Регуляция клеточного роста

В последние годы немало работ в области клеточной биологии было посвящено поискам причин рака и способов его лечения. Опухолевые клетки проявляют ряд свойств, опасных для организма-хозяина, таких как способность прорастать в другие ткани, а также стимулировать рост капилляров (что обеспечивает пролиферирующим опухолевым клеткам хорошее кровоснабжение). Но одно из определяющих свойств опухолевых клеток-это аномальная реакция на сигналы, контролирующие деление нормальных клеток. Опухолевые клетки делятся сравнительно бесконтрольно до тех пор, пока не убивают хозяина. Это фатальное отсутствие сдерживающего фактора явилось стимулом для интенсивного исследования регуляции клеточного деления. Одним из результатов было появление множества широко разрекламированных успехов в этой области, многие из которых, казалось, позволяли уже понять, каким образом контролируется деление клеток и что в нем нарушено при раке. В недалеком прошлом фундаментальное отличие раковых клеток от нормальных видели в изменениях содержания циклических нуклеотидов, текучести мембраны, секреции белков, цитоскелета, ионной проводимости и многого другого... Хотя истинные молекулярные механизмы трансформации пока неясны, очевидно, что деление опухолевых клеток как в культуре in vitro, так и в тканях гораздо менее подвержено регуляции по принципу обратной связи, чем деление нормальных клеток. Например, раковые клетки в культуре обычно продолжают делиться, когда нормальные уже не делятся из-за контактного торможения. В результате они наползают друг на друга, когда не имеют больше возможности распластываться по поверхности культуральной чашки (рис. 11-12). Кроме того, опухолевым клеткам для роста требуется меньше ростовых факторов, чем нормальным клеткам (иногда это, возможно, объясняется способностью опухолевых клеток вырабатывать собственные факторы роста). [c.149]

Ионам Са принадлежит центральная роль в регуляции многих клеточных функций. Изменение концентрации внутриклеточного свободного Са является сигналом для активации или ингибирования ферментов, которые в свою очередь регулируют метаболизм, сократительную и секреторную активность, адгезию и клеточный рост. Источники Са могут быть внутри- и внеклеточными. В норме концентрация Са в цитозоле не превышает 10 М, и основными источниками его являются эндоплазмати-ческий ретикулум и митохондрии. Нейрогормональные сигналы приводят к резкому повышению концентрации Са (до 10 М), поступающего как извне через плазматическую мембрану (точнее, через потенциалзависимые и рецепторзависимые кальциевые каналы), так и из внутриклеточных источников. Одним из важнейших механизмов проведения гормонального сигнала в кальций—мессенджерной системе является запуск клеточных реакций (ответов) путем активирования специфической Са -кальмодулин-зависимой протеинкиназы. Регуляторной субъединицей этого фермента оказался Са -связывающий белок кальмодулин (мол. масса 17000). При повышении концентрации Са в клетке в ответ на поступающие сигналы специфическая протеинкиназа катализирует фосфорилирование множества внутриклеточных ферментов —мишеней, регулируя тем самым их активность. Показано, что в состав киназы фосфорилазы Ь, активируемой ионами Са , как и КО-синтазы, входит кальмодулин в качестве субъединицы. Кальмодулин является частью множества других Са -свя-зывающих белков. При повышении концентрации кальция связывание Са с кальмодулином сопровождается конформационными его изменениями, и в этой Са -связанной форме кальмодулин модулирует активность множества внутриклеточных белков (отсюда его название). [c.296]

По-видимому, большое значение в процессах регуляции клеточного деления имеет группа белков, программируемых так называемыми онкогенами. Измененные (мутантные) формы этих генов обнаруживаются в опухолевых клетках и входят в ряде случаев в виде соответствующих РНК-копий в состав онкогенных (т.е. вызывающих опухоли) ретровирусов. Первым открытым онкогеном был ген sr , входящий в состав вируса саркомы Рауса. Программируемый им белок, продукт гена sr , оказался протеинкиназой, которая в отличие от протеинкиназ класса А и протеинкиназы С катализировала фосфорилирование определенного спектра клеточных белков по остаткам тирозина, а не по остаткам серина и треонина, Дальнейшие исследования показали, что такая активность присуща некоторым рецепторам факторов роста, в частности рецептору эпидермального фактора роста. Ген erd, программирующий аналог этого рецептора, был обнаружен в составе онкогенного вируса птичьего миелобластоза, В настоящее время открыто несколько десятков онкогенов. В большинстве изученных случаев продукты этих онкогенов в здоровых клетках являются участниками передачи митогенных (т. е. управляющих, митозами) сигналов. В ряде опухолей, в том числе человеческих, найдены онкогены, программирующие аналоги белка G,воспринимающего сигна-, лы от комплексов эффектор - рецептор (в частности, онкогены Н—ras и К—ras) онкогены, программирующие синтез аналогов самих факторов роста, например онкоген sis, входящий в состав вируса саркомы обезьян, продукт которого является аналогом фактора роста, выделяемого тромбоцитами (клетками крови, участвующими в процессе свертывания) онкогены, продуктами которых являются аналоги ядерных белков, по-видимому, участвующих на заключительных этапах каскада превращений, возникающего в ответ на митогенный сигнал (онкогены туе, fos и др.). [c.428]

ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ ФАКТОРЫ, ВОВЛЕКАЕМЫЕ В РЕГУЛЯЦИЮ КЛЕТОЧНОГО РОСТА [c.145]

Нормальное развитие многоклеточных организмов требует ограничения размеров каждого органа. По достижении определенного размера дальнейшее воспроизводство клеток, составляющих этот орган, должно быть остановлено. Некоторое число клеток может быть легко повреждено во время их функционирования, и их необходимо обновить (регенерировать). Тем не менее регенерация должна быть ограничена и скоординирована с требованиями соответствующей ткани или органа. Одним из наиболее ярких примеров регулируемой регенерации является регенерация печени. У позвоночных печень может быть отрезана до /з нормального размера. Начинается интенсивная регенерация до достижения нормального размера, но не превышая его. Следовательно, должна существовать специальная программа, отвечающая и за стимуляцию роста клеток определенного типа, т.е. стимуляцию клеточного деления, и за прекращение этого деления. В последние годы ученые все более склоняются к тому, что одним из основных факторов, предотвращающих неограниченное размножение клеток, является специальная генетическая программа, предопределяющая конечное число делений, которые может претерпеть данная клетка. Эту программу иногда называют запрограммированной смертью Клеток. По достижении этого числа датений клетки претерпевают сложную систему процессов деградации, называемую апапто-зом. Очевидно, что нарушение программы, ответственной за регуляцию клеточного деления, должно приводить к неограниченному делению, что означает возникновение злокачественной опухоли. [c.28]

В многоклеточных организмах исключительно важную роль играют механизмы надклеточного уровня регуляции, контролирующие процессы клеточного деления — митотическую активность клеток. Проблема исследования гомеостаза на этом уровне связывается с влиянием внешних факторов на процессы клеточного роста и деления клеток [318, 324]. Регуляция клеточного роста обеспечивает в организме постоянство количества дифференцированных клеток, выполняющих некоторую данную функцию. Предметом обсуждения в этом случае служат механизмы, обеспечивающие гомеостаз структуры органов и тканей в организме. При этом наиболее предпочтительными кажутся два варианта. Первый из них связан с возможностью регуляционных принципов, основанных на сложном балансе влияний взаимодействующих клеток, другой — с регулирующим влиянием единственного фактора — активности тканеспецифических митотических ингибиторов, т. е. веществ, обладающих свойством подавлять митоз [269]. В обоих случаях речь идет о зависимости темпов роста и деления от плотности клеточной популяции, в которой находится данная клетка. [c.53]

Как РНК-, так и ДНК-содержащие опухолевые вирусы вызывают неопластическую трансформацию клеток, потому что присутствие в клетке вирусной ДНК индуцирует синтез новых белков, нарушающих регуляцию клеточного деления. Гены, кодирующие синтез таких белков, называются онкогенами. У опухолевых ДНК-вирусов онкогены обычно кодируют нормальные вирусные белки, необходимые для размножения вируса. Иначе обстоит дело у опухолевых РНК-вирусов онкогены, которые они несут, представляют собой модифипированные формы нормальных генов клетки-хозяина - они для размножения вируса не требуются. Поскольку в капсид ретровируса может уместиться лишь некоторое ограниченное количество РНК, необходимые онкогенные последовательности нуклеотидов часто замещают собой существенххую часть генома ретровируса и вирус оказывается дефектным. Мы расскажем позже (см. разд. 13.4.2 и разд. 21.2.1), почему изучение вирусных онкогенов послужило ключом к пониманию причин и природы рака, а также к познанию тех механизмов, которые в норме регулируют рост и деление клеток у многоклеточных организмов. [c.321]

