การควบคุม DNA re-replication วัฎจักรของเซลล์ตัวอ่อน และการควบคุม
กระบวนการที่สำคัญที่ควบคุมวัฏจักรของเซลล์ในเซลล์ตัวอ่อนในระยะเริ่มต้น กระบวนการหนึ่งคือ “Re-replication block” กระบวนการดังกล่าวนี้เกิดขึ้นเพื่อให้มั่นใจว่าการเกิด DNA replication จะเกิดขึ้นเพียงครั้งเดียวในแต่ละวัฏจักรของเซลล์เท่านั้น กระบวนการดังกล่าวนี้ไม่ได้เกิดจากการควบคุมแบบย้อนกลับ (Feedback regulation) แต่เกิดจากกลไกในการจำกัดตนเอง (Self-limiting device) โดยการเปลี่ยนแปลงตนเองหลังการเกิด DNA replication
มีการทดลองที่ทำโดยการ Fusion เซลล์ในระยะต่างๆ กัน ในวัฏจักรของเซลล์มาตรฐานของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่เพาะเลี้ยงอยู่ (รูปที่ 16) โดยการ Fusion เซลล์ในระยะ S ซึ่งมีสารกระตุ้นให้เกิด DNA synthesis กับเซลล์ในระยะ G1 พบว่า เซลล์ในระยะ G1 ถูกกระตุ้นให้สร้าง DNA แต่เมื่อ Fusion เซลล์ในระยะ S กับเซลล์ในระยะ G2 พบว่า เซลล์ในระยะ G2 ไม่ถูกกระตุ้นให้สร้าง DNA อีก ส่วนเซลล์ที่อยู่ในระยะ S ดังกล่าวยังคงสร้าง DNA ต่อไป ทั้งนี้เชื่อว่าเพราะเซลล์ในระยะ G2 มีการสร้าง DNA เสร็จสิ้นแล้ว และได้สร้างกลไกขึ้นป้องกันไม่ให้เกิด DNA replication ซ้ำขึ้นอีก และเมื่อ Fusion เซลล์ในระยะ G1 กับ G2 พบว่า เซลล์ในระยะทั้งระยะ G1 และ G2 ยังคงดำเนินไปตามวัฏจักรปกติ ทั้งนี้เชื่อว่าสารที่กระตุ้นให้เกิด DNA synthesis ได้สลายไปเรียบร้อยแล้วนั่นเอง
Re-replication block, self-limiting device
1. S + G1 S-phase cytoplasm contains factors that induced condensation of chromosomes of G1-phase cell.
2. S + G2 G2 nucleus, having already replicated its DNA, is refractory to their action of MPF.
3. G1 + G2 G2 cell does not drive the G1 nucleus into DNA synthesis because the factors disappear when the cell moves into G2.

รูปที่ 16 การทดลองการเกิด DNA Re-replication block โดยการ Fusion เซลล์ในระยะ S กับเซลล์ในระยะ G1 พบว่า เซลล์ในระยะ G1 ถูกกระตุ้นให้สร้าง DNA แต่เมื่อ Fusion เซลล์ในระยะ S กับ G2 พบว่า เซลล์ในระยะ G2 ไม่ถูกกระตุ้นให้สร้าง DNA อีก ส่วนเซลล์ที่อยู่ในระยะ S ดังกล่าวยังคงสร้าง DNA ต่อไป และเมื่อ Fusion เซลล์ในระยะ G1 กับ G2 พบว่า เซลล์ในระยะทั้งระยะ G1 และ G2 ยังคงดำเนินไปตามวัฏจักรปกติ
กระบวนการควบคุม DNA Re-replication นี้ เชื่อว่ายุติลง ณ ช่วงใดช่วงหนึ่ง ระหว่างระยะที่ G2 สิ้นสุดลง และระยะ S ของวัฏจักรใหม่เกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม กระบวนการต่างๆ ในวัฏจักรของเซลล์ที่แตกต่างกัน จะมีลักษณะที่แตกต่างกันออกไป เช่น เซลล์ของแมลงวันที่กระบวนการเกิด DNA replication เกิดขึ้นได้มากมายหลายครั้งในวัฏจักรเดียว

