第10章細胞の増殖
The G2 CheckpointG2チェックポイント
The G2 checkpoint bars entry into the mitotic phase if certain conditions are not met. As at the G1 checkpoint, cell size and protein reserves are assessed. However, the most important role of the G2 checkpoint is to ensure that all of the chromosomes have been replicated and that the replicated DNA is not damaged. If the checkpoint mechanisms detect problems with the DNA, the cell cycle is halted, and the cell attempts to either complete DNA replication or repair the damaged DNA.
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G2チェックポイントは、特定の条件が満たされなければ分裂期への進入を止める。G1チェックポイントと同様に、細胞の大きさやタンパク質の備蓄を調べる。しかしG2チェックポイントの最も重要な役割は、すべての染色体が複製され、複製DNAに損傷がないことを確かめることである。DNAの問題を検出すると細胞周期が止まり、DNA複製の完了または損傷DNAの修復を試みる。
The M CheckpointMチェックポイント
The M checkpoint occurs near the end of the metaphase stage of karyokinesis. The M checkpoint is also known as the spindle checkpoint, because it determines whether all the sister chromatids are correctly attached to the spindle microtubules. Because the separation of the sister chromatids during anaphase is an irreversible step, the cycle will not proceed until the kinetochores of each pair of sister chromatids are firmly anchored to at least two spindle fibers arising from opposite poles of the cell.
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Mチェックポイントは、核分裂の中期の終わり近くにある。すべての姉妹染色分体が紡錘体微小管に正しく付着したかを判断するため、紡錘体チェックポイントともいう。後期での姉妹染色分体の分離は不可逆的な段階なので、各対の動原体が、細胞の反対側の極から伸びる少なくとも2本の紡錘糸にしっかり固定されるまで、周期は進まない。
Regulator Molecules of the Cell Cycle細胞周期の調節分子
In addition to the internally controlled checkpoints, there are two groups of intracellular molecules that regulate the cell cycle. These regulatory molecules either promote progress of the cell to the next phase (positive regulation) or halt the cycle (negative regulation). Regulator molecules may act individually, or they can influence the activity or production of other regulatory proteins. Therefore, the failure of a single regulator may have almost no effect on the cell cycle, especially if more than one mechanism controls the same event. However, the effect of a deficient or non-functioning regulator can be wide-ranging and possibly fatal to the cell if multiple processes are affected.
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内部で制御されるチェックポイントのほかに、細胞周期を調節する細胞内分子には二つの群がある。細胞が次の時期へ進むのを促す正の調節分子と、周期を止める負の調節分子である。これらは単独で働くことも、他の調節タンパク質の活性や生産に影響することもある。そのため、一つの調節因子が働かなくなっても、特に複数のしくみが同じ出来事を制御している場合には、細胞周期にほとんど影響しないこともある。しかし、欠けたり働かなくなった調節因子が複数の過程へ影響すると、効果は広範囲に及び、細胞にとって致命的になる可能性がある。
Positive Regulation of the Cell Cycle細胞周期の正の調節
Two groups of proteins, called cyclins and cyclin-dependent kinases (Cdks), are termed positive regulators. They are responsible for the progress of the cell through the various checkpoints. The levels of the four cyclin proteins fluctuate throughout the cell cycle in a predictable pattern (Figure 10.12). Increases in the concentration of cyclin proteins are triggered by both external and internal signals. After the cell moves to the next stage of the cell cycle, the cyclins that were active in the previous stage are degraded by cytoplasmic enzymes, as shown in Figure 10.12 below.
