1. Pojęcię komórki

• Komórka porokariotyczna:

• brak otoczki jądrowej

• nukleoid – odpowiednik jądra, zawiera kulistą cząsteczkę DNA – genofor (niezwiązany z białkami histonowymi)

• mnijesze rybosomy – 70s

• brak jąderka

• system oddechowy związany z błoną plazmatyczną – mezosomy

• brak mitozy i mejozy

• prawie zawsze ściana komórkowa

• Komórka eukariotyczna:

• duża ilość odrębnych organelli otoczonych błoną białkowo lipidową

• jądro otoczone podwójną otoczką, aktywnie regulującą wymiane między nim a cytoplazmą

• w jądrze: skondensowana chromatyna, kariolimfa, chromatyna jąderkowa

• mejoza i mitoza

• mitochondria – oddychanie komórkowe

• chloroplasty – przekształcanie en. Świetlnej w chemiczną (u roślin)

Noworodek składa się z 2x10^12 komórek

Czlowiek składa się z 6x10^13 komórek (dzienna utrata komórek – 2%)

1. Cykl komórkowy (mitotyczny)

   Populacje komórek są asynchroniczne – każda komórka znajduje się w innym punkcie czasowym cyklu, na który składa się interfaza i mitoza (proces podziału jądra i cytoplazmy). W trakcie cyklu masa komórki się zwiększa ale proprcje DNA RNA białek etc. Zostają zachowane. Replikacja DNA – faza S; Synteza DNA w organellach, synteza większości RNA i białek – cała interfaza (wyjątek np. histony – synteza w fazie S)

• Faza G1

• Faza wzrostu

• Intensywne procesy anaboliczne

• Wzmożonawymiana chemiczna z otoczeniem

• Zwiększona ruchliwość i wrażliwość na bodźce zewnętrzne

• Wzrasta liczba makrocząsteczek – wzrost komórki do rozmiarów z przed podzialu

• Synteza cyklin A, C, D, E

• Długośc fazy decyduje o długości cyklu – rzadko dzielące się komorki spędzają dużo czasu w tej fazie

• Późna faza G1 – punkt R – po przekroczeniu konieczne przejscie do nast. Etapu

• Faza S

• Stałą długość

• W przypadku szybkich podziałów komórkowych trwa krócej dzięki większej ilości miejsc inicjacji replikacji

• W większości komórek trwa ok.8h

• DNA euchromatyny syntezowane na początku i w środku, a heterochromatyny pod koniec fazy S

• Synteza cykliny B i histonów

• Faza G2

• Bezpośrednie przygotowanie do mitozy przez syntezę niezbędnych białek szczególnie wrzeciona podziałowego (tubuliny) i cykliny B

• Nadprodukcja skladników potrzebnych do odtworzenia błony kom. W telofazie i cytokinezie

• W póznej fazie G2 aktywuje się CDK przyczyniająca się do zaniku otoczki jądrowej i kondensacji chromosomów, co jest zależne od fosforylacji białek wyściółki błony jądrowej, białk cytoszkieletu i histonów H1

• Faza G2

• Stan spoczynkowy komórki

• Utrata zdolności do podziałów

• Bardziej skondensowana chromatyna, inne rodzaje RNA oraz swoiste białke niewystępujące w innych fazach cyklu

• G1->G0 (niektóre komórki np. naskórka mogą przejśc z G2)

• Różny czas trwania

• Pod wpływem różnych bodźców możliwy powrót do fazy G1 np. limfozyty T i B, komórki miąższu wątroby po usunięciu jej części, komórki nowotworowe

• Cykl kom. Nowotworowych nie rózni się od zdrowych, rożnica polega a tym, że utraciły one mechanizmy regulujące cykl i przejście do fazy G0.

G1, S, G2 razem – 90% długości cyklu.

• Mitoza

  Powstają 2 identyczne genetycznie komórki potomne. Z chromatyd każdego chromosomu powstają 2 chromosomy potomne. Składa się z cytokinezy i kariokinezy.

  Kariokineza umownie podzielona na profaze, metafaze, anafaze i telofaze.

• Profaza

• Zaczyna się kiedy stają się widoczne kondensujące się chromosomy, co prowadzi do skrócenia chromatyd siostrzanych, które pod koniec profazy są identycznej dlugości i są połączone centromerem

• Centriole rozchodzą się do biegunów komórki i wytwarzają wrzeciono podziałowe

• Przy centromoerach chromosomów wytwarzają się kinetochory od których odchodzą włókna (mikrotubule) kinetochorowe

• Wrzeciono mitotyczne nasuwa się na obszar jądra i zaczyna oddziaływać z włóknami kinetochorowymi

• Zanik jąderka

• Rozpad otoczki jądrowej

• Metafaza

• Kondensujące chromosomy przechodzą ku płaszczyżnie równikowej (prometafaza)

• Chromosomy ustawiają się w płaszczyżnie równikowej centromerami wrzeciona, tworząc płytkę metafazową.

