিল্লি সমানভাবে বিভক্ত হয়ে দুটি পৃথক কোষে পরিণত হয়। প্রতিটি কোষে প্রায় সমপরিমাণ কোষীয় উপাদান থাকে। উদ্ভিদ ও প্রাণী কোষে সাইটোকাইনেসিসের প্রক্রিয়া ভিন্ন। প্রাণী কোষে কোষঝিল্লিতে একটি খাঁজ সৃষ্টি হয়, যা ধীরে ধীরে গভীর হয় এবং সাইটোপ্লাজমকে পৃথক করে। অন্যদিকে, উদ্ভিদ কোষে সেল প্লেট তৈরি হয়, যা সাইটোপ্লাজমকে ভাগ করে দেয়। সেল প্লেটের অবস্থান নির্ধারিত হয় প্রিপ্রোফেজ অবস্থায় মাইক্রোটিউবিউল এবং অ্যাকটিন ফিলামেন্টের একটি ব্যান্ডের দ্বারা। মাইটোসিস ও সাইটোকাইনেসিস মিলে কোষ বিভাজন সম্পন্ন করে, যার ফলে মাতৃকোষ থেকে দুটি জেনেটিকভাবে অভিন্ন কন্যাকোষ তৈরি হয়। কোষচক্রের প্রায় ১০% সময়জুড়ে এই ধাপ ঘটে।
সাইটোকাইনেসিস সাধারণত মাইটোসিসের সঙ্গে সংগঠিত হওয়ায়, "মাইটোসিস" শব্দটি অনেক সময় "এম পর্যায়" (M phase)-এর সঙ্গে বিনিময়যোগ্যভাবে ব্যবহৃত হয়। তবে অনেক কোষে মাইটোসিস ও সাইটোকাইনেসিস আলাদাভাবে ঘটে, যার ফলে একাধিক নিউক্লিয়াসবিশিষ্ট একক কোষ তৈরি হয়। এই প্রক্রিয়াকে এন্ডোরিপ্লিকেশন বলা হয়। এন্ডোরিপ্লিকেশন সবচেয়ে বেশি দেখা যায় ছত্রাক এবং স্লাইম মোল্ডে, তবে এটি আরও বিভিন্ন জীবগোষ্ঠীতে পাওয়া যায়। এমনকি প্রাণীদের মধ্যেও মাইটোসিস ও সাইটোকাইনেসিস আলাদাভাবে ঘটতে পারে, যেমন ফলমাছির ভ্রূণবিকাশের কিছু পর্যায়ে। মাইটোসিসে ভুল হলে কোষ অ্যাপোপটোসিস নামক প্রক্রিয়ায় ধ্বংস হতে পারে অথবা মিউটেশন ঘটতে পারে, যা ক্যান্সারের কারণ হতে পারে।
কোষচক্রের নিয়ন্ত্রণ এমন কিছু প্রক্রিয়ার সমন্বয়ে গঠিত যা কোষের টিকে থাকার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এর মধ্যে রয়েছে জিনগত ক্ষতি শনাক্তকরণ ও তা মেরামতের প্রক্রিয়া, এবং অনিয়ন্ত্রিত কোষ বিভাজন রোধ। কোষচক্র নিয়ন্ত্রণকারী আণবিক ঘটনাগুলি সুনির্দিষ্ট ও একমুখী; অর্থাৎ প্রতিটি ধাপ নির্দিষ্ট ক্রমে ঘটে এবং চক্রটি "উল্টো পথে" অগ্রসর হওয়া সম্ভব নয়।
কোষচক্রে কোষের অগ্রগতি নির্ধারণে দুই ধরনের প্রধান নিয়ন্ত্রক অণুর ভূমিকা গুরুত্বপূর্ণ—এরা হল সাইক্লিন এবং সাইক্লিন-নির্ভর কাইনেজ (CDK)। লিল্যান্ড এইচ. হার্টওয়েল, আর. টিমোথি হান্ট এবং পল এম. নার্স এই গুরুত্বপূর্ণ অণুগুলির আবিষ্কারের জন্য ২০০১ সালে চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কারে ভূষিত হন। সাইক্লিন ও CDK তৈরি করে এমন অনেক জিন সকল ইউক্যারিওটে সংরক্ষিত। তবে সাধারণত, জটিল জীবগুলিতে কোষচক্র নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা আরও উন্নত ও বিস্তারিত, যেখানে আরও বেশি সংখ্যক পৃথক উপাদান অন্তর্ভুক্ত থাকে। এই সম্পর্কিত অনেক জিন প্রথম চিহ্নিত হয়েছিল ইস্ট জাতীয় ছাঁচ, বিশেষ করে "Saccharomyces cerevisiae" অধ্যয়নের মাধ্যমে। ইস্টে ব্যবহৃত জিনগত নামকরণ প্রথা অনুযায়ী, এই ধরনের অনেক জিনকে "cdc" (অর্থাৎ "cell division cycle") নাম দিয়ে শনাক্ত করা হয়, যার পরে একটি শনাক্তকারী সংখ্যা যুক্ত থাকে, যেমন "cdc25" বা "cdc20"।
সাইক্লিন একটি সক্রিয় হেটেরোডাইমার গঠনে নিয়ন্ত্রক উপএকক হিসেবে কাজ করে, আর CDK কাজ করে ক্যাটালাইটিক উপএকক হিসেবে। সাইক্লিনের নিজস্ব কোনো ক্যাটালাইটিক কার্যকারিতা নেই, এবং সাইক্লিনের অনুপস্থিতিতে CDK নিষ্ক্রিয় অবস্থায় থাকে। সাইক্লিন দ্বারা সক্রিয় হলে, CDK একটি সাধারণ জৈব-রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া সম্পাদন করে যাকে ফসফরাইলেশন বলা হয়। এই প্রতিক্রিয়ার মাধ্যমে তারা লক্ষ্যপ্রোটিনগুলিকে সক্রিয় বা নিষ্ক্রিয় করে, যাতে কোষচক্রের পরবর্তী ধাপে সমন্বিত অগ্রগতি সম্ভব হয়। বিভিন্ন ধরণের সাইক্লিন–CDK যৌগ ভিন্ন ভিন্ন লক্ষ্যপ্রোটিনকে টার্গেট করে। CDK সাধারণভাবে কোষে ক্রমাগত প্রকাশিত হয়, কিন্তু সাইক্লিন নির্দিষ্ট কোষচক্র ধাপে, বিভিন্ন আণবিক সংকেতের প্রতিক্রিয়ায় সংশ্লেষিত হয়।
