プリンキピア

第10章細胞の増殖

Negative Regulation of the Cell Cycle細胞周期の負の調節

The second group of cell-cycle regulatory molecules are negative regulators, which stop the cell cycle. Remember that in positive regulation, active molecules cause the cycle to progress.
細胞周期を調節する第2の分子群は、周期を止める負の調節因子である。正の調節では、活性化した分子が周期を進めることを思い出そう。
The best understood negative regulatory molecules are retinoblastoma protein (Rb), p53, and p21. Retinoblastoma proteins are a group of tumor-suppressor proteins common in many cells. We should note here that the 53 and 21 designations refer to the functional molecular masses of the proteins (p) in kilodaltons (a dalton is equal to an atomic mass unit, which is equal to one proton or one neutron or 1 g/mol). Much of what is known about cell-cycle regulation comes from research conducted with cells that have lost regulatory control. All three of these regulatory proteins were discovered to be damaged or non-functional in cells that had begun to replicate uncontrollably (i.e., became cancerous). In each case, the main cause of the unchecked progress through the cell cycle was a faulty copy of the regulatory protein.
英語のヒント
最もよく分かっている負の調節分子は、網膜芽細胞腫タンパク質(Rb)、p53、p21である。網膜芽細胞腫タンパク質は、多くの細胞に広く存在するがん抑制タンパク質群である。53と21という名称は、タンパク質(p)の機能的な分子量をキロダルトンで表したものを指すことに注意しよう。1ダルトンは原子質量単位で、陽子1個、中性子1個、または1 g/molに等しい。細胞周期の調節について分かっていることの多くは、調節を失った細胞を使う研究から得られた。この三つのタンパク質はすべて、制御されずに増殖し始めた、すなわちがん化した細胞で、損傷または機能不全が見つかった。それぞれの場合、周期が制御なしに進む主な原因は、異常のある調節タンパク質だった。
Rb, p53, and p21 act primarily at the G1 checkpoint. p53 is a multi-functional protein that has a major impact on the commitment of a cell to division because it acts when there is damaged DNA in cells that are undergoing the preparatory processes during G1. If damaged DNA is detected, p53 halts the cell cycle and then recruits specific enzymes to repair the DNA. If the DNA cannot be repaired, p53 can trigger apoptosis, or cell suicide, to prevent the duplication of damaged chromosomes. As p53 levels rise, the production of p21 is triggered. p21 enforces the halt in the cycle dictated by p53 by binding to and inhibiting the activity of the Cdk/cyclin complexes. As a cell is exposed to more stress, higher levels of p53 and p21 accumulate, making it less likely that the cell will move into the S phase.
英語のヒント
Rb、p53、p21は主にG1チェックポイントで働く。p53は多機能タンパク質で、G1期の準備過程にある細胞にDNA損傷があると働くため、分裂へ進む決定に大きく影響する。損傷DNAを検出するとp53は周期を止め、特定の酵素を呼び寄せて修復する。修復できなければアポトーシス、すなわち細胞の自殺を引き起こし、損傷した染色体の複製を防げる。p53の量が増えるとp21の生産が促される。p21はCdkとサイクリンの複合体に結合し、その活性を阻害することで、p53が指示した周期停止を実行する。ストレスが強まるほどp53とp21が蓄積し、細胞がS期へ移る可能性は低くなる。
Rb, which largely monitors cell size, exerts its regulatory influence on other positive regulator proteins. In the active, dephosphorylated state, Rb binds to proteins called transcription factors, most commonly, E2F (Figure 10.14). Transcription factors “turn on” specific genes, allowing the production of proteins encoded by that gene. When Rb is bound to E2F, production of proteins necessary for the G1/S transition is blocked. As the cell increases in size, Rb is slowly phosphorylated until it becomes inactivated. Rb releases E2F, which can now turn on the gene that produces the transition protein, and this particular block is removed. For the cell to move past each of the checkpoints, all positive regulators must be “turned on,” and all negative regulators must be “turned off.”
英語のヒント
主に細胞の大きさを監視するRbは、他の正の調節タンパク質に作用して調節する。脱リン酸化された活性型のRbは、転写因子、とりわけE2Fというタンパク質に結合する(図10.14)。転写因子は特定の遺伝子を「オン」にし、その遺伝子がコードするタンパク質を作れるようにする。RbがE2Fに結合していると、G1/S移行に必要なタンパク質の生産が妨げられる。細胞が大きくなるにつれてRbは少しずつリン酸化され、不活性化する。RbがE2Fを放すと、E2Fは移行タンパク質を作る遺伝子をオンにでき、この抑制が解除される。細胞が各チェックポイントを越えるには、すべての正の調節因子が「オン」、すべての負の調節因子が「オフ」でなければならない。

