КЛЕ́ТОЧНЫЙ ЦИКЛ

Схема клеточного цикла соматических клеток эукариот. G1, S, G2 – соответствующие фазы цикла, М – митоз. Длина дуг пропорциональна продолжительности периодов.

КЛЕ́ТОЧНЫЙ ЦИКЛ, на­бор стро­го ско­ор­ди­ни­ро­ван­ных во вре­ме­ни про­цес­сов, при­во­дя­щих к вос­про­из­ве­де­нию кле­ток; важ­ней­ший ме­ха­низм, с по­мо­щью ко­то­ро­го ре­про­ду­ци­ру­ет­ся всё жи­вое. В ос­но­ве спо­соб­но­сти кле­ток к са­мо­вос­про­из­ве­де­нию ле­жит уни­каль­ное свой­ст­во ДНК ре­п­ли­ци­ро­вать­ся с об­ра­зо­ва­ни­ем двух точ­ных ко­пий, ко­то­рые в хо­де де­ле­ния рас­пре­де­ля­ют­ся ме­ж­ду дву­мя до­чер­ни­ми клет­ка­ми. По­ми­мо уд­вое­ния ДНК в К. ц. боль­шин­ст­ва кле­ток долж­но уд­ваи­вать­ся чис­ло их ор­га­нелл и мак­ро­мо­ле­кул, в про­тив­ном слу­чае с ка­ж­дым де­ле­ни­ем клет­ки ста­но­ви­лись бы мень­ше. Т. о., для под­дер­жа­ния сво­их раз­ме­ров клет­ка долж­на ко­ор­ди­ни­ро­вать рост кле­точ­ной мас­сы с её де­ле­ни­ем. У од­но­кле­точ­ных ор­га­низ­мов К. ц. сов­па­да­ет с жиз­нен­ным цик­лом. В не­пре­рыв­но раз­мно­жаю­щих­ся клет­ках мно­го­кле­точ­ных ор­га­низ­мов он со­сто­ит из чёт­ко сме­няю­щих друг дру­га пе­рио­дов: ин­тер­фа­зы (под­го­тов­ки к де­ле­нию) и ми­то­за (соб­ст­вен­но де­ле­ния).

Имен­но в ин­тер­фа­зе, а не в ми­то­зе, как счи­та­ли ра­нее, про­ис­хо­дит ре­п­ли­ка­ция ДНК (уд­вое­ние хро­мо­сом). Са­ма ин­тер­фа­за под­раз­де­ля­ет­ся на три фа­зы. Пре­син­те­ти­че­ская G1-фа­за пред­ше­ст­ву­ет син­те­зу ядер­ной ДНК и сле­ду­ет сра­зу за пре­ды­ду­щим де­ле­ни­ем. В этой фа­зе в клет­ке син­те­зи­ру­ют­ся ри­бо­нук­леи­но­вые ки­сло­ты (РНК), разл. бел­ки, уве­ли­чи­ва­ет­ся чис­ло ри­бо­сом, ми­то­хон­д­рий. В це­лом на­блю­да­ет­ся ак­тив­ный рост кле­т­ки. В фа­зе син­те­за ДНК (S-фа­зе) про­дол­жа­ет­ся об­ра­зо­ва­ние РНК и бел­ков, про­ис­хо­дит ре­п­ли­ка­ция ядер­ной ДНК. Пост­син­те­ти­че­ская G2-фа­за ха­рак­те­ри­зу­ет­ся окон­ча­тель­ной под­го­тов­кой клет­ки к де­ле­нию, в т. ч. сбор­кой мик­ро­тру­бо­чек, ко­то­рые в даль­ней­шем бу­дут фор­ми­ро­вать ве­ре­те­но де­ле­ния. За фа­за­ми ин­тер­фа­зы сле­ду­ет ми­тоз (М-фа­за). По­ня­тие «К. ц.» вклю­ча­ет в се­бя не толь­ко ин­тер­вал вре­ме­ни от од­но­го кле­точ­но­го де­ле­ния до дру­го­го. Ино­гда клет­ка, за­вер­шив­шая ми­тоз, пре­кра­ща­ет под­го­тов­ку к оче­ред­ным син­те­зу ДНК и ми­то­зу и вхо­дит в со­стоя­ние «вне цик­ла», т. е. в со­стоя­ние про­ли­фе­ра­тив­но­го по­коя, обо­зна­чае­мое как G0-фа­за. Из этой фа­зы она мо­жет вновь вер­нуть­ся в со­стоя­ние К. ц. под влия­ни­ем сти­му­ла к раз­мно­же­нию. Су­ще­ст­ву­ют так­же клет­ки с уд­ли­нён­ной про­дол­жи­тель­но­стью пост­син­те­ти­че­ской фа­зы. Их на­зы­ва­ют G2-по­пу­ля­ци­ей.