প্রো-মাইটোটিক বহিঃকোষীয় সংকেত পাওয়ার পর, G ধাপের সাইক্লিন-CDK জটিল সক্রিয় হয় এবং কোষকে S পর্যায়ের জন্য প্রস্তুত করে। এই জটিলগুলো এমন কিছু ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টর উৎপাদনে সহায়তা করে, যেগুলো পরবর্তীতে S সাইক্লিন এবং DNA প্রতিলিপির জন্য প্রয়োজনীয় উৎসেচকগুলোর প্রকাশকে উদ্দীপিত করে।
G সাইক্লিন-CDK জটিলগুলো S পর্যায়ে প্রতিবন্ধক হিসেবে কাজ করা কিছু অণুর ক্ষয় সাধনে সহায়তা করে, সেগুলোকে ইউবিকুইটিনেশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে চিহ্নিত করে। ইউবিকুইটিনযুক্ত প্রোটিনগুলো পরে প্রোটিওসোম দ্বারা ভাঙনের জন্য পাঠানো হয়। একক কোষ-পর্যায়ে E2F ট্রান্সক্রিপশনীয় গতিশীলতার একটি গবেষণায় দেখা গেছে, G সাইক্লিন-CDK কার্যকলাপ—বিশেষত সাইক্লিন D-CDK4/6—মূলত কোষচক্রে প্রবেশের সময় নির্ধারণ করে, প্রতিশ্রুতি নয়।
সক্রিয় S সাইক্লিন-CDK জটিলগুলো প্রতিলিপি উৎসগুলোতে G পর্যায়ে গঠিত প্রি-রেপ্লিকেশন কমপ্লেক্সগুলোর প্রোটিনকে ফসফরিলেট করে। এই ফসফরাইলেশন দুটি উদ্দেশ্য পূরণ করে: ইতিমধ্যে গঠিত প্রি-রেপ্লিকেশন কমপ্লেক্স সক্রিয় করে এবং নতুন কমপ্লেক্স গঠনের পথ রোধ করে। এর ফলে কোষের জিনোম-এর প্রতিটি অংশ একবার এবং কেবল একবারই প্রতিলিপি হয়। যদি কোন অংশ প্রতিলিপি না হয়, তাহলে অপরিপূর্ণ জিনসহ কন্যা কোষ গঠিত হয় যা বেঁচে থাকতে পারে না। আবার অতিরিক্ত অনুলিপির কারণে জিন কপি সংখ্যার প্রভাবে কোষের ক্ষতি হতে পারে।
মাইটোসিসের সময় সক্রিয় হওয়া সাইক্লিন-CDK জটিলগুলো—যেগুলো S এবং G পর্যায়ে সংশ্লেষিত হলেও নিষ্ক্রিয় থাকে—ক্রোমোসোম সংকোচন এবং মাইটোটিক স্পাইন্ডল গঠনে জড়িত প্রোটিনগুলোর কার্যকলাপ শুরু করতে সহায়তা করে। এই প্রক্রিয়ায় একটি গুরুত্বপূর্ণ সক্রিয় জটিল হলো অ্যানাফেজ-প্রোমোটিং কমপ্লেক্স (APC) নামক একটি ইউবিকুইটিন লাইগেজ। এটি ক্রোমোসোমের কিনেটোকোর-সংযুক্ত কাঠামোগত প্রোটিনগুলোর ক্ষয় সাধন করে। APC মাইটোসিস সাইক্লিনগুলোকেও ভেঙে দেয়, ফলে টেলোফেজ ও সাইটোকাইনেসিস স্বাভাবিকভাবে সম্পন্ন হতে পারে।
সাইক্লিন D হল প্রথম সাইক্লিন যা কোষচক্রে প্রবেশকারী কোষে উৎপন্ন হয়, সাধারণত বহিঃকোষীয় সংকেত (যেমন গ্রোথ ফ্যাক্টর)-এর প্রতিক্রিয়ায়। বিভাজনে অংশ না নেওয়া বিশ্রান্ত কোষে সাইক্লিন D-এর পরিমাণ কম থাকে। এই অবস্থায় CDK4/6 এবং CDK2-ও নিষ্ক্রিয় থাকে, কারণ CDK4/6-কে INK4 পরিবারভুক্ত প্রোটিন (যেমন, p16) আবৃত করে রাখে, ফলে তাদের কিনেজ কার্যকলাপ সীমিত হয়। একই সময়ে, CDK2 জটিলগুলো CIP/KIP পরিবারভুক্ত p21 ও p27 প্রোটিন দ্বারা নিষ্ক্রিয় থাকে।
যখন কোষকে কোষচক্রে প্রবেশ করতে হয়, তখন মাইটোজেনিক সংকেত-এর প্রভাবে সাইক্লিন D-এর পরিমাণ বেড়ে যায়। তখন এটি CDK4/6-এর সঙ্গে যুক্ত হয়ে সক্রিয় সাইক্লিন D-CDK4/6 জটিল তৈরি করে। এই জটিল রেটিনোব্লাস্টোমা (Rb) প্রোটিনকে এককভাবে ফসফরাইলেট করে, যাকে pRb বলা হয়। অব্যবহৃত (অফসফরাইলেটেড) Rb একটি টিউমার-দমনকারী প্রোটিন হিসেবে কাজ করে এবং কোষকে G অবস্থায় থামিয়ে রাখে (অবসান বা স্নায়ুবদ্ধতা)।
গত কয়েক দশকে গৃহীত একটি মডেল অনুযায়ী, সাইক্লিন D-CDK4/6 ধাপে ধাপে Rb-কে বহু ফসফরাইলেশন ঘটিয়ে হাইপার-ফসফরাইলেটেড অবস্থায় নিয়ে যায়। এতে pRb–E2F জটিলগুলো ভেঙে যায় এবং G/S পর্যায়ের জিনের প্রকাশ শুরু হয়।
গবেষণায় দেখা গেছে, Rb প্রোটিনের তিনটি প্রধান রূপ রয়েছে: (১) G অবস্থায় অব্যবহৃত Rb; (২) প্রাথমিক G পর্যায়ে আংশিক বা এককভাবে ফসফরাইলেটেড Rb (যাকে হাইপো-ফসফরাইলেটেডও বলা হয়); এবং (৩) G শেষ দিকে সম্পূর্ণ হাইপার-ফসফরাইলেটেড ও নিষ্ক্রিয় Rb।
G পর্যায়ের শুরুতে এককভাবে ফসফরাইলেটেড Rb-এর ১৪টি স্বতন্ত্র আইসোফর্ম পাওয়া যায়, যেগুলোর E2F-এর প্রতি ভিন্ন ভিন্ন আবদ্ধক্ষমতা থাকে। Rb শতাধিক প্রোটিনের সঙ্গে সম্পর্ক স্থাপন করতে পারে, এবং গবেষণায় দেখা গেছে, একক ফসফরাইলেটেড Rb-এর আলাদা আলাদা আইসোফর্ম ভিন্ন ভিন্ন প্রোটিন পার্টনারের সঙ্গে যুক্ত হয়।
