正常な細胞では、細胞周期イベントの制御は、主に細胞周期チェックポイントと細胞周期レギュレーターの2つの方法で行われる。
細胞周期チェックポイントは、真核生物の細胞周期において、内外の手がかりを調べ、次の段階への細胞周期の進行を決定する段階です。
細胞周期制御因子は、細胞周期を順次に発生させることを可能にする。
細胞周期とは、細胞のライフサイクルの中で起こる一連のイベントのことである。
細胞周期の連続する3つのイベントは、間期、有糸分裂期、およびサイトカイネシスです。
間期には、DNAの複製に必要な小器官、タンパク質、その他の分子がその量を倍増させる。
有糸分裂期には、核の分裂が行われる。
細胞質分裂では、2つの娘核を取り囲む細胞質の分裂により、2つの娘細胞が形成される。
細胞分裂を適切に行うためには、細胞周期のすべての事象を厳密に制御しなければならない。
そのため、細胞は次のステージに進むために、いくつかのチェックポイントを通過しなければならない。
この記事では、これらのチェックポイントについて説明します。
細胞周期とは
細胞周期とは、細胞内で起こる一連の出来事のことで、細胞が2つの同じ娘細胞に分裂することである。
細胞周期には、間期、有糸分裂期、細胞質分裂の3段階があります。
一般に、細胞周期で起こる細胞分裂の種類は有糸分裂です。
有糸分裂の結果、親細胞と同一の2つの娘細胞ができる。
娘細胞は、親細胞と同じ量の遺伝物質、小器官、その他の分子から構成されている。
細胞周期の段階を図1に示す。
：図1 細胞周期
インターフェーズ
細胞周期の最初の段階は、間期です。
細胞は、間期中に次の核分裂の準備をする。
間期には、G1期、S期、G2期の3つの段階があります。
G0期は細胞の休止期であり、細胞周期に入る前の段階です。
G0期にある細胞は、G1期に入る。
- G1期 – G1期には、細胞内でタンパク質合成が行われる。
- S期 – S期には、DNAの複製とヒストン蛋白質の合成が行われる。
- G2期 – G2期に細胞小器官が分裂する。
分裂期(M)
細胞周期の第2段階は、核の分裂が行われる有糸分裂期です。
有糸分裂期には、前駆期、分裂中期、分裂後期、分裂後期の4つの段階があります。
- 前段階 – 前段階では、染色体が凝縮され、赤道板で整列される。紡錘体の形成が始まり、セントロメアに微小管が付着する。
- メタフェース – セントロメアに付着した微小管が収縮し、相同染色体を細胞赤道上に整列させる。
- アナフェーズ – 微小管がさらに収縮し、相同染色体が互いに分離される。
-
- テロフェース – テロフェースの間、個々の染色体は細胞の反対側の極に移動する。新しい核膜が形成され、2つの娘核を取り囲む。
サイトカイネシス
細胞周期の第3段階または最終段階は、細胞質分裂です。
細胞質は細胞小器官とともにほぼ均等に2つに分けられる。
正常な細胞では、どのように細胞周期が制御されているのか？
親細胞が適切に分裂し、2つの同一の娘細胞を作り出すためには、細胞周期のイベントを制御する必要がある。
細胞周期の制御は、主に細胞周期チェックポイントと細胞周期レギュレーターの2つの方法で行われる。
細胞周期のチェックポイント
細胞周期チェックポイントは、真核生物の細胞周期において、内部および外部の合図を調べ、次の段階への進行を決定する段階です。
内部からの手がかりはシグナル分子であり、外部からの手がかりはDNA損傷のシグナルです。
G1チェックポイント、G2チェックポイント、紡錘体組立チェックポイントは、細胞周期チェックポイントの中でも最も重要な3つのポイントです。
- G1チェックポイント – G1チェックポイントは、G1/Sの移行時に発生する。G1チェックポイントは、DNA複製に必要な原料が十分にあるかどうかをチェックするもので、制限点として知られる細胞周期の律速段階です。したがって、G1チェックポイントは、細胞周期の進行の主要な決定点として機能している。
- G2チェックポイント – G2/Mの移行時に発生するチェックポイント。G2チェックポイントでは、DNAの完全性とDNAの複製がチェックされる。
- 紡錘体組立期 – 紡錘体組立期は、有糸分裂期チェックポイントとも呼ばれ、紡錘体の微小管が染色体に正しく付着しているかどうかをチェックする場です。紡錘体組立期チェックポイントは、有糸分裂期に発生する。
チェックポイントとサイクリンによる細胞周期の制御を図2に示す。
図2：チェックポイントとサイクリン
細胞周期制御物質
サイクリンとサイクリン依存性キナーゼ（CDK）は、細胞周期を順次的に発生させる2種類の制御分子です。
サイクリンとCDKはともに相互作用的に働く。
サイクリンは制御サブユニットを産生するタンパク質であり、CDKは触媒サブユニットを産生する酵素です。
G1サイクリン-CDK複合体は、Sサイクリンを促進する転写因子の発現を促進することにより、G1期細胞をS期に移行させる準備をする。
また、G1サイクリン-CDK複合体は、S期阻害因子を分解する。
図3は、細胞周期の各段階で発現するサイクリンを示したものです。
図3：サイクリンの発現サイクル
サイクリンD-CDK4/6は、G1期のタイミングを制御している。
G1サイクリン-CDK複合体によって活性化される。
サイクリンE-CDK2複合体は、細胞をG1期からS期に移行させる（G1/S期移行）。
サイクリンA-CDK2は、複製複合体を分解することにより、S期のDNA複製を阻害する。
大量のcyclin A-CDK2がプールされるとG2期が活性化される。
Cyclin B-CDK2がG2期をM期に押し上げる（G2/M期移行）。
結論
細胞周期は、細胞のライフサイクルの中で起こる一連の出来事です。
細胞周期の3つの段階は、間期、有糸分裂期、および細胞質分裂です。
細胞周期の各段階は、細胞が適切に分裂するように制御されなければならない。
そのため、各ステージは3つのチェックポイントと様々なサイクリン-CDK複合体を通して制御されている。