Полиамины, к которым относят также диамин путресцин, играют важную роль в процессах клеточного роста и дифференцировки, в регуляции синтеза ДНК, РНК и белка, стимулируя транскрипцию и трансляцию (см. далее), хотя конкретный механизм участия их в указанных процессах не всегда ясен. [c.446]

Регуляция клеточного роста осуществляется также благодаря взаимодействию комплементарных факторов клеточной поверхности контактирующих клеток [Dulbe o R., Sto ker М. J., 1970]. [c.36]

Если выводы из наблюдений над клетками в культуре приложимы и к клеткам в тканях, то одним из факторов, контролирующих деление клеток в организме, может быть наличие контакта между соседними клетками, ограничивающего для них возможность распластываться. Напротив, наличие пустого пространства, возникшего при ранении или при естественной утрате клеток, стимулирует деление благодаря тому, что соседние клетки распластываются на этом пространстве. Но, как мы увидим, это не позволяет полностью объяснить регуляцию клеточного роста в тканях. [c.148]

При анализе факторов, вносящих вклад в трансформированное состояние, становится ясно, что любой механизм должен на каком-то этапе включать компонент плейотропной или повсеместной природы. Протоны — повсеместны и, как установлено, влияют на многие параметры, связанные с контролем клеточного роста. В настоящее время нельзя ясно проследить роль pHj в регуляции клеточного роста. Это связано скорее с недостаточностью, чем с разноречивостью имеющихся данных. Есть надежда, что в ближайшем будущем основные закономерности, касающиеся роли pHi в контроле роста, будут более понятны. [c.349]

Изучение клеточного цикла (как экспериментальное, так и теоретическое) ведется весьма интенсивно. Интерес к нему (помимо чисто научного) связан в частности с проблемой злокачественного роста. Дело в том, что злокачественные клетки, несмотря на разнообразие форм и свойств, имеют одно общее свойство они не подчиняются тем регуляторным сигналам, которыми управляется поведение нормальных клеток, т. е. злокачественное перерождение проявляется, главным образом, в изменении механизмов регуляции клеточного цикла. Задача математического моделирования клеточного цикла — построение двух моделей (или двух типов моделей) регуляторных процессов соответственно для нормальных и злокачественных клеток. При этом должно быть указано и различие в механизмах регуляции. [c.139]

Многообразие обменных процессов, необходимых для синтеза различных веществ и роста клеток, требует их хорошей координации. Каждый метаболический путь включает несколько ферментативных реакций. Процессы метаболизма обеспечивают получение энергии в биологически доступной форме, синтез простых структурных компонентов и сложных макромолекул, а также редупликацию клетки. Необходимость вьщержать конкуренцию с другими живыми существами привела к развитию механизмов, которые, с одной стороны, дают возможность приспосабливаться к меняющимся условиям внешней среды, а с другой-оптимально согласовывают между собой различные метаболические процессы. Объектами такой оптимизации могут быть ферментные белки, их синтез и функционирование. Регуляция клеточного метаболизма происходит на двух уровнях-на уровне синтеза ферментов и на уровне изменения их активности. [c.472]

Независимо от того, какой тип регуляции используется, рост бактерии может быть описан в значениях клеточных единиц, имеющих длину 1,7 мкм. Бактерия содержит одну точку начала репликации на клеточную единицу быстро растущая клетка с двумя точками начала репликации должна иметь длину более 3,4 мкм. Топологическая связь между событием инициации и структурой клетки может определяться наличием сайта роста в клетке, единственного участка, в котором может происходить инициация. На одну клеточную единицу должен приходиться один сайт роста. [c.401]

Управление автолитическими процессами, основанное на выявленных закономерностях их клеточной регуляции, открывает широкие перспективы для ряда биотехнологических направлений. Их применение очень перспективно при разработке новых высокоэффективных технологий микробного синтеза для контроля и интенсификации роста микробных культур сокраш ения лаг-фазы за счет ускорения прорастания покоящихся форм инокулята быстрого получения спорового материала развития состояния компетентности клеток с целью получения генетически измененных продуцентов. [c.88]

В разделе, посвященном регуляции клеточного деления, мы несколько подробнее остановимся иа взаимосвязи регуляции процессов репликации, роста и деления клеток. [c.31]

Глава 15. Регуляция клеточного деления и скорости роста клеток [c.112]

Некоторые белки участвуют в системе регуляции клеточной иди физиологической активности. К ним относятся многие гормоны, такие, как инсулин, регулирующий обмен глюкозы (при недостаточном его содержании в организме развивается сахарный диабет) гормон роста, синтезируемый в гипофизе, и пара-тиреоидный гормон, регулирующий транспорт ионов Са и фосфатов. Другие регуляторные белки, назьшаемые репрессорами, регулируют биосинтез ферментов в бактериальных клетках. [c.140]