সব একক ফসফরাইলেটেড Rb আইসোফর্ম E2F-নিয়ন্ত্রিত জিন প্রকাশ দমন করতে পারে এবং কোষকে G পর্যায়ে স্থির রাখতে পারে। তবে, এই আইসোফর্মগুলোর পৃথক ট্রান্সক্রিপশনাল আউটপুট রয়েছে যা E2F নিয়ন্ত্রণের বাইরেও বিস্তৃত।
pRb যখন E2F-এর সঙ্গে যুক্ত থাকে, তখন এটি G/S ও S পর্যায়ের বহু জিনের প্রকাশ রোধ করে, যার মধ্যে সাইক্লিন E-ও আছে। Rb-এর আংশিক ফসফরাইলেশন E2F-এর দমন মুক্ত করে এবং সাইক্লিন E-এর প্রকাশ শুরু করে। যদিও এই পরিবর্তনের নির্দিষ্ট কার্যপ্রক্রিয়া এখনো পুরোপুরি বোঝা যায়নি, তবুও যখন সাইক্লিন E-এর পরিমাণ বেড়ে যায়, তখন এটি CDK2-এর সঙ্গে যুক্ত হয়ে সক্রিয় সাইক্লিন E-CDK2 জটিল তৈরি করে। এই জটিল Rb-কে হাইপার-ফসফরাইলেটেড করে সম্পূর্ণ নিষ্ক্রিয় করে দেয়।
হাইপার-ফসফরাইলেটেড Rb তখন E2F/DP1/Rb জটিল থেকে সম্পূর্ণভাবে বিচ্ছিন্ন হয়, ফলে cyclin E, cyclin A, DNA polymerase, thymidine kinase ইত্যাদি জিনগুলোর ট্রান্সক্রিপশন শুরু হয়। ফলে কোষ G থেকে S পর্যায়ে অগ্রসর হয়।
সাইক্লিন B-CDK1 জটিল সক্রিয় হলে নিউক্লিয়ার এনভেলপ ভেঙে যায় এবং প্রোফেজ শুরু হয়; পরবর্তীতে এই জটিল নিষ্ক্রিয় হলে কোষ মাইটোসিস থেকে বেরিয়ে আসে।
Rb-র কাঠামোগত বিশ্লেষণে দেখা গেছে, সাইক্লিন D-CDK4/6 শুধুমাত্র Rb-র C-টার্মিনাল আলফা-হেলিক্স অঞ্চলের সঙ্গে যুক্ত হতে পারে, যা অন্যান্য সাইক্লিন (যেমন সাইক্লিন E, সাইক্লিন A, সাইক্লিন B)-এর পক্ষে সম্ভব নয়। এই পর্যবেক্ষণ থেকে বোঝা যায়, Rb-কে বিভিন্ন সাইক্লিন-CDK জটিল ভিন্নভাবে ফসফরাইলেট করে। একধরনের হাইপার-ফসফরাইলেশন পদ্ধতির মাধ্যমে Rb-এর সব একক-ফসফরাইলেটেড রূপ একসঙ্গে নিষ্ক্রিয় হয়ে যায়। এই হেলিক্স অঞ্চলে মিউটেশন করলে সাইক্লিন D-CDK4/6-এর সঙ্গে যুক্ত হওয়া ব্যাহত হয়, ফলে Rb ফসফরাইলেট হয় না, কোষ G পর্যায়ে আটকে যায় এবং Rb-এর টিউমার-দমন ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়।
এই সাইক্লিন-CDK নির্ভর কোষচক্র নিয়ন্ত্রণ প্রক্রিয়া কোষকে বিভাজনের প্রতিশ্রুতি দেয় এবং বৃদ্ধি ঘটায়। ক্যান্সার কোষের বৃদ্ধির সঙ্গে প্রায়ই সাইক্লিন D-CDK4/6 কার্যকলাপের নিয়ন্ত্রণহীনতা দেখা যায়।
একক কোষ পর্যায়ে পরিচালিত একটি গবেষণায় দেখা গেছে, Myc-এর মতো জিনসমূহ E2F জমার পরিমাণ নিয়ন্ত্রণ করে এবং কোষচক্রে প্রবেশ ও S পর্যায়ে অগ্রসর হওয়ার প্রতিশ্রুতি নির্ধারণ করে। G সাইক্লিন-CDK কার্যকলাপ কোষচক্র প্রবেশের চালিকা শক্তি নয়, বরং E2F বৃদ্ধির সময় নির্ধারণ করে এবং কোষচক্রের গতি নিয়ন্ত্রণে ভূমিকা রাখে।
দুটি জিন পরিবার—"cip/kip" ("CDK interacting protein/Kinase inhibitory protein") এবং INK4a/ARF ("In"hibitor of "K"inase 4/"A"lternative "R"eading "F"rame)—কোষচক্রের অগ্রগতি প্রতিরোধ করে। এদের টিউমার গঠনের প্রতিরোধে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা থাকার কারণে, এদের টিউমার দমনকারী (tumor suppressor) বলা হয়।
"cip/kip" পরিবার অন্তর্ভুক্ত করে p21, p27 এবং p57 জিনকে। এই প্রোটিনগুলো G পর্যায়ে সাইক্লিন-CDK জটিলের সঙ্গে আবদ্ধ হয়ে সেগুলিকে নিষ্ক্রিয় করে কোষচক্র থামিয়ে দেয়। p21 প্রোটিন p53 দ্বারা সক্রিয় হয়, যা আবার ডিএনএ ক্ষতি (যেমন বিকিরণের কারণে) হলে উদ্দীপিত হয়। p27 সক্রিয় হয় গ্রোথ ইনহিবিটর TGF β দ্বারা।
INK4a/ARF পরিবার অন্তর্ভুক্ত করে p16 এবং p14। p16 CDK4-এর সঙ্গে আবদ্ধ হয়ে G পর্যায়ে কোষচক্রকে স্থগিত করে এবং p14 p53 প্রোটিনের ভাঙন প্রতিরোধ করে।
Cdc25-এর কৃত্রিম প্রতিরোধকসমূহ কোষচক্রকে থামাতে সহায়তা করতে পারে এবং সেই কারণে এদের অ্যান্টিনিওপ্লাস্টিক ও অ্যান্টিক্যান্সার এজেন্ট হিসেবে ব্যবহারের সম্ভাবনা রয়েছে।
