Temat: Regulacja cyklu komórkowego II

● Regulacja cyklu kom. polega na oddziaływaniu w odpowiednim czasie czynników pobudzających i hamujących

● Przechodzenie przez cykl komórkowy jest regulowane poprzez fosforylację odpowiednich białek enzymatycznych

● Cykliny pełnią rolę regulacyjnych podjednostek dla CDK-1 ich nazwa pochodzi z cyklicznej zmiany stężenia w poszczególnych fazach cyklu komórkowego

Wyróżnia się:

● Cykliny mitotyczne (klasy A i B)

● Cykliny G1 – Di E

Cykliny :

● G2 –> A, B i D

● Mitoza –> B i D

● G1 –> D i E

● Faza syntezy –> A, B i D

Osiągają swoje odpowiednie stężenia

Cyklina B jest najważniejsza

Cykliny	kinazy cyklino zależne	inhibitory kinaz cyklinozależnych
D1,2,3	CDK 4,6	białka INK4(p16,15,18,19)
E	CDK4	rodzina CipKip (p21^Cip1, 27^Kip1, 57^Kip2)
A	CDK 1,2	rodzina CipKip (p21^Cip1, 27^Kip1, 57^Kip2)
B	CDK 1	rodzina CipKip (p21^Cip1, 27^Kip1, 57^Kip2)

● Cykliny A i B prawdopodobnie utrzymują stan hiperfosforylacji białka RB w dalszych fazach cyklu komórkowego

Odłączenie grupy fosforanowej od białka RB następnie dopiero wtedy, gdy komórka wchodzi ponownie w fazę G1 lub w fazę spoczynkową G0

Zdjęcie cyklu z cyklinami i procesem fosforylacji białka RB

Cykliny fazy G1

● Cykliny fazy G1 aktywne we wczesnych fazach cyklu komórkowego

Wykryto 3 cykliny klasy D:1,2,3 oraz cyklinę E – tworzą one komponenty z odpowiednimi kinazami z rodziny CDK

Kompleksy złożone z cyklin D i E oraz odpowiednich kinaz fosforylują białko RB

Podczas fazy S dochodzi do gwałtownego obniżenia stężenia cykliny E (ciągle w wartościach fizjologicznych)

Ekspresja cyklin D jest uzależniona raczej od zewnętrznych bodźców mitogennych niż od fazy cyklu

● Cyklina D jest funkcjonalnie związana z CDK 4 i 6 i działa głównie we wczesnej i środkowej fazie G1

Cyklina E:

● Jest białkiem składającym się z 395 a-a , kodowanym przez gen znajdujący się na chromosomie 19

● Cyklina E jest obecna w komórce od późnej fazy G1 do wczesnej fazy syntezy

● Najwyższe stężenie tej cykliny stwierdza się w okolicy pkt restrykcyjnego

● Białko to pełni kluczową rolę w promocji komórki do fazy S ulegając zwrotnej aktywacji przez czynnik EF2

● W warunkach prawidłowych liczba komórek, które wykazują ekspresję cykliny E, gwałtownie się zmniejsza po wejściu komórek do fazy S cyklu

● Cyklina E może występować w kilku izoformach wynikających z alternatywnego składania mRNA (splicing)

Cyklina E jako główny czynnik regulujący przejście komórki z fazy G1 do fazy S, kontroluje

► Proces replikacji DNA

► Proces duplikacji centrosomów

► Aktywację transkrypcji

● W komórkach różnych nowotworów może dochodzi do zmian w ekspresji cykliny E

● Najczęściej mechanizm tych zmian polega na amplifikacji genu który koduje to białko lub zaburzenia regulacji ekspresji cykliny E w poszczególnych fazach cyklu komórkowego

Można przypuszczać, że mutacje prowadzące do podwyższenia stężenia cyklin pełnią ostatnią rolę w mechanizmie niekontrolowanych podziałów komórkowych

Kluczowym procesem podczas regulacji cyklu komórkowego jest proces fosforylacji

Fosforylacji dokonują kinazy zależne od cyklin (CDK), które fosforylują grupy serynowe i treoninowe białek i są aktywowane przez cykliny

Spośród grupy kinaz szczególną role odgrywa CDK1 która przenosi grupy fosforanowe z ATP na różne białka, jest kinazą białkową

Cyklina B łączy się CDK2 -> dochodzi do fosforylacji Thr161, 14, Tyr 15 -> dalej jest de-P i białko jest aktywne

Cykliczna aktywacja CDK przez cykliny stwarza warunki samonapędzającego się cyklu/wczesne stadia embriogenezy:

● Krótki czas trwania

● Istnienie wewnętrznego napędu przejawiającym się :

→ cyklicznymi zmianami stężenia cyklin

→ brak wpływu czynników zewnętrznych

→ zredukowane fazy G1 i G2

Hamowanie cyklu jest pod kontrolą inhibitorów CDK czyli CKI – uniemożliwiają one:

● wiązanie się cyklin z CDK

● blokują wiązanie kompleksu cyklina/CDK z substratem

Rodziny CKI:

● rodzina białka P21: p27, p57

● rodzina białka INK4: p15,16,18,19

Stężenie CKI w komórce zwłaszcza białka p21 jest regulowane na poziomie transkrypcji pobudzanej przez białko p53

W warunkach prawidłowych p21 charakt. Się niskim poziomem ekspresji i pobudza cykl kom.

Pod wpływem czynników stresowych dochodzi do wzrostu ekspresji p21, co skutkuje inhibicją kompleksu cyklina/CDK

W większości komórek nowotworowych białko p21 nie funkcjonuje jako białko kontrolne co ma związek z mutacja p53 – wówczas obserwuje się zahamowanie apoptozy poprzez blokadę kaspazy 3 i czynnika ASK1

Faza G1 jest fazą ,w której czynniki regulujące wzrost i podział komórki mające zasadnicze znaczenie

Zaburzenia cyklu w tej fazie wywołane dysregulacją w układzie cyklina/aktywność kinazy zależnej od cyklin prowadzą do inicjacji nowotworzenia

Przejście G1-S:

► Zaangażowane są: CDK4 i 6, cykliny D1,2,3

► Pełna aktywność kompleksów cykliny/CDK pojawia się prze niskim stężeniu p27 i nieczynności białka RB

Czynniki fazy S (SPF):

► Współdziałają z kompleksami cyklina E/CDK2 i cyklina A/ CDK@

► Faza G2 pozostaje pod kontrolą kompleksu cyklina A/CDK1

Przejście G2-M:

● Rozpoczęcie mitozy zależy od kompleksów cykl B1, B2/CDK1 nazywane jako MPF

● Do pojawienia się pełnej aktywności kompl. B/CDK potrzebna jest fosforylacja i defosforylacja CDK1

Wyjście komórki z mitozy:

● Zestaw białek wyjścia z mitozy to kompleks MEN powodujący inaktywację kompleksu Cyklina B/CDK1

Zewnętrzna regulacji cyklu komórkowego:

- cytokiny: PDGF, EGF, FGF, TGF, TNF + nazwy skrótów

Cytoplazmatyczne fragmenty receptorów dla cytokin posiadają aktywność kinaz, które odpowiadają za autofosforylację

Fosforylowane fragmenty receptorów mogą wiązać białka posiadające grupę SH2 która rozpoznaje dysfosforylowane fragmenty receptorów

Białka posiadające grupę SH2:

→ Fosfolipaza C

→ Kinaza tyrozynowa

→ Białka Ras aktywujące kinazy MAP i ERK ()powodujące aktywacje genów biosyntezę białek i cos jeszcz