Section Summaryこの節のまとめ

Each step of the cell cycle is monitored by internal controls called checkpoints. There are three major checkpoints in the cell cycle: one near the end of G1, a second at the G2/M transition, and the third during metaphase. Positive regulator molecules allow the cell cycle to advance to the next stage of cell division. Negative regulator molecules monitor cellular conditions and can halt the cycle until specific requirements are met.
細胞周期の各段階はチェックポイントという内部制御で監視される。主要なチェックポイントは、G1期の終わり近く、G2/M移行時、中期の三つである。正の調節分子は細胞周期を次の分裂段階へ進める。負の調節分子は細胞の状態を監視し、特定の条件が満たされるまで周期を止められる。

Visual Connection Questions図を使った問題

Exercises 22練習問題 22
Exercise 22問題 22
Figure 10.14 Rb and other proteins that negatively regulate the cell cycle are sometimes called tumor suppressors. Why do you think the name tumor suppressor might be appropriate for these proteins?
図10.14 Rbなどの細胞周期を負に調節するタンパク質は、がん抑制因子と呼ばれることがある。これらに「がん抑制因子」という名が適切だと考えられるのはなぜか。
Solution解き方
Figure 10.14 Rb and other negative regulatory proteins control cell division and therefore prevent the formation of tumors. Mutations that prevent these proteins from carrying out their function can result in cancer.
図10.14 Rbなどの負の調節タンパク質は細胞分裂を制御し、腫瘍形成を防ぐ。その働きを妨げる変異は、がんにつながりうる。

Review Questions確認問題

Exercises 23–28練習問題 23–28
Exercise 23問題 23
At which of the cell-cycle checkpoints do external forces have the greatest influence?
外部の要因が最も強く影響する細胞周期のチェックポイントはどれか。
  1. G1 checkpoint
    G1チェックポイント
  2. G2 checkpoint
    G2チェックポイント
  3. M checkpoint
    Mチェックポイント
  4. G0 checkpoint
    G0チェックポイント
Solution解き方
A
A
Exercise 24問題 24
What is the main prerequisite for clearance at the G2 checkpoint?
G2チェックポイントを通過するための主な前提条件は何か。
  1. cell has reached a sufficient size
    細胞が十分な大きさに達している。
  2. an adequate stockpile of nucleotides
    ヌクレオチドの十分な備蓄がある。
  3. accurate and complete DNA replication
    DNA複製が正確かつ完全に行われている。
  4. proper attachment of mitotic spindle fibers to kinetochores
    紡錘糸が動原体へ適切に付着している。
Solution解き方
C
C
Exercise 25問題 25
If the M checkpoint is not cleared, what stage of mitosis will be blocked?
Mチェックポイントを通過できない場合、有糸分裂のどの段階が阻止されるか。
  1. prophase
    前期
  2. prometaphase
    前中期
  3. metaphase
    中期
  4. anaphase
    後期
Solution解き方
D
D
Exercise 26問題 26
Which protein is a positive regulator that phosphorylates other proteins when activated?
活性化すると別のタンパク質をリン酸化する正の調節因子はどれか。
  1. p53
    p53
  2. retinoblastoma protein (Rb)
    網膜芽細胞腫タンパク質(Rb)
  3. cyclin
    サイクリン
  4. cyclin-dependent kinase (Cdk)
    サイクリン依存性キナーゼ(Cdk)
Solution解き方
D
D
Exercise 27問題 27
Many of the negative regulator proteins of the cell cycle were discovered in what type of cells?
細胞周期の負の調節タンパク質の多くは、どの種類の細胞で発見されたか。
  1. gametes
    配偶子
  2. cells in G0
    G0期の細胞
  3. cancer cells
    がん細胞
  4. stem cells
    幹細胞
Solution解き方
C
C
Exercise 28問題 28
Which negative regulatory molecule can trigger cell suicide (apoptosis) if vital cell cycle events do not occur?
細胞周期の重要な出来事が起こらない場合、細胞の自殺であるアポトーシスを起こせる負の調節分子はどれか。
  1. p53
    p53
  2. p21
    p21
  3. retinoblastoma protein (Rb)
    網膜芽細胞腫タンパク質(Rb)
  4. cyclin-dependent kinase (Cdk)
    サイクリン依存性キナーゼ(Cdk)
Solution解き方
A
A