0207; 08.04.2009, wykład nr 7., - Cykl komórkowy.; Paul Esz
Cykl komórkowy - jest to szereg zamian biofizycznych i biochemicznych komórki zachodzących między końcem
jednego a początkiem następnego podziału komórki.
Rys historyczny:
 1963 rok Howard i Pele wprowadzają pojęcie cyklu komórkowego.
 1873 rok W. Majzel opisał podział jądra w komórkach zwierzęcych
 1884 rok A. Strasburger autor terminów: profaza, metafaza, anafaza
 1878 i 1879 rok W. Fleming wprowadził do piśmiennictwa nazwę mitoza (1878) i chromatyna (1879)
 1888 rok W. Waldeyer opisał chromosomy
 1952 rok Mazia i Dan wyizolował nietknięty aparat mitotyczny
 1971 rok Yoshio i Smith odkryli MPF (czynnik indukujący mitozę)\
 2001 rok Hartwell, Nurse, Hunt otrzymali nagrodę Nobla za badania nad kinazami i cyklinami
Faza G1
 trwa od 6-12 godzin
 jest przerwą między zakończeniem podziału i początkiem fazy S
 przygotowanie komórki do podwojenia materiału genetycznego
 synteza RNA, enzymów, białek, węglowodanów i tłuszczów
 charakterystyczna dla danego typu komórki
 aktywność kompleksu CDK2
 pod koniec aktyna A aktywuje CDK2 i tworzy kompleks, który jest niezbędny do zainicjowania replikacji
Faza S
 trwa od 6-8 godzin
 replikacja DNA, który podwaja swoją zawartość z 2n do 4n
 zwiększenie rozmiarów jądra, chromatyna pozostaje zbitą masą
 synteza DNA ma początek w kilkunastu tysiącach miejsc cząsteczek DNA jądra, w punktach startowych
replikacji DNA
 DNA euchromatyny jest replikowany wcześniej, a heterochromatyny póz
niej
 z każdego punktu startowego synteza DNA odbywa się dwukierunkowo z prędkością 10-100 nukleotydów na
sekundę
 replikacji podlega cały DNA jądra i większość cząsteczek mitochondrialnego DNA
 syntezę DNA przeprowadzają kompleksy enzymatyczne replikony, które są składnikami macierzy jądra
 głównymi składnikami replikonów są helikaza oraz polimeraza alfa i delta
 helikaza rozszczepia podwójną helisę DNA i wytwarza widełki replikacyjne
 synteza DNA jest prowadzona przez polimerazy DNA alfa i delta
 koenzym polimerazy DNA delta to PCNA (odpowiedzialne za proliferację komórki)
 synteza DNA telomerów dokonuje enzym telomeraza
Faza G2
 synteza białek związanych z regulowaniem procesu podziałowego
 sprawdzenie czy ilość DNA została prawidłowo podwojona
 komórka nadal rośnie wraz ze wszystkimi jej organellami
 pod koniec G2 zaczyna się kondensacja chromatyny oraz synteza błony komórkowej, która jest
zużywana w czasie cytokinezy
 pod koniec fazy G2 tworzy się czynnik MPF (składa się z CDK1 oraz cykliny B)
Faza M
 trwa ok. 1 godzinę
 obejmuje dwa etapy: podział jądra  kariokinezę oraz podział cytoplazmy  cytokinezę
 istnieją dwa typy fazy M: mitoza w komórkach somatycznych i mejoza w komórkach rozrodczych
 w czasie kariokinezy zachodzi dalsza kondensacja chromatyny i utworzenie chromosomów mitotycznych oraz
rozdział każdego chromosomu na dwie chromatydy i ich przemieszczenie do komórek potomnych
 procesom tym towarzyszy wytworzenie a następnie rozpad wrzeciona podziałowego oraz zanik, a następnie
odtworzenie otoczki jądrowej
Faza G0
 komórki, które się nie dzielą, wycofują się z fazy G1 albo G2 do fazy G0
 decyzja i wejściu w fazę G0 najczęściej nie jest nieodwracalna
 komórka może wyjść z fazy G0 i skończyć podział
 komrki G0 mogą się dzielić ponownie po dostarczeniu im odpowiednich substancji odżywczych i czynnika
wzorstu
Komórki prawidłowe in vitro
 komórki prawidłowe in vitro
Komórki nowotworowe transformowane wirusem in vitro
 nie mogą zatrzymać wzrostu więc syntetyzują DNA przez kilka cykli i obumierają
Komórki transformowane nowotworowe czynnikami chemicznymi in vitro
Znaczenie praktyczne
 przejście komórek z fazy G1 do G0 np. w leczeniu nowotworów
 komórki G0 są niewrażliwe na cytostatyki (znajdują się w większości nowotworów), eliminuje się tylko z
