HISTOLOGIA W 6
Cykl komórkowy - składa się z
Interfazy
Podziału komórki (mitoza, cytokineza)
Mitoza - rys historyczny
1873 - W. Majzel - opisał podział jądra w kom. zwierz.
1884 - A. Strasburger - autor terminów profaza, metafaza, anafaza
1878 - W. Flemming - wprowadził nazwę mitoza i chromatyna (79)
1888 - W. Waldeyer - opisał chromosomy
1952 - Mazia i Dan - wyizolował aparat mitotyczny
1971 - Yoshio i Smith - odkryli MPF (czyn. Indukujący mitozę)
2001 - Hartwell, Nurse, Hunt - nagroda Nobla
Interfaza - szereg zmian biofizycznych i biochemicznych w komórce zachodzących między końcem jednego a początkiem następnego podziału
Faza G1
Trwa 6-12h
Przerwa między zakończeniem podziału i początkiem fazy S
Przygotowanie kom. do podwojenia mat. gen.
Synteza RNA, enzymów, białek, węglowodanów, tłuszczów charakt. dla danego typu kom.
Faza S
6-8 h
Replikacja Dna, który podwaja swą zawartość z 2N do 4N
Zwiększenie rozmiarów jądra, chromatyna pozostaje zbitą masą
Synteza DNA ma początek w kilkunastu tysiącach miejsc cząst. DNA jądra, w punktach startowych replikacji DNA
DNA euchromatyny jest replikowany wcześniej a heterochromatyny później
Z każdego punktu startowego synteza DNA odbywa się dwukierunkowo z prędkością 10-100 nukleotydów na sekundę, replikacji podlega cały DNA jądra i większość cząst. Mitochondrialnego DNA, syntezę Dna przeprowadzają kompleksy enzymatyczne - REPLIKONY - które są skł. macierzy jądra, głównymi skł. replikonów są HELIKAZA oraz POLIMERAZY α i δ (delta), helikaza rozszczepia podwójną helisę DNA i wytwarza widełki replikacyjne, synteza DNA jest prowadzona przez polimerazy α i δ, koenzym polimerazy DNA α to OCNA, syntezy DNA telomerów dokonuje enzym TELOMERAZA
Faza G2
Synteza białek związanych z regulowaniem procesu podziałowego
Sprawdzenie czy ilość DNA została prawidłowo podwojona
Kom. nadal rośnie wraz ze wszystkimi organellami
Pod koniec G2 zaczyna się kondensacja chromatyny oraz synteza błony komórkowej, która jest zużywana w czasie cytokinezy
Faza M
Trwa ok. 1h
Obejmuje 2 etapy:podział jądra - kariokinezę oraz podział cytoplazmy - cytokinezę
Istnieją 2 typy fazy M: mitoza w kom. somatycznych i mejoza w kom. rozrodczych
W czasie kariokinezy zachodzi dalsza kondensacja chromatyny i utworzenie chromosomów mitotycznych oraz rozdział każdego chromosomu na 2 chromatydy i przemieszczenie do kom. 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 o wejściu w G0 najczęściej jest nieodwracalna
Komórka może wyjść z G0 i zakończyć podział
KOMÓRKI G0 - mogą się dzielić ponownie po dostarczeniu im odpowiednich subst. odżywczych i cz. wzrostu
Kom. prawidłowe in vitro - przy braku subst. lub czyn. wzrostu wchodzą w fazę G0 i przeżywają
Kom. nowotworowe transformowane wirusem in vitro - nie mogą zatrzymać wzrostu więc syntetyzują DNA przez kilka cykli i obumierają
Kom. transformowane nowotworowe czynnikami chemicznymi in vitro - zatrzymują wzrost f. G1 (nie G0) i do wzrostu potrzebują tylko subst. odżywczych
Znaczenie praktyczne - przejście kom. z fazy G1 do G0 np. w leczeniu nowotworów - kom. G0 są niewrażliwe na cytostatyki (znajdują się w większości nowotworów), eliminuje się tylko z nowotworu kom. znajdujące się w cyklu, kom. G0 pozostają nieuszkodzone - po pewnym czasie wchodzą w cykl kom. dają początek wznowie nowotworowej
Ze względu na charakt. cyklu kom. wyróżnia się:
Kom. międzymitotyczne (labilne, zmienne) - zachowują zdolnośc podziału (dzielą się w ciągu całego życia), np. kom. podstawne warstwy rozrodczej naskórka, nabłonek krypt jelitowych, kom. szpiku kostnego, węzłów chłonnych
Międzymitotyczne dojrzewające - łatwo podlegają wpływom środowiska i dojrzewające np. kom. kolczyste naskórka czy spermatocyty
Kom. pomitotyczne- utraciły odwracalnie zdolność do podziału i po mitozie stają się „bezpotomne”, należą tu kom. bardzo wyspecjalizowane: nerwowe, wydzielnicze. Nefrocyty czy hepatocyty - po dużym uszkodzeniu uzyskują zdolność do podziału (kom. pomitotyczne odwracalne lub populacja wzrastająca - stable cells)
Regulacja cyklu kom.