เพื่อการดำรงอยู่ของเซลล์ เซลล์ที่เกิดขึ้นใหม่จะต้องได้รับสารพันธุกรรมที่ปกติอย่างครบถ้วน ในการแบ่งตัวของเซลล์ที่เกิดขึ้นทุกครั้ง ฉะนั้นกระบวนการ DNA replication ในระยะ S จึงต้องได้รับการควบคุมอย่างดี เพื่อให้มั่นใจว่ากระบวนการ DNA replication นี้ จะเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์เพียงครั้งเดียวเท่านั้น กระบวนการที่ควบคุมนี้เรียกว่า “Licensing ensure” จากการศึกษาในไข่กบ พบว่ามีการควบคุมโดยตัวควบคุมที่สำคัญ 2 ชนิด
          1. การควบคุมในทางส่งเสริม (posotive regulation) โดย Cdt1 และ
          2. การควบคุมในทางตรงข้ามหรือการยับยั้ง (negative regulation) โดย Geminin

เชื่อว่ากลไกการเกิด DNA replication เริ่มต้นจากโปรตีนสำคัญกลุ่มหนึ่งที่เข้าไปจับกับ Chromatin หรือเรียกว่า “Origin Recognition Complex (ORC)” การจับนี้กระตุ้นให้เกิดการจับของโปรตีนอื่นๆ ที่มีความจำเป็นสำหรับการเกิด DNA replication จากการศึกษาพบว่า โปรตีนที่สำคัญ 6 ชนิด จะจับกันเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่เรียกว่า “Minichromosome maintenance (MCM)” และหนึ่งใน 6 ชนิดนั้น คือเอนไซม์ helicase ที่สามารถคลายเกลียวของ DNA (unwind DNA) สารประกอบเชิงซ้อน MCM นี้ เป็นตัวควบคุมสำคัญในระยะ S และเชื่อว่าเป็นผู้เริ่มปฏิกิริยาที่สำคัญในการช่วยให้เอนไซม์ที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับ DNA replication สามารถทำปฏิกิริยากับ Chromatin ได้ (รูปที่ 17)
รูปที่ 17
โปรตีนเริ่มตั้งแต่ Origin Recognition Complex (ORC) ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีอยู่ทุกระยะตลอดวัฏจักรของเซลล์ ตามด้วยการทำงานของ “Loading factors” คือ Cdc6/18 และ Cdt1 และ Minichromosome maintenance (MCM) MCM นี้ เป็นตัวควบคุมสำคัญในระยะ S และเชื่อว่าเป็นผู้เริ่มปฏิกิริยาที่สำคัญในการช่วยให้เอนไซม์ที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับ DNA replication สำหรับโปรตีนกลุ่มที่เป็น Loading factors นี้ พบว่ามีอยู่ในนิวเคลียสและมีมากในระยะ S เชื่อว่า CDK ที่เกิดขึ้นในระยะ G1/S มีส่วนช่วยกระตุ้นกระบวนการดังกล่าวนี้ในขณะที่ CDK ที่เกิดขึ้นในระยะ G2/M ทำหน้าที่ยับยั้งกระบวนการดังกล่าวนี้
(click ที่ภาพเพื่อดูภาพเคลื่อนไหว)
ฉะนั้นก่อนที่เซลล์จะสร้างสารพันธุกรรมขึ้นครบ 2 ชุด ก่อนการแบ่งตัวนั้น เซลล์จะต้องได้รับการรับรอง หรืออนุญาตให้เกิด DNA replication และอาศัยการทำงานของสารประกอบเชิงซ้อนที่เป็นโปรตีน เริ่มตั้งแต่ ORC ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีอยู่ทุกระยะตลอดวัฏจักรของเซลล์ ตามด้วยการทำงานของ “Loading factors” คือ Cdc6/18 และ Cdt1 และ MCM โปรตีนกลุ่มที่เป็น Loading factors นี้ พบว่ามีอยู่ในนิวเคลียสและมีมากในระยะ S เชื่อว่า CDK ที่เกิดขึ้นในระยะ G1/S มีส่วนช่วยกระตุ้นกระบวนการดังกล่าวนี้ ในขณะที่ CDK ที่เกิดขึ้นในระยะ G2/M ทำหน้าที่ยับยั้งกระบวนการดังกล่าวนี้ เชื่อว่า Geminin เป็นสารสำคัญที่พบในนิวเคลียสในระยะ S ไปจนถึงระยะ M มีความสำคัญในการหยุดยั้งการเกิด DNA replication
การทดลองทำ Xenopus egg ซึ่งมี replication ในหลอดทดลองมาเติม Geminin ลงไป พบว่า Geminin ทำปฏิกิริยากับ Cdt1 และสามารถระงับการทำงานของ MCM กับโครมาติน และยับยั้งกระบวนการ DNA replication การศึกษาค้นคว้าเพิ่มเติมที่กำลังทำอยู่ก็คือพิสูจน์ว่า Geminin เป็นโครมาตินต้านมะเร็งหรือไม่ และเกิดการกลายพันธุ์ในเซลล์มะเร็งหรือไม่