অনেক মানব ক্যান্সারে CDK4/6 অতিসক্রিয় অবস্থায় থাকে। সাইক্লিন D-CDK4/6 কার্যকলাপের উপর ভিত্তি করে ধারণা করা হয়, CDK4/6 প্রতিরোধের মাধ্যমে ক্যান্সার কোষের বিভাজন রোধ করা সম্ভব। তাই গবেষকরা CDK4/6-এর বিরুদ্ধে কৃত্রিম প্রতিরোধক উদ্ভাবনের চেষ্টা করেন। বর্তমানে তিনটি CDK4/6 ইনহিবিটর—palbociclib, ribociclib, এবং abemaciclib—FDA অনুমোদিত হয়েছে উন্নত স্তরের স্তন ক্যান্সার বা মেটাস্টেটিক স্তন ক্যান্সার চিকিৎসায় ব্যবহারের জন্য। এসব ওষুধ হরমোন রিসেপ্টর পজিটিভ (HR+) এবং HER2 নেগেটিভ স্তন ক্যান্সার (HER2-) আক্রান্ত রোগীদের ক্ষেত্রে কার্যকর।
উদাহরণস্বরূপ, palbociclib একটি মুখে গ্রহণযোগ্য CDK4/6 ইনহিবিটর, যা ER-পজিটিভ/HER2-নেগেটিভ স্তন ক্যান্সারে উন্নত ফলাফল দেখিয়েছে। এর প্রধান পার্শ্বপ্রতিক্রিয়া হল নিউট্রোপেনিয়া, যা ডোজ কমিয়ে নিয়ন্ত্রণ করা যায়।
CDK4/6 লক্ষ্যকারী চিকিৎসা কেবল সেই ক্যান্সারে কার্যকর হবে যেখানে Rb প্রোটিন বিদ্যমান। Rb-র অনুপস্থিতিতে ক্যান্সার কোষগুলো সাধারণত CDK4/6 ইনহিবিটরের প্রতি প্রাথমিক প্রতিরোধ প্রদর্শন করে।
বর্তমান গবেষণায় প্রমাণ মিলেছে যে, একটি আধা-স্বয়ংক্রিয় ট্রান্সক্রিপশনাল নিয়ন্ত্রণ নেটওয়ার্ক সাইক্লিন-CDK যন্ত্রনার সঙ্গে সমন্বয়ে কাজ করে কোষচক্র নিয়ন্ত্রণ করে। "Saccharomyces cerevisiae"-তে পরিচালিত বিভিন্ন জিন প্রকাশ বিশ্লেষণে দেখা গেছে, কোষচক্র চলাকালীন প্রায় ৮০০ থেকে ১২০০টি জিনের প্রকাশে পরিবর্তন ঘটে। এসব জিন নির্দিষ্ট কোষচক্র ধাপে উচ্চমাত্রায় প্রকাশ পায় এবং বাকি সময়ে তুলনামূলকভাবে কম থেকে যায়। গবেষণা ও বিশ্লেষণ পদ্ধতির ভিন্নতার কারণে কোন জিনগুলো শনাক্ত হয়েছে তা আলাদা হলেও প্রতিটি গবেষণাতেই দেখা যায় যে প্রচুর জিন সাময়িকভাবে নিয়ন্ত্রিত।
এই রূপে প্রকাশ হওয়া অনেক জিনই এমন ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টর দ্বারা নিয়ন্ত্রিত, যেগুলোর নিজেরাও ধাপে ধাপে প্রকাশ ঘটে। একক জিন বাদ দিয়ে পর্যবেক্ষণ চালানো একটি স্ক্রিনে দেখা গেছে, ৪৮টি ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টরের অভাবে কোষচক্রে ত্রুটি দেখা যায়—যা মোট অপ্রয়োজনীয় ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টরের প্রায় ২০%। উচ্চ-ক্ষমতার প্রযুক্তি ব্যবহার করে করা জেনোম-ব্যাপী গবেষণায় দেখা গেছে, এসব ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টর নির্দিষ্ট জিনের প্রোমোটার অঞ্চলে আবদ্ধ হয় এবং তাদের প্রকাশকে নির্দিষ্ট ধাপে চালিত করে। এই ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টরগুলোর প্রকাশ আবার আগের ধাপে শীর্ষে থাকা ফ্যাক্টর দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। কম্পিউটার মডেলগুলো দেখায় যে, CDK-নির্ভরতা ছাড়াও একটি ট্রান্সক্রিপশনাল নেটওয়ার্ক নিরবিচারে জিন প্রকাশে ওঠানামা করতে পারে।
গবেষণায় আরও দেখা গেছে, CDK ছাড়াও জিন প্রকাশে নিয়মিত ওঠানামা ঘটতে পারে। Orlando ও সহকর্মীরা মাইক্রোঅ্যারে ব্যবহার করে ১,২৭১টি জিনের প্রকাশ পরিমাপ করেন, যেগুলো বন্য-প্রকার এবং সাইক্লিন (clb1-6) বিহীন কোষে পর্যায়ক্রমিকভাবে প্রকাশ পায়। এর মধ্যে ৮৮২টি জিন সাইক্লিন-বিহীন কোষেও ঠিক সময়ে প্রকাশ পেয়েছিল, যদিও এ ধরনের কোষ G ও S পর্যায়ের সংযোগস্থলে থেমে যায়। অন্যদিকে, ৮৩৩টি জিনের আচরণ পরিবর্তিত হয়, যা নির্দেশ করে যে এদের প্রকাশ সরাসরি বা পরোক্ষভাবে CDK-সাইক্লিন যন্ত্রনার দ্বারা নিয়ন্ত্রিত। কিছু জিন সময়মতো প্রকাশ পেলেও তাদের প্রকাশের মাত্রা বন্য ও মিউট্যান্ট কোষে ভিন্ন ছিল। এইসব ফলাফল থেকে বোঝা যায়, ট্রান্সক্রিপশনাল নেটওয়ার্ক নিজে oscillate করলেও, সঠিক সময় নির্ধারণে এটি CDK-সাইক্লিন যন্ত্রনার সঙ্গে একত্রে কাজ করে।
