G1-фаза

G₁-фа́за (от англ. Gap 1 phase) — первая из четырёх фаз клеточного цикла эукариотических клеток. На этом этапе интерфазы клетка увеличивается в размерах и синтезирует мРНК и белки, готовясь к последующему после интерфазы митозу. G₁-фаза завершается с началом S-фазы интерфазы.

Общая характеристика

G₁-фаза вместе с S-фазой и G₂-фазой составляет длинный период роста клетки — интерфазу, которая предшествует клеточному делению — митозу (М-фаза).

В течение G₁-фазы клетка увеличивается в размерах и синтезирует мРНК и белки, необходимые для синтеза ДНК. Когда клетка достигает необходимых размеров, а необходимые белки уже синтезированы, клетка вступает в следующую фазу клеточного цикла — S-фазу. Продолжительность каждой фазы, в том числе и G₁-фазы, отличается в разных типах клеток. В соматических клетках человека клеточный цикл длится около 18 часов, и на G₁-фазу приходится около трети этого времени. Однако у зародышей шпорцевой лягушки (Xenopus), морских ежей (Echinoidea) и дрозофилы (Drosophila) G₁-фаза слабо выражена и представляет промежуток, если и он есть, между окончанием митоза и S-фазой.

G₁-фаза и другие фазы клеточного цикла могут зависеть от факторов роста, таких как питательные вещества, температура и пространства для роста. Для синтеза мРНК и белков должно присутствовать достаточное количество аминокислот. Для роста клеток оптимальны физиологические температуры. У человека нормальная физиологическая температура составляет около 36,5 °C (под мышкой).

G₁-фаза особенно важна для клеточного цикла, потому что в этот период клетка определяет, будет ли она делиться или покинет клеточный цикл. Если клетка остаётся неделящейся вместо перехода в S-фазу, она покидает G₁-фазу и переходит в состояние покоя, называемое G₀-фазой. Вновь вернуться в G₁-фазу из G₀-фазы сложно, но возможно.

На протяжении G₁-фазы клетка остаётся диплоидной (2n). Это означает, что клетка содержит двойной набор хромосом, специфических для данного вида, а ДНК ещё не была дуплицирована перед клеточным делением. Генетический материал находится в виде хроматина или слабо спирализованных цепей ДНК. Гаплоидные эукариотические организмы, например, некоторые дрожжи, имеют только один набор хромосом (1n). В течение G₁-фазы клетка ещё только готовится к репликации ДНК, и её генетический материал ещё не копирован (это происходит в S-фазе).

Регуляция G₁-фазы

В клеточном цикле существует чёткий набор инструкций, известный как контрольная система клеточного цикла, которая контролирует продолжительность и координацию фаз клеточного цикла, чтобы обеспечить правильный порядок их протекания. Биохимические пусковые устройства, известные как циклин-зависимые киназы, запускают этапы клеточного типа в нужное время и обеспечивают правильный порядок, чтобы предотвратить ошибки.

В клеточном цикле есть три контрольные точки: G₁/S-контрольная точка (переход из G₁-фазы в S-фазу) или стартовая точка у дрожжей, G₂/M-контрольная точка и точка веретена.

Биохимические регуляторы G₁-фазы

В течение G₁-фазы активность G₁/S-циклинов значительно повышается к концу G₁-фазы. Эти циклины инициируют некоторые ранние процессы, связанные с клеточным делением, как, например, удвоение центросом у позвоночных, формирование веретена у дрожжей, однако по большей части они ответственны за активацию комплексов S-циклинов.

Комплексы циклинов, активных в другие фазы клеточного цикла, находятся в эту фазу в неактивном состоянии, чтобы соответствующие клеточные процессы не проходили в неправильном порядке. В G₁-фазе существует три способа подавления активности циклинзависимых киназ: гены-ингибиторы при помощи регуляторных белков подавляют трансляцию главных циклиновых генов; активируется комплекс стимуляции анафазы, который направленно подавляет S- и M-циклины (но не G₁/S-циклинов) и, наконец, высокая концентрация ингибиторов циклинзависимых киназ.