Cykl jest inicjowany i regulowany przez wiele białek i ich kompleksy
Geny cyklu, których produkty białkowe pobudzają cykl to PROTOONKOGENY a te których prod. Białlkowe hamują cykl to GENY SUPRESOROWE
Regulacja 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 białek
Aktywacja kinaz zachodzi w 2 krytycznych przedziałach czasowych cyklu - pod koniec fazy G1 i G2
Regulacja fazy G1/S
Odbywa się przez kontrolę przechodzenia kom. G1 do S oraz kontrolę zakończenia syntezy DNA
Ważną rolę regulacji przejścia G1 do S odgrywa kompleks białka p34-cyklina A (nazywany kinazą fazy S) i białko p110Rb (może wiązać cyklinę A blokując jej wiązanie do p34), które może blokować przejście przez punkt G1/S - hamować poliferację
Białko p34
Kinaza fosforylująca reszty seryny i treoniny wielu białek
Ilość cząst. p34 jest stała podczas cyklu
Zaliczana do grupy kinaz CDK (kinaza zależna od cykliny) - przejawia aktywność kinazy, kiedy występuje w kompleksie z cykliną
Punkt kontrolny G1/S
Gen kodujący białko p53 chroni kom. przed przemianą w kom. nowotworową
Uszkodzenie DNA prowadzi do pobudzenia kilku kinaz, które potrafią przyłączać grupy fosforanowe do p53, który jako czynnik transkrypcyjny uruchamia odczytywanie innych genów regulujących cykl np. p21
p21 odpowiada za zatrzymanie cyklu kom. na granicy faz G1/S
Punkt kontrolny replikacji DNA
Występ. w fazie S
Rozpoznanie uszkodzeń DNA powoduje zatrzymanie cyklu na tym etapie
Punkt kontrolny G2/M
Czynnik MPF - czyn. indukujący mitozę - heterodimer: CDK1/cyklina B (kizaza fazy M)
Defosforylacja pre-MPF w aktywny MPF - powoduje przejście cyklu kom. z G2 do fazy M
Punkty kontrolne w mitozie
Punkt kontrolny profaza/metafaza
P. kontr. wrzeciona mitotycznego (metafaza/anafaza)
P. kontr. między anafazą i telofazą
Cykliny
A, B (zwane mitotycznymi) oraz C, D, E
Cyklina A - syntetyzowana de nowo od fazy G1 - jej stęż. Wzrośnie w miarę upływu cyklu
Cyklina B w fazie G2
Cykliny C,D,E - syntetyzowane są w tym samym czasie
Maksymalne stęż. cyklin w metafazie/anafazie mitozy, następnie spada poprzez trawienie przez proteazy
Inhibitory cyklu
INK4 - p15, p16, p18, p19
Rodzina CIP/KIP - p21, p27, p57, KIP1, KIP2
Kinazy
CDK - zależne od cyklin
Znanych jest kilkanaście kinaz a bliżej poznano 7: CDK1-7
Przenoszą grupy fosforanowe na różne białka
Są podstawowym skł. MPF