G2 phase
जी2 चरण, अंतराल 2 चरण, या वृद्धि 2 चरण, कोशिका चक्र में अंतर-चरण का तीसरा उप-चरण है जो सीधे माइटोसिस से पहले होता है। यह एस चरण के सफल समापन का अनुसरण करता है, जिसके दौरान कोशिका के डी. एन. ए. को दोहराया जाता है। जी2 चरण प्रोफेज़ की शुरुआत के साथ समाप्त होता है, माइटोसिस का पहला चरण जिसमें कोशिका का क्रोमैटिन गुणसूत्रों में संघनित होता है। जी2 चरण तेजी से कोशिका वृद्धि और प्रोटीन संश्लेषण की अवधि है जिसके दौरान कोशिका खुद को माइटोसिस के लिए तैयार करती है। दिलचस्प बात यह है कि जी2 चरण कोशिका चक्र का एक आवश्यक हिस्सा नहीं है, क्योंकि कुछ कोशिका प्रकार (विशेष रूप से युवा ज़ेनोपस भ्रूण और कुछ कैंसर) सीधे डीएनए प्रतिकृति से माइटोसिस तक आगे बढ़ते हैं। हालांकि आनुवंशिक नेटवर्क के बारे में बहुत कुछ जाना जाता है जो जी2 चरण और माइटोसिस में बाद के प्रवेश को नियंत्रित करता है, फिर भी इसके महत्व और विनियमन के बारे में बहुत कुछ खोजा जाना बाकी है, विशेष रूप से कैंसर के संबंध में। एक परिकल्पना यह है कि जी2 चरण में वृद्धि को कोशिका आकार नियंत्रण की एक विधि के रूप में नियंत्रित किया जाता है। विखंडन खमीर (स्किज़ोसेकेरोमाइसेस पोम्बे) को पहले वी 1 गतिविधि के सी. डी. आर. 2-मध्यस्थ स्थानिक विनियमन के माध्यम से इस तरह के तंत्र को नियोजित करने के लिए दिखाया गया है। हालांकि वीई1 माइटोटिक प्रवेश का एक काफी संरक्षित नकारात्मक नियामक है, जी2 में कोशिका आकार नियंत्रण का कोई सामान्य तंत्र अभी तक स्पष्ट नहीं किया गया है। जैव रासायनिक रूप से, जी2 चरण का अंत तब होता है जब सक्रिय साइक्लिन बी1/सीडीके1 कॉम्प्लेक्स का एक सीमा स्तर, जिसे परिपक्वता संवर्धन कारक (एम. पी. एफ.) के रूप में भी जाना जाता है, तक पहुँच जाता है। जी2 के दौरान इस परिसर की गतिविधि को सख्ती से नियंत्रित किया जाता है। विशेष रूप से, जी2 जांच चौकी सीडीके1 के अवरोधक विनियमन के माध्यम से डीएनए क्षति के जवाब में जी2 में कोशिकाओं को गिरफ्तार करती है। समरूप पुनर्संयोजित मरम्मत माइटोटिक एस चरण के दौरान, डी. एन. ए. प्रतिकृति दो लगभग समान बहन क्रोमैटिड्स का उत्पादन करती है। डीएनए डबल-स्ट्रैंड ब्रेक जो प्रतिकृति के आगे बढ़ने के बाद या जी2 चरण के दौरान उत्पन्न होते हैं, को कोशिका विभाजन होने से पहले ठीक किया जा सकता है (कोशिका चक्र का एम-चरण)। इस प्रकार, जी2 चरण के दौरान, एक बहन क्रोमैटिड में डबल-स्ट्रैंड ब्रेक की मरम्मत अन्य अक्षुण्ण बहन क्रोमैटिड को टेम्पलेट के रूप में उपयोग करके समरूप पुनर्संयोजन मरम्मत द्वारा की जा सकती है। जी2 का अंत/माइटोसिस में प्रवेश माइटोटिक प्रवेश सक्रिय साइक्लिन-बी1/सीडीके1 कॉम्प्लेक्स के एक सीमा स्तर द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसे साइक्लिन-बी1/सीडीसी2 या परिपक्वता संवर्धन कारक (एम. पी. एफ.) के