আরও গবেষণায় দেখা গেছে, কোষচক্র ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টরগুলো Cdk1 দ্বারা ফসফরাইলেশন (একটি পোস্ট-ট্রান্সলেশনাল পরিবর্তন) ঘটার ফলে তাদের কার্যকলাপ বা অবস্থান পরিবর্তিত হয়। এর মাধ্যমে লক্ষ্যমাত্রা জিনগুলোর প্রকাশ আরও নির্ভুলভাবে নিয়ন্ত্রিত হয়।
যদিও ট্রান্সক্রিপশনাল ওঠানামা ইস্ট কোষচক্রে গুরুত্বপূর্ণ, প্রারম্ভিক ভ্রূণ কোষচক্রে CDK-সাইক্লিন যন্ত্রণা স্বাধীনভাবে কাজ করে। মিডব্লাস্টুলা ট্রানজিশন-এর আগে জাইগোটিক ট্রান্সক্রিপশন শুরু হয় না এবং সমস্ত প্রয়োজনীয় প্রোটিন, যেমন B-টাইপ সাইক্লিন, মাতৃগত mRNA থেকে অনুবাদিত হয়।
"Saccharomyces cerevisiae"-এর সিঙ্ক্রোনাইজড কোষসংস্কৃতির উপর পরিচালিত এক বিশ্লেষণে দেখা গেছে, এমন অবস্থায় যেখানে ডিএনএ প্রতিলিপি শুরু হওয়া প্রতিরোধ করা হয়েছে কিন্তু কোষচক্রের অগ্রগতি বাধাগ্রস্ত হয়নি—সেখানে ডিএনএ প্রতিলিপির উৎস (origin) লাইসেন্সিং প্রক্রিয়ায় এমন কিছু জিনের প্রকাশ কমে যায় যাদের ৩' প্রান্তের কাছাকাছি প্রতিলিপি উৎস রয়েছে। এই পর্যবেক্ষণ থেকে বোঝা যায়, ডিএনএ প্রতিলিপির নিচের দিকের (downstream) উৎসগুলো ওপরের (upstream) জিনের প্রকাশ নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।
এই ফলাফল পূর্ববর্তী কিছু গাণিতিক মডেলিংয়ের ভবিষ্যদ্বাণিকে সমর্থন করে, যেখানে দেখা গেছে যে ডিএনএ প্রতিলিপির উৎস কার্যকলাপ এবং mRNA প্রকাশের মধ্যে একটি বৈশ্বিক কার্যকারণ সমন্বয় থাকতে পারে।
এছাড়াও, এই গবেষণাগুলো প্রমাণ করে যে ডিএনএ মাইক্রোঅ্যারে ডেটার গাণিতিক বিশ্লেষণের মাধ্যমে পূর্বে অজানা জৈব-নিয়ন্ত্রণ প্রক্রিয়া সঠিকভাবে পূর্বাভাস দেওয়া সম্ভব।
কোষচক্র চেকপয়েন্ট হলো এমন একটি ব্যবস্থাপনা, যার মাধ্যমে কোষ কোষচক্রের অগ্রগতি পর্যবেক্ষণ ও নিয়ন্ত্রণ করে। এই চেকপয়েন্টগুলো কোষচক্রের নির্দিষ্ট ধাপে কোষকে থামিয়ে দেয়, যাতে প্রয়োজনীয় প্রক্রিয়া সম্পন্ন হয়েছে কিনা তা যাচাই করা যায় এবং ডিএনএ ক্ষতি হলে তা মেরামত করা যায়। যতক্ষণ না চেকপয়েন্টের শর্ত পূরণ হয়, ততক্ষণ কোষ পরবর্তী ধাপে এগোতে পারে না। প্রতিটি চেকপয়েন্টে সাধারণত নিয়ন্ত্রণমূলক প্রোটিনের একটি জটিল নেটওয়ার্ক কাজ করে, যা কোষচক্রের বিভিন্ন স্তর পর্যবেক্ষণ ও নিয়ন্ত্রণ করে।
মানব কোষে অনুমান করা হয়, প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া প্রায় ১% একক-সূত্র ডিএনএ ক্ষতি এক পর্যায়ে প্রায় ৫০টি দ্বি-সূত্র ভাঙনে রূপান্তরিত হয় প্রতিটি কোষচক্রে। যদিও সাধারণত এই ভাঙনগুলো সঠিকভাবে মেরামত হয়, তবে এর মেরামতে ভুল হলে তা ক্যান্সারের ঝুঁকি বাড়াতে পারে।
ক্ষতিগ্রস্ত বা অসম্পূর্ণ ডিএনএ যাতে কন্যা কোষে না যায়, তা নিশ্চিত করতে একাধিক চেকপয়েন্ট বিদ্যমান। প্রধান তিনটি চেকপয়েন্ট হলো:
আরও একটি হলো G চেকপয়েন্ট, যেখানে কোষের পরিপক্বতা যাচাই করা হয়। যদি কোষ প্রস্তুত না থাকে, তাহলে সেটিকে বিভাজনের জন্য অযোগ্য বিবেচনা করে থামিয়ে দেওয়া হয়।
G/S চেকপয়েন্ট (বা রেস্ট্রিকশন পয়েন্ট) কোষচক্রের একটি গুরুত্বপূর্ণ নিয়ন্ত্রণ ধাপ। এই পর্যায়ে কোষ যাচাই করে যে তার কাছে ডিএনএ প্রতিলিপির জন্য প্রয়োজনীয় উপাদান যেমন নিউক্লিওটাইড, ডিএনএ সংশ্লেষণ উৎসেচক, ক্রোমাটিন ইত্যাদি আছে কিনা। পুষ্টিহীন বা অসুস্থ কোষ এই চেকপয়েন্টে আটকে যায়।
G/M চেকপয়েন্টে কোষ যাচাই করে যে দুটি কন্যা কোষ তৈরির জন্য যথেষ্ট সাইটোপ্লাজম ও ফসফোলিপিড আছে কিনা এবং প্রয়োজনে প্রতিলিপির সময় নির্ধারণ করে। যেমন, একটি বিকাশমান ভ্রূণে কোষগুলোকে সমানভাবে বিভাজন করতে হয়—যেটা এই চেকপয়েন্ট নিয়ন্ত্রণ করে।
মেটাফেজ চেকপয়েন্টে, যদিও কোষ ইতোমধ্যেই মাইটোসিসে প্রবেশ করে ফেলেছে, তবুও এটি নিশ্চিত করে যে মাইটোটিক স্পিন্ডল তৈরি হয়েছে এবং সব ক্রোমোজোম স্পিন্ডল ইকুয়েটরে সঠিকভাবে সারিবদ্ধ হয়েছে কিনা।