• Chromosomy metafazowe (stopien upakowania nici 1:10 000)

• Rozdział chromosomów na 2 chromatydy siostrzane (połączenie chromosomu z mikrotubulami wrzeciona podziałowego w miejscu kinetochoru)

• Uklad chromosomów metafazowych w płaszczyżnie równikowej komórki nie jest przypadkowy (pary homologiczne)

• Anafaza

• Rozpoczyna się calkowitym rozchodzeniem się chromosomów oraz początkiem przemieszczania się ich ku biegunom komórki

• Ruch chromatyd jest wypadkową dwóch ruchów: wydłużania się wrzeciona podziałowego, któremu towarzyszy oddalanie się od siebie centrioli biegunowych oraz ruchu samych chromatyd ku biegunom

• Ruch na ogół rozpoczyna się i trwa tyle samo dla wszytkich chromatyd (ok. 2,5 μm/minuta)

• Kolchicyna, winblastyna -> uszkadzają wrzeciono podziałowe i znoszą ruch chromatyd ku biegunom powodując zatrzymanie w stadium metafazy

• Telofaza

• Rozpoczyna się w momencie umiejscowienia chromatyd w biegunach komórki i ich dekondensacji

• Intensywna synteza rRNA i defosforylacja nukleoliny (białka jąderka) – wstępny etap odtworzenia jąderka

• Defosforylacja lamin (białek blaszki jądrowej) – wstępny etap odtworzenia otoczki jądrowej

• Reorganizacja cytoszkieletu komórki

• Zanik włókien wrzeciona podziałowego (część jego elementów bierze udział w tworzeniu cytoszkieletu)

• Odtworzenie otoczki jądrowej przy każdej grupie chromatyd przy udziale siateczki śródplazmatycznej

• Przywrócenie aktywności metabolicznej komórki

• Cytokineza

• Zaczyna się od przewężenia, które zaznacza się czasmi już w póżnej anafazie

• Bruzda podziałowa pogłębia się wskutek zaciskania pierścienia włókien aktynomiozynowych, który położony jest w płaszczyźnie prostopadłęj do długiej osi wrzeciona podziałowego i w środku jego długości

• Zaciskanie zatrzymuje się na ciału środkowym (włokna mrzeciona podziałowego) odłamującym się z obu stron

• Udział biorą także pecherzyki i zbiorniki siateczki śródplazmatycznej

• Komórki potomne łącznie mają większą powierzchnię o conajmniej 25% od kom. Macierzystej

• Błóna kom. Wytwarzana z elementów powstalcyh w G2 i poczęsci w telofazie

• U roślin zamist przewężenia, w płąszczyżnie równikowej wrzeciona podziałowego gromadzą się pęcherzyki z prekursorami ściany kom. Łączą się one z płytką podziałową albo przegroda pierwotną która rosnąc sięga przeciwleglych ścian

1. Regulacja cyklu komórkowego

Prawidłowy przebieg cyklu możliwy jest dzięki obecności conajmniej 2 punktów restrykcyjnych (G1/S oraz G2/M).

G1/S – kontrola integralności materiału genetcznego

G2/M – kontrola prawidłowości kondensacji i segregacji materiału genetycznego oraz tworzenie funkcjonalnego wrzeciona podziałowego

Aktywacja kinaz białkowych zachodzi w obu punktach restrykcyjnych

• Czynnik dojrzewania MPF

• Heterodimer białkowy

• Podczas cyklu ulega znacznym zmianom aktywacji pod wpływem dodatkowych czynników

• Skladnik 1: bialko p34 (kinaza ckd) – kinazabiałkowa przenoszącagrupy fosforanowe z ATP na rózne białka. Obecne we wszystkich organizmach. Geny tej kinazy wykazuja znaczna zachowawczość w przebiegu ewolucji. Gen cdc2 u człowieka zlokalizowany jest na długim ramieniu chromosomu 10 (10q21.1). Stały poziom tej kinazy podczas całego cyklu.

• Składnik 2: cyklina – białko regulatorowe, podlegające rytmicznej syntezie i akumulacji w interfazie, a degradacji w fazie mitozy. Obecnie znamy 5 rodzin cyklin (10 różnych białek) Ich ekspresja skorelowana jest z cyklem komórkowym

• Najlepiej poznany wpływ kompleksu cykliny B – ckd1 na rozpad otoczki jądrowej (fosforylacja lamin powoduje ich rozpuszczanie)

• Rola kinazy p34 i kinaz z rodziny ckd w regulacji cyklu komórkowego

• Kluczowa rola w cyklu – kinaza p34, w której fosforylowane są aminokwasy tryozyna, treonina, seryna.

• U organizmów wyższych fosforylacja tych aminokwasów zachodzi w różnych cdk zależnie od fazy cyklu.

