מחזור התא

מחזור התא הוא מונח מתחום הביולוגיה של התא, המתאר סדרת שלבים המתרחשים במהלך חיי התא, מרגע היווצרותו מתא הורה עד אשר הוא מתחלק לתאי בת. סדרת התהליכים נחשבת מחזורית כיוון שהיא מתחדשת שוב ושוב מחלוקה לחלוקה.

ישנם מנגנוני בקרה השולטים בקצב חלוקת התא ושלבי המחזור האחרים, אשר משפיעים על משך כל שלב, ואף יכולים לעצור את המחזור ולקבע את אחד השלבים. דוגמה לכך מתרחשת ברוב תאי העצב, בתאים אלו מחזור התא מופסק בשלב G₁ כך שהם אינם מגיעים לשלב ההתחלקות, ולכן הם אינם מתרבים.

השלב הארוך ביותר של המחזור הוא האינטרפאזה. שלב האינטרפאזה הוא השם הכולל לשלושת תתי השלבים G1, G2 ו-S ( ללא שלב הM (מיטוזה), שלב החלוקה עצמה. את שלב זה נהוג לחלק לשלושה תתי-שלבים:

G₁ (מלשון Growth – גדילה): השלב המקדים להכפלת ה-DNA. בשלב זה התא מתפקד את תפקודו הרגיל לו הוא מיועד. תוך כדי כך נפחו גדל, מתבצע בו מטבוליזם נמרץ, וכמות החומרים בו (RNA וחלבונים) גדלה כמעט פי שניים.
S (מלשון synthesis): בשלב זה מוכפל ה-DNA שבגרעין. שלב זה נמשך בדרך כלל 3–6 שעות.
G₂: השלב שלאחר הכפלת ה-DNA. התא מתכונן לחלוקה. שלב זה נמשך בדרך כלל 2–5 שעות.

לתא מנגנונים אשר מסוגלים לעצור את מחזור התא בשלב G₁ מפאת תנאי הסביבה או אילוצים אחרים, אך מהרגע שהכפלת ה-DNA מתחילה המחזור לא ייפסק עד להגעה לשלב G₁ שנית. לכן ההבדלים בין תאים מתבטאים בעיקר באורכו של שלב G₁ ולא באורכם של השלבים האחרים, אשר די קבוע. כאשר שלב G₁ מופסק, התא עובר למעין שלב חדש המכונה G₀. תא יכול להישאר בשלב G₀ מרגע היווצרותו ועד למותו, ולא להמשיך במחזור התא כתאי עצב; אך יכול גם להישאר ב-G₀ לזמן פחות ממושך, וכשהתנאים מתאימים לחזור לשלב G₁.

מחזור התא מבוקר על ידי מערכת אותות תאיים ותהליכים מתוכננים מראש ובקפידה. במקרים בהם נפגמת בקרה זו של מחזור התא מסיבה זו או אחרת, התא מתחלק שוב ושוב ללא שליטה ונוצרת שאת סרטנית.

בשלב החלוקה (Mitosis/Meiosis) תתבצע פליגה ביצורים פרוקריוטיים ואילו תאי יצורים איקריוטיים יעברו מיטוזה או מיוזה, בהתאם לסוג התא. בתאים סומטיים יחל תהליך המיטוזה בו מתחלק גרעין תא דיפלואידי לשני גרעינים בעלי מספר כרומוזומים הזהה למספר הכרומוזומים בתא ההורה. לעומת זאת, בתאי נבט יחל תהליך המיוזה, בו תא ההורה מתחלק פעמיים עד לקבלת ארבעה תאים הפלואידיים – בעלי מחצית מכמות הכרומוזומים אשר היו בתא ההורה. שלב M מסתיים בציטוקינזה – חלוקת הציטופלזמה והתא כולו. לאחר השלמת שלב M חוזרים תאי הבת לשלב G₁.