তবে, সব কোষ বাধ্যতামূলকভাবে সব চেকপয়েন্ট অতিক্রম করে না। অনেক ক্যান্সার কোষে মিউটেশনের ফলে চেকপয়েন্ট পেরোনোর নিয়ন্ত্রণ হারিয়ে যায়। তারা প্রায় টানা S → M → S পর্যায়ে চলে যেতে পারে, ফলে ডিএনএ-তে উপস্থিত ক্ষতি কন্যা কোষে চলে যায়। এজন্য ক্যান্সার কোষে মিউটেশন জমার হার বেশি থাকে। অপরদিকে, অনেক পূর্ণ পরিণত কোষ (যেমন স্নায়ুকোষ) কোষচক্র ছেড়ে G অবস্থায় থাকে এবং আর বিভাজনে অংশ নেয় না, ফলে তাদের চেকপয়েন্টের প্রয়োজন থাকে না। বিকল্পভাবে, পোস্টরেপ্লিকেশন চেকপয়েন্ট নামক এক মডেলও প্রস্তাব করা হয়েছে যা ডিএনএ ক্ষতির প্রতিক্রিয়ায় কোষচক্র প্রতিক্রিয়া বোঝাতে ব্যবহৃত হয়।
চেকপয়েন্ট নিয়ন্ত্রণ জীবদেহের বিকাশেও গুরুত্বপূর্ণ। যৌন প্রজননে, ডিম্বাণু নিষিক্ত হলে শুক্রাণু কিছু সংকেত প্রদান করে, যা ডিম্বাণুকে জানায় যে এটি নিষিক্ত হয়েছে। এই সংকেতের ফলে কোষ পূর্ববর্তী বিশ্রামাধীন G অবস্থান থেকে আবার কোষচক্রে প্রবেশ করে এবং মাইটোসিস শুরু হয়।
p53 প্রোটিন G/S এবং G/M চেকপয়েন্ট সক্রিয় করতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। p53 ছাড়াও, চেকপয়েন্ট নিয়ন্ত্রক প্রোটিন নিয়ে বর্তমানে ক্যান্সার বৃদ্ধির ও বিস্তারের প্রেক্ষাপটে ব্যাপক গবেষণা চলছে।
জাপানি বিজ্ঞানী আতসুশি মিয়াওয়াকি ও সহকর্মীদের অগ্রগামী গবেষণায় ফ্লুরোসেন্ট ইউবিকুইটিনেশন-ভিত্তিক কোষচক্র নির্দেশক (FUCCI) তৈরি করা হয়, যা কোষচক্রের ফ্লুরোসেন্ট চিত্রায়নের সুযোগ প্রদান করে। প্রাথমিকভাবে এই পদ্ধতিতে একটি সবুজ ফ্লুরোসেন্ট প্রোটিন (mAG) কে hGem(1/110)-এর সঙ্গে যুক্ত করা হয় এবং একটি কমলা ফ্লুরোসেন্ট প্রোটিন (mKO) কে hCdt1(30/120)-এর সঙ্গে যুক্ত করা হয়। এই প্রোটিন অংশগুলোতে নিউক্লিয়ার লোকালাইজেশন সিগন্যাল এবং ইউবিকুইটিনেশন সাইট থাকে, যা প্রোটিনের ক্ষয় সাধনে সহায়তা করে, তবে এগুলো সম্পূর্ণ কার্যকরী প্রোটিন নয়।
সবুজ ফ্লুরোসেন্ট প্রোটিনটি S, G, বা M পর্যায়ে তৈরি হয় এবং G অথবা G পর্যায়ে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। অপরদিকে, কমলা ফ্লুরোসেন্ট প্রোটিনটি G অথবা G পর্যায়ে তৈরি হয় এবং S, G, বা M পর্যায়ে ধ্বংস হয়।
পরবর্তীতে একটি ফার-রেড এবং নেয়ার-ইনফ্রারেড FUCCI ব্যবস্থাও তৈরি করা হয়েছে, যেখানে সায়ানোব্যাকটেরিয়া-উৎপন্ন ফ্লুরোসেন্ট প্রোটিন (smURFP) এবং ব্যাক্টেরিওফাইটোক্রোম-উৎপন্ন ফ্লুরোসেন্ট প্রোটিন ব্যবহার করা হয়েছে।
মূল FUCCI ব্যবস্থাকে আরও কার্যকর করার জন্য বিভিন্ন পরিবর্তন আনা হয়েছে, যাতে তা বিভিন্ন ইন ভিট্রো গবেষণা এবং মডেল জীব-এ ব্যবহারের উপযোগী হয়। এসব উন্নয়নের ফলে কোষচক্রের ধাপ শনাক্ত করার সংবেদনশীলতা ও নির্ভুলতা বৃদ্ধি পেয়েছে এবং কোষ বিভাজনের গতি ও হার আরও নিখুঁতভাবে নিরূপণ করা সম্ভব হয়েছে।
কোষচক্র নিয়ন্ত্রণের অনিয়ম বা ব্যর্থতা টিউমার গঠনের কারণ হতে পারে। যেমন, যদি কোষচক্র প্রতিবন্ধক জিন, RB, p53 ইত্যাদির মিউটেশন ঘটে, তবে কোষ নিয়ন্ত্রণহীনভাবে বিভাজিত হতে পারে এবং একটি টিউমার তৈরি করতে পারে।
যদিও টিউমার কোষের কোষচক্রের সময়কাল সাধারণ কোষের সমান বা কিছুটা দীর্ঘ হতে পারে, তবে টিউমারে বিভাজনরত কোষের অনুপাত সাধারণ টিস্যুর তুলনায় অনেক বেশি থাকে (অধিকাংশ সাধারণ কোষ G বিশ্রাম পর্যায়ে থাকে)। ফলে, যদিও কোষ মৃত্যুর (যেমন অ্যাপোপটোসিস বা সেনেসেন্স) হার অপরিবর্তিত থাকে, তবুও কোষসংখ্যা নিটভাবে বৃদ্ধি পায়।
ক্যান্সার চিকিৎসায় সাধারণত কোষচক্রে সক্রিয় কোষগুলোকে লক্ষ্য করা হয়, কারণ বিভাজনের সময় তাদের ডিএনএ তুলনামূলকভাবে উন্মুক্ত থাকে এবং রাসায়নিক চিকিৎসা বা রেডিয়েশন থেরাপির মাধ্যমে সহজে ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে। এই নীতির ভিত্তিতে একটি কৌশলগত ধাপ হল ডিবালকিং (debulking), যেখানে টিউমারের একটি বড় অংশ অপসারণ করা হয়। এতে অবশিষ্ট কোষগুলোর মধ্যে অনেক কোষ G থেকে সক্রিয় অবস্থায় (G) চলে আসে—পুষ্টি, অক্সিজেন ও বৃদ্ধিবর্ধক উপাদানের প্রাপ্যতা বেড়ে যাওয়ার ফলে। এরপর রেডিয়েশন বা কেমোথেরাপি ব্যবহার করে এই সদ্য সক্রিয় কোষগুলো ধ্বংস করা হয়।