• W fazach S i G1 fosforylowane są tyrozyna w poz 15 i treonina w poz 14. W fazie G1 seryna w poz 227, a w G2 treonina w poz 161.

• Maksymalna defozforylacja ( z wyjątkiem treoniny w poz 161) w czasie mitozy.

• Reszty tyrozyny 15 i treoniny 14 – domena wiążąca ATP, treonina 161 – domena wiążąca cykliny ( stabilizacja kompleksów z cyklinami)

• Początkowa faza cyklu – p34 niezwiązane z cyklina, nieaktywne

• Akumulacja cyklin G1 (DiE) -> łączenie się cyklin z p34 -> aktywacja kinazy białkowej p34 -> start cyklu, czyli indukcja replikacji DNA i organizacja centrum mikrotubul (MTOC)

• Przejście punktu restrykcyjnego -> produkcja róznych cyklin (szczególnie B) tworzących NIEAKTYWNE kompleksy z p34 czyli pre-MPF (brak aktywnosci powodowany fosforylacja tyrozyny 15 i treoniny 14 w p34. Jednocześnie ufosforylowana jest również treonina 161, która JEST POTRZEBNA do aktywacji MPF lecz niewystarczająca do przelamania inaktywującego wpływu fosforylacji tyrozyny 15)

• Defosforylacja tyrozyny 15 w p34 w póżnej G2 -> aktywacja MPF -> przejście do mitozy

• Przjeście pre-MPF w MPF odbywa się pod kontrolą genów wee1, mik1 (Kinazy tyrozynowe tych genów powodują fosforylację tyrozyny 15 czyli są INHIBITORAMI) oraz genu cdc25 (fosfataza tyrozynowa tego genu powoduje defosforylacje tyrozyny 15 czyli jest AKTYWATOREM przejścia pre-MPF w MPF) (Wee1- chromosom 11p15.3, mik1 – chromosom 16q22.2, cdc25 – chromosom 5q31)

• U wyzszych eucaryota występuje wiele kinaz pokrewnych z p34 – kinaz zaleznych od cyklin (cdk – cyclin-dependent kinases) Ich aktywność zależna jest odzwiązania się w kompleksy z róznymi cyklinami

• Precyzyjnie regulowana aktywność cdk kontroluje fosforylacje wielu białek (białka regulujące transkrypcje, strukturalne, enzymy etc.)

• Znamy ponad 10 kinaz cdk (cdk 1,2,3 etc.) homologia między nimi wynosi 44-67%

• Inne kinazy (MAP, kinaza kazeinowa) – mniej niż 30%

• W komórkach zwierzęcych defosforylacji tyrozyny 15 p34 musi towarzyszyc defosforylacja treoniny 14 by doszło do mitozy.

• Rola cyklin w regulacji cyklu komórkowego

Cykliny stanowią niezbędną regulatorową podjednostkę z kinaza serynowo-treoninowaą p34 oraz jej homologami. Wpływają także na na aktywność fosfatazy cdc25.

Są zbudowane z około 400 aminokwasów. Kaseta cyklinowa (domena funkcjonalna) cechuje się dużym stopniem konserwatywności sekwencji aminokwasów (ok. 200 aminokwasów). W obrębie cyklin występują także sekwencje biorące udział w ich degradacji.

Funkcjonalny podział cyklin: mitotyczne (A i B) oraz fazy G1 (D i E)

• Cykliny mitotyczne

• 2 klasy cyklin – A i B (B1 i B2) – uwarunkowany zarówno sekwencja aminokwasów jak i funkcjonalnością

• Brak specyficzności gatunkowej

• W rejonie N- terminalnym wszytkich CYKLIN MITOTYCZNYCH znajduje się sekwencja niszcząca, warunkująca ich degradacje przez proteasomy po uprzedniej UBIKWITYNACJI (np. proteoliza cykliny B na granicy metafazy/anafazy powoduje inaktywacje MPF i warunkuje koniec mitozy. Defosforylacja tyrozyny 161 jest zajwiskiem wtórnym. Obecność zmutowanej cykliny B bez sekwencji niszczącej powoduje zatrzymanie cyklu w mitozie)

• Usunięcie cyk A nie zaburza aktywacji MPF, a cyk B – tak.