האירועים המורכבים המתרחשים במהלך מחזור התא מבוקרים על ידי מספר קטן של חלבוני קינאזות הטרודימרים. הריכוזים של תת-היחידות הרגולטוריות של קינאזות אלו (הקרויות: ציקלינים), עולות ויורדות במהלך השלבים השונים של מחזור התא. הקינאזות הפועלות במחזור התא קרויות קינאזות תלויות ציקלין (Cdk; ראשי תיבות של Cyclin – dependent kinase), וזאת משום שהן חסרות כל פעילות קינאז כאשר הן אינן קשורות לציקלין. כל Cdk יכול להיקשר לציקלינים שונים, וזהות הציקלין היא שתקבע אילו חלבונים יזורחנו על ידי הקומפלקס Cdk-ציקלין.

כאשר התאים מעוררים לשכפול, קומפלקסי Cdk-ציקלין של שלב G₁ מכינים את התא לשלב ה-S על ידי אקטיבציה של פקטורי שעתוק שונים הגורמים לביטוי של גנים המקודדים לקומפלקסי Cdk-ציקלין של שלב ה-S וכן של אנזימים שונים הדרושים לסינתזה של הדנ"א. הפעילות של קומפלקסי Cdk-ציקלין של שלב ה-S מעוכבים בתחילת מחזור התא על ידי מעכב ספציפי. לאחר מכן, לקראת סוף שלב G₁, קומפלקסי Cdk-ציקלין של שלב G₁ מביאים לפירוק של מעכב זה, וכך גורמים לאקטיבציה של קומפלקסי Cdk-ציקלין של שלב ה-S המזרזים כניסה לשלב ה-S.

לאחר האקטיבציה שלהם, קומפלקסי Cdk-ציקלין של שלב ה-S מזרחנים אתרים רגולטוריים שונים הנמצאים בחלבונים המרכיבים את קומפלקס הקדם-שכפול (Pre-replication complex), שהתכנסו במהלך תחילת השעתוק שהתרחש בשלב G₁. לא זו בלבד שזרחון חלבונים אלו מאקטב את שלב האתחול של שכפול ה-DNA, הוא גם מונע התכנסות מחדש של קומפלקסי קדם-שעתוק חדשים. כתוצאה מכך, כל כרומוזום משוכפל פעם אחת בלבד במהלך מחזר תא יחיד, וכך התא מוודא שמספר הכרומוזומים הנכון יישמר גם אצל תאי הבת.

קומפלקסי Cdk-ציקלין של שלב המיטוזה מסונתזים כבר במהלך שלב ה-S ושלב ה-G₂, אך הפעילות שלהם מעוכבת עד לאחר שסינתזת הדנ"א מסתיימת. לאחר האקטיבציה שלהם, קומפלקסים אלו משרים דחיסה של הכרומוזומים, שבירה של מעטפת הגרעין, סידור של סיבי כישור החלוקה והתייצבותם של הכרומוזומים הדחוסים במישור המשווה. לאחר אירועים אלו, קומפלקסי Cdk-ציקלין אלו מאקטבים את יצירתו של קומפלקס APC, קומפלקס רב-חלבונים המכווין את מעכבי האנפאזה לפרוטאוליזה מתווכת-יוביקוויטין ובכך מוביל לאני-אקטיבציה של קומפלקסי החלבונים המחברים את הכרומטידות-אחיות בשלב המטפאזה. פירוק של מעכבים אלו מאפשר, למעשה, את המעבר לשלב האנפאזה, שבמהלכו נפרדות הכרומטידות האחיות זו מזו, וכל אחת מוסעת לעבר הקוטב אליו פנתה במטפאזה. בהמשך שלב האנפאזה, מכווין קומפלקס ה-APC את הציקלינים של שלב המיטוזה לפירוק פרוטאוליטי. כתוצאה מכך, הפעילות של קומפלקסי Cdk-ציקלין של שלב המיטוזה מתמעטת באופן משמעותי, דבר המאפשר לכרומוזומים החדשים שהופרדו להיות משוחררים ופחות דחוסים, וכן להתהוות של ממברנות הגרעין סביב 2 תאי הבת בשלב הטלופאזה וכן לחלוקת הציטופלזמה בין 2 תאי הבת במהלך הציטוקינזה.