সরাসরি ল্যাব সংস্কৃতিতে সবচেয়ে দ্রুত বিভাজনশীল স্তন্যপায়ী কোষ হলো অন্ত্রের এপিথেলিয়ামের ক্রিপ্ট কোষ, যাদের কোষচক্র সময় মাত্র ৯–১০ ঘণ্টা। অপরদিকে, বিশ্রান্ত অবস্থায় থাকা ইঁদুরের ত্বকের স্টেম কোষের কোষচক্র সময় ২০০ ঘণ্টারও বেশি হতে পারে। এই পার্থক্যের বেশিরভাগই G পর্যায়ের দৈর্ঘ্য ভেদে ঘটে, কারণ M ও S পর্যায় সাধারণত অপরিবর্তিত থাকে।
সাধারণভাবে, কোষ late M ও G পর্যায়ে সবচেয়ে বেশি রেডিয়েশন সংবেদনশীল এবং late S পর্যায়ে সবচেয়ে বেশি প্রতিরোধক্ষম হয়। দীর্ঘ কোষচক্রবিশিষ্ট কোষে, দীর্ঘ G থাকার ফলে G পর্যায়ের শেষদিকে একটি দ্বিতীয় প্রতিরোধশীল শিখর দেখা যায়। কোষে বিদ্যমান সালফহাইড্রিল যৌগের মাত্রার সঙ্গে এই সংবেদনশীলতা ও প্রতিরোধক্ষমতার সম্পর্ক রয়েছে। সালফহাইড্রিল যৌগ কোষকে রেডিয়েশনজনিত ক্ষতি থেকে রক্ষা করে এবং সাধারণত S পর্যায়ে সর্বোচ্চ ও মাইটোসিসের কাছাকাছি সর্বনিম্ন থাকে।
হোমোলোগাস রিকম্বিনেশন (HR) হলো ডিএনএ দ্বি-সূত্র ভাঙন মেরামতের একটি নির্ভুল পদ্ধতি। HR G পর্যায়ে প্রায় অনুপস্থিত থাকে, S পর্যায়ে সবচেয়ে সক্রিয় এবং G/M পর্যায়ে আবার কমে যায়। অপরদিকে, নন-হোমোলোগাস এন্ড জয়নিং (NHEJ) একটি অপেক্ষাকৃত কম নির্ভুল ও মিউটেশন-প্রবণ পদ্ধতি, যা পুরো কোষচক্রজুড়ে সক্রিয় থাকে।
কোষ চক্রের একটি গুরুত্বপূর্ণ কাজ হলো কোষের সব উপাদান অনুলিপি করা এবং সেগুলো দুইটি কন্যা কোষের মধ্যে সমভাবে ভাগ করে দেওয়া। অনেক উপাদান, যেমন প্রোটিন এবং রাইবোসোম, কোষ চক্রের পুরো সময় জুড়েই তৈরি হয় (শুধু এম-পর্যায়ে ব্যতিক্রম ঘটে)। তবে, ক্রোমোজোম ও অন্যান্য সম্পর্কিত গঠন যেমন MTOC, কোষ চক্রে কেবল একবারই অনুলিপি হয়। কোষ চক্রের একটি মূল বৈশিষ্ট্য হলো, এটি বিভিন্ন কোষীয় উপাদানের ধারাবাহিক এবং পর্যায়ক্রমিক অনুলিপির কাজটি সমন্বিতভাবে পরিচালনা করতে সক্ষম। এই বৈশিষ্ট্যটি জিনোমের গঠনের সাথে সাথে বিবর্তিত হয়েছে।
প্রাক-কোষীয় পরিবেশে কার্যকর ও আত্মপ্রতিলিপিকারী RNA উপস্থিত ছিল। এই পরিবেশে RNA-র ঘনত্ব নির্ভর করত অন্যান্য RNA-র উপস্থিতির উপর, যারা হয় সহায়ক ছিল, নয়তো সম্পদের প্রাপ্তিতে প্রতিবন্ধকতা সৃষ্টি করত। এই পরিস্থিতিতে "বৃদ্ধি" বলতে বোঝানো হতো ধারাবাহিকভাবে RNA উৎপাদন। এই প্রাক-কোষীয় গঠনের মুখোমুখি হতে হতো পরজীবী RNA, উত্তরাধিকার সংক্রান্ত সমস্যা এবং নির্দিষ্ট RNA-র অনুলিপি সংখ্যা নিয়ন্ত্রণের মতো চ্যালেঞ্জের।
"জিনোমিক" RNA-কে "কার্যকরী" RNA থেকে পৃথক করায় এসব সমস্যার সমাধানে সহায়তা করে। একাধিক RNA-র সংযুক্তিতে তৈরি জিনোম একটি ছাঁচ হিসেবে কাজ করত, যেখান থেকে কার্যকরী RNA তৈরি হতো। এর ফলে পরজীবী RNA-দের টিকে থাকতে হলে জিনোমের অংশ হতে হতো, যা ছিল একটি বড় বাধা। জিনোমিক RNA-র অনুলিপি সংখ্যা নিয়ন্ত্রণের সুযোগ তৈরি হয়, যার ফলে RNA-র ঘনত্ব নির্ধারিত হতো তার সংশ্লেষণের হার ও অর্ধায়ুর উপর ভিত্তি করে, প্রতিযোগিতার মাধ্যমে নয়। জিনোমিক RNA-র অনুলিপি প্রক্রিয়াকে কার্যকরী RNA-র উৎপাদন থেকে আলাদা করার মাধ্যমে জিনোম অনুলিপির নির্ভুলতা অনেক বেশি বৃদ্ধি পায়, কার্যকরী RNA উৎপাদন বিঘ্নিত না করেই। শেষে, জিনোমিক RNA-এর পরিবর্তে অধিক স্থিতিশীল DNA-র আগমন বড় জিনোম ধারণ সম্ভব করে তোলে। আত্ম-অনুঘটক এনজাইম সংশ্লেষণের পরিবর্তে জিনোম-নির্দেশিত এনজাইম সংশ্লেষণ কোষ বিবর্তনের একটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপ ছিল এবং কোষ চক্রের উপর এর দীর্ঘস্থায়ী প্রভাব পড়েছে। কারণ, কোষ চক্রকে এখন কার্যকরী উপাদান উৎপাদন ও জিনোম অনুলিপিকে ভিন্নভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে হয়।