Дли­тель­ность К. ц. варь­и­ру­ет у раз­ных ор­га­низ­мов в ши­ро­ких пре­де­лах – от не­сколь­ких ми­нут до не­сколь­ких су­ток. По­ка­за­но так­же, что раз­ные кле­точ­ные по­пу­ля­ции мо­гут силь­но раз­ли­чать­ся и по про­дол­жи­тель­но­сти отд. фаз цик­ла. Наи­бо­лее ко­рот­ким яв­ля­ет­ся К. ц. бла­сто­ме­ров на ран­них ста­ди­ях эм­брио­наль­но­го раз­ви­тия. В К. ц. этих кле­ток прак­ти­че­ски от­сут­ст­ву­ют G1- и G2-фа­зы, S-фа­за мо­жет длить­ся все­го неск. ми­нут. На за­клю­чит. эта­пе эм­брио­наль­но­го раз­ви­тия жи­вот­ных, напр. у мле­ко­пи­таю­щих, про­ис­хо­дит мас­со­вое всту­п­ле­ние кле­ток в со­стоя­ние по­коя, свя­зан­ное с их диф­фе­рен­ци­ров­кой. Дли­тель­ность К. ц. раз­ли­ча­ет­ся в пре­де­лах од­но­го взрос­ло­го мно­го­кле­точ­но­го ор­га­низ­ма. Напр., клет­ки ре­ге­не­ри­рую­щей пе­че­ни мы­ши де­лят­ся при­мер­но че­рез ка­ж­дые 48 ч, а крипт киш­ки (уг­луб­ле­ний эпи­те­лия в её сли­зи­стой) – че­рез 10,5 ч. Лим­фо­ци­ты че­ло­ве­ка, по­ме­щён­ные в сре­ду для куль­ти­ви­ро­вания кле­ток и об­ра­бо­тан­ные фи­то­гем­аг­глю­ти­ни­ном, на­чи­на­ют раз­мно­жать­ся, и их К. ц. ока­зы­ва­ет­ся рав­ным при­мер­но 24 ча­сам. Наи­бо­лее ва­риа­бель­ной яв­ля­ет­ся G1-фа­за. При диф­фе­рен­ци­ров­ке од­ни ти­пы кле­ток взрос­ло­го ор­га­низ­ма, вы­пол­няя спе­ци­фич. функ­ции, на­хо­дят­ся в G0-фа­зе, но со­хра­ня­ют спо­соб­ность к раз­мно­же­нию, дру­гие – не­об­ра­ти­мо ут­ра­чи­ва­ют её и на­зы­ва­ют­ся тер­ми­наль­но диф­фе­рен­ци­ро­ван­ны­ми.

Про­грам­ма осу­ще­ст­в­ле­ния про­цес­сов К. ц. вклю­ча­ет слож­ную сис­те­му кон­тро­ля, ко­то­рая обес­пе­чи­ва­ет­ся ра­бо­той ком­плек­сов ре­гу­ля­тор­ных бел­ков. При этом кон­тро­ли­рую­щие сис­те­мы дей­ст­ву­ют как внут­ри клет­ки (эн­до­ген­ные ре­гу­ля­то­ры), так и вне её (эк­зо­ген­ные ре­гу­ля­то­ры). Эн­до­ген­ная ре­гу­ля­ция кле­точ­но­го цик­ла ос­но­ва­на на цик­лич. ак­ти­ва­ции про­те­ин­ки­наз, из­вест­ных как цик­лин-за­ви­си­мые ки­на­зы. Ак­тив­ность по­след­них уве­ли­чи­ва­ет­ся или па­да­ет в хо­де К. ц. Та­кие ко­ле­ба­ния ак­тив­но­сти ве­дут к цик­лич. из­ме­не­ни­ям сте­пе­ни фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния внут­ри­кле­точ­ных бел­ков, ини­ции­рую­щих или ре­гу­ли­рую­щих важ­ней­шие со­бы­тия К. ц.: ре­п­ли­ка­цию ДНК, сег­ре­га­цию хро­мо­сом и ци­то­ки­нез (соб­ст­вен­но де­ле­ние те­ла клет­ки на две). У раз­ных ор­га­низ­мов в раз­ных фа­зах К. ц. ак­тиви­ру­ют­ся разл. ва­ри­ан­ты ком­плек­сов цик­ли­нов и ки­наз. Пре­кра­ще­ние ра­бо­ты та­ких ком­плек­сов свя­за­но с дей­ст­ви­ем ин­ги­би­рую­щих бел­ков или с про­те­о­ли­зом цик­ли­но­во­го ком­по­нен­та ком­плек­са. В це­лом эн­до­ген­ная ре­гу­ля­ция в хо­де К. ц. обес­пе­чи­ва­ет­ся слож­ной сис­те­мой про­цес­сов син­те­за и де­гра­да­ции оп­ре­делён­ных субъ­е­ди­ниц ре­гу­ля­тор­ных ком­плек­сов, про­цес­са­ми фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния и де­фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния этих и др. ре­гу­ля­то­рых бел­ков. Эк­зо­ген­ная ре­гу­ля­ция вклю­ча­ет дей­ст­вие на клет­ки вне­кле­точ­ных ре­гу­ля­тор­ных сиг­на­лов. Для од­но­кле­точ­ных ор­га­низ­мов та­ки­ми сиг­на­ла­ми яв­ля­ют­ся ком­по­нен­ты ок­ру­жаю­щей сре­ды, для мно­го­кле­точ­ных ор­га­низ­мов – син­те­зи­руе­мые разл. клет­ка­ми не­боль­шие бел­ко­вые мо­ле­ку­лы, к ко­то­рым от­но­сят­ся фак­то­ры рос­та и ци­то­ки­ны. На­ру­ше­ние ме­ха­низ­мов эн­до­ген­ной и эк­зо­ген­ной ре­гу­ля­ции К. ц. мо­жет при­во­дить к не­кон­тро­ли­руе­мо­му раз­мно­же­нию кле­ток, что слу­жит при­чи­ной об­ра­зо­ва­ния опу­хо­лей.