Использованный в этой работе эрлифтный ферментер с двойной наружной рециркуляцией (рис. 16.5) позволил упростить регуляцию относительных рабочих объемов ферментеров, а также повысить гибкость системы (обеспечивать разные условия роста для разных популяций рекомбинантных клеток). При синтезе ДНК-лига-зы наилучшие результаты были получены при ежеминутном поступлении примерно 33 мл клеточной суспензии из первого биореактора во второй. Это эквивалентно всего 0,67% объема биореактора, где осуществлялась индукция, что обеспечивало практически мгновенный подъем температуры всей поступающей суспензии с 30 [c.360]

Прекращение процессов клеточного деления и переход клеток в покоящееся состояние является основой регуляции размеров клеточной популяции у одноклеточных и координированного роста тканей у многоклеточных организмов, [c.89]

Гомеостатическая регуляция клеточного роста в тканях млекопитающих рассматривается в работе [297]. Регуляция клеточного роста обеспечивается за счет управления темпом образования новых клеток, причем рассмотрены четыре варианта действия регулирующих веществ, производимых делящимися, неде-лящимися, взрослыми неделящимися или, наконец, вновь обра- [c.53]

При каждом клеточном делении каждая молекула ДНК должна удваиваться, т. е. на каждом ориджине должен происходить в точности один акт инициацни репликации. В противном случае постепенно происходила бы утеря репликона или его бесконтрольное накопление. Более того, даже если репликон удваивается в среднем точно один раз на каждое клеточное деление, возможны существенные вариации количества копий этого репликона вокруг среднего значения в разных клетках бактериальной популяции. Такие вариации недопустимы, так как тоже в конце концов ведут к потере репликона. Таким образом, к регуляции репликации предъявляются достаточно жесткие требования регуляторная система должна чувствовать отклонения в обе стороны от среднего числа копий данного репликона и соответствующим образом менять частоту инициации на ориджине. Очевидно, что частота инициации должна быть согласована также со скоростью роста клеток. [c.63]

Высокоспецифичные протеиназы играют важную роль в регуляции клеточного цикла, в частности при переходе от вегетативного роста к образованию спор у дрожжей и бактерий. У мутантов дрожжей с низким уровнем протеиназ А и В снижена способность к споруляции. Выделен температурно-чувствительный мутант по споруляции Вас. subtilis, у которого этот дефект связан с повреждением структурного гена для внутриклеточной протеиназы. У Вас. thuringiensis с началом спорообразования специфическая протеиназа расщепляет -субъединицу РНК-полимеразы, осуществляя необходимую модификацию фермента. [c.56]

Идентификация белков, которые кодируются некоторыми из примерно 50 известных протоонкогенов, показывает, что некоторые из них участвуют в нормальной регуляции клеточного роста. Например, одни протоонкогены кодируют факторы роста, другие-мембранные рецепторы для факторов роста. Гены, гомологичные некоторым онкогенам, обнаружены у дрожжей и D. melanoqaster, здесь они выполняют важные для клетки функции. Например, у дрожжей обнаружены два гена, родственные протоонкогену H- oi. Если их удалить, то дрожжевые клетки перестают расти, однако способность к росту восстанавливается, если в дрожжевую ДНК встроить ген H-rai человека. Белки, кодируемые вирусными и клеточными ra-v-renaMH, а также ra.v-noflo6-ными генами дрожжей, локализуются на плазматической мембране и прочно, с высокой специфичностью связывают GTP и DP. У дрожжей ra.v-no- [c.350]

Рецепторы факторов роста (например, фактора роста эпидермиса, тромбоци-тарного фактора роста) участвуют в регуляции клеточного деления и роста. На своем внеклеточном N-конце они содержат участок связывания фактора роста, затем следует трансмембранный домен, а цитоплазматический С-конец имеет домен с ферментативной, обычно протеинкиназной активностью, т. е. способностью катализировать перенос g-фосфатной группы от АТФ к белку-субстрату. Эти трансмембранные пептиды диффундируют в плазматической мембране. Связывание фактора роста со своим рецептором способствует димеризации рецепторов R + R — 2R) в плазматическоймембране, фосфорилированию киназного домена одной рецепторной молекулы протеинкиназой другой молекулы и активации фосфорилированного домена. В результате фосфорилированными и активированными оказываются оба домена у димера, что обеспечивает интенсивное фосфорилирование соответствующих внутриклеточных белковых субстратов — передачу сигнала вовнутрь клетки. [c.259]

