Факторы ингибирующие деление клеток: Доброкачественные и злокачественные опухоли : Farmf

Доброкачественные и злокачественные опухоли : Farmf

1. Укажите факторы, стимулирующие деление клеток: 

– цАМФ

– кейлоны

+ снижение поверхностного натяжения клеток

+ факторы роста

+ цГМФ

2. Укажите признаки, характерные для доброкачественных опухолей: 

– быстрое формирование опухолевого узла

+ медленное формирование опухолевого узла

+ экспансивный рост

– инфильтративный рост

– метастазирование

– рецидивирование

+ относительно высокая степень клеточной и функциональной дифференцировки

– высокая степень опухолевой прогрессии

+ низкая выраженность опухолевой прогрессии

3. Укажите проявления атипизма роста злокачественных опухолей: 

+ метастазирование

+ рецидивирование

+ инвазивный рост

– экспансивный рост

+ увеличение пролиферативного пула опухолевых клеток

+ торможение или блок созревания клеток

– образование блокирующих АТ

+ ослабление свойства контактного торможения клеток

4. Каковы характерные изменения в системе иммунитета при росте злокачественных опухолей? 

– усиление фагоцитарной активности лейкоцитов

– усиление размножения T-киллеров

+ образование блокирующих АТ

+ развитие иммунной толерантности к Аг опухоли

+ иммунодепрессия

+ увеличение образования Т‑супрессоров

5. Обеспечивает ли активация гуморального звена иммунитета эффективную противоопухолевую защиту организма? 

– да

+ нет

6. Укажите особенности злокачественных опухолей: 

+ дисплазия

+ рецидивирование

– экспансивный рост

+ инфильтративный рост

+ низкая степень структурной и функциональной дифференцировки клеток

– ускорение созревания клеток

+ высокая степень опухолевой прогрессии

+ метастазирование

7. Что такое коканцероген? 

– канцероген, действующий совместно с другим канцерогеном

– РНК–онковирус, действующий совместно с другим канцерогеном

+ фактор, сам по себе не вызывающий опухоли, но потенцирующий действие истинных канцерогенов

8. Какие из перечисленных эндогенных веществ могут оказывать канцерогенное действие? 

– избыток МК

– IgD

– компонент комплемента С3а

– индол

– продукты СПОЛ

– свободные радикалы

9. Какие факторы способствуют реализации действия канцерогенных агентов на клетки организма? 

+ действие коканцерогена

+ действие синканцерогена

– действие антиоксидантов

– подавление антицеллюлярных механизмов противоопухолевой защиты организма

+ низкая активность антиканцерогенных механизмов противоопухолевой защиты организма

– активация антимутационных механизмов противоопухолевой защиты организма

10. Что такое «опухолевая прогрессия»? 

– качественное и количественное отличие основных биологических свойств опухолевой ткани от нормальной аутологической, а также от других патологически изменённых тканей

+ качественные и количественные, генетически закреплённые, передающиеся от клетки к клетке независимо друг от друга изменения свойств опухолевых клеток, обусловливающие нарастание степени злокачественности новообразования

11. Укажите последовательность основных стадий гематогенного и лимфогенного путей метастазирования опухолевых клеток:

1) инвазия клеток опухоли из сосуда в нормальную ткань,

2) деструкция нормальной ткани, окружающей опухоль;

3) инвазия клеток опухоли в просвет сосуда,

4) перенос клеток опухоли в токе крови, лимфы и образование тромбоэмбола,

5) «краевое стояние» клеток опухоли у стенки микрососуда.

– 5, 4, 3, 1, 2

+ 3, 4, 1

– 2, 3, 4, 1

12. Укажите возможные причины рецидивирования опухолей: 

– подавление факторов местного иммунитета

– низкая активность антицеллюлярных механизмов противоопухолевой защиты организма

+ сохранение жизнеспособных клеток опухоли после её удаления или разрушения

+ проникновение фрагмента ДНК опухолевой клетки, содержащий активный онкоген, в геном нормальной клетки

– проникновение фрагмента «опухолевой» РНК в нормальную клетку

13. Что включают в число методов терапии злокачественных опухолей? 

– устранение канцерогенов из окружающей среды

– предотвращение контакта канцерогенов с организмом

+ повышение активности механизмов противоопухолевой защиты

– выявление и лечение доброкачественных опухолей

+ уничтожение (удаление) клеток злокачественных опухолей

14. Укажите факторы, ингибирующие деление клеток: 

+ цАМФ

– факторы роста

– снижение поверхностного натяжения клеток

+ кейлоны

– цГМФ

15. Каковы механизмы активации протоонкогенов? 

+ делеция хромосом

+ транслокация участка хромосомы

+ включение в геном вирусной ДНК

– изменение активности ферментов окисления жирных кислот

– удвоение количества ядерной ДНК при митозе

+ амплификация протоонкогена

+ инсерция промотора

16. Какие факторы направлены на уничтожение опухолевых клеток в организме? 

+ макрофагальный фагоцитоз

+ аллогенное ингибирование

– T-супрессоры

– фибринная плёнка на поверхности опухолевых клеток

+ T-киллеры

– блокирующие АТ

+ NK‑клетки

17. Какие факторы защищают опухолевые клетки от действия иммунных механизмов организма? 

+ блокирующие АТ

– аллогенное ингибирование

+ фибринная плёнка на поверхности опухолевой клетки

+ интернализация антигенных структур опухолевой клетки

– T-киллеры

– T-хелперы

– фагоциты

18. Какие изменения обмена веществ характерны для клеток злокачественных опухолей? 

+ увеличение захвата глюкозы

– ослабление анаэробного гликолиза

+ активация и качественные изменения синтеза белков

+ увеличение захвата холестерина и ВЖК

– гипогидратация опухолевой ткани

– отсутствие качественных изменений белкового обмена

+ активация обмена нуклеиновых кислот

19. Укажите наиболее правильное утверждение: 

+ канцероген — агент, вызывающий опухоль

– канцероген — химический агент, вызывающий опухоль

– канцероген — вещество, секретируемое опухолевыми клетками и способствующее их размножению

20. Укажите верное утверждение: 

– клеточный онкоген — внедрившийся в клеточный геном вирусный опухолеродный ген

– клеточный онкоген — ген, контролирующий деление клетки, внедрившийся в нормальную клетку из опухолевой

+ клеточный онкоген — ген клетки, контролирующий её деление, превратившийся в опухолеродный ген под влиянием канцерогена

21. Что такое онкобелки? 

+ белки, стимулирующие опухолевую прогрессию

– белки, блокирующие клеточное дыхание

– белки, угнетающие гликолиз

+ белки, обусловливающие опухолевую трансформацию нормальной клетки

22. Какие клетки являются основными продуцентами фактора некроза опухолей? 

– нейтрофилы

– эозинофилы

+ моноциты

– тромбоциты

– эритроциты

+ тканевые макрофаги

23. Укажите типовые формы патологии тканевого роста: 

– некроз ткани

+ патологическая гипертрофия

+ патологическая гипотрофия

– гиперплазия митохондрий

– саркомы

– карциномы

+ опухолевый рост

+ дисплазии

24. Что такое патологическая гипертрофия ткани? 

– увеличение массы и объёма структурных элементов после завершения формирования органов и тканей

– увеличение массы и объёма структурных элементов тканей и органов после чрезмерных физических нагрузок

+ увеличение массы и объёма структурных элементов тканей и органов (неадекватное их функции)

25. Что может привести к дисплазии? 

+ нарушение митоза

+ нарушение мейоза

+ нарушение процесса дифференцировки клеток

+ нарушение генетической программы клеток

– острая гипергликемия

– внеклеточный ацидоз

– дыхательный алкалоз

Вопросы компьютерных тестов на занятии № 15 по теме Нарушения тканевого роста. Опухоли

Вопросы компьютерных
тестов на занятии № 15 по теме

«Нарушения
тканевого роста. Опухоли»

1. Укажите,
   какие из перечисленных факторов
   стимулируют деление клеток:

1.
цАМФ

2.
Кейлоны

3.
Факторы роста

4.
Снижение поверхностного натяжения
клеток

5.
цГМФ

2. Укажите
   признаки, характерные для доброкачественных
   опухолей:

1.
Быстрое формирование опухолевого узла

2.
Медленное формирование опухолевого
узла

3.
Экспансивный рост

4.
Инфильтративный рост

5.
Метастазирование

6.
Рецидивирование

7.
Относительно высокая степень клеточной
и функциональной дифференцировки

8.
Высокая степень опухолевой прогрессии

3. Укажите
   проявления атипизма роста злокачественных
   опухолей:

1.
Метастазирование

2.
Рецидивирование

3.
Инвазивный рост

4.
Экспансивный рост

5.
Уменьшение пролиферативного пула
опухолевых клеток

6.
Торможение или блок созревания клеток

7.
Образование блокирующих антител

8.
Ослабление свойства контактного
торможения клеток

4. Каковы
   характерные изменения в системе
   иммунитета при росте злокачественных
   опухолей?

1.
Усиление размножения Т-лимфоцитов
киллеров

2.
Усиление фагоцитарной активности
лейкоцитов

3.
Образование блокирующих антител

4.
Развитие иммунной толерантности

5.
Иммунодепрессия

6.
Увеличение образования Т-супрессоров

5. Укажите
   особенности злокачественных опухолей:

1.
Дисплазия

2.
Рецидивирование

3.
Экспансивный рост

4.
Инфильтративный рост

5.
Низкая степень структурной и функциональной
дифференцировки

6.
Ускорение созревания клеток

7.
Высокая степень опухолевой прогрессии

8.
Метастазирование

6. Что
   такое коканцероген?

1.
Канцероген, действующий в паре с другим
канцерогеном

2.
РНК — онковирус, действующий в паре с
другим канцерогеном

3.
Фактор, сам по себе не вызывающий опухоли,
но потенцирующий действие канцерогенов

7. Какие
   из перечисленных эндогенных веществ
   могут оказывать канцерогенное действие?

1.
Избыток молочной кислоты

2.
Иммуноглобулины D

3.
С3а фракция комплемента

4.
Индол

5.
Продукты СПОЛ

6.
Свободные радикалы

8. Укажите
   факторы, ингибирующие деление клеток:

1.
цАМФ

2.
Кейлоны

3.
Снижение поверхностного натяжения
клеток

4.
Факторы роста

5.
цГМФ

9. Укажите
   факторы активации клеточных протоонкогенов:

1.
Делеция хромосом

2.
Транслокация участка хромосомы

3.
Включение в геном вирусной ДНК

4.
Изменение активности ферментов
бета-окисления жирных кислот

5.
Удвоение количества ядерной ДНК при
митозе

6.
Амплификация протоонкогена

7.
Инсерция промотора

10. Какие
    факторы направлены на уничтожение
    опухолевых клеток в организме?

1.
Макрофагальный фагоцитоз

2.
Аллогенное ингибирование

3.
Т-лимфоциты ‘супрессоры’

4.
Т-лимфоциты ‘киллеры’

5.
Фибриновая пленка на поверхности
опухолевых клеток

6.
Блокирующие антитела

7.
‘Натуральные киллеры’ (NK-клетки)

11. Какие
    факторы защищают опухолевые клетки от
    действия иммунных механизмов организма?

1.
Т-лимфоциты ‘киллеры’

2.
Т-лимфоциты ‘хелперы’

3.
Фагоциты

4.
Блокирующие антитела

5.
Аллогенное ингибирование

6.
Фибриновая пленка на поверхности
опухолевой клетки

7.
Интернализация антигенных структур
опухолевой клетки

12. Какие
    изменения обмена веществ характерны
    для злокачественных опухолей?

1.
Увеличение захвата глюкозы

2.
Ослабление анаэробного гликолиза

3.
Усиление и качественные изменения
синтеза белков

4.
Усиление захвата холестерина и высших
жирных кислот

5.
Гипогидратация опухолевой ткани

6.
Отсутствие качественных изменений
белкового обмена

7.
Активация обмена нуклеиновых кислот

13. Укажите
    наиболее правильное утверждение:

1.
Канцероген — это фактор, вызывающий
опухоль

2.
Канцероген — это только химический
агент, вызывающий опухоль

3.
Канцероген — это вещество, секретируемое
опухолевыми клетками и способствующее
их размножению

14. Укажите
    верное утверждение:

1.
Клеточный онкоген — это внедрившийся в
клеточный геном вирусный опухолеродный
ген

2.
Клеточный онкоген — это ген, контролирующий
деление клетки, внедрившийся в нормальную
клетку из опухолевой клетки

3.
Клеточный онкоген — это ген клетки,
контролирующий ее деление, превратившийся
в опухолеродный ген под влиянием
канцерогена

15. Что
    такое онкобелки?

1.
Белки, стимулирующие опухолевую
прогрессию

2.
Белки, стимулирующие клеточное дыхание

3.
Белки, угнетающие гликолиз

4.
Белки, вызывающие опухолевую трансформацию
нормальной клетки

16. Какие
    клетки являются основными продуцентами
    ‘фактора некроза опухолей’?

1.
Нейтрофилы

2.
Эозинофилы

3.
Моноциты

4.
Тромбоциты

5.
Эритроциты

6.
Тканевые макрофаги

17. Укажите
    возможные причины рецидивирования
    опухолей:

1.
Подавление факторов местного иммунитета

2.
Низкая активность антицеллюлярных
механизмов противоопухолевой защиты
организма

3.
Сохранение жизнеспособных клеток
опухоли после ее удаления или разрушения

4.
Проникновение фрагмента ДНК опухолевой
клетки, содержащей активный онкоген, в
геном нормальной клетки

5.
Проникновение фрагмента ‘опухолевой’
РНК в нормальную клетку

18. Укажите
    типовые формы патологии тканевого
    роста:

1.
Некроз ткани

2.
Патологическая гипертрофия

3.
Патологическая гипотрофия

4.
Саркомы

5.
Гиперплазия митохондрий

6.
Дисплазии

7.
Карциномы

8.
Опухолевый рост

19. Укажите
    наиболее правильный ответ: Что такое
    патологическая гипертрофия ткани?

1.
Увеличение массы и объема структурных
элементов после завершения формирования
органов и тканей

2.
Увеличение массы и объема структурных
элементов тканей и органов после
чрезмерных физических нагрузок

3.
Увеличение массы и объема структурных
элементов тканей и органов неадекватное
их функции

20. Что
    может привести к дисплазии?

1.
Нарушение митоза

2.
Нарушение мейоза

3.
Дыхательный алкалоз

4.
Внеклеточный ацидоз

5.
Нарушение процесса дифференцировки
клеток

6.
Острая гипергликемия

7.
Нарушение генетической программы клеток

21. Обеспечивает
    ли активация гуморального звена
    иммунитета эффективную противоопухолевую
    защиту организма?

1.
Да

2.
Нет

22. Какие
    факторы способствуют реализации
    действия канцерогенных агентов на
    клетки организма?

1.
Действие коканцерогена

2.
Действие синканцерогена

3.
Действие синальбумина

4.
Подавление антицеллюлярных механизмов
противоопухолевой защиты организма

5.
Низкая активность антиканцерогенных
механизмов противоопухолевой защиты
организма

6.
Подавление антимутационных механизмов
противоопухолевой защиты организма

23. Укажите
    последовательность основных стадий
    гематогенного и лимфогенного путей
    метастазирования опухолевых клеток:

1.
Инвазия клеток опухоли из сосуда в
нормальную ткань

2.
Деструкция нормальной ткани, окружающей
опухоль

3.
Инвазия клеток опухоли в просвет сосуда

4.
Перенос клеток опухоли в токе крови,
лимфы и образование тромбоэмбола

5.
‘Краевое стояние’ клеток опухоли у стенки
микрососуда

1.
5, 4, 3, 1, 2

2.
3, 4, 1

3.
2, 3, 4, 1

24. Что
    включают в число методов терапии
    злокачественных опухолей?

1.
Устранение канцерогенов из окружающей
среды

2.
Предотвращение контакта канцерогенов
с организмом

3.
Повышение активности механизмов
противоопухолевой защиты

4.
Выявление и лечение доброкачественных
опухолей

5.
Уничтожение (удаление) клеток
злокачественных опухолей

25. Сохраняют
    ли метастатические очаги основные
    свойства первичного опухолевого узла?

1.
Да

2.
Нет

26. Выберите
    свойства, характеризующие опухолевые
    клетки:

1.
Отсутствие контактного торможения при
росте в культуре

2.
Увеличение сил сцепления между клетками

3.
Увеличение концентрации на мембране
клетки сиаловых кислот

4.
Уменьшение мембраносвязанного Са++ и
увеличение его внутриклеточного
содержания

5.
Увеличение мембраносвязанного Са++ и
уменьшение его содержания в цитоплазме

6.
Повышенное содержание протеиназ на
поверхности клетки

27. Укажите
    состояния повышенного онкологического
    риска:

1.
Острые воспалительные процессы

2.
Хронические воспалительные процессы

3.
Старение

4.
Облучение организма

5.
Иммунодефицитные состояния

6.
БЦЖ-вакцинация

28. Какие
    черты, характеризуют опухолевую
    прогрессию?

1.
Нарастающая анаплазия клеток

2.
Потеря автономности

3.
Инвазивность

4.
Инфильтрирующий рост

5.
Усиление процессов конечной дифференцировки
клеток

6.
Усиление антигенной стимуляции организма
опухолевыми клетками

7.
Потеря способности давать метастазы

29. Фактор
    некроза опухолей вызывает в организме:

1.
Кахексию больного

2.
Активирует цитотоксичность макрофагов

3.
Индуцирует терминальную дифференцировку
опухолевых клеток

4.
Ослабляет антигенность опухолевых
клеток

5.
Активирует естественные киллеры

6.
Усиливает активность липопротеинлипазы
тканей

30. Чем
    характеризуются расстройтва углеводного
    обмена при опухолевой болезни?

1.
Торможением поглощения глюкозы опухолевой
тканью

2.
Усиленным потреблением глюкозы опухолью

3.
Тенденцией организма к гипогликемии

4.
Гипопродукцией глюкокортикоидов

5.
Усиленной утилизацией тканями жирных
кислот и кетоновых тел

6.
Накоплением в организме молочной кислоты

7.
Усилением эффекта Пастера

31. Какие
    факторы способствуют метастазированию
    опухолевых клеток?

1.
Высокий уровень контактного торможения

2.
Продукция опухолевыми клетками
коллагеназы 4 типа

3.
Усиление сил сцепления между клетками
опухоли

4.
Снижение содержания Са++ и сиаловых
кислот в цитоплазматической мембране

5.
Усиление экспрессии молекул HLA-комплекса

6.
‘Заимствование’ плазмина макрофагов
клетками опухоли

Тест по патофизиологии с ответами — патология тканевого роста

Тест с ответами — Патология тканевого роста

Звёздочкой (*) отмечены правильные ответы

Тест

Верно ли утверждение, что в процессе роста злокачественной опухоли ослабляется ее автономность?

да

* нет

Тест

Верно ли утверждение, что большинство спонтанно возникающих опухолей обладает низкой антигенной активностью?

* да

нет

Тест

Верно ли утверждение, что в опухолевой ткани тормозится эффект Пастера?

* да

нет

Тест

Верно ли утверждение о том, что у лиц негроидной расы рак кожи встречается реже, чем у лиц белой расы?

* да

нет

Тест

Верно ли утверждение, что всякий возникающий в организме клон опухолевых клеток превращается в злокачественную опухоль?

