Wykład 8
Odpowiedź komórki na uszkodzenia DNA - regulacja cyklu komórkowego, aktywacja punktów kontrolnych
Zatrzymanie cyklu:
Aktywacja punktów kontrolnych - opóźnienia cyklu, całkowite zablokowanie cyklu, starzenie komórki, apoptoza
Cykl życiowy komórki:
1953 - Howard i Pelec opisali cykl komórkowy, nazwali fazy cyklu komórkowego(G1,S,G2,M,G0)
2001 - Howard i współpracownicy dostali Nobla za odkrycia regulacji cyklu komórkowego
Cykliczna aktywacja cyklin:
Kinazy zależne od cyklin(Cdk)
Serynotreoninowe
W zależności od fazy cyklu komórkowego aktywne różne kinazy zależne od cyklin i cykliny
Kinazy obecne przez cały cykl komórkowy(aktywowane na różnych etapach)
Stężenia podlegają cyklicznym wahaniom w czasie cyklu komórkowego
Ilość drastycznie spada pod koniec mitozy
Aktywacja Cdk
Związanie z odpowiednimi cyklinami
Pełna aktywacja - fosforylacja treoniny znajdującej się w konserwatywnej pętli T przez CAK (stabilizacja CDK)
Aktywność CDK podczas przebiegu cyklu komórkowego jest regulowana poprzez skoordynowaną aktywność kinaz (CAK) i fosfataz.
Dwie drogi inaktywacji kompleksu cyklina - Cdk:
Ubikwitynacja cyklin -proteosomalna degradacja(proces nieodwracalny)
Inaktywacja Cdk - fosforylacja Thr14, Thr16 w pętli wiążącej ATP(proces odwracalny - de fosforylacja przy udziale CDC25 fosfatazy, co powoduje przywrócenie aktywności Cdk)
Główne cykliny ssaków: D, E, A, B.
Progresja komórek ssaków:
Wyjście z G0 i przejście w G1 - cyklina D wiąże się z Cdk4 i Cdk6
W G1 - włącza się cyklina E z Cdk2
Przejście przez fazę S - kompleks cykliny A z Cdk2
Wejście w mitozę - kompleks cykliny D z Cdk2 i cykliny A z Cdk2.
Udział białka retinoblastoma(pRb) w progresji cyklu:
Wejście komórek w fazę S - fosforylacja białka retinoblastoma przez kompleksy: cyklina D1 z Cdk4, cyklina D1 z Cdk6, cyklina E z Cdk2.
Cyklina A-CDC2 (CDC2=CDK1), cyklina B-CDC2 fazy G2 i M
Fosforylacja - uwalnianie czynników transkrypcyjnych, aktywacja genów kodujących białka umożliwiające przejście przez fazę S.
Odpowiedź komórek ssaków na uszkodzenia:
Uszkodzenie DNA
Uszkodzone sensory
Systemy naprawy DNA odpowiedź transkrypcyjna Apoptoza Uszkodzenie punktów kontrolnych
Mogą funkcjonować niezależnie, ale najczęściej białka zaangażowane w jeden typ odpowiedzi biorą również udział w innym typie reakcji komórek na uszkodzenia DNA.
Punkty kontrolne:
Dawniej - specyficzne punkty, w których komórka sprawdza integralność przed wejściem w kolejne fazy
Aktualnie - odpowiedź komórkowa na uszkodzenia DNA(szereg szlaków biochemicznych) prowadzących do opóźnienia, zatrzymania cyklu lub apoptozy.
Brak uszkodzeń - niezakłócony cykl - przejścia G1/S, G2/M, faza S(+M) są ściśle kontrolowane
Te same białka biorą udział w regulacji progresji cyklu komórkowego jak również w aktywacji punktów kontrolnych i zatrzymania cyklu
Najważniejsze punkty kontrolne:
G1/S
Faza S
G2/M
Zaburzenia działania punktów kontrolnych - konsekwencje biologiczne
Zatrzymanie G1 - aktywacja systemów naprawy(DSB, BER, NER)
Po replikacji - brak zatrzymania powoduje zmiany/mutacje nieodwracalne, prowadzące do apoptozy, starzenia komórki, nieprawidłowego rozdziału chromosomów, a nawet ich aberracji
Przekazywanie sygnału, a uszkodzenia DNA
Uszkodzenie
Rozpoznanie
Sensory
Mediatory
Przekaźniki
Białka efektorowe
Naprawa DNA
Aktywacja punktów kontrolnych - białka uczestniczące(umowne):
Sensory: ATM, ATR, kompleks Rad17, kompleks Rad1/Rad9/Hus1
Mediatory: BRCA1, BP53
Przekaźniki: Chk1, Chk2
Efektory: CDC25, p53
Sensory:
Sensor prowadzący do aktywacji punktów kontrolnych
RPA - punkty kontrolne i naprawa DNA
RPC/PCNA - sensor charakterystyczny dla odpowiedzi komórki na zatrzymanie cyklu komórkowego
ATM, ATR
Zapoczątkowują dwie główne ścieżki uruchomienia punktów kontrolnych przy uszkodzeniach DNA
Aktywność: ATM-DSBs, ATR- różne typy uszkodzeń DNA, zakłócenie procesu replikacji
Kompleks Rad17-RFC i 9-1-1 specyficzny dla aktywnych punktów kontrolnych
Rad17-RFC (75kDa)- ATPaza stymulowana przez DNA, wiażąca się z DNA i przyłączająca klamrowy kompleks białek 9-1-1 na DNA w miejscach uszkodzenia przy udziale ATP
9-1-1 - kompleks Rad9/Rad1/Hus1 - przyłączone do DNA w odpowiedzi na stres po działaniu czynnika genotoksycznego
Fosforylacja Rad17 przez ATR przy uszkodzeniach DNA - konieczne do uruchomienia punktów kontrolnych w odpowiedzi na uszkodzenie
Mediatory:
Modyfikatory sygnału lub adaptery - grupy białek regulatorowych dla punktów kontrolnych - funkcje powyżej i poniżej ATR i ATM
Białka zawierające domenę BRCT odpowiedzialne za interakcje białko-białko, a także oddziałuje z sensorami, białkami efektorowymi, białkami związanymi z naprawą DNA itp.
W komórkach ludzkich:
BRC11
53BP1
TopBP1
MDC1
Mediatory oddziałują z sensorami uszkodzeń DNA (ATM), białkami naprawy DNA (MRN), przekaźnikami sygnałów (Chk2) i białkami efektorowymi (p53)
Przekaźniki Chk1 i Chk2
Serynowotreoninowe kinazy ze zróżnicowaną specyficznością substratową(fosforyzują wiele białek)
Dwie drogi:
DSB->ATM->Chk2
Uszkodzenia UV->ATR->Chk1
Chk1 (-/-) - śmiertelność na poziomie embrionalnym u myszy
Chk2 (-/-) - …
Syndrom Li-Fraumeni-like - predyspozycja dla rozwoju nowotworów
Efektory p53, CDC25A, CDC25B, CDC25C
Białka CDC25 biorą udział w inaktywacji kinazy zależnej od cykliny związanej z cykliną(odwracalne)
Domena podlegająca fosforylacji(interfaza lub mitoza). Zaangażowana tylko domena regulacyjna(domena katalityczna nie). Fosforylują konkretne miejsca - zatrzymanie cyklu- bezpośredni wynik to inaktywacja aktywności fosfatazowej, a w konsekwencji brak progresji cyklu komórkowego
Defosforylacja kinaz zależnych od cyklin (CDK) (bezpośrednio powiązanych z progresją cyklu komórkowego)
Schemat aktywacji i zatrzymania cyklu bardzo podobne dla punktów kontrolnych
Uszkodzenie
Zatrzymanie widełek replikacyjnych
Aktywacja ATM białka RPA, ATR
Chk2 fosforylacja Rad17(ładuje klamrowy kompleks)
Fosforylacja p53 fosforylacja miejsc serynowych w Chk1
Nagromadzenie p53 fosforylacja CDC25
Łączenie z cyklinami i kinazami- łączenie z cyklinami i kinazami-
Zatrzymanie cyklu komórkowego(S?) zatrzymanie cyklu komórkowego(G2/M)
Onkogeneza - cykl komórkowy
Wiele regulatorów cyklu komórkowego - onkogeny i supresory
Choroby ze zwiększoną predyspozycją do nowotworów
Kontrola G1/S najczęściej podlega deregulacji
Nadmierna ekspresja cyklin lub inaktywacja inhibitorów Cdk
P53 - 50% nowotworów(mutacja powoduje - brak apoptozy, brak zatrzymania cyklu komórkowego)
Wyszukiwarka