रूप में भी जाना जाता है। सक्रिय साइक्लिन-बी1/सीडीके1 प्रारंभिक माइटोसिस में अपरिवर्तनीय क्रियाओं को ट्रिगर करता है, जिसमें सेंट्रोसोम पृथक्करण, परमाणु लिफाफा टूटना और स्पिंडल असेंबली शामिल हैं। कशेरुकियों में, पाँच साइक्लिन बी आइसोफॉर्म (बी1, बी2, बी3, बी4 और बी5) हैं, लेकिन माइटोटिक प्रवेश को विनियमित करने में इनमें से प्रत्येक आइसोफॉर्म की विशिष्ट भूमिका अभी भी स्पष्ट नहीं है। यह ज्ञात है कि साइक्लिन बी1 साइक्लिन बी2 (और ड्रोसोफिला में इसके विपरीत) दोनों के नुकसान की भरपाई कर सकता है। सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया में छह बी-प्रकार के साइक्लिन (सी. एल. बी. 1-6) होते हैं, जिसमें सी. एल. बी. 2 कार्य के लिए सबसे आवश्यक होता है। कशेरुकी और एस. सेरेविसिया दोनों में, यह अनुमान लगाया जाता है कि कई बी-प्रकार के चक्रवातों की उपस्थिति विभिन्न चक्रवातों को जी2/एम संक्रमण के विभिन्न हिस्सों को नियंत्रित करने की अनुमति देती है, जबकि संक्रमण को गड़बड़ी के लिए मजबूत भी बनाती है। बाद की चर्चा स्तनधारी कोशिकाओं में साइक्लिन बी1/सी. डी. के. के स्थानिक और अस्थायी सक्रियण पर ध्यान केंद्रित करेगी, लेकिन इसी तरह के मार्ग अन्य मेटाज़ोन और एस. सेरेविसिया दोनों में लागू होते हैं। साइक्लिन बी1 संश्लेषण और क्षरण साइक्लिन बी1 स्तरों को जी1 और एस चरणों में एनाफ़ेज़-प्रमोटिंग कॉम्प्लेक्स (एपीसी) द्वारा दबा दिया जाता है, जो एक ई3 यूबीक्विटिन लाइगेज है जो प्रोटीयोलिसिस के लिए साइक्लिन बी1 को लक्षित करता है। प्रतिलेखन डीएनए प्रतिकृति के बाद एस चरण के अंत में शुरू होता है, अपस्ट्रीम जी1 और जी1/एस साइक्लिन-सीडीके परिसरों द्वारा एनएफ-वाई, फॉक्सएम1 और बी-मायब जैसे प्रतिलेखन कारकों के फॉस्फोराइलेशन के जवाब में। साइक्लिन-बी1/सीडीके1 गतिविधि का विनियमन साइक्लिन बी1 के बढ़े हुए स्तर के कारण पूरे जी2 में साइक्लिन बी1-सीडीके1 परिसरों का स्तर बढ़ता है, लेकिन वी1 और मायट1 काइनेस द्वारा अवरोधक फॉस्फोराइलेशन के कारण जी2/एम संक्रमण से पहले परिसर निष्क्रिय रहता है। वीई1 मुख्य रूप से नाभिक के लिए स्थानीयकृत है और टायर15 स्थल पर कार्य करता है, जबकि मायट1 ईआर की बाहरी सतह पर स्थानीयकृत है और मुख्य रूप से थ्र14 स्थल पर कार्य करता है। वी. ई. 1 और मायट 1 के प्रभावों का सी. डी. सी. 25 परिवार में फॉस्फेट द्वारा प्रतिकार किया जाता है, जो सी. डी. के. 1 पर अवरोधक फॉस्फेट को हटा देते हैं और इस प्रकार साइक्लिन बी1-सी. डी. के. 1 कॉम्प्लेक्स को इसके पूरी तरह से सक्रिय रूप, एम. पी. एफ. में परिवर्तित कर देते हैं। सक्रिय साइक्लिन बी1-सीडीके1 फॉस्फोराइलेट्स और वी1 और सीडीसी25 आइसोफॉर्म ए और सी की गतिविधि को संशोधित करता है। विशेष रूप से, सीडीके1 फॉस्फोराइलेशन वी1 काइनेज गतिविधि को रोकता है, मध्यवर्ती काइनेज पीएलके1 को सक्रिय करके सीडीसी25सी फॉस्फेटेज गतिविधि को सक्रिय करता है, और सीडीसी25ए को स्थिर करता है। इस प्रकार, सी. डी. के. 