- Khi một tế bào sinh trưởng, màng tế bào (và thành tế bào đối với tế bào thực vật) và hầu hết các thành phần của tế bào chất đều tăng lên về kích thước và hoặc số lượng. Khi tế bào đạt đến một khối lượng tới hạn thì tiến hành phân chia tạo ra 2 tế bào con nhỏ hơn. Dưới điều kiện thích hợp tế bào con sẽ sinh trưởng rồi lại phân chia. Nếu một tế bào muốn trải qua chu kỳ này, thì có 2 quá trình chính tế bào phải thực hiện một cách chính xác và đồng thời đó là: 1/ Vật chất di truyền phải được nhân đôi tái bản DNA theo nguyên tắc tái bảo tồn, 2/ 2 copy của vật chất di truyền phải được phân bố một cách trung thực về 2 tế bào con thông qua phân chia nguyên nhiễm.
- Vậy làm thế nào một tế bào biết được khi nào phải bắt đầu tái bảo DNA? bắt đầu co nhiễm sắc thể để phân chia nguyên nhiễm? bằng cách nào mà hai quá trình này xảy ra
một cách tuần tự để việc cô đặc nhiễm sắc thể nguyên nhiễm không bắt đầu trước khi DNA được nhân lên? Rõ ràng tế bào phải có một cơ chế nào đó để giữ được lịch trình một cách nghiêm khắc. Mặc dầu trả lời chi tiết vấn đề này hiện vẫn chưa có, nhưng cũng đang bắt đầu có một số câu trả lời và đã phát hiện được một số chất chính trong lưu dẫn điều khiển chu kỳ tế bào.
- Nghiên cứu về chu kỳ phân chia tế bào dạng đột biến cdc ở nấm
Schizosaccharomyces pombe và Saccharomyces cerevisia và nghiên cứu về quá trình
phân chia bị ngắt quãng xẩy ra ở phôi sinh con cóc Xenopus lacvis cho thấy có 2 thời điểm tế bào phải trải qua để qua các giai đoạn tiếp theo của chu kỳ tế bào (hình 17.1). Thời điểm đầu gọi là thời điểm bắt đầu, xảy ra vào thời điểm gần cuối pha G1, lúc này tế bào trở lên sẵn sàng bắt đầu tổng hợp DNA, ngay sau đó là thời điểm bắt đầu pha S. Thời điểm thứ 2 tế bào sẵn sàng trải qua cô đặc nhiễm sắc thể và tách các nhiễm sắc thể trong phân bào nguyên nhiễm. Quá trình này xảy ra lúc mới bắt đầu pha M. Bằng chứng gần đây chứng tỏ có một số protein điều hòa chính hoạt động như là những tín hiệu cho cả 2 bước bắt buộc trên.
- Yếu tố kích thích phân bào nguyên nhiễm MPF (mitosis- promoting factor) lần đầu tiên được phát hiện ở cóc. Khi MPF tiêm vào noãn bào cóc, nó đã kích thích noãn bào bước vào pha M phân chia. MPF có chứa ít nhất 2 thành phần cần thiết: 1/ các protein gọi là cyclins, chúng trải qua chu kỳ tổng hợp và tích lũy trong pha G1 và G2 và phân rã trong pha M; 2/ protein kinase đặc thù cho bắt đầu pha M gọi là PP34 (PP có nghĩa là Phospho protein là một protein có chứa nhóm phosphat ở chuỗi bên các amino acid đặc thù và khối lượng nặng 34.000 Dal), protein này là sản phẩm của gen cdc2 của nấm Schizosaccharomyces pombe và của gen CDC28 của nấm Saccharomyces
cerevisia. Các nghiên cứu gần đây cho thấy PP34 có liên quan đến cả 2 sự kiện bắt
buộc là khởi đầu và ngay đầu pha M. Hơn thế nữa nhiều kết quả còn cho thấy việc phosphoryl hóa và mất phospho ở một amino acid Tyrosine (Tyr 15, amino acid thứ 15 kể từ đầu amino) có thể điều khiển trực tiếp cả hai quá trình tái bản DNA và bắt đầu pha M khi PP34 tương tác với những cylin thích hợp (hình 17.1). Nghiên cứu gần đây còn cho thấy protein kinase PP34 tương tác với 2 lớp Cyclin, lớp một là M – cyclin, có
liên quan đến quá trình điều khiển pha M và lớp thứ 2 G1- Cyclin có liên quan đến quá trình bắt đầu phân chia.
- Mặc dầu còn một thành phần nữa trong lưu dẫn đang còn nghi là có liên quan đến điều khiển chu kỳ tế bào ở sinh vật nhán chuẩn, chất cyclins và protein kinase PP34 là thành phần chính và protein tương đồng được nhận diện ở một số sinh vật nhân chuẩn bao gồm cả người, ếch, nhím biển và sao biển. Một trong những khía cạnh hấp dẫn là đã phát hiện có một hoặc nhiều phân tử giống nhau có liên quan đến 2 bước bắt buộc, như thế chứng tỏ có một cơ chế nào đó theo đó tế bào có thể nhớ dựa trên cơ sở trạng thái hình thể của các phân tử này tại nơi chúng có mặt trong chu kỳ tế bào và vì thế đã tác động đồng thời một cách chính xác lên pha khởi đầu và pha M. Rõ ràng hiểu biết của chúng ta về các cơ chế phân tử kiểm tra các bước trải qua chu kỳ tế bào vẫn còn chưa được hoàn chỉnh. Tuy nhiên, các thông tin mới đây được tập hợp lại rất nhanh và chúng ta có thể dự đoán rằng bức tranh lưu dẫn điều khiển sự sinh trưởng và phân chia của tế bào sé có trong vài năm tới ít ra cũng có ở sinh vật nhân chuẩn đơn giản như nấm.