The elusive cytostatic factor in the animal egg
|
Деление яйцеклетки подавлено из-за накопления в ней во время оогенеза ингибитора клеточного деления. Кандидатами на роль этого ингибитора выступали от двуокиси углерода до сложных метаболических ингибиторов.
Boxes Box 1 | The search for the cytostatic factor The criteria for putative is that they should: Appear during oocyte maturation. Disappear during fertilization (egg activation). Be destroyed under the same physico-chemical conditions as those that cause egg activation. Provide the arrested zygote with same properties as those of the unfertilized egg. Inhibit mitosis of the zygote reversibly.
Box 2 | Criteria for identifying c-Mos as the cytostatic factor Both arrest meiosis and mitosis at metaphase. Both appear in unfertilized eggs, but disappear in fertilized eggs. Both are destroyed in vivo by egg activation and in vitro by Ca2+ ions. Both are neutralized and immunodepleted with the same antibodies against Mos. Both depend on phosphorylation for their activities. Both are sedimented in egg extracts in the same manner (150,000 g for 6 h).
Links DATABASE LINKS | | | | |
Discovery of the cytostatic factorУ позвоночных созревание ооцита заканчивается в первом мейозе, но яйцеклетка арестовывается в метафазе второго мейотического деления (metaphase II). Оплодотворение активирует яйцеклетку, освобождая ее от ареста
(Рис.1.)
Мaturation-promoting factor (MPF) активируется в цитоплазме ооцита в ответ на прогестерон и остается активным в яйце. НО активность MPF заметно снижается после того как яйцо активируется в результате оплодотворения или укола стекляной иглой (Рис.1).
Когда цитоплазма зиготы инъецируется в бластомер , дробление не ингибируется, указывая тем самым, что инициация дробления м.б. результатом удаления ингиибрующего фактора из яйца путем оплодотворения. Было предположено, что специфический цитоплазматический фактор или факторы [в неоплодтворенном яйце] ответствены за ингибирование митозов и дроблений.
(Рис.2.)
Бластомер, арестованный цитостатическим фактором и неоплодотворенное яйцо обнаруживают одни и теже цитологические признаки - оба имеют митотический аппарат. содержащий конденсированные хромосомы, но отсутствуют звезды (Рис.2) и их цитоалазма обнаруживает хромосом-конденсирующую активность так же как и активность MPF. Обусловленная цитостатическим фактором ингибиция клеточного деления была обратимой, т.е. ингибиция не была обусловлена неспецифической токсичностью этго фактора.
Biochemical characterization
Даже легкое повреждение кортекса вызывало инактивацию цитостатического фактора и MPF. В 1977, было установлено, что добавление Ca2+ или удаление Mg2+ из экстрактов быстро вызывает потерю активности цитостатического фактора. В 1988 удвлось не только стабилизировать, но даже усилить активность цитостатического фактора, используя ингибиторы фосфатазы и АТФ. IВ 1989 было показано, что этот фактор чувствителен к протеазам и резистентен к РНКазе, sedimentation coefficient of 3S. Следовательно, цитостатический фактор является небольшим белком, активируемым за счет Mg2+-зависимого фосфорилирования, но инактивируется с помощью ионов Ca2+ ( , Box 2 ).
Выявлено сходство между цитостатическим фактором и Mos — протеин-киназой, кодируемой прото-онкогеном c-mos — (Box 2 ). Предположили, что " c- mos proto-oncogene product, pp39mos ( ), является или эндогенным мейотическим ингибитором яиц амфибий, цитостатическим фактором, или его каталитическим компонентом. Mos обнаружен не только у лягушек, но и у других позвоночных, даже у морких звезд, у которых ооциты не арестовываются в метафазе II ( ).
Destruction of the cytostatic factor
Внутриклеточный Ca2+ является универсальным активатором яиц , его введение инактиврует цитостатический фактор. Деструкция цитостатического фактора вызывается также Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II ( ) ( ).
Имеющиеся данные указывают на то, что стабильность цитостатического фактора зависит от постоянного синтеза белка и/или фосфорилирования.
Активность цитостатического фактора зависит также от состояния микротрубочек в яйце. Тяжелая вода (deuterium oxide, D2O), которая усиливает сборку микротрубочек активирует яйца морского ежа, тритонов, мышей. Потеря цитостатического фактора под действием D2O продемонстрирована на яйцах тритонов. Напротив, яйцеклетки мыши, обработанные microtubule-disassembling агентами, такими как nocodazole и colcemid, не могут быть активированы ионофорами A23187, 6-DMAP или ингибитором белковго синтеза. Однако, если такие яйцеклетки обработать ионофором A23187 и затем действовать или 6-DMAP или ингибитором синтеза белка, то яйца активируются.
Action of the cytostatic factor
Активация Mos ведет к mitogen-activated protein kinase ( ) каскаду. Микроинъекция thiophosphorylated MAPK в один из бластомеров двухклеточного эмбриона индуцирует метафазный арест сходный с арестом, индуцируемым c-Mosxe. Более того ооциты мыши без c-mos гена лишены активной MAPK и спонтанно активируются. Наконец, один из MAPK-activated белков, 90 kDa ribosomal protein S6 kinase (p90Rsk), обладает активностью цитостатического фактора. Эти результаты указывают на то, что MAPK каскад, инициируемый Mos, обеспечивает действие цитостатического фактора ( ).
Установлено, что p90Rsk гиперфосфорилирует , компонент anaphase-promoting complex (APC), чтобы предупредить деградацию cyclin B. Следовательно, одним из путей, с помощью которого MAPK каскад обеспечивает управляемый цитостатическим фактором митотический арест м.б. подавление APC для поддержания активности MPF. Однако этот арест м. и не зависеть от активности MPF . Этот арест также м. не зависеть от регуляции checkpoint сборки веретена.
Следовательно, нельзя исключить другой возможности, что цитостатический фактор арестовывает митоз непосредственно ингибируя подвижность хромосом во время расхождения их к полюсам. На эо указывает наблюдение, что Mos, MAPK и centromere-binding kinesin-like protein ( ) локализованы вместе в кинетохорах хромосом и что"CENPE is modified or masked during the natural, Mos-dependent, cell-cycle arrest that occurs at metaphase II".
Future directions
Одним из направлений будущих исследований является идентификация цитостатического фактора и выяснение механизма его действия. Нужны новые методы стабилизации цитостатического фактора в экстрактах яиц.
Созревающие ооциты подвергаются аресту в метафазе I у насекомых, моллюсков и асцидий и в метафазе II у позвоночных. vertebrates. Лишь иглокожие (такие как морские звезды и морские ежи ) и coelenterates (напр.,, jellyfish) позволяют ооцитам закончить мейоз и арест происходит на стадии пронуклеуса вплоть до оплодотворения
|
|---|