• Cyklina B – jej gen CCNB znajduje się na dł. Ramieniu chromosomu 5 (5q11-5q12)

• Cyklina B – jest syntezowana w fazie G2 i stopniowogrozmadzi się w komórce będąc wiązaną przez struktury błoniaste,cytoszkielet i w okolicy centrosomu

• Cyklina B – jej cytoplazmatyczna odmiana ma postać ziarnistych skupień

• Cyklina B – na początku profazy B1 i B2 ulegają translokacji do jądra

• Cyklina B – razem z ufosforylowanym białkiem p34 tworzy pre-MPF

• Cyklina A – jej gen CCNA znajduje się na chromosomie 4q25-4q31

• Cyklina A - nie tylko mitotyczna, odgrywa także rolę w fazie S, jest niezbędna do rozpoczęcia replikacji DNA

• Cyklina A – jej synteza zaczyna się wczesniej

• Cyklina A – gromadzi się w większości w jądrze, a częściowo w postaci rozpuszczonej w cytoplaźmie

• Aktywność kinazy związanej z cykliną A wzrasta stopniowo w miarę jej akumulacji w cytoplaźmie, a związanej z cykliną B jest niska pomimo jej wysokiego poziomu do momenu zadziałania produktu genu cdc25.

• Szczyt aktywności kompleksu kinaza p34/cyklina A występuje wtedy gdy aktywność kompleksu z cyklina B dopiero zaczyna rosąć

• Degradacja cykliny A następuje w momencie rozpadu otoczki jądrowej czyli wcześniej niż cykliny B (granica metafazy i anafazy)

• Cykliny fazy G1

• Aktywne we wczesnych fazach cyklu podziałowego

• U ssaków występują cykliny D (D1 D2 D3), cyklina E. Geny kodujące cykliny D występują w 3 chromosomach – 11q13.1, 12p13 i 6p21

• Cykliny D – kompleksy z kinazami cdk 4 i 6 a cyklina E z cdk 2.

• Aktywność kompleksów ckd/cykliny D – początek G1, a cdk/cyklina E później osiągając maksimum na granicy G1/E

• W fazie G1 występują także kompleksy zawierające oprócz cyklin i cdk ich różne białkowe inhibitory oraz jądrowy antygen proliferujących komórek PCNA.

• Nadekspresja cyklin D skraca czas trwania G1i umożliwia włączenie się do cyklu, spadek poziomu cykliny D1 – zhamowanie cyklu w G1.

• Nadekspresja genu cykliny D1, cykliny E, a niektórych komórkach D2 – również skraca G1.

• Czasami wysoki poziom cyk D1 uniemozliwia rozpoczęcie syntezy DNA (np. w ludzkim fibroblaście) a także uniemożliwić reperacje z udziałem PCNA.

• W hamowaniu przez cyk D1 biorą udział białko supresorowe p53 i indukowane przez nie białko p21 oraz inhibitor ckd

• Aktywność p53 jest kontrolowana przez białko mdm2 na drodze ujemnego sprzężenia zwrotnego. P53 nasila ekspresję genu mdm2, białko mdm2 tworzy z p53 dimer, w którym p53 traci zdolność indukcji genów a mdm2 wykazuje aktywność ligazy ubikwitynowej i odpowiada za degradacje p53. Aktywność mdm2 jest regulowana przez p19, kompleks mdm2-p19 nie degraduje p53, stabilizuje p53.

• Kompleksy cyklin D2 i D3 z cdk 4 i 6 uczestniczą w regulacji cyklu, chociaż mało o nich wiadomo. Biorą udział w różnicowaniu komórek układu krwiotwórczego i mioblastów

• Cykliny D sa w 60% homologiczne i zawierają identyczne domeny funkcjonalne (kaseta cyklinowa – wiązanie z cdk, sekwencja PEST – degradacja cyklin w fazie S, sekwencja LXCXE – oddziaływanie z białkiem pRb)

• Cyklina E – jej ilość i aktywność związanej z nią kinazy histonu H1 – największa w późnej G1 i wczesnej S.

• Cyklina E może tworzyć kompleks z p34 – brak aktywności takiego kompleksu

• Cyklina E – jej sekwencja jest najbardziej podobna do cyklin mitotycznych

• Cyklina C- - najsłabiej poznana, największy poziom we wczesnej G1, najbardziej różni się od cyklin mitotycznych

• Degradacja cyklin przy udziale systemu ubikwitynowego

• Uczestnicząca w procesie cząsteczka ubikwityny musi być aktywowana (energia do aktywacji z hydrolizy ATP)

• Kompleks cyklina/ubikwityna (cyklosom – 20S) podlega degradacji zależnej od ATP przez proteazy 26S proteasomu - proteolizie.

• Konkretnie dwa białka – E2-C i ligaza – degradują kompleksy cyklina/ubikwityna

• Przed degradacją kompleksu dochodzi do modyfikacji cząsteczki cykliny i zwiększenia jej powinowactwa do enzymów przenoszących ubikwityne

• Kinaza p34 i p39 (kodowana przez protoonkogen c-mos wchodzący u kręgowców wskład czynnika cytostatycznego CSF) są zaangażowane w degradacje cyklin

• Degradacja cyklin w bliżej nieokreślony sposób zależy od poziomu wapnia i kalmoduliny

• Jednym z głównych efektorów wyżej wymienionych jest kinaza II zlokalizowana w jądrze i aparacie mitotycznym. Zablokowanie jej aktywności powoduje zatrzymanie rozpadu otoczki jądrowej a obecność stale aktywnej zmutowanej formy powoduje zablokowanie w fazie G2 pomimo wzrostu aktywności MPF.

