HISTOLOGIA W 6

1. Cykl komórkowy - składa się z

• Interfazy

• Podziału komórki (mitoza, cytokineza)

2. 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

3. 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

4. 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)

5. 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

6. 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

7. Inhibitory cyklu

• INK4 - p15, p16, p18, p19

• Rodzina CIP/KIP - p21, p27, p57, KIP1, KIP2

8. 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