কোষ চক্রের অগ্রগতি নিয়ন্ত্রিত হয় বিভিন্ন সাইক্লিন-এর ওঠানামা করা ঘনত্ব এবং তার ফলে উৎপন্ন সাইক্লিন-নির্ভর কাইনেজ (CDK) এর পারস্পরিক কার্যকলাপের মাধ্যমে। ইস্ট জাতীয় ছত্রাকে, একটি মাত্র CDK ("S. cerevisiae"-তে Cdc28 এবং "S. pombe"-তে Cdc2) কোষ চক্র নিয়ন্ত্রণ করে। তবে, প্রাণীদেহে CDK-এর পুরো একটি পরিবার বিবর্তিত হয়েছে। প্রাণীদেহে Cdk1 মাইটোসিসে প্রবেশ নিয়ন্ত্রণ করে, আর Cdk2, Cdk4 ও Cdk6 S পর্যায়ে প্রবেশ নিয়ন্ত্রণ করে।
যদিও প্রাণীতে CDK-এর একটি পরিবার গঠিত হয়েছে, তবুও এই প্রোটিনগুলোর কার্যাবলি পরস্পর সম্পর্কিত বা পরস্পরকে প্রতিস্থাপন করতে সক্ষম। উদাহরণস্বরূপ, "cdk2 cdk4 cdk6" ত্রৈমুখী-নকআউট মাউস কোষগুলো তবুও মৌলিক কোষচক্রের মধ্য দিয়ে অগ্রসর হতে পারে। তবে, "cdk1"-এর অনুপস্থিতি প্রাণঘাতী, যা ইঙ্গিত দেয় যে প্রাচীন কালে CDK1-জাতীয় কাইনেজই কোষ চক্র নিয়ন্ত্রণে মুখ্য ভূমিকা পালন করত।
"Arabidopsis thaliana"-এ Cdk1-এর সমতুল্য একটি জিন আছে, যাকে CDKA;1 বলা হয়। তবে, "cdka;1" মিউট্যান্ট "A. thaliana" উদ্ভিদ তবুও বেঁচে থাকতে পারে, যা অপিসথোকন্টদের CDK1-জাতীয় কাইনেজকে কোষচক্র নিয়ন্ত্রণে অপরিহার্য হিসেবে দেখা যাওয়ার প্রবণতার সঙ্গে বিরোধপূর্ণ। উদ্ভিদে আরও একটি বিশেষ ধরণের B-টাইপ CDK-র অস্তিত্ব দেখা যায়, যেগুলোর কাজ হতে পারে বিকাশ নির্দিষ্ট ভূমিকা থেকে শুরু করে মাইটোসিস নিয়ন্ত্রণে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পর্যন্ত।
G1/S চেকপয়েন্ট এমন একটি ধাপ, যেখানে কোষ কোষচক্রের মাধ্যমে বিভাজনে প্রতিশ্রুতিবদ্ধ হয়। জটিল নিয়ন্ত্রক নেটওয়ার্ক এই G1/S রূপান্তরের সিদ্ধান্তকে নির্ধারণ করে। অপিসথোকন্টদের মধ্যে এই নেটওয়ার্কে ব্যবহৃত প্রোটিনগুলোর অ্যামিনো অ্যাসিড ক্রমে ব্যাপক পার্থক্য দেখা গেলেও, নেটওয়ার্কের গঠনগত বৈশিষ্ট্যগুলো লক্ষণীয়ভাবে সাদৃশ্যপূর্ণ।
ইস্ট ও প্রাণীদেহে S-পর্যায়ে প্রবেশ দুইটি বিপরীত নিয়ন্ত্রকের মাত্রা দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। এই নিয়ন্ত্রণকারী ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টরগুলোর নেটওয়ার্কে ডাবল-নেগেটিভ ফিডব্যাক লুপ এবং পজিটিভ ফিডব্যাক লুপ উভয়ই বিদ্যমান। G1/S চেকপয়েন্ট নিয়ন্ত্রণের অতিরিক্ত উপাদান হিসেবে CDK-সাইক্লিন কমপ্লেক্সের ফসফোরাইলেশন ও ডিফসফোরাইলেশন প্রক্রিয়াও অন্তর্ভুক্ত থাকে। এই নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থাগুলো সম্মিলিতভাবে একটি হিস্টেরেটিক ও দ্বিস্তরীয় (bistable) কার্যপদ্ধতির সৃষ্টি করে, যদিও সংশ্লিষ্ট প্রোটিনগুলো একটি থেকে আরেকটির তুলনায় অত্যন্ত ভিন্ন।
ইস্টে, Whi5-কে Cln3 দ্বারা ফসফোরাইলেট করে দমন করতে হয় যাতে SBF প্রকাশ পায়, অন্যদিকে প্রাণীদেহে Rb-কে Cdk4/6-সাইক্লিন D কমপ্লেক্স দ্বারা দমন করতে হয় যাতে E2F প্রকাশিত হয়। Rb ও Whi5 উভয়ই ট্রান্সক্রিপশন বাধাগ্রস্ত করে কারণ তারা প্রোমোটরে হিস্টোন ডিএসিটাইলেজ প্রোটিনগুলো নিয়োগ করে। উভয় প্রোটিনেই একাধিক CDK ফসফোরাইলেশন সাইট থাকে যার মাধ্যমে তাদের কার্যকারিতা রুদ্ধ করা হয়। তবে, Rb ও Whi5 প্রোটিনগুলোর অ্যামিনো অ্যাসিড ক্রমে কোনো সাদৃশ্য নেই।
"A. thaliana"-তে পরিচালিত গবেষণা G1/S রূপান্তর সম্পর্কিত ধারণাকে সামগ্রিক ইউক্যারিয়োটিক দৃষ্টিকোণ থেকে প্রসারিত করেছে। উদ্ভিদেও অনেক নিয়ন্ত্রণ নেটওয়ার্ক বৈশিষ্ট্য অপিসথোকন্টদের সঙ্গে সাদৃশ্যপূর্ণ, এবং বহু উদ্ভিদ নিয়ন্ত্রক প্রাণীদেহের হোমোলগের সাথে মিল রাখে। উদাহরণস্বরূপ, উদ্ভিদেও E2F প্রকাশের জন্য Rb-জাতীয় প্রোটিনকে দমন করতে হয়। উদ্ভিদ ও প্রাণীর কোষচক্রের এই সংরক্ষিত উপাদানগুলো সম্ভবত ইউক্যারিয়োটদের পূর্বপুরুষ থেকেই উদ্ভূত। যদিও ইস্ট উদ্ভিদ ও প্রাণীদের সঙ্গে নেটওয়ার্কের গঠনগত মিল রাখে, তবে এর নিয়ন্ত্রণ উপাদানগুলোর ব্যাপক বিবর্তন ইঙ্গিত দেয় যে ইস্ট বংশধারায় দ্রুত বিবর্তন ঘটেছে।