• Degradacja cyklin -> rozpad kompleksu z kinazą p34 pod koniec mitozy -> defosforylacja treoniny 161 w p34 -> całkowity zanik aktywności kinazowej w anafazie.

• Poza cyklinami inne białka jądrowe np. myc, fos, p53, E1A także ulegają degradacji przy udziale ubikwityny.

• Inhibitory kinaz zależnych od cyklin CKI (cyclin-dependent kinases inhibitors)

Dodatkowe czynniki białkowe wywierające hamujący wpływ na aktywność enzymatyczną kompleksów cdk/cykliny.

• Białko p21 WAF1

• Produkt genu CIP1 (chromosom 2q32.2 – 2q33)

• Hamuje aktywność enzymatyczną cdk w kompleksach: cdk4/cyk D, cdk2/cyk E, cdk2/cyk A (najśilniej), cdk1/cyk B (najsłabiej).

• 10 – 20 – krotnie wyższy poziom tego białka w komórkach starzejących się i zahamowanych w fazie G0

• Regulacja poziomu tego białka odbywa się na drodze zależnej od p53.

• Białko p16 INK4A

• Produkt genu CDKN2A (ramię krótkie chromosomu 9 (9p21)

• Wiąże się głównie z cdk4 i zapobiega fosforylacji pRb zależnej od kompleksu cdk4 z cyklina D1 lub D3 (wyłącza aktywność cdk4 gdy pRb i pokrewne mu białka ulegna inaktywacji przez fosforylację)

• W komórkach ze zmutownym pRb pomimo wzrostu p16 i inaktywacji cdk4, cykl nadal postępuje gdyż pRb cały czas ma formę hiperfosforylowaną.

• Białko p27 KIP1

• Produkt genu Kip1 (chromosom 12p13)

• Uniwersalny inhibitor cdk

• Pośredniczy w transkucji sygnału pochodzącego od TGF-beta, blokuącego komórki w późnej fazie G1

• Wiąże się z kompleksem cdk2/cyk E zwiększając poziom cyk E potrzebny do aktywacji kompleksu.

• Związanie się p27 z kompleksem cdk4/cyk D2 umożliwia aktywację kompleksu cdk2/cyk E.

• Przy braku działania TGF-beta p27 pozostaje związane z innymi białkami co azpobiega jego interakcji z cdk.

1. Mechanizmy kontrolujące cykl komórkowy

Mechanizmy kontrolne cyklu komórkowego polegają na:

• Transkrypcji i syntezie czynników biorącyh udział w cyklu komórkowym

• Sprzężeniu zwrotynm czynników biorących udział w tym procesie

• Czynnikach ogólnoustrojowych, koordynujacych cykl komórkowy z całością organizmu

• Transkrypcyjna regulacja cyklu komórkowego

• Kluczowy elemnt – kinaza p34 odpowiedzialna za rozpoczęcie syntezy DNA w fazie G1/S oraz mitozy w fazie G2/M, występująca w każdej z tych faz w połączeniu ze specyficzną cykliną regulującą jej aktywność katalityczną.

• Aktywność kinazy p34 regulowana jest także przez fosforylację (wee1 i mik1) i defosforylację (cdc25)

• Większość genów jest aktywna podczas całego cyklu, niektóre okresowo (np. geny histonów tylko w fazie S, geny cyklin A i B w określonych fazach cyklu)

• W komórkach ssaków ekspresji ulegaja:

• Geny DHFT dla reduktazy dihydrofolianowej, Tk dla kinazy tymidylanowej, TS dla syntazy tymidylanowej , c-myb dla białka protoonkogenu wiążącego DNA – w fazieG1/S

• Geny histonów H1, H2A, H2B, H3 i H4 – w fazie S

• Geny cyklin A dla cykliny mitotycznej, cdc25 dla fosfatazy aktywującej p34, HSP70 dla białka szoku cieplnego 70 kDa – w późnej fazie S/G2

• Geny GKSHs1 i GKSHs2 dla białek wiążących kinaze p34 – w fazie G2/M

• Potranskrypcyjne mechanizmy odgrywaja znaczną rolę w transaktywacji niektórych czynników, np. Dsc 1, czynnik wiążący DNA, którego ekspresja ulega zmianom w cyklu komórkowym. Występuje w obecności białka Rb, które w fazie G1, kiedy jest defosforylowane, łączy się z czynnikiem transkrypcji E2F, po jego ufosforylowaniu zaś w pozostałych fazach cyklu nie łączy się z nim

• W niekórych przypadkach pojedyńczy mechanizm kontorluje szereg następujących po sobie reakcji umożliwiająć ich wzajemną koordynację, np. aktywacja MPF pobudza organizację wrzeciona podziałowego, kondensację chromosomów i degradację otoczki jądrowej, a jego inaktywacja przez degradację cyklin i defosforylację powoduje procesy odwrotne.