Все живые организмы от бактерий до млекопитающих содержат в своем химическом составе алифатические амины путресцин 6.27, кадаверин 6,22, спермидин 6.23 и спермин 6,24. Эти вещества давно привлекли к себе внимание науки. Кристаллы спермина были описаны в сперме человека еще в 1677 г. Метаболиты 6,21—6,24 носят общее название полиаминов и играют важную, но до конца не понятую роль в регуляции клеточного деления. В частности, их обмен нарущается при злокачественном росте. В растительных тканях биосинтез полиаминов усиливается при дефиците калия. Биогенетическим предшественником их служит аминокислота аргинин, которая сначала превращается в орнитин 6,25, а затем под действием фермента орни- [c.434]

Подобный контактный тип клеточного взаимодействия играет значительную роль в регуляции движения, роста и размножения клеток в культуре ткани. Для фибробластов медиаторами в этом процессе могут служить находящиеся на клеточной поверхности фибронектин, мембранный коллаген и другие компоненты мембран и экзомембранного пространства (см. раздел 1,1.4). [c.172]

Третий тип гормонов, вероятно, влияющих на процесс роста плода, — это цитокииины. Как мы уже говорили (гл. 3), цито-кинины особенно активны в регуляции клеточного деления, и поэтому естественно ожидать, что этот тип гормонов регулиру- [c.202]

На протяжении последней четверти века изучение природы и механизма действия интерферона было одним из наиболее захватывающих разделов молекулярной биологии клетки и вирусологии. Эта проблема оказалась несравненно более сложной, чем казалось вначале. В частности, было показано, что интерферон состоит из многих видов молекул, которые кодируются тремя семействами генов, дивергировавших сотни миллионов лет назад. Антивирусная активность интерферонов — лишь одна из их функций, тогда как, вероятно, главной является регуляция клеточных активностей, связанных с ростом, дифферен-цировкой и управлением иммунным ответом. [c.35]

Координированные процессы клеточного деления, роста и дифференцировки, лежащие в основе развития растительного организма, контролируются как внешними, так и внутренними факторами. К внешним факторам относятся, например, гравитация, температура, продолжительность и интенсивность освещения. Механизмы воздействия этих факторов на процессы развития очень сложны, и мы не будем их здесь касаться. Внутренние факторы, участвующие в регуляции роста и развития растений,-это так называемые фатогормоны. [c.202]

Ф-ции Т.к. в бактериальной клетке связаны с ионным обменом и регуляцией работы автолитич. ферментов (катализируют гидролиз сложного биополимера, составляющего каркас клеточной стенки), к-рые активны при росте и делении клеток. Мутантные клетки бактерий, лишенные Т.к., оказываются нежизнеспособными. К вторичньпи ф-циям Т. к. относят их антигенные св-ва и связывание фагов. Стрептококковые, стафилококковые и др. бактериальные инфекции человека и животных сопровождаются выходом Т.к. в органюм, что приводит к развитию постинфекц. осложнений в виде эндокардитов, нефритов, артритов и др. [c.510]

Важное значение в регуляции процессов дифференцировки и размножения клеток имеет протеинкиназ а С. Этот фермент активируется, как и протеинкиназы класса А, в результате взаимодействия специальных рецепторов клеточной мембраны с соответствующими эффекторами, которыми в случае протеинкиназы С являются некоторые гормоны и факторы роста. Активированная протеинкина-за С катализирует фосфорилирование определенного набора белков, что, по-видимому, является промежуточным этапом каскада превращений, заканчивающегося в ядре запуском репликации ДНК и сопутствующих процессов. [c.427]

Необходимым условием роста и развития живых организмов любого уровня организации является регулируемая ими самими сбалансированность процессов клеточного метаболизма. При этом с одной стороны, гармонично сопряжены скорости разрушения отдельных клеточных структур и биополимеров с синтезом клеточных материалов de novo. А с другой - обеспечен баланс обмена веществ между организмом и средой окружения. Основные закономерности регуляции метаболической активности у организмов различной степени сложности (эволюционной) принципиально одинаковы. Однако у одноклеточных, не имеющих сложной тканевой цитодифференцировки и многофакторной системы гуморальной регуляции, они не имеют такой множественности уровней метаболического контроля, как у многоклеточных. Поэтому для выявления общих, базовых принципов клеточной регуляции часто используют модели микроорганизмов. [c.72]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология