Bài 12B. Kiểm soát chu kỳ tế bào

Các phân tử kiểm soát CKTB

Nhóm protein thúc đẩy phân bào

Protein Cdk:

• Là các kinase phụ thuộc cyclin. Mỗi Cdk điều hòa hoạt động tại một điểm k.soát khác nhau trong CKTB: CDK4 ở đầu G₁; Cdk2 ở cuối G₁ và đầu S; Cdk1 ở G₂
• Hàm lượng tương đối cao và ổn định nhưng đều ở dạng bất hoạt
• Đều có hoạt tính kinase, gây phosphoryl hóa, khi l.kết cyclin tương ứng $\to$ P/hợp Cyclin/Cdk h.động

Protein cyclin:

• 4 loại: G1-cyclin (cyclinD); G1/S-cyclin (cyclinE); S-cyclin (cyclinA) và M-cyclin (cyclinB),
• Tín hiệu nội - ngoại bào và thời gian của CKTB $\to$ thay đổi nồng độ 3 cyclin (G1/S-cyclin, S- cyclin và M-cyclin) $\to$ l.kết các Cdk tương ứng $\to$ P/hợp Cyclin/Cdk h.động $\to$ Các protein đích nội bào $\to$ Khởi đầu các gđ $\to$ Tb vượt qua từng điểm k.soát $\to$ Hoàn tất CKTB.

Khi tb chuyển sang gđ tiếp theo hoặc đã vượt qua từng điểm k.soát, cyclin nào đã hoạt động trước đó đều bị thoái hóa bởi các enzyme bào tương

Nhóm protein gây ức chế, làm dừng CKTB

Ức chế hoạt tính kinase của các Cdk

• Protein ức chế Cdk (CKIs): p16, p19, p21 và p27 * Vai trò: kiểm soát quá trình phân bào và ức chế hiện tượng tăng sinh u $\to$ Duy trì đúng tốc độ phân bào
• Hoạt động: Khi tế bào gặp yếu tố bất lợi, CKIs gắn trực tiếp vào các Cdk $\to$ Cản phức hợp Cyclin/Cdk hình thành $\to$ Dừng diễn tiến CKTB

Khi xong nhiệm vụ, CKIs bị thoái hóa do phức SCF và protein F-box hoạt động (c.đường ubiquitin-proteasome) * Phức hợp SCF chỉ hoạt động khi các CKI đã được gây phosphoryl hóa trước đó.

Gen p16 (9q21)

Tb bị stress $\to$ p16 hoạt động $\to$ Không đi vào S, ngược lại.

• ĐBG p16 $\to$ Gen mã hóa Cdk4 hoặc G -cyclin tự khuyếch đại $\to$ Tb tăng sinh quá mức $\to$ U (U nguyên bào Tk, UT da, UT vú)

Cơ chế phân tử tại 3 điểm kiểm soát

Điểm k.soát cuối G₁ (điểm R, bắt đầu)

Là điểm k.soát mà tb cam kết không được đảo ngược q.trình phân bào khi đã vượt qua

Cần phải có: GF - Kích thước đủ lớn - Chất dự trữ - DNA toàn vẹn

Nếu điểm R phát hiện bất thường trong tb $\to$ CKIs hoạt động $\to$ CKTB dừng lại $\to$ G0 (sửa chữa / Apop.)

$\Rightarrow$

Cơ chế:

• Khi GF tác động tb ở đầu G $\to$ G₁-cyclin được tạo ra $\to$ Hoạt hoá Cdk4 $\to$ Phức hợp G -Cdk hoạt động $\to$ Tb tổng hợp G /S-cyclin vào cuối G .
• G₁/S-cyclin hoạt hóa Cdk2 $\to$ Phức hợp G₁/S-Cdk hoạt động, kết hợp với Cdk4 gây phosphoryl hóa Rb $\to$ Protein Rb bất hoạt $\to$ Tb vượt qua điểm k.soát cuối G $\to$ Gđ S (lượng G₁/S-cyclin giảm nhanh trong S)
• Đầu gđ S, lượng S-cyclin tăng lên và duy trì đến hết KG $\to$ Cdk2 hoạt hóa $\to$ Phức hợp S-Cdk hoạt động

⟹ Khởi động sao chép DNA (rất cần sự hiện diện của G₁/S-cyclin và S-cyclin)

Điểm k.soát G₂/M

Đảm bảo các yêu cầu ở điểm k.soát cuối G₁ * các sợi nhiễm sắc phải được sao chép 1 lần và không bị lỗi.

Khi điểm k.soát G₂/M phát hiện bất thường trên DNA $\to$ CKIs hoạt động $\to$ CKTB cũng bị dừng lại $\to$ G₀, để: Sửa chữa DNA (lỗi nhỏ) hoặc kích hoạt apoptosis

Vào đầu G₂, M-cyclin được tạo ra, bắt đầu tăng cao và tồn tại đến khi tb vào kỳ sau.

• M-cyclin hoạt hóa Cdk1 $\to$ Phức hợp M-Cdk hoạt động (MPF) $\to$ Tb tổng hợp các protein đích tương ứng với 4 sự kiện:
  • Các gen ngừng phiên mã
  • Vỏ nhân tan rã
  • Thoi phân bào thành lập
  • Co ngắn sợi nhiễm sắc $\to$ Tb vượt qua điểm k.soát G /M $\to$ Thời kỳ M 2
• Cuối thời kỳ M, M-cyclin bắt đầu giảm, G -cyclin lại 1 được tổng hợp tăng lên để tiếp tục CKTB tiếp theo.