• Cyklina E ulegając skompleksowaniu z odpowiednimi kinazami powoduje przekroczenie punktu R i przejście z G1 do S. Następuje po tym krótki okres tzw. montowania. Zachodzi wówczas przegrupowanie róznych enzymów z cytoplazmy do jądra , modyfikacja, tworzenie komleksów, wzrost aktywności enzymów odpowiedizalnych za synteze substratów replikacji DNA (kinaza tymidynowa, reduktaza tybonukleotydowa. Wzrost aktywności tych enzymów jest niezależny od czynników zewnętrznych. Za pomocą różnych inhibitorów można zatrzymać cykl na różnych etapach.

• Cyklina B – w czasie fazy G2 ulega syntezie i stopniowo gromadzi się w komórce.

• Cyklina A – konieczna do zapoczątkowania replikacji DNA w fazie S

• Fuzja komórek G1 i S powoduje przedwczesną replikację DNA w komórce w fazie G1 co wskazuje na obecność czynnika SPF wywołującego fazę S. Działanie SPF nie powoduje syntezy DNA w komórkach fazy G2 i M co wskazuje na obecność bliżej nieokreślonego inhibitora.

• W przejściu G1/S najważniejsza jest fosforylacja białka pRb zaangażowanego w jego regulację.

• Kontrola cyklu komórkowego przez sprzężenie zwrotne

• 3 elementy składowe sprzężenia zwrotnego

• Sensor – punkt kontrolny monitorujący ukończenie reakcji z biegiem prądu cyklu

• Sygnał wyprodukowany przez sensor

• Efektor w napędzie cyklu komórkowego, powodujący jego zatrzymanie, w przypadku niedopełnienia któregoś z efektów następczych

• Omówione do tej pory zjawiska obejmuja tzw. napęd cyklu komórkowego, powodujący cykl skoordynowanych zmian w aktywności cdk, enzymów etc. W przypadku wejścia w mitoze jest to formacja wrzeciona, kondensacja chromatyny, rozpad otoczki, w przypadku wyjścia z mitozy sa to zmiany odwrotne ale nie równoznaczne z morfologicznym jej zakończeniem.

• W większości komórek w cyklu, inhibicja etapów następczych zatrzymuje napęd cyklu. Nie dotyczy to z reguły zajwisk zachodzących we wczesnym cyklu zarodkowym.

• Wczesny cykl zarodkowy wykazuje niezależność od dostarczanych z zewnątrz substratów oraz od obecności różnych czynników wzrostuco wiąże się ze znacznym skróceniem fazy G1.

• W cyklu komórek zarodka akumulacja cykliny B występuje od zakończenia mitozy a w cyklu komórek somatycznych od przekroczenia punktu START.

• Do czynników powodujących zakłócenia cyklu komórkowego należą m. in.:

• Zaburzenia replikacji DNA

• Brak mitozy

• Uszkodzenie lub brak centrosomów

• Zaburzenia mikrotubul

• Zaburzenia fosforylacji p34

• Kontrola cyklu komórkowego przez czynniki spoza cyklu

Komórki mogą być pobudzane do wchodzenia w cykl za pomocą sygnałów zewnętrznych takich jak: hormony, czynniki wzrostu i różnicowania (CWR), wpływ układu nerwowego, kontakt między komórkami, oddziaływanie istoty międzykomórkowej. Występują 2 rodzaje bodźców:

• Mitogenne – np. EGF (naskórkowy czynnik wzrostu), PDGF (komórkowy czynnik wzrostu pochodzący z płytek), TDF (transformujący czynnik wzrostu)

• Hamujące proliferację – np. białko p110Rb lub białko 53.

• Czynniki wzrostu i różnicowania (CWR)

• Rodzina zawierająca 40 polipeptydów i leukotrienów

• Działanie juz przy stężeniu 10^-10 mol/litr

• Działają na komórkę za pomocą swoistych receptorów, których fragmenty rozpoznające znajdują się na powierzchni komórek lub w błonach.

• Pod wpływem CWR następuje wzrost (wejście w cykl) lub przerost (zwiększenie masy)

• Dobrze poznana budowę i działanie: EGF, IGF I i IGF II (insulino-podobnych czynników wzrostu), interleukiny 1-9, NGF (czynnika wzrostu nerwów, PDGF i TGF alfa i beta

• Białko p110Rb jako regulator cyklu komórkowego

• Jego gen znajduje się na ramieniu długim chromosomu 13 (13q14)

• Jest to fosfoproteina o masie 110 kDa

• Posiada 10 miejsc fosforylacji reszt seryny i treoniny, fosforylowanych pod wpływem kinaz cdk, z których każda aktywowana jest w określonej fazie cyklu.