Точка рестрикции

В G₁-фазе точка рестрикции (R) отличается от остальных контрольных точек, поскольку она не определяет специальное состояние клетки, идеальное для перехода в следующую фазу, а меняет дальнейшее направление жизни клетки. У позвоночных после того, как клетка пробыла в G₁-фазе около трёх часов, она вступает в точку рестрикции, где клетка решает, пойдёт ли она дальше по клеточному циклу или же перейдёт в стадию покоя — G₀-фазу.

Эта точка также разделяет G₁-фазу на две половины: премитотическую и постмитотическую. Между началом G₁-фазы (которая начинается в новой клетке после митоза) и R клетка находится в G₁-постмитотической подфазе или постмитотической фазе. После R и перед S-фазой клетку называют находящейся в G₁-пресинтетической подфазе или пресинтетической фазе G₁-фазы.

Чтобы клетка прошла через G₁-постмитотическую фазу, необходимо высокое содержание факторов роста и стабильный уровень синтеза белков, иначе клетка перейдёт в G₀-фазу.

Некоторые авторы утверждают, что точка рестрикции и G₁/S-точка есть одно и то же, но в более новых работах выяснилось, что это — две различные точки G₁-фазы, в которых отмечается прогресс клетки. Первая, точка рестрикции, зависит от факторов роста и определяет, уходить ли клетке в G₀-фазу, в то время как вторая контрольная точка зависит от питательных веществ и определяет, уходить ли клетке в S-фазу. Некоторые разногласия между исследователями приписывают тому, что одни из них изучали клетки млекопитающих, а другие — дрожжей.

G₁/S-контрольная точка

G₁/S-контрольная точка находится между началом G₁-фазы и S-фазы, в которой определяется переход клетки в S-фазу. Факторами, из-за которых клетка может не вступить в S-фазу, могут быть недостаток факторов роста, повреждения ДНК и другие особые обстоятельства.

В этой точке образование комплексом G₁/S-циклинов и циклинзависимых киназ (ЦЗК) подводит клетку к вступлению в новый цикл деления. Потом эти комплексы активируют S-ЦЗК комплексы, которые подводят клетку к репликации ДНК в S-фазе. Одновременно с этим активность комплекса стимуляции анафазы значительно уменьшается, что позволяет активироваться S- и М-циклинам.

Если клетка не может перейти в S-фазу, она вступает в покоящуюся G₀-фазу, где нет ни клеточного роста, ни деления.

G₁-фаза и рак

Во многих источниках подтверждается, что нарушения в G₁-фазе и G₁/S-контрольной точке приводят к неконтролируемому росту опухолей. В случаях, когда нарушения затрагивают G₁-фазу, это происходит главным образом потому, что гены, кодирующие регуляторные белки, семейства E2F приобретают неограниченную активность и увеличивают экспрессию генов G₁/S-циклинов, в результате чего клетка неконтролируемо вновь и вновь вступает в клеточный цикл.

Однако лекарства против некоторых форм рака также действуют на G₁-фазу клеточного цикла. При многих видах рака, в том числе рака молочной железы и рака кожи, можно предотвратить разрастание опухоли, не давая опухолевым клеткам вступать в G₁-фазу, предотвращая деление и распространение клеток.

Отрывок, характеризующий G1-фаза

В недостроенном доме на Варварке, внизу которого был питейный дом, слышались пьяные крики и песни. На лавках у столов в небольшой грязной комнате сидело человек десять фабричных. Все они, пьяные, потные, с мутными глазами, напруживаясь и широко разевая рты, пели какую то песню. Они пели врозь, с трудом, с усилием, очевидно, не для того, что им хотелось петь, но для того только, чтобы доказать, что они пьяны и гуляют. Один из них, высокий белокурый малый в чистой синей чуйке, стоял над ними. Лицо его с тонким прямым носом было бы красиво, ежели бы не тонкие, поджатые, беспрестанно двигающиеся губы и мутные и нахмуренные, неподвижные глаза. Он стоял над теми, которые пели, и, видимо воображая себе что то, торжественно и угловато размахивал над их головами засученной по локоть белой рукой, грязные пальцы которой он неестественно старался растопыривать. Рукав его чуйки беспрестанно спускался, и малый старательно левой рукой опять засучивал его, как будто что то было особенно важное в том, чтобы эта белая жилистая махавшая рука была непременно голая. В середине песни в сенях и на крыльце послышались крики драки и удары. Высокий малый махнул рукой.
– Шабаш! – крикнул он повелительно. – Драка, ребята! – И он, не переставая засучивать рукав, вышел на крыльцо.
Фабричные пошли за ним. Фабричные, пившие в кабаке в это утро под предводительством высокого малого, принесли целовальнику кожи с фабрики, и за это им было дано вино. Кузнецы из соседних кузень, услыхав гульбу в кабаке и полагая, что кабак разбит, силой хотели ворваться в него. На крыльце завязалась драка.
Целовальник в дверях дрался с кузнецом, и в то время как выходили фабричные, кузнец оторвался от целовальника и упал лицом на мостовую.
Другой кузнец рвался в дверь, грудью наваливаясь на целовальника.
Малый с засученным рукавом на ходу еще ударил в лицо рвавшегося в дверь кузнеца и дико закричал:
– Ребята! наших бьют!
В это время первый кузнец поднялся с земли и, расцарапывая кровь на разбитом лице, закричал плачущим голосом:
– Караул! Убили!.. Человека убили! Братцы!..
– Ой, батюшки, убили до смерти, убили человека! – завизжала баба, вышедшая из соседних ворот. Толпа народа собралась около окровавленного кузнеца.
– Мало ты народ то грабил, рубахи снимал, – сказал чей то голос, обращаясь к целовальнику, – что ж ты человека убил? Разбойник!
Высокий малый, стоя на крыльце, мутными глазами водил то на целовальника, то на кузнецов, как бы соображая, с кем теперь следует драться.
– Душегуб! – вдруг крикнул он на целовальника. – Вяжи его, ребята!
– Как же, связал одного такого то! – крикнул целовальник, отмахнувшись от набросившихся на него людей, и, сорвав с себя шапку, он бросил ее на землю. Как будто действие это имело какое то таинственно угрожающее значение, фабричные, обступившие целовальника, остановились в нерешительности.
– Порядок то я, брат, знаю очень прекрасно. Я до частного дойду. Ты думаешь, не дойду? Разбойничать то нонче никому не велят! – прокричал целовальник, поднимая шапку.
– И пойдем, ишь ты! И пойдем… ишь ты! – повторяли друг за другом целовальник и высокий малый, и оба вместе двинулись вперед по улице. Окровавленный кузнец шел рядом с ними. Фабричные и посторонний народ с говором и криком шли за ними.
У угла Маросейки, против большого с запертыми ставнями дома, на котором была вывеска сапожного мастера, стояли с унылыми лицами человек двадцать сапожников, худых, истомленных людей в халатах и оборванных чуйках.
– Он народ разочти как следует! – говорил худой мастеровой с жидкой бородйой и нахмуренными бровями. – А что ж, он нашу кровь сосал – да и квит. Он нас водил, водил – всю неделю. А теперь довел до последнего конца, а сам уехал.
Увидав народ и окровавленного человека, говоривший мастеровой замолчал, и все сапожники с поспешным любопытством присоединились к двигавшейся толпе.
– Куда идет народ то?
– Известно куда, к начальству идет.
– Что ж, али взаправду наша не взяла сила?
– А ты думал как! Гляди ко, что народ говорит.
Слышались вопросы и ответы. Целовальник, воспользовавшись увеличением толпы, отстал от народа и вернулся к своему кабаку.
Высокий малый, не замечая исчезновения своего врага целовальника, размахивая оголенной рукой, не переставал говорить, обращая тем на себя общее внимание. На него то преимущественно жался народ, предполагая от него получить разрешение занимавших всех вопросов.
– Он покажи порядок, закон покажи, на то начальство поставлено! Так ли я говорю, православные? – говорил высокий малый, чуть заметно улыбаясь.
– Он думает, и начальства нет? Разве без начальства можно? А то грабить то мало ли их.
– Что пустое говорить! – отзывалось в толпе. – Как же, так и бросят Москву то! Тебе на смех сказали, а ты и поверил. Мало ли войсков наших идет. Так его и пустили! На то начальство. Вон послушай, что народ то бает, – говорили, указывая на высокого малого.
У стены Китай города другая небольшая кучка людей окружала человека в фризовой шинели, держащего в руках бумагу.
– Указ, указ читают! Указ читают! – послышалось в толпе, и народ хлынул к чтецу.
Человек в фризовой шинели читал афишку от 31 го августа. Когда толпа окружила его, он как бы смутился, но на требование высокого малого, протеснившегося до него, он с легким дрожанием в голосе начал читать афишку сначала.
«Я завтра рано еду к светлейшему князю, – читал он (светлеющему! – торжественно, улыбаясь ртом и хмуря брови, повторил высокий малый), – чтобы с ним переговорить, действовать и помогать войскам истреблять злодеев; станем и мы из них дух… – продолжал чтец и остановился („Видал?“ – победоносно прокричал малый. – Он тебе всю дистанцию развяжет…»)… – искоренять и этих гостей к черту отправлять; я приеду назад к обеду, и примемся за дело, сделаем, доделаем и злодеев отделаем».
Последние слова были прочтены чтецом в совершенном молчании. Высокий малый грустно опустил голову. Очевидно было, что никто не понял этих последних слов. В особенности слова: «я приеду завтра к обеду», видимо, даже огорчили и чтеца и слушателей. Понимание народа было настроено на высокий лад, а это было слишком просто и ненужно понятно; это было то самое, что каждый из них мог бы сказать и что поэтому не мог говорить указ, исходящий от высшей власти.
Все стояли в унылом молчании. Высокий малый водил губами и пошатывался.
– У него спросить бы!.. Это сам и есть?.. Как же, успросил!.. А то что ж… Он укажет… – вдруг послышалось в задних рядах толпы, и общее внимание обратилось на выезжавшие на площадь дрожки полицеймейстера, сопутствуемого двумя конными драгунами.
Полицеймейстер, ездивший в это утро по приказанию графа сжигать барки и, по случаю этого поручения, выручивший большую сумму денег, находившуюся у него в эту минуту в кармане, увидав двинувшуюся к нему толпу людей, приказал кучеру остановиться.
– Что за народ? – крикнул он на людей, разрозненно и робко приближавшихся к дрожкам. – Что за народ? Я вас спрашиваю? – повторил полицеймейстер, не получавший ответа.
– Они, ваше благородие, – сказал приказный во фризовой шинели, – они, ваше высокородие, по объявлению сиятельнейшего графа, не щадя живота, желали послужить, а не то чтобы бунт какой, как сказано от сиятельнейшего графа…
– Граф не уехал, он здесь, и об вас распоряжение будет, – сказал полицеймейстер. – Пошел! – сказал он кучеру. Толпа остановилась, скучиваясь около тех, которые слышали то, что сказало начальство, и глядя на отъезжающие дрожки.
Полицеймейстер в это время испуганно оглянулся, что то сказал кучеру, и лошади его поехали быстрее.
– Обман, ребята! Веди к самому! – крикнул голос высокого малого. – Не пущай, ребята! Пущай отчет подаст! Держи! – закричали голоса, и народ бегом бросился за дрожками.
Толпа за полицеймейстером с шумным говором направилась на Лубянку.
– Что ж, господа да купцы повыехали, а мы за то и пропадаем? Что ж, мы собаки, что ль! – слышалось чаще в толпе.