Điểm k.soát M (ở cuối KG và đầu KS)

Ngoài M-Cdk, các phức hợp khác cũng xuất hiện ở KG: SAC, APC/C, Cdc20 $\to$ Điều hòa ở điểm k.soát M

Cơ chế:

• Khi OVT tâm động gắn lên tâm động của các NST kép $\to$ Các lực kéo căng (tín hiệu đặc trưng) $\to$ Hoạt hóa SAC $\to$ Kích hoạt Cdc20 $\to$ Cdc20 liên kết APC/C
  $\to$ Phức hợp APC/Cdc20 hoạt động, kết hợp M-Cdk $\to$ Kích hoạt hệ thống Ubiquitin–proteasome $\to$ Phân hủy M-cyclin và securin.

Điều hoà bởi các yếu tố ngoại bào

Các nhân tố ngoại bào (chủ yếu là các protein tín hiệu được tiết ra từ các tb lân cận,…).

• Các nhân tố ngoại bào thường l.kết các thụ thể trên bề mặt tb $\to$ Kích hoạt đường truyền tín hiệu nội bào $\to$ Tb tồn tại, phát triển và phân chia hợp lý

Các nhân tố tăng trưởng kích thích tb phát triển

(tăng kích thước và khối lượng tb)

• Các nhân tố Gf thúc đẩy tb tăng tổng hợp protein và ức chế các protein và đại phân tử khác phân hủy.
• Cơ thể muốn phát triển lệ thuộc: sự phát triển và sự phân bào. Nếu: tế bào có phân chia mà không phát triển $\to$ Kích thước tb nhỏ lại, khối lượng không tăng.
• Ở nấm men, sự phát triển và phân bào đều cần chất dinh dưỡng. Ở tb ĐV đều cần tín hiệu từ các tb khác.

• Tb phát triển không lệ thuộc hệ thống k.soát CKTB, ngược với phân bào (hiểu biết khá rõ). Vd: tb TK, Cơ.

Các nhân tố sinh tồn (Sf) ngăn cản quá trình apoptosis, thúc đẩy tb tồn tại

• Mỗi tb đều cần nhân tố sinh tồn từ các tb khác để tồn tại (do tăng hoạt động nhóm anti-apoptotic Bcl-2). Nếu thiếu, tb tự kích hoạt apoptosis. Vd: Các tb TK
• Các tb TK thường được tạo ra quá nhiều vào gđ sớm ở cơ thể đang phát triển $\to$ Giành nhau 1 lượng nhỏ nhân tố Sf $\to$ Tb nào nhận đủ thì sống, ngược lại. - Tb còn sống tự điều chỉnh $\to$ Các kết nối trong hệ TK $\to$ Kiểm soát số tb hợp lý $\to$ Cơ thể phát triển hài hoà.

Các nhân tố gây phân bào (M) bằng cách thúc đẩy tế bào vào S

Tb cần tăng sinh phải có nhân tố M: PDGF, TGF-α, EGF,… đều có tính đặc hiệu rộng, trừ erythropoietin.

Khi liên kết với thụ thể $\to$ Khởi tạo đường truyền tín hiệu nội bào (GTPase Ras nhỏ) $\to$ Kích hoạt tầng MAP kinase $\to$ Tăng sx c-myc (protein điều hoà gen):

• Tăng phiên mã các gen $\to$ Tăng phát triển tb
• Hoạt hoá G -cyclin $\to$ P/hợp G -Cdk hoạt động

Có nh.tố M $\to$ Ức chế CKI $\to$ Kích thích phân bào

• PDGF là protein tiết có trong các túi tiết của tiểu cầu. Khi cục máu đông hình thành tại vết thương, PDGF (được giải phóng từ các tiểu cầu trong cục máu đông) l.kết thụ thể Tyrosine kinase của các tb còn sống xung quanh $\to$ Kích thích tb tăng sinh $\to$ Lành vết thương.
• Nếu 1 phần mô gan bị mất (phẫu thuật,…), PDGF ở cục máu đông kích thích các tb gan còn sống xung quanh đó tăng sinh $\to$ Tái tạo phần mô gan đã bị mất. 233.3. Các nhân tố gây phân bào bằng cách

Hầu hết các tb người đều ở G₀ , nhưng khả năng đảo ngược gđ G₀ thì khác nhau giữa các loại tb. Vd:

• Các tb TK và tb cơ xương (tb biệt hóa cuối cùng) đều ở G₀ mà gen mã hóa Cdk và cyclin luôn bị tắt vĩnh viễn $\to$ Hầu như không phân bào, ngược lại:
• Các tb gan khi ở G₀ , nếu bị tổn thương $\to$ Phân bào
• Nguyên bào sợi và một số B.c lymphocytes có thể ra vào CKTB nhiều lần trong quá trình sống.

Một số nhân tố ngoại bào ức chế phân bào

Các nhân tố này ức chế phân bào thay vì thúc đẩy như 3 loại nhân tố kể trên. Vd:

• TGF-β ức chế 1 số loại tb tăng sinh bằng cách ngăn cản sự tiếp diễn CKTB ở G₁ hoặc kích thích apoptosis $\to$ Ức chế các cơ quan phát triển quá đà trong cơ thể.
• Myostatin là protein ức chế các tb cơ tiền thân (nguyên bào cơ) phát triển và tăng sinh.
• Ở động vật, nếu thiếu myostatin hoặc được điều trị bằng các chất ức chế myostatin $\to$ Cơ bắp phát triển to lớn hơn bình thường.