0107; 06.04.2009, cwiczenia nr 7., - Cykl komórek nowotworowych.; Paul Esz

Podział komórki

–

podział jądra (kariokineza)

–

podział cytoplazmy (cytokineza)

Podział jądra:

–

mitotyczny

–

mejotyczny

podział mitotyczny → proliferacja komórek somatycznych → formowanie nowych organów
podział mejotyczny → gamety → rozmnażanie

Faza G1 – okres od zakończenia mitozy do rozpoczęcia syntezy DNA. Komórka (2n, 2C) powiększa swoje rozmiary 
do wielkości komórki macierzystej. Wejście komórki w fazę S regulowane przez ufosforylowaną kinazę białkową oraz 
produkt protoonkogenu „c-myc”

Faza S – replikacja DNA (2n, 4C)

Faza G2 – okres od zakończenia syntezy DNA do początku mitozy (2n, 4C). Komórki wchodzą w fazę M cyklu dzięki 
aktywacji MPF (czynnik promujący mitozę) oraz są pobudzone przez hormony oraz czynniki wzrostu:

–

EGF (naskórkowy czynnik wzrostu)

–

PDGF (płytkowy czynnik wzrostu)

–

TGF I (transformujący czynnik wzrostu typu I)

–

interleukina 2 (IL-2)

G0 – okres spoczynkowy komórek, które przerwały cykl, aby do niego powrócić po długiej przerwie

Ze względu na charakter cyklu życiowego wyróżnia się komórki:

a) międzymitotyczne (labilne, zmienne) – zachowują zdolność podziału, dzielą się w ciągu całego życia z 
duża regularnością, np. komórki szpiku kostnego, węzłów chłonny
b) pomitotyczne – utraciły odwracalnie lub nieodwracalnie zdolność do podziału i po mitozie stają się 
„bezpotomne”. Należą tu komórki wyspecjalizowane, np. komórki nerwowe, wydzielnicze.

Profaza:

–

kondensacja chromosomów

–

reorganizacja cytoszkieletu

–

formowanie wrzeciona podziałowego

Prometafaza:

–

rozpad otoczki jądrowej

–

chromosomy przyczepiają się do wrzeciona podziałowego przy udziale kinetochoru

Metafaza:

–

chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej komórki

–

składniki rozmieszczają się do przeciwległych biegunów

Anafaza:

–

rozdział chromosomów do przeciwległych biegunów komórki (skracanie włókien wrzeciona)

Telofaza:

–

odtworzenie otoczki jądrowej wokół chromosomów potomnych

–

utworzenie pierścienia kurczliwego umożliwiającego cytokinezę

Cytokineza:

–

zachodzi dzięki powstaniu pierścienia kurczliwego

–

możliwy jest skurcz filamentów aktynowych i miozynowych

–

powstaje bruzda podziałowa

–

potomne komórki powinny mieć identyczną zawartość

Mejoza:

–

w jej wyniku powstają cztery komórki potomne o zredukowanej liczbie chromosomów

–

powstające komórki mają zrekombinowany materiał genetyczne (crossing over, segregacja chromosomów)

Rysunek I
a) pre-mejotyczna interfaza
b) leptoten
c) zygoten
d) pachyten
e) diploten/diakineza
f) metafaza I
g) anafaza I
h) metafaza II
i) anafaza II
j) telofazaII

Crossing over:

–

wymiana odcinków chromatyd niesiostrzanych chromosomów homologicznych

–

powstają chiazmy

–

do zajścia potrzebna jest aktywności polimerazy DNA II

–

powstałe fragmenty łączone są dzięki aktywności ligazy polinukleotydowej

Porównanie zmian w liczbie chromosomów i zawartości DNA podczas podziału mitotycznego i mejotycznego

–

mitoza 2n, 4C → 2n, 2C ; 2n, 2C

–

mejoza 2n, 4C (I podział) → 1n, 2C oraz → 1n, 2C (II podział) → → → → 1n, 1C

–

n – liczba chromosomów

–

C – liczba DNA

Cykl życiowy komórek nowotworowych

–

utrata   przez   komórki   nowotworowe   mechanizmów   regulujących   podział,   tj.   umożliwiających   komórkom 
prawidłowym przejście lub pozostanie w fazie G0 cyklu komórkowego

–

Protoonkogeny – prawidłowe białko kodujące prawidłowe białko dotyczące proliferacji komórek. Może on 
przejść w protoonkogen i wtedy różnicowanie wymyka się spod kontroli. 

PGF – polipeptydowe czynnik wzrostu (hormony wzrostu)

–

białka komórkowe związane z transformacją nowotworową mają homologiczną lub identyczną strukturę z 
niektórymi PGF

–

przykład: TGF (czynnik wzrostu nowotworów) ma taką samą sekwencję aminokwasów jak EGF (czynnik 
wzrostu naskórka)

–

komórki   pobudzone   di   proliferacji   przez   czynniki   wzrostu,   same   zaczynają   je   produkować,   stymulując 
komórki   do   ciągłych,   niekontrolowanych   podziałów.   Geny   komórkowe   kodujące   białka   związane   z 
odpowiedzią na działanie PGF można zaliczyć do protoonkogenów

Różnicowanie komórek

–

zmiany prowadzące do powstania z jednej komórki, wielu komórek o różnych właściwościach

–

Komórki najczęściej różnicują się wychodząc z fazy G1 i przechodząc w fazę G0 lub rzadziej -  z fazy G2 
poprzez fazę G0

–

komórki zróżnicowane często zatracają do ponownego wejścia w cykl mitotyczny

–

dojrzałość tkanki nowotworowej manifestuje się stopniem jej upodobnienia do tkanki macierzystej

