G2 Phase ระยะเตรียมพร้อมก่อนการแบ่งเซลล์ (Mitosis)

G2 phase หรือ Gap 2 phase (ระยะการเจริญเติบโตครั้งที่ 2) คือระยะย่อยที่สามของอินเตอร์เฟส (Interphase) ในวัฏจักรเซลล์ ซึ่งเกิดขึ้นโดยตรงก่อนการเข้าสู่กระบวนการไมโทซิส (Mitosis) โดยระยะนี้จะเกิดขึ้นหลังจากที่เซลล์ได้ทำการจำลอง DNA ในระยะ S phase เสร็จสมบูรณ์แล้ว และจะสิ้นสุดลงเมื่อเริ่มเข้าสู่ระยะโปรเฟส (Prophase) ซึ่งเป็นระยะแรกของการแบ่งนิวเคลียส

บทบาทสำคัญของระยะ G2

ระยะ G2 เป็นช่วงเวลาที่เซลล์มีการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วและมีการสังเคราะห์โปรตีนจำนวนมาก เพื่อเตรียมความพร้อมให้เซลล์สามารถเข้าสู่กระบวนการไมโทซิสได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ระยะ G2 ไม่ได้เป็นส่วนที่จำเป็นสำหรับเซลล์ทุกชนิด เช่น ในตัวอ่อนของกบ Xenopus หรือในเซลล์มะเร็งบางชนิด ซึ่งสามารถข้ามจากระยะจำลอง DNA ไปสู่การแบ่งเซลล์ได้ทันที

การควบคุมขนาดของเซลล์

มีสมมติฐานว่าการเจริญเติบโตในระยะ G2 ถูกใช้เป็นกลไกในการควบคุมขนาดของเซลล์ ตัวอย่างเช่น ในยีสต์ชนิด Schizosaccharomyces pombe มีการใช้กลไกการควบคุมเชิงพื้นที่ผ่าน Cdr2 เพื่อควบคุมการทำงานของ Wee1 ซึ่งเป็นตัวยับยั้งการเข้าสู่ไมโทซิส

กลไกทางชีวเคมีและการเข้าสู่ไมโทซิส

การสิ้นสุดของระยะ G2 และการเริ่มต้นไมโทซิสจะถูกกำหนดโดยระดับของคอมเพล็กซ์ cyclin B1/CDK1 หรือที่รู้จักในชื่อ Maturation Promoting Factor (MPF) เมื่อระดับของ MPF ถึงจุดวิกฤต (Threshold) เซลล์จะเข้าสู่ระยะไมโทซิสทันที

การสังเคราะห์และการสลายตัวของ Cyclin B1

ในระยะ G1 และ S phase ระดับของ Cyclin B1 จะถูกยับยั้งโดย anaphase-promoting complex (APC) ซึ่งเป็น E3 ubiquitin ligase ที่ทำหน้าที่สลายโปรตีน Cyclin B1 แต่เมื่อสิ้นสุดระยะ S phase การถอดรหัสพันธุกรรมจะเริ่มขึ้นเพื่อสร้าง Cyclin B1 โดยการกระตุ้นจากปัจจัยการถอดรหัส เช่น NF-Y, FoxM1 และ B-Myb

การควบคุมการทำงานของ Cyclin-B1/CDK1

แม้ว่าระดับของ Cyclin B1 จะเพิ่มขึ้นในระยะ G2 แต่คอมเพล็กซ์ Cyclin B1-CDK1 จะยังไม่ทำงานจนกว่าจะถึงเวลาที่เหมาะสม โดยมีกลไกการควบคุมดังนี้:

• การยับยั้ง: เอนไซม์ไคเนส Wee1 และ Myt1 จะทำการเติมหมู่ฟอสเฟต (Phosphorylation) เพื่อยับยั้งการทำงานของ CDK1
• การกระตุ้น: เอนไซม์ฟอสฟาเทสในตระกูล cdc25 จะนำหมู่ฟอสเฟตที่ยับยั้งออก ทำให้ Cyclin B1-CDK1 เปลี่ยนเป็นรูปแบบที่ทำงานได้สมบูรณ์ (MPF)

เมื่อ MPF เริ่มทำงาน มันจะสร้างวงจรป้อนกลับเชิงบวก (Positive Feedback Loop) โดยการยับยั้ง Wee1 และกระตุ้น Cdc25 ทำให้การเปลี่ยนผ่านจาก G2 ไปยัง M-phase เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและเด็ดขาดเหมือนการเปิดสวิตช์ (Bistable Switch)

การซ่อมแซม DNA ในระยะ G2

ในระหว่างระยะ S phase การจำลอง DNA จะทำให้เกิดซิสเตอร์โครมาทิด (Sister Chromatids) สองเส้นที่เกือบจะเหมือนกันทุกประการ ในระยะ G2 เซลล์สามารถซ่อมแซมการแตกหักของ DNA สายคู่ (Double-strand breaks) ได้โดยใช้กระบวนการ Homologous Recombinational Repair โดยใช้ซิสเตอร์โครมาทิดอีกเส้นหนึ่งเป็นแม่แบบในการซ่อมแซมให้ถูกต้องก่อนที่จะมีการแบ่งเซลล์