• Inicjacja fosforylacji p110Rb pod wpływem cyk E pojawiającej się w punkcie startu.

• Synteza odpowiednich cyklin może utrzymać to białko w stanie hiper- lub hipofosforylacji.

• Hipofosforylowana forma (występuje w fazie G1) zapobiega proliferacji, hiperfosforylowana (faza S, G2, M) jej sprzyja, a jej defosforylacja zachodzi pod koniec mitozy.

• Hiperfosforylowana forma uwalnia szereg czynników transkrypcyjnych, które mogą wchodzić wraz z białkiem p33 w skład komleksów zlokalizowanych w jądrze i uczestniczących w kolejnej modulacji innych czynników transkrypcyjnych poprzez ich fosforylację, podobnie jak to zachodzi w przypadku onkogenu c-abl.

• Białko Rb tworzy również kompleksy z licznymi czynnikami transkrypcyjnymi, np. E2F i produktem onkogenu c-myc oraz cyk A w fazie S. Brak Cykliny A powoduje blok przed punktem START i brak replikacji DNA.

• Może aktywować ekspresję czynnika TGF-beta, którego izoforma hamuje proliferację

• Hipofosforylowana forma tworzy z cdk i kilkoma białkami kompleks Yi1 inhibujący transkrypcję. Występuje on w regionie promotora genu kinazy tymidynowej w fazie G1. W G1/S następuje fosforylacja p110Rb zależna od cdk, w wyniku której oddysocjowuje kinaza, a kompleks Yi1 przechodzi w charakterystyczny dla fazy S kompleks Yi2 indukujący transkrypcję

• Białko p53

• Jego gen znajduje się na ramieniu krótkim chromosomu 17 (17p13.1)

• Składa się u człowieka z 393 aminokwasów, a jego masa cząsteczkowa wynosi 53 kDa.

• Natywne białko p53 to fosfoproteina

• Prawidłowe białko w jądrze komórkowym, a forma zmutowana w cytoplazmie

• Hamuje wzrost i różnicowanie komórek

• Wykazuje zdolność wiązania się z białkowymi produktami onkogennych wirusów, np. SV40, wirusa papillorma E6 (kompleks rozpoznawany przez ubikwityne i poddawany proteolizie), adenowirusa E1b a także produktem genu mdm2. Wymienione białka wyiążą się z p53 w różnych miejscach.

• Z p53 wiążą się również kinazy cdc2

• Wykazuje zdolność wiązania sięz DNA. P53 najwyższa wartość osiąga w G1, co jest szczególnie widoczne w warunkach stresu komórkowego (wnika do jądra i hamuje podział poprzez blokowanie replikacji DNA.)

• Reguluje dwie fazy cyklu w punktach kontrolnych G1/S (opóźniając przebieg cyklu umożliwia reperację DNA przed replikacją w fazie S) i G2/M (zapobiega utracie DNA na skutek złamań chromosomów)

• Prawidłowe p53 idnukuje apoptoze, zmutowane hamuje ją. Apoptoza zachodiz prawdopodobnie przez zahamowanie ekspresji genu bcl-2, którego p53 jest wyciszaczem.

• Zmutowane p53 uniemożliwia regulację ekspresji genów stając się onkogenem.

• Hamuje transkrypcję genu Rb przez cis-element nukleotydowy GGAAGTGA wysępujący w promotowrze genu Rb

1. Implikacje wynikjące z precyzyjnej regulacji cyklu komórkowego

• Wchodzenie komórek w cykl komórkowy i ich podziały są sposobem na przywrócenie tkankom sprawności

• W szpiku w ciągu każdej doby powstaje z komórek macierzystych 4x10^11 nowych komórek.

• Stwierdzono w różnych nowotworach zaburzenia cyklin A i D.

• Onkogenne działanie cyk D wynika z zintensyfikowania jej funkcji czyli aktywacji kinaz cdk ->powsatnie większych ilości aktywnych cdk 4/6 -> maskowanie działania wewnątrzkomórkowych białkowych inhibitorów. (szybsza i efektywniejsza fosforylacja białka Rb kontynuowana przez ckd2/cyk E powoduje uwolnienie szeregu czynników transkrypcyjnych, a co za tym idzie ekspresja licznych genów)

• Kinaza cdc2 jest potencjalnym protoonkogenem, jej nadmierną ekspresję wykryto w transformowanych SV40 fibroblastach oraz komórkach raka pęcherza moczowego.

1. Mejoza

Zachodzi w kórkach szlaku płciowego. W podział wchodzi koórka diploidalna 2n. W wyniku tego procesu powstają gametyo zredukowanej do polowy liczbie chromosomów. Zachodzi crossing over.

Składa się z MEJOZY I czyli podziału redukcyjnego zmiejszającego o połowę liczbę chromosomów oraz MEJOZY II czyli podziału ekwacyjnego zmniejszającego ilość chromatyny w chromosomach.