–

nowotwór dojrzały odtwarza prawie zupełnie tkankę macierzystą, natomiast nowotwór niedojrzały jedynie ją 
przypomina

Wpływ czynników fizykochemicznych na cykl komórkowy:

–

hamowanie ↔ pobudzanie

–

hamowanie:

–

cytostatyki

–

inne środki farmakologiczne oraz promieniowanie RTG

–

pobudzanie:

–

czynniki wzrostu i różnicowania (cytokiny)

–

podanie antygenu

Kinazy serynowo-treoninowe

–

nazywane inaczej kinazami zależnymi od cyklin CDK

–

odgrywają podstawową rolę w regulacji cyklu mitotycznego komórek

–

w obrębie rodziny kinaz białkowych serynowo-treoninowych wyróżniamy:

–

rodzinę kinazy białkowej C (PKC, protein kinase C, EC 2.7.11.1)

–

rodzinę kinazy białkowej A (PKA, protein kinase A, EC 2.7.11.1)

–

rodzinę kinazy białkowej G (PKG, protein kinase G)

–

rodzinę kinaz białkowych zależnych od Ca2+ i kalmoduliny (kinazy CaM, EC 2.7.11.17)

–

rodzinę   kinaz   aktywowanych   mitogenami   (mitogen-activated   protein   kinases,   MAPK,   EC  
2.7.11.1)

–

kinazę B (Akt, protein kinase B, PKB)

–

rodzina kinaz zależnych od cyklin (CDK, cyclin-dependent kinases).

Kinazy aktywowane mitogenami

–

(kinazy MAP, MAPK, ang. mitogen-activated protein kinases, EC 2.7.11.24)

–

grupa   kinaz   białkowych   serynowo-treoninowych,   odgrywających   rolę   w   regulacji   odpowiedzi   na   sygnały  
zewnętrzne dochodzące do komórki (mitogeny)

–

mają one zatem wpływ na ekspresję genów, podziały, różnicowanie, ruch i apoptozę komórek.

–

są zaangażowane w działania większości pozajądrowych onkogenów

–

są odpowiedzialne za odpowiedź komórkową na działanie czynników wzrostu, takich jak BDNF czy NGF

–

bodźce działające na komórkę powodują aktywację kaskady MAPK, mającej hierarchiczną strukturę: składają 
się na nią kinazy klasy MAPK, które z kolei są fosforylowane i aktywowane przez MAPKK (albo MAP2K),  
które z kolei są fosforylowane i regulowane przez MAPKKK (albo MAP3K, EC 2.7.11.25). MAPKKK są  
aktywowane w wyniku interakcji z białkami należącymi do rodziny małych białek GTP-azowych, takich jak  
Ras/Rap albo RhoA, bądź innych kinaz

–

U ssaków zidentyfikowano jak dotąd cztery grupy kinaz MAP:

–

ERK (extracellular signal-regulated kinases) - poprzez kinazy tej grupy działają czynniki wzrostu  
i estry forbolu; odpowiadają za regulację proliferacji i różnicowania komórek;

–

JNK (c-Jun N-terminal kinases) określane też jako kinazy aktywowane stresem (stress-activated 
protein   kinases,   SAPK)   -   pośredniczą   w   działaniu   czynników   stresowych:   cytokin,  
promieniowania ultrafioletowego, szoku cieplnego,  szoku osmotycznego,  są zaangażowane w  
różnicowanie komórek i ich apoptozę;

–

Izoformy białka p38 - ich funkcja jest zbliżona do kinaz grupy JNK;

–

ERK5 - niedawno zidentyfikowana grupa kinaz, aktywowanych zarówno działaniem czynników  
stresowych i czynników wzrostu

Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA)

–

czynniki wywołujące nowotwory, działające na aparat genetyczny komórki mogą spowodować transformację 
nowotworową w następstwie mutacji

Test SCE
wykorzystuje się fakt, że w procesie replikacji DNA po ukończeniu fazy S cyklu mitotycznego koło każdej chromatydy 
powstaje chromatyda siostrzana, a odcinki chromatyd ulegają wymianie między sobą. Wymiany są bardzo częste w 
przypadku działania czynników mutagennych. Stosuje się barwienie BudR. Im częściej dochodzi do wymiany części 
nici chromatyd (więcej prążków o różnej barwliwości), tym silniej działa mutagen.

Test Amesa
tworzy się szczep komórek, który posiada pojedynczą mutację (np. inhibicja syntezy histydyny – białka niezbędnego do 
życia bakterii). Bakterie poddają się wpływowi czynnika i umieszcza w środowisku, w którym brak jest histydyny. IM 
bardziej mutagenny jest czynnik, tym większe prawdopodobieństwo, że zniesie działanie pierwszej mutacji i bakterie 
zaczną produkować histydynę. PO upływie kreślonego czasu, sprawdza się ilość bakterii, które urosły. IM więcej ich 
urośnie, tym bardziej mutagenny jest czynnik.

Endoreduplikacja – replikacja DNA w fazie S, po której nie następuje mitoza.
Zjawisko to zachodzi w warunkach fizjologicznych (komórki trofoblastu) oraz patologicznych (komórki nowotworowe)

Endomitoza – replikacja DNA – częściowa kondensacja chromosomów, a także ich podział na chromatydy siostrzana 
w obrębie zachowanej  otoczki jądrowej.  Efektem  jest wzrost  liczby chromosomów w jądrze, ale ilość jąder  oraz 
komórek w tkance pozostaje niezmieniona.