1 सी. डी. सी. 25 के साथ एक सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप और वी. ई. 1 (अनिवार्य रूप से एक शुद्ध सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप) के साथ एक दोहरी नकारात्मक प्रतिक्रिया लूप बनाता है। सकारात्मक प्रतिक्रिया और स्विच जैसी सक्रियता ये सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप साइक्लिन बी1 स्तरों के सापेक्ष सीडीके1 गतिविधि में एक हिस्टेरेटिक बिस्टेबल स्विच को कूटबद्ध करते हैं (चित्र देखें)। इस परिवर्तन की विशेषता साइक्लिन बी1 सांद्रता के द्विस्तरीय क्षेत्र पर दो अलग-अलग स्थिर संतुलन है। एक संतुलन अंतर-चरण से मेल खाता है और इसकी विशेषता साइक्लिन-बी1/सी. डी. के. 1 और सी. डी. सी. 25 की निष्क्रियता और उच्च स्तर की वी1 और मायट1 गतिविधि है। अन्य संतुलन एम-चरण से मेल खाता है और इसकी विशेषता साइक्लिन-बी1/सी. डी. के. 1 और सी. डी. सी. 25 की उच्च गतिविधि और कम वी1 और मायट1 गतिविधि है। द्विस्तरीयता की सीमा के भीतर, एक कोशिका की स्थिति इस बात पर निर्भर करती है कि क्या यह पहले अंतर-चरण या एम-चरण में थीः एम-चरण में प्रवेश करने के लिए सीमा सांद्रता न्यूनतम सांद्रता से अधिक है जो एक बार कोशिका के पहले से ही अंतर-चरण से बाहर निकलने के बाद एम-चरण गतिविधि को बनाए रखेगी। वैज्ञानिकों ने जी2/एम संक्रमण की द्विगुणित प्रकृति को सैद्धांतिक और अनुभवजन्य दोनों रूप से मान्य किया है। नोवाक-टायसन मॉडल से पता चलता है कि साइक्लिन-बी/सी. डी. के. 1-सी. डी. सी. 25-वी 1-मायट 1 फीडबैक लूप का प्रतिरूपण करने वाले विभेदक समीकरण साइक्लिन-बी सांद्रता की एक श्रृंखला पर दो स्थिर संतुलन को स्वीकार करते हैं। प्रायोगिक रूप से, अंतर्जनित साइक्लिन बी1 संश्लेषण को अवरुद्ध करके और गैर-अपघटनीय साइक्लिन बी1 की अलग-अलग सांद्रता के साथ अंतर-चरण और एम-चरण कोशिकाओं को अनुमापन करके द्विगुणता को मान्य किया गया है। इन प्रयोगों से पता चलता है कि एम-चरण में प्रवेश करने के लिए सीमा सांद्रता एम-चरण से बाहर निकलने के लिए सीमा से अधिक हैः इंटरफ़ेज़ से बाहर निकलने वाली कोशिकाओं के लिए परमाणु लिफाफा टूटना 32-40 nm साइक्लिन-B1 के बीच होता है, जबकि नाभिक पहले से ही एम-चरण में कोशिकाओं में 16-24 nm से ऊपर की सांद्रता पर विघटित रहता है। यह अस्थिर, हिस्टेरेटिक बदलाव कम से कम तीन कारणों से शारीरिक रूप से आवश्यक है। सबसे पहले, जी2/एम संक्रमण कई घटनाओं की शुरुआत का संकेत देता है, जैसे कि गुणसूत्र संघनन और परमाणु लिफाफा टूटना, जो कोशिका की आकृति विज्ञान को स्पष्ट रूप से बदल देते हैं और केवल कोशिकाओं को विभाजित करने में व्यवहार्य होते हैं। इसलिए यह आवश्यक है कि साइक्लिन-बी1/सीडीके1 