• I pidział mejotyczny

  Składa się z profazy, metafazy, anafazy i telofazy.

  Profaza jest wydłużona i składa się z 5 stadiów: leptoteny, zygoteny, pachytenu, diplotenu i diakinezy.

• Profaza I

  Chromosomy mejotyczne w profazie wykazują specyficzną dal tego podziału organizację chromatyny i większy stopień kondensacji chromatyny niż w interfazie komórek somatycznych

• Leptoten

• Chromosomy przybierają postać długich nitek

• Posiadają rodzaj białkowego rdzenia, który ulega przesunięciu w bok

• Każdy z chromosomó jest połaczony na obu końcach z otoczką jądra za pośrednictwem struktury zwanej płytką przyczepową (aż do stadium diakinezy).

• Kazdy chromosom składa się z dwu siostrzanych chromatyd, przylegających do siebie tak ściśle, że chromosomy sprawiają wrażenie pojedyńczych.

• Zygoten

• Rozpoczyna się konugacją (synapsis) czyli tworzeniu par pomiędzy chromosomami homologicznymi – powstaje kompleks synaptonemalny.

• Każdy kompleks składa się z długiego środkowego rdzenia białkowego o drabinkowym układzie, który dopasowany jest do analogicznej struktury chromosomu homologicznego.

• Proces rozpoczyna się zetknięciem końców chromosomów na wewnętrznej powierzchni otoczki jądra i przesuwa się do srodka ja kzamek błyskawiczny.

• Każda para konigujących chromosomów homologicznych nazywa sie biwalentem, inaczej tetradą.

• Zakończenie koniugacji

• Pachyten

• Powstają węzły rekombinacyjne na przebiegu tworzącego się kompleksu synaptonemalnego, zadaniem których jest ułatwienie procesu wymiany między chromosomami.

• Zachodzi crossing over – wymiana między chromatydami chromosomów niehomologicznych.

• Miejsce zachodzenia procesu – chiazma

• Diploten

• Zaczyna się rozdzieleniem chromosomów homologicznych (desynapsis) – kompleks synaptonemalny rozpuszcza się.

• Każdy biwalent połączony jest chiazmą (jedną lub większą ilością)

• Chromosomy ulegaja dekondensacji i są bardzo aktywne w syntezie RNA.

• Diakineza

• Zmniejszenie syntezy RNA

• Kondensacja chromosomów, grubienie i oddzielanie się od otoczki jądrowej

• Kinetochory chromosomów tworzących biwalent zlewają się ze sobą.

• Mikrotubule łączą kinetochor tylko z jednym centromerem

• Liczba chiazm systematycznie się zmniejsza.

• Metafaza I

• Biwalenty poruszając się ruchami oscylującymi, układają się w płaszczźnie równikowej.

• Komórki tworzą gwiazdę macierzystą

• Kończy się wytwarzanie wrzeciona podziałowego.

• Kazdy biwalen składa się z 4 chromatyd i ma tylko 2 centromery. Ich kinetochory połączone są z mikrotubulami wrzeciona

• Anafaza I

• Rozdział biwalentów na 2 pary chromatyd, każda ma jeden cetromer.

• Z każdego biwalentu do biegunów komórki przesuwa się jeden chromosom od ojca lub matki.

• Wybór chromosomó jest pryzpadkowy.

• Chiazmy przesuwają się ku końcom ramion chromosomów (terminalizacja)

• Telofaza I

• Kpowstają dwie komórki z haloidalna liczbą chromosomów i diploidalną ilością DNA.

• Po zakończeniu przemieszczania się chromosomó do biegunó komórki następuje cytokineza.

• Komórki wchodzą natychmiast, albo po bardzo krótkiej interfazie, w profazę II, bez syntezy DNA i odtwarzania jąderka.

• II podział mejotyczny

  Jak każda mitoza składa się z profazy, metafazy, anafazy i telofazy, a ich czas trwania i charakter podobny jest do czasu trwania i charakteru faz mitozy.

• Nondysjunkcja

• Czynnik patogenetyczny prowadzący do anęploidii, polega na nierozdzieleniu się chromosomów lub chromatyd podczas podziału komórki w trakcie mitozy lub mejozy.

• W mejozie jest dosyć powszechna, występuje częściej wczasie oogenezy niz spermatogenezy.

• W jej wyniku poiwstaja gamety disomiczne i nullisomiczne a po zapłodnieniu aneuploidalne zygoty.

• W mitozie prowadzi do powstania komórki trisomicznej i monosomicznej. Skutkiego tego procesu są komórki mozaikowe.

• Jedynym bezspornym czynnikime wpływającym na częstość nondysjunkcji jest wiek matki.

• Wykazano także wpływ maja różne czynniki środowiskowe i niektóre leki.