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OpenStax, Rice University; Biology 2e. (credit: modification of work by "WikiMiMa"/Wikimedia Commons) · CC BY 4.0 · Source出典
Figure 10.12図 10.12
The concentrations of cyclin proteins change throughout the cell cycle. There is a direct correlation between cyclin accumulation and the three major cell-cycle checkpoints. Also note the sharp decline of cyclin levels following each checkpoint (the transition between phases of the cell cycle), as cyclin is degraded by cytoplasmic enzymes. (credit: modification of work by "WikiMiMa"/Wikimedia Commons)
サイクリンタンパク質の濃度は細胞周期を通じて変化する。サイクリンの蓄積と三つの主要なチェックポイントには直接の相関がある。各チェックポイント、すなわち細胞周期の時期間の移行の後には、細胞質の酵素がサイクリンを分解するため、その量が急低下することにも注目しよう。(出典:"WikiMiMa"/Wikimedia Commonsの作品を改変)
Cyclins regulate the cell cycle only when they are tightly bound to Cdks. To be fully active, the Cdk/cyclin complex must also be phosphorylated in specific locations to activate the complex. Like all kinases, Cdks are enzymes (kinases) that in turn phosphorylate other proteins. Phosphorylation activates the protein by changing its shape. The proteins phosphorylated by Cdks are involved in advancing the cell to the next phase. (Figure 10.13). The levels of Cdk proteins are relatively stable throughout the cell cycle; however, the concentrations of cyclin fluctuate and determine when Cdk/cyclin complexes form. The different cyclins and Cdks bind at specific points in the cell cycle and thus regulate different checkpoints.
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サイクリンが細胞周期を調節するのは、Cdkに強く結合しているときだけである。完全に活性化するには、Cdkとサイクリンの複合体の特定の部位がさらにリン酸化されなければならない。Cdkも他のすべてのキナーゼと同じく、別のタンパク質をリン酸化する酵素である。リン酸化はタンパク質の形を変えて活性化する。Cdkがリン酸化するタンパク質は、細胞を次の時期へ進めることにかかわる(図10.13)。Cdkの量は細胞周期を通じて比較的安定しているが、サイクリン濃度は変動し、複合体がいつできるかを決める。異なるサイクリンとCdkが周期の特定の地点で結合し、異なるチェックポイントを調節する。
Figure 10.13図 10.13
Cyclin-dependent kinases (Cdks) are protein kinases that, when fully activated, can phosphorylate and thus activate other proteins that advance the cell cycle past a checkpoint. To become fully activated, a Cdk must bind to a cyclin protein and then be phosphorylated by another kinase.
サイクリン依存性キナーゼ(Cdk)はプロテインキナーゼで、完全に活性化すると、細胞周期をチェックポイントの先へ進める別のタンパク質をリン酸化し、活性化する。完全に活性化するには、Cdkがサイクリンに結合し、その後別のキナーゼによってリン酸化されなければならない。
Because the cyclic fluctuations of cyclin levels are largely based on the timing of the cell cycle and not on specific events, regulation of the cell cycle usually occurs by either the Cdk molecules alone or the Cdk/cyclin complexes. Without a specific concentration of fully activated cyclin/Cdk complexes, the cell cycle cannot proceed through the checkpoints.
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サイクリン濃度の周期的な変動は、特定の出来事よりも細胞周期の時期に大きく依存する。そのため細胞周期の調節は通常、Cdk分子単独、またはCdkとサイクリンの複合体によって行われる。完全に活性化された複合体が一定の濃度になければ、細胞周期はチェックポイントを通過できない。
Although the cyclins are the main regulatory molecules that determine the forward momentum of the cell cycle, there are several other mechanisms that fine-tune the progress of the cycle with negative, rather than positive, effects. These mechanisms essentially block the progression of the cell cycle until problematic conditions are resolved. Molecules that prevent the full activation of Cdks are called Cdk inhibitors. Many of these inhibitor molecules directly or indirectly monitor a particular cell-cycle event. The block placed on Cdks by inhibitor molecules will not be removed until the specific event that the inhibitor monitors is completed.
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サイクリンは細胞周期を前へ進める勢いを決める主要な調節分子だが、正ではなく負の効果によって進行を微調整する他のしくみも複数ある。これらは基本的に、問題のある状態が解消されるまで進行を止める。Cdkの完全な活性化を妨げる分子をCdk阻害因子という。多くは細胞周期の特定の出来事を直接または間接に監視する。その出来事が完了するまで、Cdkへの抑制は解除されない。