सक्रियण एक स्विच जैसे तरीके से होता है; अर्थात, कोशिकाओं को संक्रमण के बाद तेजी से एक असतत एम-चरण अवस्था में बसना चाहिए, और मध्यवर्ती अवस्थाओं की निरंतरता में नहीं रहना चाहिए (जैसे, आंशिक रूप से विघटित परमाणु लिफाफे के साथ)। इस आवश्यकता को सीडीके1 गतिविधि के अंतर-चरण और एम-चरण संतुलन स्तरों को अलग करने वाली तेज असंतुलन द्वारा पूरा किया जाता है; जैसे-जैसे साइक्लिन-बी सांद्रता सक्रियण सीमा से आगे बढ़ती है, कोशिका तेजी से एम-चरण संतुलन में बदल जाती है। दूसरे, यह भी महत्वपूर्ण है कि जी2/एम संक्रमण एक दिशात्मक रूप से हो, या प्रति कोशिका चक्र में केवल एक बार जैविक प्रणालियाँ स्वाभाविक रूप से शोर मचाती हैं, और जी2/एम संक्रमण के लिए सीमा के पास साइक्लिन बी1 सांद्रता में छोटे उतार-चढ़ाव से कोशिका अंतर-चरण और एम-चरण अवस्थाओं के बीच आगे-पीछे न जाए। यह स्विच की द्विस्तरीय प्रकृति द्वारा सुनिश्चित किया जाता हैः एम-चरण अवस्था में कोशिका संक्रमण के बाद, साइक्लिन बी की सांद्रता में छोटी कमी कोशिका को इंटरफ़ेज़ में वापस जाने का कारण नहीं बनती है। अंत में, कोशिका चक्र की निरंतरता के लिए साइक्लिन-बी/सी. डी. के. 1 गतिविधि में निरंतर दोलन की आवश्यकता होती है क्योंकि कोशिका और उसके वंशज एम-चरण के अंदर और बाहर संक्रमण करते हैं। नकारात्मक प्रतिक्रिया इस दीर्घकालिक दोलन का एक आवश्यक तत्व प्रदान करती हैः साइक्लिन-बी/सीडीके एपीसी/सी को सक्रिय करता है, जो मेटाफ़ेज़ के बाद से साइक्लिन-बी के क्षरण का कारण बनता है, जिससे सीडीके1 अपनी निष्क्रिय स्थिति में वापस आ जाता है। हालांकि, सरल नकारात्मक प्रतिक्रिया लूप नम दोलनों को जन्म देते हैं जो अंततः एक स्थिर स्थिति में बस जाते हैं। काइनेटिक मॉडल से पता चलता है कि नकारात्मक प्रतिक्रिया लूपों के साथ-साथ बिस्टेबल सकारात्मक प्रतिक्रिया रूपांकनों से लंबे समय तक कोशिका साइकिल चलाने के लिए आवश्यक प्रकार के निरंतर, गैर-नम दोलन (विश्राम ऑसिलेटर देखें) हो सकते हैं। सकारात्मक प्रतिक्रिया ऊपर वर्णित सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप, जिसमें साइक्लिन-बी1/सीडीके1, वी1 और मिस्ट1 को रोककर और सीडीसी25 को सक्रिय करके अपने स्वयं के सक्रियण को बढ़ावा देता है, स्वाभाविक रूप से प्रतिक्रिया लूप को शुरू करने के लिए एक "ट्रिगर" तंत्र को शामिल नहीं करता है। हाल ही में, इस बदलाव की शुरुआत को विनियमित करने में साइक्लिन ए2/सीडीके परिसरों के लिए अधिक महत्वपूर्ण भूमिका का सुझाव देने वाले साक्ष्य सामने आए हैं। साइक्लिन ए2/सीडीके2 गतिविधि प्रारंभिक एस चरण में शुरू होती है और जी2 के दौरान बढ़ती है। सी. डी. सी. 25. बी. को उपरोक्त सी. डी. के. 1 तंत्र के समान तरीके से सी. डी. के. 2 पर प्रारंभिक से मध्य जी. 2 में डीफॉस्फोरिलेट टायर15 के लिए दिखाया गया है। यू2ओएस कोशिकाओं में साइक्लिन ए2 का डाउनरेगुलेशन वी1 गतिविधि को बढ़ाकर और पीएलके1 और सीडीसी25सी गतिविधि को कम करके साइक्लिन-बी1/सीडीके1 सक्रियण में देरी करता है। हालांकि, साइक्लिन ए2/सीडीके परिसर जी2 में साइक्लिन बी1/सीडीके1 के सक्रियक के रूप में सख्ती से काम नहीं करते हैं, क्योंकि सीडीके2 को पी53-स्वतंत्र जी2 जांच बिंदु गतिविधि के सक्रियण के लिए आवश्यक दिखाया गया है, शायद सीडीसी6 पर एक स्थिर फॉस्फोराइलेशन के माध्यम से। सी. डी. के. 2-/-कोशिकाओं में भी सी. डी. सी. 25ए का असामान्य रूप से उच्च स्तर होता है। साइक्लिन ए2/सीडीके1 को सीडीसी25बी के प्रोटीसोमल विनाश में मध्यस्थता करने के लिए भी दिखाया गया है। इन मार्गों को अक्सर कैंसर में विनियमित किया जाता है। स्थानिक विनियमन साइक्लिन बी1-सीडीके1 सक्रियण के द्विस्तरीय और हिस्टेरेटिक पहलुओं के अलावा, उपकोशिकीय प्रोटीन स्थानीयकरण का विनियमन भी जी2/एम संक्रमण में योगदान देता है। निष्क्रिय साइक्लिन बी1-सीडीके1 साइटोप्लाज्म में जमा होता है, साइटोप्लाज्मिक सीडीसी25 द्वारा सक्रिय होना शुरू हो जाता है, और फिर प्रोफेस के दौरान नाभिक में तेजी से अलग हो जाता है (क्योंकि यह आगे सक्रिय होता है)। स्तनधारियों में, साइक्लिन बी1/सीडीके1 का नाभिक में स्थानांतरण साइक्लिन बी1 के साइटोप्लाज्मिक प्रतिधारण स्थल (सीआरएस): एस116, एस26, एस128, एस133 और एस147 पर पांच सेरीन स्थलों के फॉस्फोराइलेशन द्वारा सक्रिय होता है। जेनोपस लेविस में, साइक्लिन बी1 में चार अनुरूप सी. आर. एस. सेरीन फॉस्फोराइलेशन साइट (एस94, एस96, एस101 और एस113) होते हैं जो दर्शाते हैं कि यह तंत्र अत्यधिक संरक्षित है। साइक्लिन बी1 के परमाणु निर्यात संकेत (एनईएस) के फॉस्फोराइलेशन द्वारा परमाणु निर्यात भी निष्क्रिय हो जाता है। इन फॉस्फोराइलेशन स्थलों के नियामक अभी भी काफी हद तक अज्ञात हैं, लेकिन कई कारकों की पहचान की गई है, जिनमें बाह्य कोशिकीय संकेत-विनियमित काइनेस (ईआरके), पीएलके1 और स्वयं सीडीके1 शामिल हैं। फॉस्फोराइलेशन के कुछ सीमा स्तर तक पहुँचने पर, नाभिक में साइक्लिन बी1/सीडीके1 का स्थानान्तरण बेहद तेज़ होता है। एक बार नाभिक में, साइक्लिन बी1/सीडीके1 फॉस्फोरिलेट माइटोसिस की तैयारी में कई लक्ष्यों को निर्धारित करता है, जिसमें हिस्टोन एच1, न्यूक्लियर लैमिन, सेंट्रोसोमल प्रोटीन और माइक्रोट्यूबुल से जुड़े प्रोटीन (एमएपी) शामिल हैं। सी. डी. सी. 25 का उपकोशिकीय स्थानीयकरण भी प्रोफेज़ के दौरान साइटोसोल से नाभिक में स्थानांतरित हो जाता है। यह न्यूक्लियर लोकलाइजेशन सीक्वेंस (एन. एल. एस.)-ऑब्स्क्यूरिंग फॉस्फेट और न्यूक्लियर एक्सपोर्ट सिग्नल के फॉस्फोराइलेशन को हटाने के माध्यम से पूरा किया जाता है। ऐसा माना जाता है कि नाभिक में सी. डी. सी. 25 और साइक्लिन-बी1/सी. डी. के. 