да

* нет

Тест

Верно ли утверждение, что в опухолевых клетках усилено фосфорилирование белка по тирозину?

* да

нет

Тест по патофизиологии

Сохраняют ли метастатические очаги основные свойства первичного опухолевого узла?

* да

нет

Тест

Верно ли утверждение о том, что основной мишенью для химических канцерогенов в клетке являются молекулы внутриклеточного матрикса?

да

* нет

Тест

Укажите факторы, стимулирующие деление клеток:

цАМФ

кейлоны

* снижение поверхностного натяжения клеток

* факторы роста

* цГМФ

Тест

Укажите признаки, характерные для доброкачественных опухолей:

быстрое формирование опухолевого узла

* медленное формирование опухолевого узла

* экспансивный рост

инфильтративный рост

метастазирование

рецидивирование

* относительно высокая степень клеточной и функциональной дифференцировки

высокая степень опухолевой прогрессии

* низкая выраженность опухолевой прогрессии

Тест

Укажите проявления атипизма роста злокачественных опухолей:

* метастазирование

* рецидивирование

* инвазивный рост

экспансивный рост

* увеличение пролиферативного пула опухолевых клеток

* торможение или блок созревания клеток

образование блокирующих антител

* ослабление свойства контактного торможения клеток

Тест

Каковы характерные изменения в системе иммунитета при росте злокачественных опухолей?

усиление фагоцитарной активности лейкоцитов

усиление размножения Т-лимфоцитов киллеров

* образование блокирующих антител

* развитие иммунной толерантности

* иммунодепрессия

* увеличение образования Т-супрессоров

Тест

Укажите особенности злокачественных опухолей:

* дисплазия

* рецидивирование

экспансивный рост

* инфильтративный рост

* низкая степень структурной и функциональной дифференцировки клеток

ускорение созревания клеток

* высокая степень опухолевой прогрессии

* метастазирование

Тест

Укажите возможные причины рецидивирования опухолей:

подавление факторов местного иммунитета

* проникновение фрагмента ДНК опухолевой клетки в геном нормальной клетки

* сохранение жизнеспособных клеток опухоли после ее удаления

проникновение фрагмента «опухолевой» РНК в нормальную клетку

Тест

Укажите факторы, ингибирующие деление клеток:

* цАМФ

факторы роста

снижение поверхностного натяжения клеток

* кейлоны

цГМФ

Тест

Какие факторы направлены на уничтожение опухолевых клеток в организме?

* макрофагальный фагоцитоз

* аллогенное ингибирование

Т-лимфоциты супрессоры

фибринная пленка на поверхности опухолевых клеток

* Т-лимфоциты киллеры

блокирующие антитела

* «естественные киллеры» NK

Тест по патофизиологии

Какие факторы защищают опухолевые клетки от действия иммунных механизмов организма?

* блокирующие антитела

аллогенное ингибирование

* фибринная пленка на поверхности опухолевой клетки

* интернализация антигенных структур опухолевой клетки

Т-лимфоциты киллеры

Т-лимфоциты хелперы

фагоциты

Тест

Какие изменения обмена веществ характерны для клеток злокачественных опухолей?

* увеличение захвата глюкозы

ослабление анаэробного гликолиза

* активация и качественные изменения синтеза белков

* увеличение захвата холестерина и высших жирных кислот

гипогидратация опухолевой ткани

отсутствие качественных изменений белкового обмена

* активация обмена нуклеиновых кислот

Тест

Что такое онкобелки?

* белки, стимулирующие опухолевую прогрессию

белки, блокирующие клеточное дыхание

белки, угнетающие гликолиз

* белки, обусловливающие опухолевую трансформацию нормальной клетки

Тест

Укажите типовые формы патологии тканевого роста:

некроз ткани

* патологическая гипертрофия

патологическая гипотрофия

гиперплазия митохондрий

саркомы

карциномы

* опухолевый рост

* дисплазии

Тест

Что такое патологическая гипертрофия ткани?

увеличение m и V элементов после формирования органов и тканей

увелич. m и V элементов тканей и органов после чрезмерных физ. нагрузок

* увеличение m и V элементов тканей и органов неадекватное их функции

Тест

Что может привести к дисплазии?

* нарушение митоза

* нарушение мейоза

* расстройство механизмов регуляции метаболизма клеток

* нарушение процесса дифференцировки клеток

* нарушение генетической программы клеток

острая гипергликемия

внеклеточный ацидоз

дыхательный алкалоз

Тест

Выберите свойства, характеризующие опухолевые клетки:

* отсутствие контактного торможения при росте в культуре

усиление сил сцепления между клетками

увеличение концентрации на мембране клетки сиаловых кислот

* уменьшение мембраносвязанного Са2+ и увеличение его внутрикл. содерж-я

увеличение мембраносвязанного Са2+ и уменьш. его содерж-я в цитоплазме

* повышенное содержание протеиназ на поверхности клетки

* феномен «заимствования» плазмина у макрофагов

Тест

В каких органах и тканях чаще возникают злокачественные опухоли при общем облучении?

легкие

молочная железа

желудок

* костная ткань

* кожа

* кроветворная ткань

Тест

Какие свойства обнаруживают онкобелки?

* факторов роста

* рецепторов факторов роста

* мембранных G-белков

кейлонов

* передают ростовые сигналы на ДНК

Тест по патофизиологии

Укажите состояния повышенного онкологического риска:

острые воспалительные процессы

* хронические воспалительные процессы

* старение

* облучение организма

* иммунодефицитные состояния

БЦЖ-вакцинация

Тест

Какие черты характеризуют злокачественный рост?

* ослабление процессов контактного торможения клеток в культуре

высокое содержание кейлонов в ткани

необходимость в твердой основе для роста клеток в культуре

* усиление анаэробного гликолиза

ослабление фосфорилирования белка по тирозину

* продукция фактора, усиливающего ангиогенез в ткани

* ослабление клеточной дифференцировки

Тест

Какие вещества продуцирует первичная гепатома печени:

карциноэмбриональный белок

ацетилхолин

* альфа-фетопротеин

Тест

Какая структура клетки является мишенью для химических канцерогенов?

цитоплазматическая мембрана

саркоплазматический ретикулум

митохондрии

* ядерная ДНК

лизосомы

молекулы внутриклеточного матрикса

Тест

Что из указанного способствует росту опухолевых клеток?

молодой возраст организма

* слабовыраженные антигенные свойства опухолевых клеток

* усиление глюкокортикоидной функции надпочечников

продукция ФНО организмом

усиление процессов конечной дифференцировки опухолевых клеток

активации естественных киллеров (NK-клеток)

Тест

Какие черты, характеризуют опухолевую прогрессию:

* нарастающая анаплазия клеток

потеря автономности

* инвазивность

* инфильтрирующий рост

усиление процессов конечной дифференцировки клеток

усиление антигенной стимуляции организма опухолевыми клетками

потеря способности давать метастазы

Тест

Фактор некроза опухолей (ФНО-альфа) вызывает в организме:

* кахексию больного

* активирует цитотоксичность макрофагов

* индуцирует терминальную дифференцировку опухолевых клеток

ослабляет антигенность опухолевых клеток

* активирует естественные киллеры

усиливает активность липопротеинлипазы тканей

Тест

Укажите вещества, обладающие свойствами эндогенных канцерогенов:

диметилбензантрацен

бета-нафтиламин

* 5-оксииндолуксусная кислота

* 3-оксиантраниловая кислота

* параоксифенилмолочная кислота

* 3-оксикинуренин;

Тест по патофизиологии

Какие из указанных вирусов относятся к РНК-содержащим:

* вирус саркомы Рауса

вирус Эпштейна-Барра

вирус папилломы шейки матки

* вирус Т-лейкоза взрослых

вирусы папилломы Шоупа

* вирусы лейкозов у мышей

* вирус Биттнера (фактор молока)

Тест

Какие из указанных вирусов относятся к ДНК-содержащим:

вирус саркомы Рауса

* вирус Эпштейна-Барра

* вирус папилломы шейки матки

вирус Т-лейкоза взрослых

* вирусы папилломы Шоупа

вирусы лейкозов у мышей

вирус Биттнера (фактор молока)

Тест

Какие из указанных условий способствуют успешной перевивке опухолей от одного животного к другому?

богатая белками диета реципиента

* голодание реципиента

* предварительное общее рентгеновское облучение реципиента

* подбор реципиента раннего детского возраста (щенок собаки)

* введение в организм реципиента перед пересадкой иммунодепрессантов

введение в организм реципиента ИЛ-2

Тест

Чем характеризуются расстройства углеводного обмена при опухолевой болезни?

торможением поглощения глюкозы опухолевой тканью

* усиленным потреблением глюкозы опухолью

* тенденцией организма к гипогликемии

* гипопродукцией глюкокортикоидов

* усиленной утилизацией тканями жирных клеток и кетоновых тел

* накоплением в организме молочной кислоты

усилением эффекта Пастера

Тест

Какие факторы способствуют метастазированию опухолевых клеток?

высокий уровень контактного торможения

* продукция опухолевыми клетками коллагеназы 4 типа

усиление сил сцепления между клетками опухоли

* снижение содерж-я Ca2+ и сиаловых кислот в цитоплазматической мембране

усиление экспрессии молекул HLA- комплекса

* «заимствование» плазмина макрофагов клетками опухоли

Тест

Опухоль каких органов наиболее часто возникают у курящих табак?

* легких

молочной железы

простаты

* желудка

* гортани

* мочевого пузыря

* пищевода

Тест

С какими свойствами стероидных половых гормонов можно связать их бластомогенное действие?

* со способностью образования канцерогенных метаболитов

с усилением пролиферативной активности Т-лимфоцитов

* с активацией пролиферативных процессов в гормон-зависимых тканях

Тест

К механизмам антибластомной резистентности следует отнести:

* антителозависимую клеточную цитотоксичность

* наличие в геноме человека антионкогенов

* наличие системы репарации ДНК

снижение цитотоксичности лимфоцитов

* эффекты ФНО

* лимфокин-индуцированную активацию лимфоцитов

Оценить статью

Похожие статьи:

МАТЕРИАЛЫ КОНГРЕССОВ И КОНФЕРЕНЦИЙ: X РОССИЙСКИЙ ОНКОЛОГИЧЕСКИЙ КОНГРЕСС

X РОССИЙСКИЙ ОНКОЛОГИЧЕСКИЙ КОНГРЕСС

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
О МЕХАНИЗМАХ ЗЛОКАЧЕСТВЕННОГО РОСТА

Копнин Б.П.

ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России, Москва

Злокачественные новообразования возникают в результате неограниченной пролиферации клеточного клона, выходящего за пределы собственной ткани и способного к росту на территориях других тканей. При этом в силу высокой генетической изменчивости и селекции, происходящей под давлением со стороны организма, в популяции клеток такого клона постоянно возникают и отбираются все более и более автономные и агрессивные субклоны, что описывается термином «опухолевая прогрессия». В результате довольно длительной эволюции первичного неопластического клона формируется опухоль, способная убить организм. В последнее время достигнут значительный прогресс как в идентификации генов, нарушение функции которых ведет к развитию новообразований, так и в выяснении роли белковых продуктов таких генов в физиологии клетки. Все это позволило выделить ряд важнейших свойств, приобретение которых предопределяет способность клетки образовывать злокачественную опухоль.

Способность генерировать внутри себя пролиферативные сигналы, обеспечивающие постоянную инициацию новых митотических циклов. Это важнейшее, основополагающее свойство неопластических клеток, лежащее в основе их способности образовывать неуклонно размножающуюся дополнительную ткань, т.е. опухоль. На всех этапах существования организма (эмбриогенез, постнатальное развитие и поддержание тканей сформированных органов) размножение составляющих его клеток находится под строгим контролем. Процессы деления и дифференцировки стволовых клеток и их потомков регулируются различными внешними сигналами: разнообразными растворимыми факторами (в первую очередь, цитокинами и, кроме того, в некоторых типах клеток гормонами), а также взаимодействием клеток друг с другом и с белками окружающего их внеклеточного матрикса. Опухоли возникают вследствие нарушений такой регуляции в недифференцированных потомках стволовых клеток, обеспечивающих естественный процесс обновления тканей. В результате образуются т.н. «стволовые клетки опухолей», способные к постоянному вступлению в новые акты клеточного деления даже при отсутствии внешних стимулов, в норме инициирующих пролиферацию. Это является следствием генетических изменений, вызывающих либо секрецию необходимых факторов роста самими неопластическими клетками, либо резкое увеличение количества рецепторов для необходимых факторов роста, либо, что наблюдается чаще всего, запуск в отсутствие ростового фактора каскада событий, обычно инициируемого связыванием ростового фактора со своим рецептором. Последний из перечисленных путей приобретения пониженной зависимости от внешних факторов достигается мутациями, приводящими к перманентной активации компонентов передачи митогенного сигнала. В результате вне зависимости от того, присутствуют ли специфические цитокины и активируют ли они соответствующие рецепторы, происходит активация циклинзависимых киназ, ответственных за выход клетки из состояния покоя (G0) и постоянную стимуляцию в ней новых раундов репликации ДНК и митотического деления. К таким последствиям приводят структурные изменения рецепторных тирозинкиназ, активирующие мутации генов семейства RAS, β-катенина; гиперэкспрессия транскрипционных факторов семейства Мус; амплификация генов циклинзависимых киназ; и многие другие генетические нарушения.

Нечувствительность к рост-супрессирующим сигналам, в норме ограничивающим избыточное размножение клеток или пролиферацию в неблагоприятных условиях. В организме существуют множество антипролиферативных сигналов, поддерживающих определенное число клеток в каждой из тканей и предотвращающих размножение аномальных клеток. Они генерируются как нормальными физиологическими факторами (рост-ингибирующие цитокины – TGF-β и др., взаимодействия клеток с внеклеточным матриксом и друг с другом и т.д.), так и неблагоприятными условиями окружающей среды и/или внутриклеточными повреждениями (гипоксия, разрывы ДНК и т.д.). Действие большинства антипролиферативных сигналов основано на активации ингибиторов циклинзависимых киназ семейств Ink4 и Cip/Kip, приводящей к остановке клеточного цикла. В зависимости от типа воздействия и распознающих его молекул наблюдается остановка клеточного цикла в G1, S, G2 фазах или в митозе.

Неопластические клетки, как правило, значительно менее чувствительны к действию различных рост-ингибирующих факторов. Классическим примером здесь может являться отсутствие у них так называемого контактного торможения размножения. Большинство типов нормальных клеток размножаются до тех пор, пока не установятся плотные межклеточные контакты. В отличие от них, неопластические клетки при контактировании друг с другом не останавливают свою пролиферацию, а продолжают делиться и образовывать очаги многослойного роста. Кроме того, во многих опухолевых клетках не происходит остановки клеточного цикла при исчезновении контактов интегринов с внеклеточным матриксом или действии цитокина TGF-β. В неопластических клетках частично инактивированы также системы остановки пролиферации при неблагоприятных условиях – недостатке пула нуклеотидов, гипоксии и т.д. Особое значение для опухолевой прогрессии имеет развитие невосприимчивости к программам/сигналам, ограничивающим число клеточных делений – т.н. иммортализация или приобретение бессмертия.

В основе нечувствительности неопластических клеток к различным рост-ингибирующим сигналам могут лежать разные механизмы. Часто она возникает в результате подавления активности белков семейств Ink4 и Cip/Kip. Так, характерные для многих типов опухолей мутации или эпигенетическая инактивация 16^Ink4a ослабляют контактное торможение размножения клеток и отменяют репликативное старение, т.е. ограничение числа возможных клеточных делений. Инактивация другого представителя белков Ink4 – р15^Ink4b – вызывает понижение чувствительности к антипролиферативному действию цитокина TGF-β. К сходным последствиям ведет и инактивация белка pRb.

Нечувствительность к сигналам, ограничивающим размножение клеток при неблагоприятных условиях микроокружения (гипоксия и др.) и/или различных внутриклеточных повреждениях, обеспечивается дисфункцией белка р53, приводящей к отмене вызываемого стрессами ингибирования циклин-зависимых киназ. Приспособление к гипоксии, кроме того, связано с переходом на анаэробный путь дыхания, индуцируемым как инактивацией р53, так и повышением активности транскрипционного фактора HIF-1.

Отмена репликативного старения связана не только с инактивацией 16Ink4a, но и с повышением активности теломеразы, обладающей способностью достраивать концевые участки хромосом и предотвращать, таким образом, остановку клеточного деления, вызываемого укорочением теломер. Недавно выяснилось, что у теломеразы есть и другая важная функция, не связанная с синтезом теломерных повторов ДНК – стимуляция пролиферации стволовых и незрелых эпителиальных клеток. Существенную роль в отмене обоих механизмов репликативного старения могут играть изменения активности транскрипционного фактора Bmil, который, с одной стороны, подавляет активность ингибиторов циклинзависимых киназ, а с другой стороны повышает экспрессию гена каталитической субъединицы теломеразы. Увеличение активности теломеразы индуцируется также рядом характерных для опухолевых клеток человека изменений: гиперэкспрессией Мус, инактивацией р53, присутствием онкобелка Е6 вирусов папиллом человека и др.

Подавление программируемой смерти клеток. Важнейшим свойством неопластических клеток является их повышенная жизнеспособность, возникающая вследствие ингибирования апоптоза и аутофагии. Апоптоз – основанная на активации каспаз программа самоубийства клеток, посредством которой в организме поддерживается необходимое число клеток и, кроме того, предотвращается накопление аномальных вариантов. Подавление апоптоза резко повышает жизнеспособность неопластической клетки, делает ее менее чувствительной к неблагоприятным условиям микроокружения, факторам противоопухолевого иммунитета и терапевтическим воздействиям.

Дли опухолевых клеток характерны генетические изменения, ведущие к ослаблению различных путей индукции апоптоза. Так, в них закономерно обнаруживаются: потеря экспрессии на поверхности клетки рецептора смерти Fas; нарушения проведения апоптогенного сигнала к митохондриям в результате инактивации р53, PTEN и др.; ингибирование проницаемости митохондриальной мембраны для цитохрома С и AIF вследствие изменений экспрессии белков семейства Вс12; инактивация каспаз ввиду их связывания с белками IAP, экспрессия которых повышается вследствие мутаций Ras, PTEN и др.

В некоторых типах опухолевых клеток наблюдается подавление и другого способа программируемой смерти – аутофагии – программы лизосомальной деградации белков. В частности, это характерно для раковых клеток молочной железы, яичника и простаты, в которых ингибирование аутофагии связано с делецией одного из генных аллелей Beclin1, белковый продукт которого играет ключевую роль в образовании аутофагосом.

Реорганизация цитоскелета и контактных структур, детерминирующая повышенную двигательную активность клеток – основу опухолевой инвазии. «Асоциальное» поведение злокачественных клеток ряда гистогенетических типов выражается, в первую очередь, в инвазивном росте, т.е. в прогрессирующем проникновении в окружающие здоровые ткани. Инвазия детерминирована не только неконтролируемым размножением, но и нарушениями морфогенетических реакций, приводящими к изменениям морфологии и подвижности неопластических клеток. В основе таких нарушений лежат связанные между собой изменения актинового цитоскелета, адгезионных взаимодействий клеток друг с другом и с внеклеточным матриксом, приводящие к увеличению активности псевдоподий и, как следствие, повышению подвижности клеток. Другим важным фактором инвазии опухолевых клеток является их способность продуцировать протеолитические энзимы, которые, во-первых, разрушают окружающий внеклеточный матрикс (базальную мембрану эпителиальных органов и т.д.), создавая тем самым «дороги» для миграции клеток, а, во-вторых, обеспечивают конверсию неактивных форм мотогенных цитокинов, депонированных на матриксе, в активные формы, стимулирующие миграцию клеток.

Как правило, «локомоторный» фенотип неопластических клеток возникает в результате генетических изменений компонентов сигнальных сетей, которые в норме обеспечивают временное приобретение клетками повышенной миграционной способности (такие программы, в частности «эпителиально-мезенхимальный переход» клеток эпителия, характерны для эмбрионального развития). Часто в основе возникновения локомоторного фенотипа лежат те же самые изменения, которые вызывают перманентную стимуляцию пролиферации. Дело в том, что верхние и средние этажи сигнальных путей, активируемых цитокинами, регулируют не только размножение, но и движение клеток. Поэтому многие из цитокинов являются одновременно и митогенами, и мотогенами. Активация белков семейства Ras и PI3K, находящихся на пересечении сигнальных путей от многих рецепторов, ведет к повышению активности как МАР-киназ и циклинзависимых киназ – ключевых регуляторов клеточного цикла, так и малых ГТФ-аз семейства Rho, играющих центральную роль в контроле полимеризации актина, реорганизации цитоскелета и регуляции движения клеток. Кроме того, вызываемые МАР-киназными каскадами, активированными белками Rho и STAT изменения активности большого набора транскрипционных факторов, приводят одновременно к повышению синтеза различных протеаз и подавлению транскрипции гена Е-кадгерина, что обусловливает разрушение межклеточных контактов. В результате в дополнение к пролиферации стимулируется миграция клеток.

Блокирование специфической дифференцировки клеток. Для многих опухолевых клеток характерны нарушения дифференцировки, т.е. образования специализированных типов клеток, синтезирующих набор определенных белков. Особенно ярко это проявляется при острых лейкозах, при которых клетки оказываются как бы замороженными на той или иной стадии созревания. Следует заметить, однако, что это свойство не является универсальным, и в некоторых типах новообразований (хронический миелоидный лейкоз, плоскоклеточный ороговевающий рак кожи и др.) наблюдается сохранение способности к дифференцировке. При этом в ходе опухолевой прогрессии в клетках высокодифференцированных новообразований могут возникать дополнительные генетические изменения, приводящие к потере способности клеток дифференцироваться или синтезировать отдельные белки дифференцировочного репертуара, в особенности тех, отсутствие которых придает клеткам селективные преимущества. В частности, при развитии многих эпителиальных опухолей закономерно утрачивается экспрессия Е-кадгерина, что способствует эпителиально-мезенхимальному переходу, обеспечивающему инвазивный рост.

В опухолевых клетках могут быть нарушены самые разные компоненты сигнальных путей, ответственных за выполнение различных дифференцировочных программ. Так, развитие острых лейкозов связано с блокированием дальнейшей дифференцировки ранних гемопоэтических клеток-предшественников, происходящим вследствие перестроек генов рецепторов цитокинов (c-Kit, Flt3), сенсоров позиционных сигналов от других клеток (Notch 1) и транскрипционных факторов, ответственных за миелоидную (AML1, RARα, c-EBPα, GATA1) или другие типы дифференцировки.

Индукция изменений микроокружения, обеспечивающих кровоснабжение опухолей и стимуляцию их роста и инвазии. К характерным свойствам неопластических клеток относится также их способность воздействовать на окружающие клетки нормальных тканей и вызывать в них ряд реакций, способствующих прогрессивному росту опухолей. Важнейшей из таких реакций является образование новых кровеносных сосудов. Это необходимое условие для дальнейшего роста опухолевого узелка, достигшего в диаметре 2–4 мм (иначе клетки в центре опухоли, не получая кислород и питательные вещества, будут погибать). Стимуляция ангиогенеза – ветвления уже имеющихся в окружающих тканях мелких сосудов и прорастания их в опухоль – вызывается увеличением содержания в микроокружении специфических ангиогенных цитокинов, которые секретируются неопластическими клетками и стимулируют размножение и миграцию (построение трубчатых структур) эндотелиальных клеток. Ключевая роль в этом процессе принадлежит VEGF и ангиопоэтину-2а, также bFGF, PLGF, PD-EGF и некоторым другим митогенным/мотогенным цитокинам. Кроме того, росту новых сосудов способствует уменьшение содержания в микроокружении белков-ингибиторов ангиогенеза, таких как тромбоспондин-1, ангиостатин и эндостатин, а также секреция опухолевыми клетками протеаз, разрушающих внеклеточный матрикс, что необходимо для прорастания новых сосудов. Увеличение содержания VEGF в опухолевых клетках может быть обусловлено различными факторами: гипоксией, которая вызывает активацию транскрипционного фактора HIF-1, повышающего транскрипцию гена VEGF; повышением внутриклеточного уровня активных форм кислорода, что также активирует сигнальный путь HIF-1/VEGF; активацией функции белка Ras, который увеличивает активность транскрипционных факторов АР-1 и HIF1, осуществляющих позитивную регуляцию гена VEGF; инактивацией р53, репрессирующего ген VEGF и др.

Наряду с классическими сосудами, в опухолях могут формироваться т.н. «мозаичные сосуды», частично состоящие из нормальных эндотелиальных клеток, а частично – из опухолевых клеток. Более того, для некоторых опухолей, в частности для меланом, характерно образование сети кровоснабжающих трубчатых структур, полностью состоящих из опухолевых клеток – т.н. васкулогенная мимикрия неопластических клеток. Приобретение способности формировать такие структуры связано с активацией экспрессии в опухолевых клетках ряда белков эндотелиальной дифференцировки – VE-кадгерина, VEGFR2, CD34 и др.

Другим важным воздействием неопластических клеток на микроокружение является индукция конверсии стромальных фибробластов в миофибробласты, которые, секретируя определенный набор цитокинов и протеаз, стимулируют инвазивный рост опухолей. Транс-дифференцировака фибробластов в миофибробласты индуцируется TGFb, продуцируемым неопластическими клетками. Еще одной характерной модификацией микроокружения является привлечение в опухоль макрофагов и других клеток воспаления. Это связано с активацией в неопластических клетках ряда сигнальных путей, в частности, регулируемых белками Ras и NFkB, стимулирующих продукцию провоспалительных цитокинов (IL1, IL6, IL8). Предполагается, что присутствие клеток воспаления ускоряет опухолевую прогрессию за счет секреции ими цитокинов, стимулирующих размножение неопластических клеток, ангиогенез и образование миофибробластов, продукции металлопротеаз, а также повышения содержания активных форм кислорода и азота, индуцирующих мутагенез.

Метастазирование. Метастазирование – образование вторичных очагов опухолевого роста – наиболее опасное проявление прогрессии большинства форм опухолей. Чтобы дать метастаз, клетка должна приобрести ряд свойств: умение проникать в глубину окружающих нормальных тканей, в т.ч. в кровеносные или лимфатические сосуды, способность выживать после попадания в сосуды, а затем выходить из них и размножаться в несвойственном для данного типа клеток микроокружении, давая новый очаг опухолевого роста. Таким образом, способность к метастазированию складывается из комплекса более простых признаков, таких как приобретение локомоторного фенотипа, способности стимулировать образование новых сосудов, создавая тем самым пути эвакуации опухолевых клеток из первичного очага; возникновения независимости от субстрата, подавления апоптоза и т.д. Появление каждого из этих свойств увеличивает метастатический потенциал клетки.

Важным достижением в понимании механизмов метастазирования стала концепция о предварительном формировании в отдаленных органах «ниш», привлекающих опухолевые клетки и стимулирующих размножение образующихся метастазов. Предполагается, что образование таких ниш детерминировано секрецией клетками первичной опухоли определенных цитокинов и хемокинов (плацентарный ростовой фактор, VEGF и др.), что вызывает ряд реакций в тканях некоторых отдаленных органов, приводящих, в частности, к оседанию в них VEGFR1-позитивных гемопоэтических клеток, которые, продуцируя специфический набор адгезионных молекул, протеаз и т.д. (интегрин α4β1, MMP9 и др.), привлекают опухолевые клетки и стимулируют их дальнейшее размножение.

Нестабильность генома неопластических клеток. Канцерогенез – многоступенчатый процесс накопления мутаций, детерминирующих возникновение вышеуказанных свойств. Вероятность возникновения в одной клетке нескольких генетических изменений, способствующих развитию из нее злокачественной опухоли, резко повышается при нарушениях работы систем, поддерживающих целостность генома. Поэтому мутации, ведущие к генетической нестабильности (т.е. увеличению вероятности возникновения и закрепления в ряду клеточных поколений разнообразных изменений генома) являются неотъемлемым этапом онкогенеза, обеспечивающим неуклонную прогрессию опухолей. Произошедшие в половой клетке инактивирующие мутации генов, продукты которых участвуют в контроле целостности генома, приводят к наследственным синдромам, характеризующимся нестабильностью генома всех клеток организма или клеток отдельных тканей и, как следствие, повышенной вероятностью их злокачественной трансформации и развития опухолей. В основе генетической нестабильности опухолевых клеток лежит 3 типа нарушений: 1) увеличение внутриклеточного уровня активных форм кислорода (АФК) и других эндогенных мутагенов; 2) понижение точности репликации ДНК и сегрегации хромосом во время митоза; 3) нарушения реакции клеток на изменения структуры ДНК или повреждения митотического аппарата (аномалии систем репарации ДНК; инактивация чекпойнтов клеточного цикла, предотвращающих остановку пролиферации аномальных клеток и подавление апоптоза, элиминирующего поврежденные клетки из организма).

Повышенная изменчивость популяций опухолевых клеток связана не только с резким учащением истинных генетических изменений (генных мутаций, рекомбинаций, анеуплоидии и др.), но и со значительным увеличением вероятности возникновения т.н. эпигенетических изменений, связанных с метилированием ДНК и/или ремоделированием структуры хроматина. Так, в результате нарушения процессов метилирования ДНК, обусловленных изменениями уровня экспрессии ДНК-метилтрансфераз (к таким изменениям, в частности приводят наиболее характерные для новообразований человека генетические изменения – мутации генов р53 и Ras) может одновременно измениться транскрипция нескольких сотен генов.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ. -метастазирование -рецидивирование — Студопедия

\ВЕРНО ЛИ УТВЕРЖДЕНИЕ, ЧТО В ПРОЦЕССЕ РОСТА ЗЛОКАЧЕСТВЕННОЙ ОПУХОЛИ ОСЛАБЛЯЕТСЯ ЕЕ АВТОНОМНОСТЬ?

-да +нет

\/

/\УКАЖИТЕ ПРИЗНАКИ, ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ ДОБРОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ:

-метастазирование -рецидивирование

+относительно высокая степень клеточной и функциональной дифференцировки

-высокая степень опухолевой прогрессии

+низкая степень опухолевой прогрессии

\/

/\БИОХИМИЧЕСКАЯ АТИПИЯ ОПУХОЛЕВОЙ ТКАНИ:

+Утилизация субстратов при низкой концентрации

-Уменьшение и сглаженность крист митохондрий

-Антигенная трансформация

-Метастазирование

\/

/\КАКИЕ ИЗ ПЕРЕЧИСЛЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ОТНОСЯТСЯ К ЭКЗОГЕННЫМ КАНЦЕРОГЕНАМ:

+Анилин +Асбест

-Эстрадиол +Мышьяк

+Бензпирен +Бензантрацен

\/

/\ВЕРНО ЛИ УТВЕРЖДЕНИЕ, ЧТО БОЛЬШИНСТВО СПОНТАННО ВОЗНИКАЮЩИХ ОПУХОЛЕЙ ОБЛАДАЕТ НИЗКОЙ АНТИГЕННОЙ АКТИВНОСТЬЮ?

+да -нет

\/

/\УКАЖИТЕ ПРОЯВЛЕНИЯ АТИПИЗМА РОСТА ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ:

+метастазирование +рецидивирование

+инвазивный рост -экспансивный рост

\/

/\ТЕРМИН «ВОЗВРАТ К ПРОШЛОМУ» В РАЗВИТИИ ОПУХОЛЕВОЙ КЛЕТКИ ПОДРАЗУМЕВАЕТ:

-высокий уровень дифференцировки

+низкий уровень дифференцировки клеток

+редукция митохондрий

+уменьшение количества рецепторов клеточной мембраны

\/

/\ЧТО МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К ДИСПЛАЗИИ?

+нарушение митоза +нарушение мейоза -дыхательный алкалоз

\/

/\ВЕРНО ЛИ УТВЕРЖДЕНИЕ, ЧТО В ОПУХОЛЕВОЙ ТКАНИ ТОРМОЗИТСЯ ЭФФЕКТ ПАСТЕРА?

+да -нет

\/

/\УКАЖИТЕ ПРИЗНАКИ, ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ ДОБРОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ:

-быстрое формирование опухолевого узла

+медленное формирование опухолевого узла

+экспансивный рост -инфильтративный рост

\/

/\УКАЖИТЕ ПРОЯВЛЕНИЯ АТИПИЗМА РОСТА ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ:

+увеличение пролиферативного пула опухолевых клеток

+торможение или блок созревания клеток

-образование блокирующих антител

+ослабление свойства контактного торможения клеток

\/

/\ЧТО ТАКОЕ ОПУХОЛЕВАЯ ПРОГРЕССИЯ?

-качественное и количественное отличие основных биологических свойств опухолевой ткани от нормальной аутологической

+качественные и количественные , генетически закрепленные , предающиеся от клетки к клетке независимо друг от друга изменения свойств опухолевых клеток, обуславливающие нарастание степени злокачественности новообразования

\/

/\УКАЖИТЕ ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЧИНЫ РЕЦИДИВИРОВАНИЯ ОПУХОЛЕЙ:

-подавление факторов местного иммунитета

-низкая активность антицеллюлярных механизмов противоопухолевой защиты организма

+сохранение жизнеспособных клеток опухоли после ее удаления или разрушения

+проникновение фрагмента ДНК опухолевой клетки, содержащий активный онкоген, в геном нормальной клетки

-проникновение фрагмента опухолевой РНК в нормальную клетку

\/

/\УКАЖИТЕ ФАКТОРЫ, ИНГИБИРУЮЩИЕ ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК:

+цАМФ -факторы роста

-снижение поверхностного натяжения клеток +кейлоны

-цГМФ

\/

/\КАКИЕ ФАКТОРЫ НАПРАВЛЕНЫ НА УНИЧТОЖЕНИЕ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК В ОРГАНИЗМЕ?

+макрофагальный фагоцитоз +аллогенное ингибирование

-Т-лимфоциты супрессоры +Т-лимфоциты киллеры

-блокирующие антитела +естественные киллеры NK

\/

/\КАКИЕ ФАКТОРЫ ЗАЩИЩАЮТ ОПУХОЛЕВЫЕ КЛЕТКИ ОТ ДЕЙСТВИЯ ИММУННЫХ МЕХАНИЗМОВ ОРГАНИЗМА?

+блокирующие антитела -аллогенное ингибирование

+фибринная пленка на поверхности опухолевой клетки

+интернализация антигенных структур опухолевой клетки

-Т-лимфоциты киллеры -Т-лимфоциты хелперы

-фагоциты

\/

/\КАКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ ХАРАКТЕРНЫ ДЛЯ КЛЕТОК ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ?

+увеличение захвата глюкозы

-ослабление анаэробного гликолиза

+активация и качественные изменения синтеза белков

+увеличение захвата холестерина и высших жирных кислот

-гипогидратация опухолевой ткани

-отсутствие качественных изменений белкового обмена

+активация обмена нуклеиновых кислот

\/

/\ФАКТОРЫ ЗАЩИТЫ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК ОТ ХОЗЯИНА

-Т-киллеры +R-белки

-Аллогенное ингибирование -NK (натуральные киллеры)

-Фагоцитоз +Антигенное упрощение

+Маскировка антигенных структур

\/

/\БИОХИМИЧЕСКАЯ АТИПИЯ ОПУХОЛЕВОЙ ТКАНИ:

-Утрата специализации функции +Аэробный гликолиз

-Уменьшение нексусов -Инфильтративный рост

\/

/\ЧТО ТАКОЕ ОНКОБЕЛКИ?

+белки, стимулирующие опухолевую прогрессию

-белки, блокирующие клеточное дыхание

-белки, угнетающие гликолиз

+белки, обуславливающие опухолевую трансформацию нормальной клетки

\/

/\УКАЖИТЕ ТИПОВЫЕ ФОРМЫ ПАТОЛОГИИ ТКАНЕВОГО РОСТА:

-некроз ткани +патологическая гипертрофия

-патологическая гипотрофия -гиперплазия митохондрий

-саркомы -карциномы

+опухолевый рост +дисплазии

\/

/\ЧТО ТАКОЕ ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ГИПЕРТРОФИЯ ТКАНИ?

-увеличение массы и объема структурных элементов после завершения формирования органов и тканей

-увеличение массы и объема структурных элементов тканей и органов после чрезмерных физических нагрузок

+увеличение массы и объема структурных элементов тканей и органов неадекватное их функционирование

\/

/\УКАЖИТЕ КАКИЕ ИЗ ПЕРЕЧИСЛЕННЫХ ФАКТОРОВ СТИМУЛИРУЮТ ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК :

— цАМФ — Кейлоны

+ Факторы роста

+ факторы снижения поверхностного натяжения мембран клеток

\/

/\ПРИЗНАКИ МАЛИГНИЗАЦИИ КЛЕТКИ:

+уменьшение количества рецепторов на поверхности клеточной мембраны

-увеличение количества рецепторов на поверхности клеточной мембраны

+увеличение фосфотирозинов в составе клеточной мембраны

-уменьшение фосфотирозинов в составе клеточной мембраны

+увеличение ц ГМФ в клетке

-увеличение ц АМФ в клетке

-снижение неспецифической проницаемости клеточной мембраны

\/

/\МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ ОПУХОЛЕВОГО ПРОЦЕССА:

+эксплантация клеток +трансплантация

-сенсибилизация +индукция

-ангиостомия -электростимуляция

\/

/\СНИЖЕНИЕ ИММУНОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАКТИВНОСТИ ПРИ ОПУХОЛЕВЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ОБУСЛОВЛЕНО:

-снижением Т-супрессоров -увеличением В-лимфоцитов

-повышением активности бласттрансформации

+снижением реакции бласттрансформации

-увеличением Т-киллеров (Т-ГЗТ) -увеличением Е-киллеров (NК)

+увеличением Т-супрессоров -нейтрофилией

+снижением Е-киллеров (NК)

\/

/\ТЕРМИН «ВОЗВРАТ К ПРОШЛОМУ» В РАЗВИТИИ ОПУХОЛЕВОЙ КЛЕТКИ ПОДРАЗУМЕВАЕТ:

+аэробный гликолиз

-повышенная активность окислительного фосфорилирования

-снижение митотической активности

+высокая митотическая активность

+увеличение эмбриональных белков

\/

/\АНТИГЕННОСТЬ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК ОБУСЛОВЛЕНА:

+появлением «эмбриональных белков»

+увеличением количества фосфотирозинов в клеточной мембране

+уменьшением гликопротеинов в составе клеточной мембраны

-наличием сходных антигенных детерминалий к микроорганизмам (перекрестные антигены)

-изоляцией от иммунокомпетентных клеток

\/

/\ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВА «КОНТАКТНОГО ТОРМОЖЕНИЯ» КЛЕТОК ПРИ ОПУХОЛЕВОМ ПРОЦЕССЕ СОПРОВОЖДАЕТСЯ:

-снижением пролиферации +усилением пролиферации

+хаотическим нагромождением клеток

-увеличением количества рецепторов клеточной мембраны

+снижением адгезивности клеток -повышением адгезивности клеток

\/

/\

НАЗОВИТЕ ПРИЗНАКИ, ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ ДОБРОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ:

— Быстрый рост + Медленный рост

+ Экспансивный рост — Инфильтративный рост

— Метастазирование — Рецидивирование

+ Относительно высокая степень функциональной дифференцировки клеток

\/

/\ФАКТОРЫ ИНГИБИРУЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОПУХОЛЕВЫЙ РОСТ:

-Ростовые +Кейлоны

-Снижения поверхностного натяжения

+цАМФ -цГМФ

+Интерлейкины +Интерферон

\/

/\МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ РОСТА И ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ В НОРМАЛЬНОЙ ТКАНИ

-Высокая активность ц ГМФ

+Высокая активность ц АМФ

+Снижение тирозинзависимых протеинкиназ

-Увеличение тирозинзависимых протеинкиназ

-Гиперактивность Са-зависимой протеинкиназы

+Винкулины, фосфорилированные по серину

-Увеличение фосфотирозинов

\/

/\ НАЗОВИТЕ ОСНОВНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ АТИПИЗМА ХАРАКТЕРНЫЕ ТОЛЬКО ДЛЯ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ:

+ Метастазирование + Рецидивирование

+ Инвазивный рост — Экспансивный рост

— Увеличение пролиферативного пула клеток опухолей

+ Блок созревания клеток

— Образование блокирующих антител

+ Резкое ослабление контактного торможения

\/

/\

КАКОВЫ ХАРАКТЕРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ОПУХОЛЕВОМ РОСТЕ?

-Увеличение образования Т-киллеров

-Усиление фагоцитарной активности

-усиление размножения Т-киллеров

+Образование блокирующих антител

+Развитие иммунной толерантности

+Иммунодепрессия

+Увеличение образования Т-супрессоров

\/

/\

УКАЖИТЕ ОСОБЕННОСТИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ:

+ Анаплазия + Рецидивирование

— Экспансивный рост + Инфильтративный рост

+ Низкая степень дифференцировки — Ускорение созревания клеток

+ Опухолевая прогрессия + Метастазирование

\/

/\

ЧТО ТАКОЕ КОКАНЦЕРОГЕН ?

— Канцероген , действующий в паре с другим канцерогеном

— РНК — онковирус, действующий в паре с другим канцерогеном

+ Фактор, сам по себе не вызывающий опухоли, но потенцирующий действие канцерогенов

\/

/\КАКИЕ ИЗ ПЕРЕЧИСЛЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ОТНОСЯТСЯ К ЭКЗОГЕННЫМ КАНЦЕРОГЕНАМ:

+Метилхолантрен +Уретан

-Холестенол +Ортоаминоазотолуол

+Ортоаминофенолы

\/

/\ЧТО МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К ДИСПЛАЗИИ?

+расстройство механизмов регуляции метаболизма клеток

+нарушение процесса дифференцировке клеток -острая гипергликемия

+нарушение генетической программы клеток -внеклеточный ацидоз

Рекомендуемая литература

Основы онкологии / Под ред. И. Напалкова. – Л.: Медицина,1989. –345 с.

П. Ф. Литвицкий Патологическая физиология. Учебник. – М: ГЭОТАР-Мед., 2002. – С. 586-623

Лекции «Введение в общую патофизиологию» / Под ред. В. И. Николаева. – СПб: СПбГМА 2004. – С. 50-58.

В.А.Черышев, Б.Г.Юшков Патофизиология Учебник, – М.:Вече, 2001. – С. 278-302.

Патологическая физиология / Под ред. А. Д. Адо, – М.:Триада-Х, 2000. – С. 290-314.

Патологическая физиология / Под ред. Н. Н. Зайко. – Киев: Логос, 1996. – С. 224–253.

Укажите факторы, ингибирующие деление клеток: (2) — Студопедия.Нет

Каковы механизмы активации протоонкогенов? (5)

Какие факторы направлены на уничтожение опухолевых клеток в организме? (4)

Какие факторы защищают опухолевые клетки от действия иммунных механизмов организма? (3)

Какие изменения обмена веществ характерны для клеток злокачественных опухолей? (4)

Укажите наиболее правильное утверждение: (1)

Укажите верное утверждение: (1)

Что такое онкобелки? (2)

Какие клетки являются основными продуцентами фактора некроза опухолей? (2)

Укажите типовые формы патологии тканевого роста: (4)

Что такое патологическая гипертрофия ткани? (1)

Что может привести к дисплазии? (4)

XIV. ТОКСИКОМАНИИ. НАРКОМАНИИ. АЛКОГОЛИЗМ

Общетоксическое действие алкоголя характеризуется следующими изменениями обмена веществ: (4)

Для токсического действия алкоголя на нервную систему характерно: (4)

Молекулярно-биологические изменения при раке молочной железы

Рак молочной железы может быть семейным у 5-10% от общего числа заболевших и спорадическим – у 90-95%.

Для семейного РМЖ характерны наследственно передаваемые мутации генов BRCA1, BRCA2.

BRCA1 располагается в длинном плече 17 хромосомы. В норме белок этого супрессорного гена подавляет пролиферационные сигналы, идущие от эстрогенных рецепторов к клеткам молочной железы. При РМЖ отмечено до 500 мутаций этого гена. Дефекты BRCA1 наблюдаются при наследственном раке в 20%, у 50-85% больных с выявленной мутацией BRCA1 развивается рецепторно отрицательный РМЖ и 15-45% рак яичников.

Супрессорный ген BRCA2 расположен в 13 хромосоме. Его мутации ведут к повышению риска рецепторно положительного РМЖ у женщин и мужчин. Отмечается чаще у лиц старше 50 лет. Повышается риск также РЯ и РПЖ.

Мутации других генов при наследственном РМЖ встречаются реже – это Chek-2, регулирующий в норме переход из одной фазы митотического цикла в другой, супрессорные гены Р53, PTEN, MSHI и MSh3.

Среди особенностей ведения больных с наследственно передаваемыми мутациями генов BRCA1 и 2 строгая диспансеризация и скрининг, двухсторонняя профилактическая мастэктомия.

Спорадический РМЖ – также результат мутационных изменений онкогенов и супрессорных генов, регулирующих процессы клеточного деления.

Нормальный рост молочной железы и ее развитие контролируются сложным взаимодействием многих гормонов и факторов роста. Клетки молочной железы сами секретируют некоторые из них и, таким образом, выполняют аутокринные функции. Кроме того, они экспрессируют рецепторы многих полипептидных факторов и гормонов. Точные биологические процессы, которые возникают в молочной железе и затем являются причиной рака, неизвестны. Ключ к пониманию этих процессов – в изучении жизнедеятельности нормальных клеток. Упомянутые гормоны и факторы роста играют важную роль в клеточном делении и развитии молочной железы, лактации при необходимости, в инвалюционных процессах в ней после прекращения функций.

Эстрогенам придается значение промоторов канцерогенеза в молочной железе. Эстрадиол диффундирует через мембрану в ядро клетки, где связывается с эстрадиоловым рецептором, внося в белок, из которого он состоит, стероидную структуру, затем происходит димеризация 2-х комплексов и соединение с элементом эстрогенного ответа в ДНК. Эти события являются причиной мобилизации других белков, называемых коактиваторами, которые формируют транскрипционный комплекс в ДНК. В последствии РНК полимераза связывается и транскрибируется с мессенджером РНК, несущим сигналы делиться раковым клеткам. Эта информация после попадания в протоплазму клеток передается специфическим белкам – рибосомам.

Эстрогениндуцированные белки регулируют пролиферацию клеток. Под влиянием эстрогенного контроля сами клетки синтезируют и секретируют свои собственные факторы роста, которые оказывают стимулирующее аутокринное и паракринное действие на строму.

Аутокринными факторами роста называются те, которые действуют ускоряюще или замедляюще на клетку? их секретировавшую. Если факторы роста направлены на соседнюю клетку, они являются паракринными.

На рис. 1. представлены схематически разнообразные факторы роста и гормоны, влияющие на клетки молочной железы (в т.ч. и опухолевые).

Рис.1. Регуляция деления клетки МЖ (в том числе опухолевой)

Действуют упомянутые факторы роста и гормоны лишь после связывания с соответствующими рецепторами. Гормональные рецепторы находятся в ядрах клеток, рецепторы факторов роста на клеточных мембранах и в цитоплазме. Клетки стромы стимулируют собственную пролиферацию благодаря выделению фибробластного фактора роста и паракринно стимулируют эпителиальные опухолевые клетки. Они могут секретировать инсулиноподобные факторы роста 1 и 2, которые ускоряют пролиферацию эпителиальных клеток. Фактор роста тромбоцитарного происхождения усиливает пролиферацию мезенхиальной стромы раковых опухолей.

Лизосомальный фермент катеопсин Д (урокиназный плазмогенный активатор) помимо митогенного действия на раковые клетки влияет на инвазивность и метастазирование, стимулирует эти процессы. Увеличенная концентрация этого энзима в опухоли связана с неблагоприятным прогнозом.

Особая роль принадлежит трансформирующему фактору роста бета. Этот фактор тормозит деление эпителиальных клеток и, наоборот, стимулирует пролиферацию стромы. От баланса TGF-бета и TGF-альфа зависит злокачественность и агрессивность опухоли.

Многочисленные экспериментальные данные показывают, что чрезмерная экспрессия онкогенов – в прошлом нормальных генов – может привести к глубоким изменениям роста и гомеостаза нормального эпителия. Среди экспрессированных онкогенов – рецепторы фактора роста Her2/neu (erb-2), Her3, Her4, члены семейства myc и ras. В норме эти гены регулируют пролиферацию и развитие молочной железы. Гиперэкспрессия онкогенов является предполагаемой причиной индукции рака молочной железы. Существуют прямые экспериментальные доказательства их определяющей роли в генезе опухолей. Внедрение генов myc, ras, Her2 в молочные железы трансгенных мышей приводит к развитию в них раковых опухолей.

В связи с гиперэкспресией или мутацией онкогенов клетки получают гиперстимуляционные сигналы для деления. В норме существует баланс негативных и позитивных мессенджеров РНК. При повреждении ДНК до ее регенерации супрессорные гены с помощью белков сдерживают пролиферативные процессы. В опухолях ингибирующие функции таких генов как Р53, RB1, BRSA1 и 2 подавлены. В результате функциональной или химической деактивации супрессорных генов вместо регуляции деления клеток наступает расстроенный транзит опухолевых клеток через различные фазы цикла.

Развитие microarray технологии позволило охарактеризовать генный профиль многих злокачественных новообразований, в том числе и РМЖ. Кроме общих закономерностей упомянутая технология дает возможность расшифровать отличия генного портрета опухоли у разных больных. Ретроспективные сопоставления генетических находок с клиническим течением, ответом на терапию, сроками выживания вооружают онкологов информацией, которая ляжет в основу нового важнейшего принципа лечения больных – генетически обоснованной персонализации. Первые шаги уже сделаны. Наблюдаемая гиперэкспрессия генов семейства erbB является основанием для применения молекулярного ингибитора лапатиниба. Гиперэкспрессия VEGFR2 (рецептор васкулярно-эндотелиального фактора роста 2) означает, что больным в пременопаузе следует сочетать адъювантное лечение тамоксифеном в комбинации с ингибиторами этого сосудистого фактора роста и т.д.

По монографии А.М. Гарина, И.С. Базина

«Десять наиболее распространенных злокачественных опухолей»,

г. Москва, 2006

Контроль клеточного цикла

Регулирование клеточного цикла внешними событиями

Внешние факторы могут влиять на клеточный цикл, ингибируя или инициируя деление клеток.

Цели обучения

Опишите внешние события, которые могут повлиять на регуляцию клеточного цикла

Основные выводы

Ключевые моменты

• Гибель близлежащих клеток и наличие или отсутствие определенных гормонов могут повлиять на клеточный цикл.
• Высвобождение гормонов, способствующих росту, таких как HGH, может инициировать деление клеток, а недостаток этих гормонов может ингибировать деление клеток.
• Рост клеток инициирует деление клеток, поскольку клетки должны делиться при уменьшении отношения поверхности к объему; скученность клеток подавляет деление клеток.
• Ключевые условия должны быть выполнены, прежде чем ячейка сможет перейти в межфазную фазу.

Ключевые термины

• гигантизм : состояние, вызванное чрезмерной выработкой гормона роста, приводящее к чрезмерному росту костей
• гормон роста : любой полипептидный гормон, секретируемый гипофизом, который способствует росту и регулирует метаболизм углеводов, белков и липидов
• карликовость : состояние, вызванное недостатком гормона роста, приводящее к низкому росту и непропорционально малым конечностям по сравнению с телом

Регулирование клеточного цикла внешними событиями

В отличие от жизни организмов, которая представляет собой прямую последовательность от рождения к смерти, жизнь клетки протекает по циклической схеме.Каждая ячейка производится как часть своей родительской ячейки. Когда дочерняя клетка делится, она превращается в две новые клетки, что может привести к предположению, что каждая клетка способна быть бессмертной, пока ее потомки могут продолжать делиться. Однако все клетки в организме живут только до тех пор, пока живет организм. Некоторые клетки действительно живут дольше, чем другие, но в конечном итоге все клетки умирают, когда их жизненные функции прекращаются. Большинство клеток в организме находятся в состоянии интерфазы, не делящейся стадии жизненного цикла клетки.Когда эта стадия заканчивается, клетки переходят в разделительную часть своей жизни, называемую митозом.

И инициация, и ингибирование клеточного деления запускаются внешними по отношению к клетке событиями, когда она собирается начать процесс репликации. Событие может быть таким простым, как смерть соседней клетки, или столь же масштабным, как выброс гормонов, способствующих росту, таких как гормон роста человека (HGH). Недостаток гормона роста может подавлять деление клеток, приводя к карликовости, тогда как избыток гормона роста может привести к гигантизму.Скученность клеток также может препятствовать делению клеток. Другой фактор, который может инициировать деление клетки, — это размер клетки; по мере роста клетки она становится неэффективной из-за уменьшения отношения поверхности к объему. Решение этой проблемы — разделить.

Карликовость : Коммодор Нат (справа) был известным цирковым артистом, страдающим карликовостью. Это было результатом недостатка гормона роста человека.

Независимо от источника сообщения, ячейка получает сигнал, и серия событий внутри ячейки позволяет ей перейти в промежуточную фазу.Двигаясь вперед от этой начальной точки, все параметры, требуемые во время каждой фазы клеточного цикла, должны быть соблюдены, иначе цикл не может продолжаться.

Регулирование клеточного цикла на внутренних контрольно-пропускных пунктах

Клеточный цикл контролируется тремя внутренними контрольными точками, которые оценивают состояние генетической информации.

Цели обучения

Объясните влияние внутренних контрольных точек на регуляцию клеточного цикла

Основные выводы

Ключевые моменты

• Контрольная точка — это одна из нескольких точек в цикле эукариотических клеток, в которых переход клетки к следующей стадии цикла может быть остановлен до тех пор, пока условия не станут благоприятными.
• Повреждение ДНК и другие внешние факторы оцениваются на контрольно-пропускном пункте G1; если условия неадекватны, клетке не будет позволено продолжить S-фазу интерфазы.
• Контрольная точка G2 гарантирует, что все хромосомы были реплицированы и что реплицированная ДНК не повреждается до того, как клетка войдет в митоз.
• Контрольная точка M определяет, все ли сестринские хроматиды правильно прикреплены к микротрубочкам веретена, прежде чем клетка перейдет в стадию необратимой анафазы.

Ключевые термины

• точка ограничения : (контрольная точка G1) точка в клеточном цикле животного, в которой клетка становится «привязанной» к клеточному циклу, который определяется внешними факторами и сигналами
• Контрольная точка веретена : (контрольная точка M) предотвращает разделение дублированных хромосом до тех пор, пока каждая хромосома не будет должным образом прикреплена к устройству веретена
• циклин : любой из группы белков, регулирующих клеточный цикл путем образования комплекса с киназами

.

• Контрольная точка G2 : гарантирует, что все хромосомы были реплицированы, и что реплицированная ДНК не повреждена

Постановление на внутренних контрольно-пропускных пунктах

Важно, чтобы дочерние клетки были точными дубликатами родительской клетки.Ошибки в дупликации или распределении хромосом приводят к мутациям, которые могут передаваться каждой новой клетке, полученной из аномальной клетки. Чтобы предотвратить дальнейшее деление скомпрометированной клетки, механизмы внутреннего контроля работают в трех основных контрольных точках клеточного цикла. Контрольная точка — это одна из нескольких точек в цикле эукариотической клетки, в которой продвижение клетки к следующему этапу цикла может быть остановлено до тех пор, пока условия не станут благоприятными (например, будет восстановлена ​​ДНК). Эти контрольные точки возникают ближе к концу G ₁ , на переходе G ₂ / M и во время метафазы.

Внутренние контрольные точки во время клеточного цикла : клеточный цикл контролируется в трех контрольных точках. Целостность ДНК оценивается на контрольно-пропускном пункте G1. Правильная дупликация хромосом оценивается на контрольной точке G2. Присоединение каждой кинетохоры к волокну веретена оценивается в контрольной точке M.

G

₁ Контрольно-пропускной пункт

Контрольная точка G ₁ определяет, все ли условия благоприятны для продолжения деления клеток.Контрольная точка G ₁ , также называемая точкой ограничения (у дрожжей), является точкой, в которой клетка необратимо присоединяется к процессу клеточного деления. Внешние воздействия, такие как факторы роста, играют большую роль в переносе клетки через контрольную точку G ₁ . Ячейка пройдет контрольную точку только в том случае, если она подходящего размера и имеет достаточные запасы энергии. На этом этапе клетка также проверяет наличие повреждений ДНК. Ячейка, не отвечающая всем требованиям, не перейдет в фазу S.Ячейка может остановить цикл и попытаться исправить проблемное состояние, или ячейка может перейти в фазу G ₀ (неактивную) и ожидать дальнейших сигналов, когда условия улучшатся.

Если клетка соответствует требованиям для контрольной точки G ₁ , клетка перейдет в фазу S и начнет репликацию ДНК. Этот переход, как и все основные переходы контрольных точек в клеточном цикле, сигнализируется циклинами и циклинзависимыми киназами (CDK). Циклины — это сигнальные молекулы, которые регулируют клеточный цикл.

G

₂ Контрольно-пропускной пункт

Контрольная точка G ₂ блокирует вход в митотическую фазу, если не выполняются определенные условия. Как и в случае с контрольной точкой G ₁ , оценивается размер клеток и запасы белка. Однако наиболее важная роль контрольной точки G ₂ заключается в обеспечении точной репликации всех хромосом без ошибок или повреждений. Если механизмы контрольной точки обнаруживают проблемы с ДНК, клеточный цикл останавливается, и клетка пытается либо завершить репликацию ДНК, либо восстановить поврежденную ДНК.Если ДНК была правильно реплицирована, циклинзависимые киназы (CDK) сигнализируют о начале деления митотических клеток.

Контрольно-пропускной пункт M

Контрольная точка M возникает ближе к концу метафазной стадии митоза. Контрольная точка M также известна как контрольная точка веретена, потому что она определяет, все ли сестринские хроматиды правильно прикреплены к микротрубочкам веретена. Поскольку разделение сестринских хроматид во время анафазы является необратимым этапом, цикл не будет продолжаться до тех пор, пока кинетохоры каждой пары сестринских хроматид не будут прочно закреплены по крайней мере на двух веретенообразных волокнах, выходящих из противоположных полюсов клетки.

Регулятор молекул клеточного цикла

Клеточный цикл контролируется молекулами-регуляторами, которые либо способствуют этому процессу, либо останавливают его развитие.

Цели обучения

Дифференцировать молекулы, регулирующие клеточный цикл

Основные выводы

Ключевые моменты

• Две группы белков, циклины и циклин-зависимые киназы (Cdks), ответственны за стимулирование клеточного цикла.
• Циклины регулируют клеточный цикл только тогда, когда они связаны с Cdks; Чтобы быть полностью активным, комплекс Cdk / циклин должен быть фосфорилирован, что позволяет ему фосфорилировать другие белки, которые продвигают клеточный цикл.
• Отрицательные молекулы-регуляторы (Rb, p53 и p21) действуют в основном в контрольной точке G ₁ и препятствуют продвижению клетки к делению до тех пор, пока поврежденная ДНК не будет восстановлена.
• p53 останавливает клеточный цикл и привлекает ферменты для восстановления поврежденной ДНК; если ДНК не может быть восстановлена, p53 запускает апоптоз, чтобы предотвратить дупликацию.
• Производство p21 запускается p53; p21 останавливает цикл, связываясь с комплексом Cdk / циклин и ингибируя его активность.
• Дефосфорилированный Rb связывается с E2F, что останавливает клеточный цикл; когда клетка растет, Rb фосфорилируется и высвобождает E2F, который ускоряет клеточный цикл.

Ключевые термины

• циклин : любой из группы белков, регулирующий клеточный цикл путем образования комплекса с киназами

.

• циклинзависимая киназа : (CDK) член семейства протеинкиназ, впервые обнаруженный благодаря его роли в регуляции клеточного цикла посредством фосфорилирования
• белок ретинобластомы : (Rb) группа белков-супрессоров опухоли, которая регулирует клеточный цикл путем мониторинга размера клетки

Регулятор молекул клеточного цикла

В дополнение к внутренне контролируемым контрольным точкам существуют две группы внутриклеточных молекул, которые регулируют клеточный цикл.Эти регуляторные молекулы либо способствуют переходу клетки к следующей фазе (позитивная регуляция), либо останавливают цикл (негативная регуляция). Молекулы-регуляторы могут действовать индивидуально или влиять на активность или продукцию других регуляторных белков. Следовательно, отказ одного регулятора может почти не повлиять на клеточный цикл, особенно если одно и то же событие контролируется несколькими механизмами. И наоборот, действие недостаточного или нефункционирующего регулятора может быть широкомасштабным и, возможно, фатальным для клетки, если затронуты несколько процессов.

Положительная регуляция клеточного цикла

Две группы белков, называемые циклинами и циклинзависимыми киназами (Cdks), отвечают за прохождение клетки через различные контрольные точки. Уровни четырех циклиновых белков колеблются на протяжении клеточного цикла предсказуемым образом. Повышение концентрации циклиновых белков вызывается как внешними, так и внутренними сигналами. После того, как клетка переходит на следующую стадию клеточного цикла, циклины, которые были активны на предыдущей стадии, разлагаются.

Концентрации циклинов в контрольных точках : Концентрации циклиновых белков изменяются на протяжении клеточного цикла. Существует прямая корреляция между накоплением циклина и тремя основными контрольными точками клеточного цикла. Также обратите внимание на резкое снижение уровней циклина после каждой контрольной точки (переход между фазами клеточного цикла), поскольку циклин расщепляется цитоплазматическими ферментами.

Циклины регулируют клеточный цикл только тогда, когда они прочно связаны с Cdks. Чтобы быть полностью активным, комплекс Cdk / cyclin также должен фосфорилироваться в определенных местах.Как и все киназы, Cdks представляют собой ферменты (киназы), которые фосфорилируют другие белки. Фосфорилирование активирует белок, изменяя его форму. Белки, фосфорилированные Cdk, участвуют в продвижении клетки к следующей фазе. Уровни белков Cdk относительно стабильны на протяжении всего клеточного цикла; однако концентрации циклина колеблются и определяют, когда образуются комплексы Cdk / циклин. Различные циклины и Cdks связываются в определенных точках клеточного цикла и, таким образом, регулируют разные контрольные точки.

Активация Cdks : Циклинзависимые киназы (Cdks) представляют собой протеинкиназы, которые при полной активации могут фосфорилировать и активировать другие белки, которые продвигают клеточный цикл мимо контрольной точки. Чтобы стать полностью активированным, Cdk должен связываться с белком циклина, а затем фосфорилироваться другой киназой.

Хотя циклины являются основными регуляторными молекулами, которые определяют поступательный импульс клеточного цикла, существует несколько других механизмов, которые точно регулируют ход цикла с отрицательными, а не положительными эффектами.Эти механизмы по существу блокируют развитие клеточного цикла до разрешения проблемных состояний. Молекулы, препятствующие полной активации Cdk, называются ингибиторами Cdk. Многие из этих молекул-ингибиторов прямо или косвенно контролируют конкретное событие клеточного цикла. Блок, помещенный на Cdks молекулами ингибитора, не будет удален до тех пор, пока не будет выполнено конкретное отслеживаемое событие.

Отрицательная регуляция клеточного цикла

Вторая группа регуляторных молекул клеточного цикла — негативные регуляторы.Отрицательные регуляторы останавливают клеточный цикл. Помните, что при положительном регулировании активные молекулы заставляют цикл прогрессировать.

Наиболее изученными негативными регуляторными молекулами являются белок ретинобластомы (Rb), p53 и p21. Белки ретинобластомы представляют собой группу белков-супрессоров опухолей, распространенных во многих клетках. Многое из того, что известно о регуляции клеточного цикла, получено в результате исследований, проведенных с клетками, утратившими регуляторный контроль. Было обнаружено, что все три из этих регуляторных белков повреждены или нефункциональны в клетках, которые начали бесконтрольно реплицироваться (стали злокачественными).В каждом случае основной причиной неконтролируемого прохождения клеточного цикла была неправильная копия регуляторного белка.

Rb, p53 и p21 действуют в первую очередь на контрольной точке G ₁ . р53 — это многофункциональный белок, который оказывает большое влияние на приверженность клетки к делению; он действует, когда есть поврежденная ДНК в клетках, которые подвергаются подготовительным процессам во время G ₁ . Если обнаружена поврежденная ДНК, p53 останавливает клеточный цикл и привлекает ферменты для восстановления ДНК.Если ДНК не может быть восстановлена, p53 может вызвать апоптоз (самоубийство клетки), чтобы предотвратить дублирование поврежденных хромосом. По мере повышения уровня p53 запускается производство p21. p21 обеспечивает остановку цикла, продиктованного p53, путем связывания и ингибирования активности комплексов Cdk / циклин. По мере того, как клетка подвергается большему стрессу, накапливаются более высокие уровни p53 и p21, что снижает вероятность перехода клетки в S-фазу.

Rb оказывает свое регулирующее влияние на другие положительные белки-регуляторы.Rb контролирует размер ячейки. В активном дефосфорилированном состоянии Rb связывается с белками, называемыми факторами транскрипции, чаще всего с E2F. Факторы транскрипции «включают» определенные гены, позволяя производить белки, кодируемые этим геном. Когда Rb связан с E2F, производство белков, необходимых для перехода G ₁ / S, блокируется. По мере увеличения размера клетки Rb медленно фосфорилируется, пока не станет инактивированным. Rb высвобождает E2F, который теперь может включать ген, продуцирующий переходный белок, и этот конкретный блок удаляется.Чтобы ячейка прошла через каждую из контрольных точек, все положительные регуляторы должны быть «включены», а все отрицательные регуляторы должны быть «выключены».

Функция молекулы регулятора Rb : Rb останавливает клеточный цикл, связывая E2F. Rb освобождает E2F в ответ на рост клеток, чтобы продвинуть клеточный цикл.

факторов, влияющих на деление клеток | Sciencing

Деление клеток — это нормальный процесс, происходящий во всех живых существах. Рост, исцеление, размножение и даже смерть — это результаты деления клеток.Несколько факторов вызывают и влияют на деление клеток. Некоторые факторы улучшают здоровье и развитие, а другие вызывают рак, врожденные дефекты, различные расстройства и даже смерть.

Питательные вещества

Питательные вещества, присутствующие в клетке, влияют на деление клеток. Некоторые питательные вещества, такие как витамины, минералы и антиоксиданты, способны нейтрализовать некоторые химические вещества в организме, которые вызывают мутации и деление клеток. Здоровые питательные вещества, полученные из фруктов и овощей, помогают гарантировать, что клетки остаются здоровыми, и, следовательно, деление клеток производит клетки здоровья.В случае микроорганизмов питательные вещества поглощаются из окружающей среды.

Генетика

Генетический код регулирует деление клеток. Будь то плод, растущий в утробе матери, ребенок, у которого растут кости, или пожилая женщина, кости которой начали разрушаться, скорость и частота деления клеток регулируются генетическим кодом. Генетический код некоторых людей вызывает большее деление клеток, чем другие. Например, у человека, который вырастает до семи футов в высоту, в фазе роста будет больше делений клеток, чем у человека, который перестает расти на высоте пяти футов.

Химические вещества

Воздействие токсичных химических веществ, таких как пестициды и некоторые чистящие химические вещества, может вызвать мутацию клеток. Когда клетки мутируют, а затем делятся, в результате появляются множественные мутировавшие и поврежденные клетки. Мутировавшие клетки являются причиной болезней и недугов. К счастью, существуют способы уничтожения клеток, которые были повреждены или мутировали во время деления клеток.

Стресс

Стресс влияет на деление клеток. Исследования показывают, что экстремальный уровень стресса может повредить клетки человеческого тела.Если эти клетки повреждены, но все еще подвергаются клеточному делению, новые клетки также будут повреждены. Это может вызвать рак и другие заболевания.

Внутренние факторы, влияющие на деление клеток

Клетки в развитых организмах делятся не непрерывно, а скорее запланированным и скоординированным образом. Молодые организмы растут контролируемым образом, а клетки зрелых организмов делятся не так часто. Для достижения этой координации клетки используют как внешние, так и внутренние факторы, чтобы решить, когда делиться.

В клеточном цикле клетки проводят большую часть своего времени на межфазной стадии , где они выполняют специализированные функции и растут. Когда внутренние или внешние факторы, влияющие на деление клеток, говорят им о делении, они проходят несколько этапов подготовки. На каждом этапе они могут останавливать процесс разделения в зависимости от присутствующих факторов.

Внутренние факторы, влияющие на деление клеток, особенно важны, потому что они помогают обеспечить деление клеток только тогда, когда организму необходимы новые клетки.К таким факторам относятся химические вещества, присутствующие в самой клетке, и химических триггеров, в результате сигналов других клеток. Эти химические вещества влияют на рост и поведение клеток и организма.

Клеточный цикл управляет делением клеток

Клеточный цикл состоит из части, в которой клетка фактически делится, и интерфазы, или части, в которой клетка не готова к делению или готовится к нему.

Четыре основных этапа клеточного цикла следующие:

1. Разрыв 1 .Клетка успешно разделена, и две новые дочерние клетки готовы взять на себя свои роли в организме. Большинство клеток проводят на этой стадии почти все свое время.
2. Синтез . Клетка решила разделиться и реплицирует свою ДНК, чтобы у нее были необходимые две копии каждой хромосомы.
3. Разрыв 2 . Клетка готова к делению, но ее нужно проверить, чтобы убедиться, что все готово. Выполняется целостность ДНК, наличие достаточного количества клеточного материала и проверка сигналов от других клеток.
4. Митоз . Хромосомы и ядро ​​делятся. Органеллы разделяются, и в клетке вырастает новая делящаяся мембрана. Создаются две идентичные дочерние клетки.

Точки, в которых внешние и внутренние факторы могут влиять на клеточный цикл и процесс деления клеток, расположены в промежутках и митозах. Эти контрольных точек позволяют химическим сигналам и другим факторам останавливать дальнейшее продвижение. Это факторы, контролирующие клеточный цикл и деление клеток.

Окружающая среда и болезнь могут запускать внутренние факторы

Две основные характеристики, которые клетки проверяют во время контрольных точек, — это то, достаточно ли у клетки материала для деления на две функциональные дочерние клетки и не повреждена ли клеточная ДНК. Хотя оба эти фактора являются внутренними по отношению к клетке, на них могут влиять внешние факторы.

Типичные внешних факторов , которые влияют на деление клеток, следующие:

• Доступность сырья может влиять на деление клеток.Если доступно недостаточно питательных веществ, клетка не может достаточно расти и не будет делиться.
• Радиация может изменить молекулы ДНК . Если ДНК имеет неправильную последовательность, клетка либо будет ждать и восстанавливать ДНК, прекращать деление, либо вступать в апоптоз или гибель клетки.
• Токсины могут повредить ДНК клетки. Такие повреждения будут обнаружены на контрольно-пропускных пунктах, и ячейка перестанет делиться.
• Вирусы реплицируются, перехватывая метаболизм клетки для создания копий вируса, но вирусы также могут влиять на ДНК клетки.Если такие аномалии будут обнаружены на контрольно-пропускном пункте, ячейка не будет делиться.
• Лекарства могут влиять на деление клеток. Например, противораковые препараты влияют на деление клеток, блокируя внутренние факторы или действия, необходимые для продолжения деления клеток.

Такие воздействия окружающей среды влияют на внутренние факторы и через них влияют на деление клеток. Клетка может перестать делиться, пока ремонтирует или устраняет проблемы. В некоторых случаях клетки могут возобновить клеточный цикл и процесс деления клеток, в то время как в других случаях клетка не будет делиться.

Внутренние и внешние регуляторы напрямую влияют на деление клеток

В организме есть внутренние и внешние регуляторы, которые координируют деление клеток в определенных органах или тканях. Например, некоторые клетки кожи непрерывно делятся, чтобы заменить изношенные и отмершие клетки кожи, отколовшиеся от поверхности кожи. Внутренние и внешние регуляторы приказывают клеткам кожи на нижнем уровне кожи делиться, если требуется больше клеток кожи.

К таким регуляторам относятся следующие:

• Гормон роста .Контролирует рост клеток в молодых организмах, но затем замедляет рост, когда организм достигает зрелых размеров.
• Зависимая от плотности передача сигналов клеток . Если есть клетки, посылающие сигналы со всех сторон, клетка может перестать делиться. Если нет сигналов с одной или нескольких сторон, клетка может продолжать делиться.
• КПП G1 . Ячейка проверяет, готова ли она начать процесс деления. В противном случае клетка может отложить деление, вырасти еще немного или вообще перестать делиться.
• КПП G2 . Репликация ДНК завершена, и клетка готова к разделению. Молекулы ДНК проверяются на полноту и точность. Если есть проблема, клетка пытается ее исправить или может остановить процесс деления.
• КПП М . Начался митоз, и это последний шанс задержать или остановить деление клеток. Клетка проверяет, что правильные молекулы ДНК разделились и готовы к образованию двух клеток.

Внутренние факторы организма играют ключевую роль в определении того, начинает ли клетка делиться и успешно ли она делится.Другие клетки посылают сигналы, и готовые к делению клетки реагируют. Сами контрольно-пропускные пункты контролируются химическими веществами внутри каждой ячейки.

Киназы и циклины являются внутренними факторами, регулирующими деление

Когда клетки достигают контрольной точки в клеточном цикле, продолжают ли они деление или прерывают процесс, регулируется циклин-зависимыми протеинкиназами . Киназы присутствуют в клетке, в то время как концентрация циклинов повышается и падает с клеточным циклом.Циклины активируют киназы.

Киназы обладают функцией интеграции сигналов для внутренних клеточных сигналов, таких как присутствие поврежденной ДНК или присутствие определенных питательных веществ. Если присутствуют правильные сигналы, киназы активируются циклинами, и клетка проходит контрольную точку. Если блокирующий сигнал присутствует или необходимый сигнал отсутствует, некоторые киназы могут не активироваться, и клетка перестает делиться.

Когда деление клеток идет не так

Деление клеток жестко контролируется, потому что, если что-то пойдет не так, клетки могут перестать делиться, когда потребуются новые клетки, или они могут продолжить свое неконтролируемое деление .В этом случае в организме могут развиться опухоли или заболевания, например рак.

Внутренние факторы, влияющие на деление клеток, такие как клеточные сигналы и циклин-зависимые киназы, сами регулируются генетическим кодом организма . Гены позволяют клеткам производить необходимые белки и гормоны, используемые для регулирования деления клеток.

Если ген мутирует или страдает повреждением, вещества, которые обычно останавливают деление клеток, больше не могут вырабатываться, и клетки могут продолжать делиться, когда они не нужны. Различные виды рака возникают, когда такие нежелательные клеточные массы становятся злокачественными и отправляют опухолевые клетки в другие части тела.

Внутренние регуляторы клеточного деления контролируют рост тканей и направляют клетки на деление по мере необходимости. Они являются ключевой частью здорового организма, направляя рост к зрелости, а затем только для замены потерянных или поврежденных клеток.

10.3A: Регулирование клеточного цикла внешними событиями

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Ключевые моменты
2. Ключевые термины
3. Регулирование клеточного цикла внешними событиями

Внешние факторы могут влиять на клеточный цикл, ингибируя или инициируя деление клеток.

Цели обучения

• Описать внешние события, которые могут повлиять на регуляцию клеточного цикла

Ключевые моменты

• Гибель близлежащих клеток и наличие или отсутствие определенных гормонов могут повлиять на клеточный цикл.
• Высвобождение гормонов, способствующих росту, таких как HGH, может инициировать деление клеток, а недостаток этих гормонов может ингибировать деление клеток.
• Рост клеток инициирует деление клеток, поскольку клетки должны делиться при уменьшении отношения поверхности к объему; скученность клеток подавляет деление клеток.
• Ключевые условия должны быть выполнены, прежде чем ячейка сможет перейти в межфазную фазу.

Ключевые термины

• гигантизм : состояние, вызванное чрезмерной выработкой гормона роста, приводящее к чрезмерному росту костей
• гормон роста : любой полипептидный гормон, секретируемый гипофизом, который способствует росту и регулирует метаболизм углеводов, белков и липидов
• карликовость : состояние, вызванное недостатком гормона роста, приводящее к низкому росту и непропорционально малым конечностям по сравнению с телом

Регулирование клеточного цикла внешними событиями

В отличие от жизни организмов, которая представляет собой прямую последовательность от рождения к смерти, жизнь клетки протекает по циклической схеме.Каждая ячейка производится как часть своей родительской ячейки. Когда дочерняя клетка делится, она превращается в две новые клетки, что может привести к предположению, что каждая клетка способна быть бессмертной, пока ее потомки могут продолжать делиться. Однако все клетки в организме живут только до тех пор, пока живет организм. Некоторые клетки действительно живут дольше, чем другие, но в конечном итоге все клетки умирают, когда их жизненные функции прекращаются. Большинство клеток в организме находятся в состоянии интерфазы, не делящейся стадии жизненного цикла клетки.Когда эта стадия заканчивается, клетки переходят в разделительную часть своей жизни, называемую митозом.

И инициация, и ингибирование клеточного деления запускаются внешними по отношению к клетке событиями, когда она собирается начать процесс репликации. Событие может быть таким простым, как смерть соседней клетки, или столь же масштабным, как выброс гормонов, способствующих росту, таких как гормон роста человека (HGH). Недостаток гормона роста может подавлять деление клеток, приводя к карликовости, тогда как избыток гормона роста может привести к гигантизму.Скученность клеток также может препятствовать делению клеток. Другой фактор, который может инициировать деление клетки, — это размер клетки; по мере роста клетки она становится неэффективной из-за уменьшения отношения поверхности к объему. Решение этой проблемы — разделить.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Dwarfism : Коммодор Нат (справа) был известным цирковым артистом, страдающим карликовостью. Это было результатом недостатка гормона роста человека.

Независимо от источника сообщения, ячейка получает сигнал, и серия событий внутри ячейки позволяет ей перейти в промежуточную фазу.Двигаясь вперед от этой начальной точки, все параметры, требуемые во время каждой фазы клеточного цикла, должны быть соблюдены, иначе цикл не может продолжаться.

Внеклеточный контроль деления клеток, роста клеток и апоптоза — молекулярная биология клетки

Оплодотворенная яйцеклетка мыши и оплодотворенная яйцеклетка человека похожи по размеру, но дают животных очень разных размеров. Какие факторы контроля клеточного поведения у людей и мышей ответственны за эти различия в размерах? Тот же фундаментальный вопрос можно задать для каждого органа и ткани в теле животного.Какие факторы, контролирующие поведение клеток, объясняют длину хобота слона, размер его мозга или печени? На эти вопросы в основном нет ответа, по крайней мере, отчасти потому, что им уделялось относительно мало внимания по сравнению с другими вопросами клеточной биологии и биологии развития. Тем не менее, можно сказать, каковы должны быть ингредиенты ответа.

Размер органа или организма зависит главным образом от его общей клеточной массы, которая зависит как от общего количества клеток, так и от размера клеток.Число клеток, в свою очередь, зависит от количества делений и гибели клеток. Таким образом, размер органа и тела определяется тремя фундаментальными процессами: ростом клеток, делением клеток и гибелью клеток. Каждый из них независимо регулируется — как внутриклеточными программами, так и внеклеточными сигнальными молекулами, которые контролируют эти программы.

Внеклеточные сигнальные молекулы, которые регулируют размер и количество клеток, обычно являются либо растворимыми секретируемыми белками, белками, связанными с поверхностью клеток, либо компонентами внеклеточного матрикса.Факторы, способствующие росту органов или организмов, можно функционально разделить на три основных класса:

1.

Mitogens, , которые стимулируют деление клеток, в первую очередь за счет снятия внутриклеточного негативного контроля, который в противном случае блокирует продвижение по клеточному циклу.

2.

Факторы роста, , которые стимулируют рост клеток (увеличение клеточной массы), способствуя синтезу белков и других макромолекул и ингибируя их деградацию.

3.

Факторы выживания, которые способствуют выживанию клеток путем подавления апоптоза.

Некоторые внеклеточные сигнальные молекулы способствуют всем этим процессам, а другие — одному или двум из них. Действительно, термин фактор роста часто используется неправильно, чтобы описать фактор, который имеет любую из этих активностей. Хуже того, термин «рост клеток » часто используется для обозначения увеличения числа клеток или пролиферации клеток .

В этом разделе мы сначала обсудим, как эти внеклеточные сигналы стимулируют деление клеток, рост клеток и выживание клеток, тем самым способствуя росту животного и его органов. Затем мы рассматриваем, как другие внеклеточные сигналы могут действовать противоположным образом, подавляя рост или деление клеток или стимулируя апоптоз, тем самым подавляя рост органов.

Митогены стимулируют деление клеток

Одноклеточные организмы имеют тенденцию к быстрому росту и делению, и скорость их размножения во многом зависит от наличия питательных веществ в окружающей среде.Однако клетки многоклеточного организма делятся только тогда, когда организму требуется больше клеток. Таким образом, для размножения животной клетки питательных веществ недостаточно. Он также должен получать стимулирующие внеклеточные сигналы в виде митогенов от других клеток, обычно от своих соседей. Митогены действуют, преодолевая внутриклеточные тормозные механизмы, которые блокируют продвижение по клеточному циклу.

Одним из первых идентифицированных митогенов был тромбоцитарный фактор роста (PDGF) , и он типичен для многих других обнаруженных с тех пор.Путь к его выделению начался с наблюдения, что фибробласты в культуральной чашке пролиферируют, когда им предоставляют сыворотку , но не получают плазмы. Плазма готовится путем удаления клеток из крови без образования тромбов; Сыворотка готовится путем свертывания крови и забора оставшейся бесклеточной жидкости. Когда сгустки крови, тромбоциты, включенные в сгусток, запускают высвобождение содержимого своих секреторных пузырьков (). Превосходная способность сыворотки поддерживать пролиферацию клеток позволяет предположить, что тромбоциты содержат один или несколько митогенов.Эта гипотеза была подтверждена показом, что экстракты тромбоцитов могут служить вместо сыворотки для стимуляции пролиферации фибробластов. Было показано, что решающим фактором в экстрактах является белок, который впоследствии был очищен и назван PDGF. В организме PDGF, высвобождаемый из сгустков крови, вероятно, играет главную роль в стимуляции деления клеток во время заживления ран.

Рисунок 17-40

Тромбоцит. Тромбоциты — это миниатюрные клетки без ядра. Они циркулируют в крови и помогают стимулировать свертывание крови в местах повреждения тканей, тем самым предотвращая чрезмерное кровотечение.Они также выделяют различные факторы, стимулирующие заживление. (Подробнее …)

PDGF — только один из более чем 50 белков, которые, как известно, действуют как митогены. Большинство этих белков являются факторами широкой специфичности, такими как PDGF и эпидермальный фактор роста (EGF) , , которые могут стимулировать деление многих типов клеток. Таким образом, PDGF действует на ряд типов клеток, включая фибробласты, гладкомышечные клетки и нейроглиальные клетки. Точно так же EGF действует не только на эпидермальные клетки, но и на многие другие типы клеток, включая как эпителиальные, так и неэпителиальные клетки.На противоположной стороне находятся факторы узкой специфичности, такие как эритропоэтин, , который вызывает пролиферацию только предшественников красных кровяных телец.

В дополнение к митогенам, которые стимулируют деление клеток, существуют факторы, такие как некоторые члены семейства трансформирующего фактора роста-β (TGF-β) , которые действуют на одни клетки, стимулируя пролиферацию клеток, а другие — ингибируют ее, или которые стимулируют при одной концентрации и подавляют при другой. Действительно, как и PDGF, многие митогены помимо стимуляции клеточного деления обладают и другими действиями: они могут стимулировать рост, выживание, дифференцировку или миграцию клеток, в зависимости от обстоятельств и типа клетки.

Клетки могут задерживать деление путем перехода в специализированное неделящееся состояние

В отсутствие митогенного сигнала для пролиферации ингибирование Cdk в G ₁ сохраняется, и клеточный цикл останавливается. В некоторых случаях клетки частично разбирают свою систему управления клеточным циклом и выходят из цикла в специализированное неделящееся состояние, называемое G ₀ .

Большинство клеток нашего тела находятся в G ₀ , но молекулярная основа и обратимость этого состояния различаются в зависимости от типа клеток.Нейроны и клетки скелетных мышц, например, находятся в терминально дифференцированном состоянии G ₀ , в котором их система контроля клеточного цикла полностью демонтирована: экспрессия генов, кодирующих различные Cdk и циклины, постоянно отключена, и деление клеток никогда не происходит. Другие типы клеток выходят из клеточного цикла только временно и сохраняют способность быстро восстанавливать систему контроля клеточного цикла и повторно входить в цикл. Например, большинство клеток печени находятся в G ₀ , но их можно стимулировать к делению, если печень повреждена.Клетки других типов, включая некоторые лимфоциты, выходят из клеточного цикла и повторно входят в него на протяжении всей своей жизни.

Почти все изменения длины клеточного цикла в организме взрослого человека происходят в течение времени, которое клетка проводит в G ₁ или G ₀ . Напротив, время, необходимое клетке, чтобы продвинуться от начала S фазы до митоза, обычно короткое (обычно 12-24 часа у млекопитающих) и относительно постоянное, независимо от интервала от одного деления к следующему.

Mitogens Stimulate G

₁ -Cdk и G ₁ / S-Cdk Активность

В подавляющем большинстве клеток животных митогены контролируют скорость деления клеток, действуя в фазе G ₁ клеточного цикла . Как обсуждалось ранее, во время G ₁ действуют множественные механизмы, подавляющие активность Cdk и тем самым препятствуя переходу в S-фазу. Митогены действуют, освобождая тормоза от активности Cdk, тем самым позволяя начать S-фазу. Они делают это путем связывания с рецепторами на поверхности клетки, чтобы инициировать сложный набор внутриклеточных сигналов, которые проникают глубоко в цитоплазму и ядро ​​(обсуждается в главе 15).Конечным результатом является активация комплексов G ₁ -Cdk и G ₁ / S-Cdk, которые преодолевают тормозные барьеры, которые обычно блокируют переход в S-фазу.

Как мы обсуждали в главе 15, ранним шагом в передаче сигналов митогена часто является активация малой GTPase Ras , которая ведет к активации каскада MAP киназы . По неясным механизмам это приводит к повышению уровня регуляторного белка гена Myc . Myc способствует входу в клеточный цикл с помощью нескольких перекрывающихся механизмов ().Он увеличивает транскрипцию генов, кодирующих циклины G ₁ (D-циклины), тем самым увеличивая активность G ₁ -Cdk (циклин D-Cdk4). Кроме того, Myc увеличивает транскрипцию гена, кодирующего компонент убиквитинлигазы SCF. Этот механизм способствует деградации белка p27 CKI, что приводит к увеличению активности G ₁ / S-Cdk (циклин E-Cdk2). Как обсуждалось ранее, повышенная активность G ₁ -Cdk и G ₁ / S-Cdk стимулирует фосфорилирование ингибирующего белка Rb, что затем приводит к активации гена регуляторного белка E2F.Myc может также стимулировать транскрипцию гена, кодирующего E2F, дополнительно способствуя активности E2F в клетке. Конечным результатом является усиление транскрипции генов, необходимых для перехода в S-фазу (см.). Как мы обсудим позже, Myc также играет важную роль в стимуляции транскрипции генов, которые увеличивают рост клеток.

Рис. 17-41

Упрощенная модель одного из способов, которым митогены стимулируют деление клеток. Связывание митогенов с рецепторами клеточной поверхности приводит к активации Ras и каскада киназ MAP.Одним из следствий этого пути является усиление продукции регуляторных генов (подробнее …)

Аномальные сигналы пролиферации вызывают остановку клеточного цикла или смерть клетки

Как мы обсудим в главе 23, многие компоненты внутриклеточных сигнальных путей являются кодируется генами, которые первоначально были идентифицированы как гены, способствующие развитию рака, или онкогенов , поскольку мутации в них способствуют развитию рака. Мутация одной аминокислоты в Ras, например, заставляет белок становиться постоянно сверхактивным, что приводит к постоянной стимуляции Ras-зависимых сигнальных путей даже в отсутствие митогенной стимуляции.Точно так же мутации, вызывающие сверхэкспрессию Myc, способствуют чрезмерному росту и пролиферации клеток и тем самым способствуют развитию рака.

Однако неожиданно, когда Ras или Myc экспериментально гиперактивируются в большинстве нормальных клеток, результатом является не чрезмерная пролиферация, а противоположный результат: активация механизмов контрольных точек заставляет клетки подвергаться либо остановке клеточного цикла, либо апоптозу. Кажется, что нормальная клетка способна обнаруживать аномальную митогенную стимуляцию и реагирует, предотвращая дальнейшее деление.Такие ответы на контрольные точки помогают предотвратить выживание и размножение клеток с различными мутациями, способствующими развитию рака.

Хотя неизвестно, как клетка обнаруживает чрезмерную митогенную стимуляцию, такая стимуляция часто приводит к выработке белка-ингибитора клеточного цикла, называемого p19
^ARF , который связывает и ингибирует Mdm2. Как обсуждалось ранее, Mdm2 обычно способствует деградации p53. Таким образом, активация p19 ^ARF вызывает повышение уровней p53, вызывая тем самым либо остановку клеточного цикла, либо апоптоз ().

Рисунок 17-42

Остановка клеточного цикла или апоптоз, вызванный чрезмерной стимуляцией митогенных путей. Аномально высокие уровни Myc вызывают активацию p19 ^ARF , который связывает и ингибирует Mdm2 и тем самым вызывает повышение уровня p53 (см. Фиг. 17-33). В зависимости от (подробнее …)

Как вообще возникают раковые клетки, если эти механизмы блокируют деление или выживание мутантных клеток с помощью сверхактивных сигналов пролиферации? Ответ заключается в том, что защитная система часто инактивируется в раковых клетках из-за мутаций в генах, которые кодируют важные компоненты ответов контрольных точек, таких как p19 ^ARF или p53.

Клетки человека имеют встроенное ограничение на количество раз, которое они могут делить

Деление клеток контролируется не только внеклеточными митогенами, но и внутриклеточными механизмами, которые могут ограничивать пролиферацию клеток. Например, многие клетки-предшественники животных делятся ограниченное количество раз, прежде чем они остановятся и окончательно дифференцируются в постоянно задержанные специализированные клетки. Хотя механизмы остановки плохо изучены, в некоторых случаях, вероятно, способствует прогрессирующее увеличение белков CKI.Например, у мышей с дефицитом CKI p27 во всех органах больше клеток, чем обычно, потому что тормозные механизмы явно неисправны.

Наиболее изученный внутриклеточный механизм, ограничивающий пролиферацию клеток, происходит в фибробластах человека. Фибробласты, взятые из нормальной ткани человека, удваиваются примерно на 25-50 популяций при культивировании в стандартной митогенной среде. К концу этого времени пролиферация замедляется и, наконец, останавливается, и клетки входят в неделящееся состояние, из которого они никогда не восстанавливаются.Это явление называется старением репликативных клеток, хотя маловероятно, что оно отвечает за старение организма. Считается, что старение организма зависит, по крайней мере частично, от прогрессирующего окислительного повреждения макромолекул, поскольку стратегии, снижающие метаболизм (например, уменьшение потребления пищи) и, таким образом, уменьшающие производство активных форм кислорода, могут продлить срок жизни экспериментальные животные.

Старение репликативных клеток в человеческих фибробластах, по-видимому, вызвано изменениями в структуре теломер, повторяющихся последовательностей ДНК и связанных белков на концах хромосом.Как обсуждалось в главе 5, при делении клетки теломерные последовательности ДНК не реплицируются таким же образом, как остальная часть генома, а вместо этого синтезируются ферментом теломеразой. По механизмам, которые остаются неясными, теломераза также способствует образованию структур белкового колпачка, которые защищают концы хромосом. Поскольку человеческие фибробласты и многие другие человеческие соматические клетки испытывают дефицит теломеразы, их теломеры становятся короче с каждым клеточным делением, а их защитные протеиновые капсулы постепенно ухудшаются.В конце концов, повреждение ДНК происходит на концах хромосом. Повреждение активирует p53-зависимую остановку клеточного цикла, которая напоминает остановку, вызванную другими типами повреждений ДНК (см.).

Было высказано предположение, что нехватка теломеразы в большинстве соматических клеток помогает защитить людей от потенциально разрушительных эффектов бесконтрольной пролиферации клеток, как это происходит при раке. К сожалению, большинство раковых клеток восстановили способность продуцировать теломеразу и, следовательно, поддерживать функцию теломер по мере их пролиферации; в результате они не подвергаются репликативному клеточному старению (обсуждается в главе 23).Принудительная экспрессия теломеразы в нормальных фибробластах человека с использованием методов генной инженерии дает тот же эффект ().

Рисунок 17-43

Преодоление старения репликативных клеток за счет принудительной экспрессии теломеразы. (A) Нормальные человеческие фибробласты не содержат теломеразу, поэтому их теломеры постепенно укорачиваются и теряют свою нормальную структуру шапочки по мере пролиферации клеток. Клетки принудительно (подробнее …)

Нормальные клетки грызунов, напротив, обычно поддерживают теломеразную активность и функцию теломер по мере их пролиферации и, следовательно, не подвергаются этому типу репликативного старения.Однако при чрезмерной стимуляции для размножения в культуре они часто активируют p19 ^ARF -зависимый механизм контрольной точки, описанный ранее, и в конечном итоге прекращают деление. Мутации, инактивирующие эти контрольные точки, облегчают неограниченное размножение клеток грызунов в культуре. Такие мутантные клетки часто называют «бессмертными». Однако при культивировании в оптимальных условиях, исключающих активацию контрольных точек, по крайней мере, некоторые нормальные клетки грызунов, по-видимому, также способны бесконечно размножаться.Тем не менее грызуны стареют намного быстрее, чем люди.

Внеклеточные факторы роста стимулируют рост клеток

Рост организма или органа зависит от роста клеток: одно лишь деление клеток не может увеличить общую массу клеток без роста клеток. У одноклеточных организмов, таких как дрожжи, для роста клеток (например, деления клеток) требуются только питательные вещества. У животных, напротив, рост и деление клеток зависят от сигналов от других клеток.

Внеклеточные факторы роста, которые стимулируют рост клеток, связываются с рецепторами на поверхности клетки и активируют внутриклеточные сигнальные пути.Эти пути стимулируют накопление белков и других макромолекул, и они делают это за счет как увеличения скорости их синтеза, так и снижения скорости их деградации.

Один из наиболее важных внутриклеточных сигнальных путей, активируемых рецепторами факторов роста, включает фермент PI 3-kinase , который добавляет фосфат из АТФ в 3 положение инозитолфолипидов в плазматической мембране. Как обсуждалось в главе 15, активация PI 3-киназы приводит к активации нескольких протеинкиназ, включая киназу S6 .Киназа S6 фосфорилирует рибосомный белок S6, увеличивая способность рибосом транслировать субнабор мРНК, большинство из которых кодируют рибосомные компоненты. Поэтому синтез белка увеличивается. Когда ген, кодирующий киназу S6, инактивирован в Drosophila , мутантные мухи становятся небольшими; в то время как количество ячеек нормальное, размер ячеек ненормально мал. Факторы роста также активируют фактор инициации трансляции, называемый eIF4E, , дополнительно увеличивая синтез белка и рост клеток ().

Рисунок 17-44

Один из способов, которым факторы роста способствуют росту клеток. В этой упрощенной схеме активация рецепторов клеточной поверхности приводит к активации PI 3-киназы, которая способствует синтезу белка, по крайней мере, частично за счет активации киназы eIF4E и S6. (подробнее …)

Стимуляция фактора роста также приводит к увеличению продукции гена регуляторного белка Myc, который также играет важную роль в передаче сигналов митогенами (см.). Myc увеличивает транскрипцию ряда генов, кодирующих белки, участвующие в метаболизме клеток и синтезе макромолекул.Таким образом, он стимулирует клеточный метаболизм и рост клеток.

Некоторые внеклеточные сигнальные белки, включая PDGF, могут действовать как факторы роста и митогены, стимулируя как рост клеток, так и прогрессирование клеточного цикла. Это функциональное перекрытие частично достигается за счет перекрытия внутриклеточных сигнальных путей, которые контролируют эти два процесса. Например, сигнальный белок Ras активируется как факторами роста, так и митогенами. Он может стимулировать путь PI3-киназы для стимулирования роста клеток и путь MAP-киназы для запуска прогрессирования клеточного цикла.Точно так же, как описано выше, Myc стимулирует как рост клеток, так и развитие клеточного цикла. Внеклеточные факторы, которые действуют как факторы роста и митогены, помогают гарантировать, что клетки сохраняют свой надлежащий размер во время пролиферации.

Однако рост и деление клеток могут контролироваться отдельными внеклеточными сигнальными белками в некоторых типах клеток. Такой независимый контроль может быть особенно важным во время эмбрионального развития, когда могут происходить резкие изменения размера определенных типов клеток.Однако даже у взрослых животных факторы роста могут стимулировать рост клеток, не влияя на деление клеток. Размер симпатического нейрона, например, который навсегда выведен из клеточного цикла, зависит от количества фактора роста нервов (NGF) , секретируемого клетками-мишенями, которые он иннервирует. Чем большему количеству NGF имеет доступ нейрон, тем больше он становится. Однако остается загадкой, как разные типы клеток у одного и того же животного растут и становятся настолько разными по размеру ().

Рисунок 17-45

Разница в размерах нейрона (от сетчатки) и лимфоцита у млекопитающего. Обе клетки содержат одинаковое количество ДНК. Нейрон постепенно увеличивается в размерах после того, как он навсегда выходит из клеточного цикла. В течение этого времени соотношение внеклеточных факторов выживания

подавляет апоптоз

Клеткам животных нужны сигналы от других клеток — не только для роста и размножения, но и для выживания. Если клетки лишены таких факторов выживания, они активируют свою программу внутриклеточной гибели и умирают от апоптоза.Такое расположение гарантирует, что клетки выживают только тогда и там, где они необходимы. Например, нервные клетки продуцируются в избытке в развивающейся нервной системе и затем конкурируют за ограниченное количество факторов выживания, которые секретируются клетками-мишенями, с которыми они контактируют. Нервные клетки, получившие достаточное количество фактора выживания, живут, а остальные погибают от апоптоза (). Считается, что подобная зависимость от сигналов выживания от соседних клеток контролирует количество клеток в других тканях как во время развития, так и во взрослом возрасте.

Рисунок 17-46

Функция гибели клеток заключается в согласовании количества развивающихся нервных клеток с количеством клеток-мишеней, с которыми они контактируют. Производится больше нервных клеток, чем может поддерживаться ограниченным количеством факторов выживания, выделяемых клетками-мишенями. Следовательно, (подробнее …)

Факторы выживания, как и митогены и факторы роста, обычно связываются с рецепторами на поверхности клетки. Связывание активирует сигнальные пути, которые подавляют программу смерти, часто за счет регулирования членов семейства белков Bcl-2.Некоторые факторы, например, стимулируют повышенную продукцию подавляющих апоптоз членов этого семейства. Другие действуют, подавляя функцию членов семьи, способствующих апоптозу (). У Drosophila и, вероятно, у позвоночных, некоторые факторы выживания также действуют, стимулируя активность IAP, которые подавляют апоптоз ().

Рисунок 17-47

Два способа подавления апоптоза факторами выживания. (A) В клетках млекопитающих связывание некоторых факторов выживания с рецепторами клеточной поверхности приводит к активации различных протеинкиназ, включая протеинкиназу B (PKB), которая фосфорилирует и (больше…)

Соседние клетки конкурируют за внеклеточные сигнальные белки

Когда большинство типов клеток млекопитающих культивируют в чашке в присутствии сыворотки, они прикрепляются ко дну чашки, распределяются и делятся до тех пор, пока не образуется сливающийся монослой. сформирован. Каждая ячейка прикреплена к блюду и контактирует со своими соседями со всех сторон. На этом этапе нормальные клетки, в отличие от раковых, прекращают пролиферировать — феномен, известный как зависимое от плотности ингибирование деления клеток .Этот феномен первоначально был описан как «контактное ингибирование» клеточного деления, но маловероятно, что межклеточные контактные взаимодействия несут единоличную ответственность. Плотность клеточной популяции, при которой прекращается пролиферация клеток в конфлюэнтном монослое, увеличивается с увеличением концентрации сыворотки в среде. Более того, прохождение потока свежей культуральной среды через конфлюэнтный слой фибробластов снижает диффузионное ограничение поступления митогенов и вызывает деление клеток под потоком среды с плотностями, при которых они обычно не могут это сделать ( ).Таким образом, зависимое от плотности ингибирование пролиферации клеток, по-видимому, отражает, по крайней мере частично, способность клетки локально истощать среду внеклеточных митогенов, тем самым лишая своих соседей.

Рисунок 17-48

Влияние свежей среды на монослой конфлюэнтных клеток. Клетки в сливном монослое не делят (серый). Клетки возобновляют деление (зеленый) при непосредственном воздействии на свежую культуральную среду. По-видимому, в ненарушенном сплошном монослое пролиферация (больше…)

Этот тип конкуренции может быть важен для клеток в тканях, а также в культуре, поскольку он предотвращает их пролиферацию за пределы определенной плотности популяции, определяемой доступным количеством митогенов, факторов роста и факторов выживания. Количество этих факторов в тканях обычно ограничено, и увеличение их количества приводит к увеличению числа клеток, их размера или того и другого. Таким образом, концентрации этих факторов в тканях играют важную роль в определении размера и количества клеток.

Многие типы нормальных клеток животных нуждаются в закреплении для роста и пролиферации

Форма клетки изменяется по мере ее распространения и ползания по субстрату, занимая свободное место, и это может иметь большое влияние на рост клеток, деление клеток, и выживаемость клеток. Когда нормальные фибробласты или эпителиальные клетки, например, культивируются в суспензии, не прикреплены к какой-либо твердой поверхности и, следовательно, округлены, они почти никогда не делятся — явление, известное как зависимость от якорения деления клеток ().Но когда этим клеткам дают возможность осесть и прикрепиться к липкому субстрату, они быстро образуют очаговые адгезии в местах прикрепления, а затем начинают расти и размножаться.

Рисунок 17-49

Зависимость клеточного деления от формы клетки и закрепления. В этом эксперименте клетки либо удерживаются в суспензии, либо им дают возможность осесть на участках адгезивного материала (палладия) на неадгезивном субстрате. Диаметр пластыря, который может варьироваться, (подробнее …)

Как сигналы роста и пролиферации генерируются прикреплением клеток? Фокусные спайки — это места, где молекулы внеклеточного матрикса, такие как ламинин или фибронектин, взаимодействуют с рецепторами матрикса клеточной поверхности, называемыми интегринами , которые связаны с актиновым цитоскелетом (обсуждается в главе 19).Связывание молекул внеклеточного матрикса с интегринами приводит к локальной активации протеинкиназ, в том числе киназы фокальной адгезии (FAK), , что, в свою очередь, приводит к активации внутриклеточных сигнальных путей, которые могут способствовать выживанию, росту и делению клеток. ().

Рисунок 17-50

Фокусные спайки как места производства внутриклеточных сигналов. Эта флуоресцентная микрофотография показывает фибробласт, культивируемый на субстрате, покрытом молекулой внеклеточного матрикса фибронектин.Актиновые филаменты были помечены как флуоресцирующие , зеленый , в то время как (подробнее …)

Как и другие средства контроля деления клеток, контроль закрепления действует в G ₁ . Клеткам требуется фиксация для перехода через G ₁ в S-фазу, но фиксация не требуется для завершения цикла. Фактически, клетки обычно ослабляют свои прикрепления и округляются, когда проходят через М-фазу. Этот цикл прикрепления и отсоединения предположительно позволяет клеткам в тканях перестраивать свои контакты с другими клетками и с внеклеточным матриксом.Таким образом, ткани могут вмещать дочерние клетки, образующиеся в результате деления клеток, а затем надежно связывать их с тканью, прежде чем они смогут начать следующий цикл деления.

Некоторые внеклеточные сигнальные белки ингибируют рост, деление клеток и выживание

Внеклеточные сигнальные белки, обсуждаемые в этой главе — митогены, факторы роста и факторы выживания — являются положительными регуляторами развития клеточного цикла, роста клеток и выживаемости клеток. соответственно. Поэтому они имеют тенденцию увеличивать размеры органов и организмов.В некоторых тканях, однако, на размер клеток и тканей также влияют ингибирующие внеклеточные сигнальные белки, которые противостоят положительным регуляторам и тем самым ингибируют рост органов.

Наиболее изученными ингибирующими сигнальными белками являются TGF-β и его родственники. TGF-β ингибирует пролиферацию нескольких типов клеток, либо блокируя развитие клеточного цикла в G ₁ , либо стимулируя апоптоз. Как обсуждалось в главе 15, TGF-β связывается с рецепторами клеточной поверхности и инициирует внутриклеточный сигнальный путь, который приводит к изменениям активности регуляторных белков генов, называемых Smads.Это приводит к сложным и малоизученным изменениям в транскрипции генов, кодирующих регуляторы клеточного деления и гибели клеток.

Одним из примеров внеклеточного сигнала, индуцирующего апоптоз, является костный морфогенетический белок (BMP), член семейства TGF-β. BMP помогает запустить апоптоз, который удаляет ткань между развивающимися пальцами в лапе мыши (см.). Подобно TGF-β, BMP стимулирует изменения транскрипции генов, регулирующих гибель клеток, хотя природа этих генов остается неясной.

В некоторых случаях общий размер органа может быть ограничен ингибирующими сигнальными белками. Миостатин, , например, является членом семейства TGF-β, который обычно ингибирует пролиферацию миобластов, которые сливаются с образованием клеток скелетных мышц. Когда у мышей удаляется ген, кодирующий миостатин, мышцы вырастают в несколько раз больше, чем обычно (см.). Увеличиваются как количество, так и размер мышечных клеток. Примечательно, что у двух пород крупного рогатого скота, которые были выведены из-за больших мускулов, были обнаружены мутации в гене, кодирующем миостатин ().

Рисунок 17-51

Влияние мутации миостатина на размер мышц. Мутация приводит к резкому увеличению массы мышечной ткани, как показано на этом бельгийском голубом быке. Бельгийский синий был произведен животноводами, и только недавно было обнаружено (подробнее …)

Сложно регулируемые закономерности деления клеток, генерирования и поддержания формы тела

Жизнь многоклеточных организмов начинается с серии циклов деления, которые являются контролируется по сложным правилам.Это наглядно иллюстрирует нематода Caenorhabditis elegans. Оплодотворенная яйцеклетка C. elegans делится, чтобы произвести взрослого червя с точно 959 ядрами соматических клеток (у самцов), каждое из которых генерируется собственной характерной и абсолютно предсказуемой последовательностью клеточных делений. (Первоначальное количество клеток больше, чем это, но более 100 клеток умирают из-за апоптоза во время развития.) В общем, средства управления, которые генерируют такие точные числа клеток, не работают, просто подсчитывая деления клеток в соответствии с графиком, подобным часам.Напротив, организм, по-видимому, в основном контролирует общую клеточную массу, которая зависит не только от количества клеток, но и от размера клеток. Например, саламандры разной плоидности имеют одинаковый размер, но разное количество клеток. Отдельные клетки у пентаплоидной саламандры примерно в пять раз больше, чем у гаплоидной саламандры, и в каждом органе пентаплоиды образовали только одну пятую количества клеток, чем их гаплоидные собратья, так что органы примерно такого же размера два животных (и).Очевидно, что в этом случае (и во многих других) размер органов и организмов зависит от механизмов, которые могут как-то измерять общую массу клеток.

Рисунок 17-52

Срезы почечных канальцев личинок саламандры разной плоидности. У всех организмов, от бактерий до людей, размер клеток пропорционален плоидности. Например, у пентаплоидных саламандр клетки намного больше, чем у гаплоидных саламандр. (подробнее …)

Рисунок 17-53

Задний мозг у гаплоидной и тетраплоидной саламандры.(A) Эта светлая микрофотография показывает поперечный разрез заднего мозга гаплоидной саламандры. (B) Соответствующее поперечное сечение заднего мозга тетраплоидной саламандры, показывающее, как уменьшенная клетка (подробнее …)

Развитие конечностей и органов определенного размера и формы зависит от сложного позиционного контроля, а также от локальных концентраций внеклеточных сигнальных белков, которые стимулируют или ингибируют рост, деление и выживание клеток. Как мы обсудим в главе 21, теперь известны некоторые гены, которые помогают паттернировать эти процессы в эмбрионе.Однако еще многое предстоит узнать о том, как эти гены регулируют рост, деление, выживание и дифференцировку клеток для создания сложного организма (обсуждается в главе 21).

Элементы управления, управляющие этими процессами в организме взрослого человека, также плохо изучены. При заживлении кожной раны у позвоночного, например, около дюжины типов клеток, от фибробластов до шванновских клеток, должны быть регенерированы в соответствующем количестве и в соответствующих положениях для восстановления утраченной ткани.Механизмы, которые контролируют пролиферацию клеток в тканях, также являются центральными для понимания рака, заболевания, при котором контроль идет не так, как описано в главе 23.

Резюме

У многоклеточных животных размер клеток, деление и гибель клеток тщательно контролируются, чтобы гарантировать, что организм и его органы достигают и поддерживают соответствующий размер. В этот контроль вносят вклад три класса внеклеточных сигнальных белков, хотя многие из них влияют на два или более из этих процессов.Митогены стимулируют скорость деления клеток, устраняя внутриклеточные молекулярные тормоза, которые сдерживают развитие клеточного цикла в G ₁ . Факторы роста способствуют увеличению клеточной массы, стимулируя синтез и подавляя деградацию макромолекул. Факторы выживания увеличивают количество клеток, подавляя апоптоз. Внеклеточные сигналы, которые ингибируют клеточное деление или рост клеток или побуждают клетки подвергаться апоптозу, также способствуют контролю размера.

Контроль клеточного цикла

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Понять, как клеточный цикл контролируется механизмами, как внутренними, так и внешними по отношению к клетке
• Объясните, как три контрольные точки внутреннего контроля возникают в конце G ₁ , при переходе G ₂ / M и во время метафазы

.

• Опишите молекулы, которые контролируют клеточный цикл посредством положительной и отрицательной регуляции

Длина клеточного цикла сильно различается даже внутри клеток одного организма.У людей частота обновления клеток колеблется от нескольких часов на раннем этапе эмбрионального развития до в среднем от двух до пяти дней для эпителиальных клеток и до всей жизни человека, проведенной в G ₀ специализированными клетками, такими как корковые нейроны. или клетки сердечной мышцы. Также существует вариация времени, которое клетка проводит в каждой фазе клеточного цикла. Когда быстро делящиеся клетки млекопитающих выращивают в культуре (вне тела при оптимальных условиях роста), продолжительность цикла составляет около 24 часов.В быстро делящихся человеческих клетках с 24-часовым клеточным циклом фаза G ₁ длится примерно девять часов, фаза S длится 10 часов, фаза G ₂ длится примерно четыре с половиной часа и фаза M длится примерно полчаса. У ранних эмбрионов плодовых мушек клеточный цикл завершается примерно за восемь минут. Время событий клеточного цикла контролируется механизмами, которые являются как внутренними, так и внешними по отношению к клетке.

Регулирование клеточного цикла внешними событиями

И инициация, и ингибирование клеточного деления запускаются внешними по отношению к клетке событиями, когда она собирается начать процесс репликации.Событие может быть таким простым, как смерть соседней клетки, или столь же масштабным, как выброс гормонов, способствующих росту, таких как гормон роста человека (HGH). Недостаток гормона роста может подавлять деление клеток, приводя к карликовости, тогда как избыток гормона роста может привести к гигантизму. Скученность клеток также может препятствовать делению клеток. Другой фактор, который может инициировать деление клетки, — это размер клетки; по мере роста клетки она становится неэффективной из-за уменьшения отношения поверхности к объему. Решение этой проблемы — разделить.

Независимо от источника сообщения, ячейка получает сигнал, и серия событий внутри ячейки позволяет ей перейти в промежуточную фазу. Двигаясь вперед от этой начальной точки, все параметры, требуемые во время каждой фазы клеточного цикла, должны быть соблюдены, иначе цикл не может продолжаться.

Постановление на внутренних контрольно-пропускных пунктах

Важно, чтобы продуцируемые дочерние клетки были точными дубликатами родительской клетки. Ошибки в дупликации или распределении хромосом приводят к мутациям, которые могут передаваться каждой новой клетке, полученной из аномальной клетки.Чтобы предотвратить дальнейшее деление скомпрометированной клетки, существуют механизмы внутреннего контроля, которые работают в трех основных контрольных точках клеточного цикла. Контрольная точка — это одна из нескольких точек в цикле эукариотической клетки, в которой переход клетки к следующей стадии цикла может быть остановлен до тех пор, пока условия не станут благоприятными. Эти контрольные точки возникают ближе к концу G ₁ , на переходе G ₂ / M и во время метафазы (рисунок 1).

Рисунок 1. Клеточный цикл контролируется на трех контрольных точках.Целостность ДНК оценивается на контрольно-пропускном пункте G1. Правильная дупликация хромосом оценивается на контрольной точке G2. Присоединение каждой кинетохоры к волокну веретена оценивается в контрольной точке M.

G

₁ Контрольно-пропускной пункт

Контрольная точка G ₁ определяет, все ли условия благоприятны для продолжения деления клеток. Контрольная точка G ₁ , также называемая точкой ограничения (у дрожжей), является точкой, в которой клетка необратимо присоединяется к процессу клеточного деления.Внешние воздействия, такие как факторы роста, играют большую роль в переносе клетки через контрольную точку G ₁ . Помимо адекватных резервов и размера клеток, на контрольно-пропускном пункте G ₁ проводится проверка на повреждение геномной ДНК. Ячейка, не отвечающая всем требованиям, не сможет перейти в фазу S. Ячейка может остановить цикл и попытаться исправить проблемное состояние, или ячейка может перейти в G ₀ и ожидать дальнейших сигналов, когда условия улучшатся.

G

₂ Контрольно-пропускной пункт

Контрольная точка G ₂ блокирует вход в митотическую фазу, если не выполняются определенные условия. На контрольно-пропускном пункте G ₁ оценивается размер клеток и запасы белка. Однако наиболее важная роль контрольной точки G ₂ состоит в том, чтобы гарантировать, что все хромосомы были реплицированы и что реплицированная ДНК не повреждена. Если механизмы контрольной точки обнаруживают проблемы с ДНК, клеточный цикл останавливается, и клетка пытается либо завершить репликацию ДНК, либо восстановить поврежденную ДНК.

Контрольно-пропускной пункт M

Контрольная точка M возникает ближе к концу метафазной стадии кариокинеза. Контрольная точка M также известна как контрольная точка веретена, потому что она определяет, все ли сестринские хроматиды правильно прикреплены к микротрубочкам веретена. Поскольку разделение сестринских хроматид во время анафазы является необратимым этапом, цикл не будет продолжаться до тех пор, пока кинетохоры каждой пары сестринских хроматид не будут прочно закреплены по крайней мере на двух веретенообразных волокнах, выходящих из противоположных полюсов клетки.

Ссылка на обучение

Посмотрите, что происходит на контрольных точках G ₁ , G ₂ и M, посетив этот веб-сайт, чтобы увидеть анимацию клеточного цикла.

Регулятор молекул клеточного цикла

В дополнение к внутренне контролируемым контрольным точкам существуют две группы внутриклеточных молекул, которые регулируют клеточный цикл. Эти регуляторные молекулы либо способствуют переходу клетки к следующей фазе (позитивная регуляция), либо останавливают цикл (негативная регуляция).Молекулы-регуляторы могут действовать индивидуально или влиять на активность или продукцию других регуляторных белков. Следовательно, отказ одного регулятора может почти не повлиять на клеточный цикл, особенно если одно и то же событие контролируется несколькими механизмами. И наоборот, действие недостаточного или нефункционирующего регулятора может быть широкомасштабным и, возможно, фатальным для клетки, если затронуты несколько процессов.

Положительная регуляция клеточного цикла

Две группы белков, называемые циклинами и циклинзависимыми киназами (Cdks), отвечают за прохождение клетки через различные контрольные точки.Уровни четырех циклиновых белков колеблются на протяжении клеточного цикла предсказуемым образом (рис. 2). Повышение концентрации циклиновых белков вызывается как внешними, так и внутренними сигналами. После того, как клетка переходит на следующую стадию клеточного цикла, циклины, которые были активны на предыдущей стадии, разлагаются.

Рисунок 2. Концентрации циклиновых белков изменяются на протяжении клеточного цикла. Существует прямая корреляция между накоплением циклина и тремя основными контрольными точками клеточного цикла.Также обратите внимание на резкое снижение уровней циклина после каждой контрольной точки (переход между фазами клеточного цикла), поскольку циклин разрушается цитоплазматическими ферментами. (кредит: модификация работы «WikiMiMa» / Wikimedia Commons)

Рис. 3. Циклинзависимые киназы (Cdks) — это протеинкиназы, которые при полной активации могут фосфорилировать и, таким образом, активировать другие белки, которые продвигают клеточный цикл мимо контрольной точки. Чтобы стать полностью активированным, Cdk должен связываться с белком циклина, а затем фосфорилироваться другой киназой.

Циклины регулируют клеточный цикл только тогда, когда они прочно связаны с Cdks. Чтобы быть полностью активным, комплекс Cdk / cyclin также должен фосфорилироваться в определенных местах. Как и все киназы, Cdks представляют собой ферменты (киназы), которые фосфорилируют другие белки. Фосфорилирование активирует белок, изменяя его форму. Белки, фосфорилированные Cdks, участвуют в продвижении клетки к следующей фазе. (Рисунок 3). Уровни белков Cdk относительно стабильны на протяжении клеточного цикла; однако концентрации циклина колеблются и определяют, когда образуются комплексы Cdk / циклин.Различные циклины и Cdks связываются в определенных точках клеточного цикла и, таким образом, регулируют разные контрольные точки.

Поскольку циклические колебания уровней циклина основаны на времени клеточного цикла, а не на конкретных событиях, регуляция клеточного цикла обычно происходит либо с помощью одних молекул Cdk, либо комплексов Cdk / циклин. Без определенной концентрации полностью активированных комплексов циклин / Cdk клеточный цикл не может проходить через контрольные точки.

Хотя циклины являются основными регуляторными молекулами, которые определяют поступательный импульс клеточного цикла, существует несколько других механизмов, которые регулируют ход цикла с отрицательными, а не положительными эффектами.Эти механизмы по существу блокируют развитие клеточного цикла до разрешения проблемных состояний. Молекулы, препятствующие полной активации Cdk, называются ингибиторами Cdk. Многие из этих молекул-ингибиторов прямо или косвенно контролируют конкретное событие клеточного цикла. Блок, помещенный на Cdks молекулами ингибитора, не будет удален до тех пор, пока не будет выполнено определенное событие, которое отслеживает ингибитор.

Отрицательная регуляция клеточного цикла

Вторая группа регуляторных молекул клеточного цикла — негативные регуляторы.Отрицательные регуляторы останавливают клеточный цикл. Помните, что при положительном регулировании активные молекулы заставляют цикл прогрессировать.

Наиболее изученными негативными регуляторными молекулами являются белок ретинобластомы (Rb), p53 и p21. Белки ретинобластомы представляют собой группу белков-супрессоров опухолей, распространенных во многих клетках. Обозначения 53 и 21 относятся к функциональным молекулярным массам белков (p) в килодальтонах. Многое из того, что известно о регуляции клеточного цикла, получено в результате исследований, проведенных с клетками, утратившими регуляторный контроль.Было обнаружено, что все три из этих регуляторных белков повреждены или нефункциональны в клетках, которые начали бесконтрольно реплицироваться (стали злокачественными). В каждом случае основной причиной неконтролируемого прохождения клеточного цикла была неправильная копия регуляторного белка.

Rb, p53 и p21 действуют в первую очередь на контрольной точке G ₁ . p53 — это многофункциональный белок, который оказывает большое влияние на приверженность клетки к делению, потому что он действует, когда есть поврежденная ДНК в клетках, которые подвергаются подготовительным процессам во время G ₁ .Если обнаружена поврежденная ДНК, p53 останавливает клеточный цикл и привлекает ферменты для восстановления ДНК. Если ДНК не может быть восстановлена, p53 может вызвать апоптоз или самоубийство клетки, чтобы предотвратить дублирование поврежденных хромосом. По мере повышения уровня p53 запускается производство p21. p21 обеспечивает остановку цикла, продиктованного p53, путем связывания и ингибирования активности комплексов Cdk / циклин. По мере того, как клетка подвергается большему стрессу, накапливаются более высокие уровни p53 и p21, что снижает вероятность перехода клетки в S-фазу.

Rb оказывает свое регулирующее влияние на другие положительные белки-регуляторы. В основном Rb контролирует размер ячейки. В активном дефосфорилированном состоянии Rb связывается с белками, называемыми факторами транскрипции, чаще всего с E2F (рис. 4). Факторы транскрипции «включают» определенные гены, позволяя производить белки, кодируемые этим геном. Когда Rb связан с E2F, производство белков, необходимых для перехода G ₁ / S, блокируется. По мере увеличения размера клетки Rb медленно фосфорилируется, пока не станет инактивированным.Rb высвобождает E2F, который теперь может включать ген, продуцирующий переходный белок, и этот конкретный блок снимается. Чтобы ячейка прошла через каждую из контрольных точек, все положительные регуляторы должны быть «включены», а все отрицательные регуляторы должны быть «выключены».

Рис. 4. Rb останавливает клеточный цикл и освобождает его в ответ на рост клеток.

Rb и другие белки, негативно регулирующие клеточный цикл, иногда называют супрессорами опухолей. Как вы думаете, почему для этих белков подходит название «опухолевый супрессор»?

Сводка раздела

Каждый этап клеточного цикла контролируется внутренними средствами контроля, называемыми контрольными точками.В клеточном цикле есть три основных контрольных точки: одна ближе к концу G ₁ , вторая в переходе G ₂ / M и третья во время метафазы. Положительные молекулы регулятора позволяют клеточному циклу перейти к следующей стадии. Отрицательные молекулы регулятора контролируют клеточные условия и могут останавливать цикл до тех пор, пока не будут выполнены определенные требования.

Дополнительные вопросы для самопроверки

1. Rb и другие белки, негативно регулирующие клеточный цикл, иногда называют супрессорами опухолей.Как вы думаете, почему для этих белков подходит название «опухолевый супрессор»?

2. Опишите общие условия, которые должны выполняться на каждой из трех основных контрольных точек клеточного цикла.

3. Объясните роль положительных регуляторов клеточного цикла по сравнению с отрицательными регуляторами.

4. Какие шаги необходимы, чтобы Cdk стал полностью активным?

5. Rb — отрицательный регулятор, который блокирует клеточный цикл в контрольной точке G ₁ до тех пор, пока клетка не достигнет необходимого размера.Какой молекулярный механизм использует Rb для остановки клеточного цикла?

ответов

1. Rb и другие негативные регуляторные белки контролируют деление клеток и, следовательно, предотвращают образование опухолей. Мутации, мешающие этим белкам выполнять свои функции, могут привести к раку.

2. Контрольная точка G ₁ контролирует адекватный рост клеток, состояние геномной ДНК, адекватные запасы энергии и материалы для S-фазы. На контрольно-пропускном пункте G ₂ проверяется ДНК, чтобы убедиться, что все хромосомы были продублированы и что нет ошибок во вновь синтезированной ДНК.Дополнительно оцениваются размер клеток и запасы энергии. Контрольная точка M подтверждает правильное прикрепление волокон митотического веретена к кинетохорам.

3. Положительные клеточные регуляторы, такие как циклин и Cdk, выполняют задачи, которые продвигают клеточный цикл к следующей стадии. Отрицательные регуляторы, такие как Rb, p53 и p21, блокируют развитие клеточного цикла до тех пор, пока не произойдут определенные события.

4. Cdk должен связываться с циклином, и он должен фосфорилироваться в правильном положении, чтобы стать полностью активным.

5. Rb активен, когда он дефосфорилирован. В этом состоянии Rb связывается с E2F, который является фактором транскрипции, необходимым для транскрипции и возможной трансляции молекул, необходимых для перехода G ₁ / S. E2F не может транскрибировать определенные гены, когда он связан с Rb. По мере увеличения размера клетки Rb фосфорилируется, инактивируется и высвобождает E2F. Затем E2F может способствовать транскрипции генов, которые он контролирует, и будут продуцироваться переходные белки.

Глоссарий

Контрольная точка клеточного цикла: механизм, который контролирует готовность эукариотической клетки к продвижению через различные стадии клеточного цикла

циклин: один из группы белков, которые действуют вместе с циклин-зависимыми киназами, помогая регулировать клеточный цикл путем фосфорилирования ключевых белков; концентрации циклинов колеблются на протяжении клеточного цикла

циклин-зависимая киназа: одна из группы протеинкиназ, которая помогает регулировать клеточный цикл при связывании с циклином; он функционирует для фосфорилирования других белков, которые активируются или инактивируются фосфорилированием

p21: регуляторный белок клеточного цикла, который ингибирует клеточный цикл; его уровни контролируются p53

p53: регуляторный белок клеточного цикла, который регулирует рост клеток и контролирует повреждение ДНК; он останавливает развитие клеточного цикла в случае повреждения ДНК и может вызвать апоптоз

белок ретинобластомы (Rb): регуляторная молекула, которая оказывает негативное влияние на клеточный цикл за счет взаимодействия с фактором транскрипции (E2F)

Cell Division | CancerQuest

В течение жизни многие клетки, из которых состоит тело, стареют и умирают.Эти клетки необходимо заменить, чтобы организм мог продолжать оптимально функционировать. Причины того, что ячейки потеряны и должны быть заменены, включают следующие:

• Отслаивание эпителиальных клеток, например, выстилающих кожу и кишечник. Старые, изношенные клетки на поверхности тканей постоянно заменяются. Особым случаем этого является ежемесячная замена клеток, выстилающих матку у женщин в пременопаузе.
• Заживление ран требует, чтобы клетки в области повреждения умножались, чтобы заменить потерянные.Вирусные заболевания, такие как гепатит, также могут вызывать повреждение органов, которые затем нуждаются в замене потерянных клеток.
• Замена клеток, составляющих кровь. Красные кровяные тельца переносят кислород к тканям. Лейкоциты, такие как В- и Т-лимфоциты, являются частью иммунной системы организма и помогают предотвратить инфекции. У большинства этих ячеек очень короткий срок службы, и их необходимо постоянно заменять. Предшественники этих клеток находятся в костном мозге. Эти предшественники или стволовые клетки должны воспроизводиться с очень высокой скоростью, чтобы поддерживать адекватное количество клеток крови.

Процесс, посредством которого клетка воспроизводится, чтобы создать две идентичные копии самой себя, известен как митоз. Целью митоза является образование двух идентичных клеток из одной родительской клетки. Образовавшиеся клетки известны как дочерние клетки. Для этого должно произойти следующее:

• Генетический материал, ДНК в хромосомах, должен быть точно скопирован. Это происходит с помощью процесса, известного как репликация.
• Органеллы, такие как митохондрии, должны быть распределены так, чтобы каждая дочерняя клетка получала достаточное количество для функционирования.
• Цитоплазма клетки должна быть физически разделена на две разные клетки.

Как мы увидим, многие особенности раковых клеток обусловлены дефектами генов, контролирующих деление клеток. Процесс деления клеток происходит в виде упорядоченной прогрессии через четыре различных этапа. Эти четыре стадии вместе известны как клеточный цикл. Дополнительную информацию по темам на этой странице также можно найти в большинстве вводных учебников по биологии, мы рекомендуем «Биология Кэмпбелла», 11-е издание.На следующих страницах подробно описывается клеточный цикл.

Разделов на этой странице:

деление нормальных клеток

В процесс деления клеток встроено несколько мер безопасности, гарантирующих, что клетки не делятся, если они не завершили процесс репликации правильно, и что условия окружающей среды, в которых существуют клетки, благоприятны для деления клеток. Среди прочего, существуют системы для определения следующего:

• Полностью ли реплицируется ДНК?
• ДНК повреждена?
• Достаточно ли питательных веществ для поддержки роста клеток?

Если эти проверки не пройдут, нормальные клетки перестанут делиться, пока условия не будут исправлены.Раковые клетки не подчиняются этим правилам и будут продолжать расти и делиться.

Теперь, когда мы обсудили клеточный цикл, мы кратко рассмотрим способы, которыми клетки получают сигнал о делении.

Большинство клеток тела не делятся активно. Они выполняют свои функции, такие как производство ферментов для переваривания пищи или помогают двигать руками или ногами. Только небольшой процент клеток действительно проходит через только что описанный процесс.

Нормальное деление клеток требует постоянных сигналов (человек стоит на переключателе).Когда сигналы сняты, клетки перестают делиться.

Клетки делятся в ответ на внешние сигналы , которые «говорят» им войти в клеточный цикл. Эти сигналы могут принимать форму эстрогена или белков, таких как фактор роста тромбоцитов (PDGF). Эти сигнальные молекулы, изображенные в виде X-образной молекулы на анимации ниже, связываются со своими клетками-мишенями и посылают сигналы в ядро. В результате включаются гены, ответственные за деление клеток, и клетка делится.Например, порез на коже заставляет определенные клетки крови, тромбоциты, вырабатывать фактор роста (который заставляет клетки кожи воспроизводиться и заполнять рану. Деление клеток — это нормальный процесс, который позволяет заменять мертвые клетки.

Отделение II нормальных клеток

Какие сигналы заставляют клетки прекращать деление ?

Отсутствие положительных внешних сигналов заставляет клетки перестать делиться .

Контактное ингибирование
Клетки также способны ощущать свое окружение и реагировать на изменения.Например, если ячейка чувствует, что она окружена со всех сторон другими ячейками, она перестанет делиться. Таким образом, клетки будут расти, когда это необходимо, но остановятся, когда их цель будет достигнута. Вернемся к нашему примеру с раной: клетки заполняют промежуток, оставленный раной, но затем они перестают делиться, когда промежуток закрывается. Раковые клетки не проявляют контактного торможения. Они растут даже тогда, когда их окружают другие клетки, вызывающие образование массы. Ниже показано поведение нормальных (верхняя анимация) и раковых клеток (нижняя анимация) в отношении ингибирования контакта.

Круглые контейнеры, в которых клетки изображены на анимации, называются чашками Петри. В лаборатории клетки часто выращивают в них, покрытые богатой питательными веществами жидкостью.

Cellular Senescence
Большинство клеток, кажется, также имеют заранее запрограммированный предел количества раз, которое они могут делиться. Интересно, что ограничение, по-видимому, частично основано на способности клетки поддерживать целостность своей ДНК.Фермент теломераза отвечает за содержание концов хромосом. У взрослых большинство наших клеток не используют теломеразу, поэтому в конечном итоге они умирают. В раковых клетках теломераза часто активна и позволяет клеткам бесконечно делиться. Для получения дополнительной информации о теломеразе см. Раздел «Гены рака»

.

Отделение раковых клеток

Деление раковых клеток. Раковые клетки делятся, даже когда клеткам не «говорят» (никто не стоит на переключателе).

Когда дело доходит до деления клеток, раковые клетки нарушают практически все правила!

• Раковые клетки могут делиться без соответствующих внешних сигналов .Это аналогично движению автомобиля без нажатия на педаль газа. Примером может служить рост клетки рака груди без потребности в эстрогене, нормальном факторе роста. Некоторые клетки рака груди фактически теряют способность реагировать на эстроген, отключая экспрессию рецептора эстрогена внутри клетки. Эти клетки все еще могут воспроизводиться, игнорируя потребность во внешнем сигнале роста.
• Раковые клетки не проявляют контактного ингибирования .В то время как большинство клеток могут сказать, «переполнены» ли они соседними клетками, раковые клетки больше не реагируют на этот стоп-сигнал. Как показано выше, продолжающийся рост приводит к скоплению клеток и образованию опухолевой массы.
• Раковые клетки могут делиться без получения сигнала «все очищено». . В то время как нормальные клетки прекращают деление при наличии генетического (ДНК) повреждения, раковые клетки будут продолжать делиться. Результатом этого являются «дочерние» клетки, содержащие аномальную ДНК или даже ненормальное количество хромосом.Эти мутантные клетки даже более ненормальны, чем «родительская» клетка. Таким образом, раковые клетки могут развиваться и становиться все более аномальными.

Продолжающееся деление клеток приводит к образованию опухолей. Генетическая нестабильность, возникающая в результате аберрантного деления, способствует лекарственной устойчивости, наблюдаемой при многих видах рака. Мутации в определенных генах могут изменить поведение клеток таким образом, что это приведет к усилению роста или развития опухоли.

Более подробную информацию по этой теме можно найти в главе 8 «Биологии рака» Роберта А.Вайнберг.

Сводка по клеточному отделу

Cell Division Control

• Деление клеток — нормальный процесс.
• Существуют механизмы, обеспечивающие правильную репликацию ДНК и благоприятные условия окружающей среды для деления клеток. Ошибки репликации также могут быть исправлены после их возникновения.
• Нормальные клетки перестают делиться при наличии генетического повреждения или неблагоприятных условиях. Раковые клетки продолжают делиться даже в неподходящих условиях.

Сигнализация о делении ячеек

• Большинство клеток в организме не делятся активно, но выполняют свои обычные функции.
• Клетки делятся в ответ на внешние сигналы в виде белков или стероидных факторов роста.
• Клетки перестают делиться по нескольким причинам, в том числе:
  1. Отсутствие положительных внешних сигналов
  2. Клетка ощущает, что со всех сторон окружена другими клетками — зависимым от контакта (зависящим от плотности) ингибированием
  3. Большинство ячеек имеют заранее запрограммированный предел количества раз, которое они могут делить

Деление раковых клеток

• Раковые клетки могут делиться без соответствующих внешних сигналов.