nowotworu komórki znajdujące się w cyklu, kom. G0 pozostają nieuszkodzone  po pewnym czasie wchodzą
w c, kom. dają początek wznowie nowotworowej
Ze względu na charakter cyklu komórkowego wyróżnia się:
 komórki międzymitotyczne (labilne, zmienne): zachowują zdolność podziału (dzielą się w ciągu całego życia)
np. komórki postawne warstwy rozrodczej naskórka, nabłonka krypt jelitowych, komórki szpiku kostnego,
węzłów chłonnych
 komórki międzymitotyczne dojrzewające  łatwo podlegają wpływom środowiska i dojrzewające np. komórki
kolczyste naskórka czy spermatocyty
 komórki pomitotyczne  utraciły odwracalnie i nieodwracalnie zdolność do podziału i po mitozie stają się
 bezpotomne ; należą tu komórki bardzo wyspecjalizowane: nerwowe, wydzielnicze; Nefrocyty czy
hepatocyty - po dużym uszkodzeniu uzyskują zdolność do podziału (komórki pomitotvczne odwracalne lub
populacja wzrastająca-stable cells)
Regulacja cyklu komórkowego
 cykl jest inicjowany i regulowany przez wiele białek i ich kompleksy
 geny cyklu, których produkty białkowe pobudzają cykl to protoonkogeny, a te których produkty białkowe
hamują cykl nazywamy genami supresorowymi
 cykl komórkowy jest regulowany przez kinazy, cytokiny, inhibitory kinaz, cyklazy
 regulacja cyklu odbywa się przez uruchamianie kaskadowych reakcji fosforylacji i defosforylacji
 Fosforylacja  katalizowana przez kinazy białkowe
 Defosforylacja  przez fosfatazy
 Substraty kinaz  białka jądra i cytoplazmy
 Tyrozyna i treonina  najczęściej fosforylowane aminokwasy tych białek
Regulacja fazy G1/S
 odbywa się przez kontrolę przechodzenia komórki z G1 do S oraz kontrolę zakończenia syntezy DNA
 ważną rolę w regulacji przejścia G1 do S odgrywa: kompleks białka p34-cyklina A (nazywamy kinazą fazy S)
i białko P110Rb (może wiązać cyklinę A blokując jej wiązanie do p34), które może blokować przejście przez
punkt G1/S  hamować proliferację
 białko p34 to kinaza CDK2
Cykliny aktywują kinazy cyklino-zależne.
Przykładem CDK2 cyklina 2 (jest niezbędny do regulacji replikacji DNA)
Zadania kompleksu CDK2 cyklina 2
 jest niezbędny do regulacji replikacji DNA
 kontrola przejścia z fazy G2 do M
Białko Rb (p110Rb)
 inhibitor cyklu
 może blokować przejście przez punkt G1/S
Białko p53
 inhibitor cyklu
 strażnik genomu
 występuje w formie zmutowanej w około 50% nowotworów
Białko p34 (CDK2)
 kinaza fosforylująca reszty seryny i treoniny wielu białek
 ilość cząsteczek p34 jest stała podczas cyklu komórkowego
 zaliczane jest do grupy kinaz CDK (kinaza zależna od cykliny)  przejawia aktywność kinazy, kiedy
występuje w kompleksie z cykliną
Punkty kontrolny G1/S
 gen kodujący białko p53 chroni komórkę przed przemianą w komórkę nowotworową
 uszkodzenie DNA prowadzi do pobudzania kilku kinaz, które potrafią przyłączyć grupy fosforanowe do p53,
który jako czynnik transkrypcyjny uruchamia odczytywanie innych genów regulujących cyklu np. p21
 p21 odpowiada za zatrzymanie cyklu komórkowego na granicy faz G1/S
Punkt kontrolny replikacji DNA
 występuje w fazie S
 rozpoznaje
Punkt kontrolny G2/M
 czynnik MPF czynnika indukujący mitozę  heterodimer CDK1/cyklina B (kinaza fazy M)
 defosforylacja pre-MPF w aktywny MPF - powoduje przejście cyklu komórkowego z fazy G2 do fazy M
 kompleks kinazy CDK1 i cykliny B  indukujeprzejście
Punkt kontrolne w mitozie
 punkt kontrolny profaza/metafaza
 punkt kontrolny wrzeciona mitotycznego (metafaza/anafaza)
 punkt kontrolny pomiędzy anafazą i telofazą
Cykliny
 cykliny A,B (zwane mitotycznymi) oraz C, D i E
 cyklina A syntetyzowana de novo od fazy G1  jej stężenie rośnie w miarę upływu cyklu
 cyklina C,D i E syntetyzowana są w tym samym czasie, cyklina B w fazie G2
 maksymalne stężenie cyklin w metafazie/anafazie mitozy, następnie spada poprzez trawienie poprzez proteazy
Dokończenie cyklin oraz paru innych rzeczy będzie na przyszłym wykładzie...