1 का एक साथ परिवहन प्रोटीन की प्रभावी सांद्रता को बढ़ाकर संक्रमण की स्विच जैसी प्रकृति को बढ़ाता है। जी2/एम डी. एन. ए. क्षति गिरफ्तारी कोशिकाएँ जी2/एम संक्रमण में देरी करके जी2 चरण में डी. एन. ए. क्षति या अपूर्ण रूप से प्रतिकृति गुणसूत्रों का जवाब देती हैं ताकि क्षतिग्रस्त गुणसूत्रों को अलग करने के प्रयासों को रोका जा सके। किनेस ए. टी. एम. और ए. टी. आर. द्वारा डी. एन. ए. क्षति का पता लगाया जाता है, जो सी. डी. सी. 25 के एक अवरोधक किनेस सी. एच. के. 1 को सक्रिय करता है। सी. एच. के. 1 सी. डी. सी. 25 गतिविधि को सीधे और नाभिक से इसके बहिष्कार को बढ़ावा देने से रोकता है। शुद्ध प्रभाव एम-चरण में हिस्टेरेटिक संक्रमण शुरू करने के लिए आवश्यक साइक्लिन बी1 की सीमा में वृद्धि है, जो प्रभावी रूप से जी2 में कोशिका को तब तक रोकता है जब तक कि होमोलॉजी-निर्देशित मरम्मत (ऊपर देखें) जैसे तंत्र द्वारा क्षति की मरम्मत नहीं की जाती है। जी2 गिरफ्तारी के दीर्घकालिक रखरखाव की मध्यस्थता पी53 द्वारा भी की जाती है, जो डी. एन. ए. क्षति के जवाब में स्थिर होता है। सीडीके1 पी53 के तीन प्रतिलेखन लक्ष्योंः पी21, गैड45, और 14-3-3 σ द्वारा सीधे बाधित होता है। निष्क्रिय साइक्लिन बी1/सीडीके1 को नाभिक में पी21 द्वारा अलग किया जाता है, जबकि सक्रिय साइक्लिन बी1/सीडीके1 परिसरों को साइटोप्लाज्म में 14-3-3 σ द्वारा अलग किया जाता है। गैड45 सी. डी. के. 1 के साथ सीधे संपर्क के माध्यम से साइक्लिन बी1 और सी. डी. के. 1 के बंधन को बाधित करता है। पी53 सीधे प्रतिलेखन द्वारा सीडीके1 को दबाता है। जी2/एम संक्रमण में शामिल कई जीनों में उत्परिवर्तन कई कैंसरों में शामिल हैं। साइक्लिन बी और सी. डी. के. 1 दोनों की अत्यधिक अभिव्यक्ति, अक्सर पी53 जैसे ट्यूमर सप्रेसर्स के नुकसान के कारण, कोशिका प्रसार में वृद्धि हो सकती है। इन परिवर्तनों को कम करने के लिए प्रयोगात्मक दृष्टिकोणों में सीडीके1 का औषधीय अवरोध और साइक्लिन बी1 अभिव्यक्ति का डाउनरेगुलेशन (जैसे, एसआईआरएनए के माध्यम से) दोनों शामिल हैं। कीमोथेरेपी अनुप्रयोगों के लिए जी2/एम संक्रमण को संशोधित करने के अन्य प्रयासों ने डी. एन. ए. क्षति जांच बिंदु पर ध्यान केंद्रित किया है। सीएचके1 के अवरोध के माध्यम से जी2/एम चेकप्वाइंट को औषधीय रूप से दरकिनार करने से अन्य कीमोथेरेपी दवाओं की साइटोटॉक्सिसिटी में वृद्धि होती है। चेकप्वाइंट को बायपास करने से हानिकारक उत्परिवर्तनों का तेजी से संचय होता है, जिसके बारे में सोचा जाता है कि यह कैंसर कोशिकाओं को एपोप्टोसिस में ले जाता है। इसके विपरीत, जी2/एम गिरफ्तारी को बढ़ाने के प्रयासों को भी डॉक्सोरूबिसिन जैसी दवाओं की साइटोटॉक्सिसिटी को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है। ये दृष्टिकोण अनुसंधान के नैदानिक और पूर्व-नैदानिक चरणों में बने हुए हैं। संदर्भ कक्ष चक्र 12345678910