950 likes | 1.23k Views
A sejtciklus és szabályozása. A sejt teória kialakulása. A sejt szerkezeti, fiziológiai és szerveződési egysége minden élő rendszernek. A sejt létezhet önálló egységként vagy szervezetek felépítő egységeként. A sejtek más sejtek közreműködése nélkül a kristályok
E N D
A sejt teória kialakulása • A sejt szerkezeti, fiziológiai és szerveződési egysége • minden élő rendszernek. • A sejt létezhet önálló egységként vagy szervezetek • felépítő egységeként. • A sejtek más sejtek közreműködése nélkül a kristályok • keletkezéséhez hasonlóan jöhetnek létre. • (spontán kialakulás) 1838 Omnis cellula e cellula (minden sejt egy másik hasonló létező sejtből származik) 1858. Matthias Schleiden Theodor Schwann Omnis cellula e cellula (minden sejt egy másik hasonló létező sejtből származik) 1858. A modern sejt teória Minden ismert élő rendszer sejtekből áll. A sejt minden élő rendszernek strukturális és funkcionális egysége. Minden sejt osztódással keletkezik egy másik sejtből. A sejtek örökítő információja sejtről sejtre adódnak át az osztódás során. Minden sejt alapvetően azonos kémiai felépítésű. Az élő rendszereket jellemző energia áramlás és átalakítás a sejtekben történik. Robert Virchow
A sejtciklus = két periódus szabályos váltakozása a sejtek életében -a sejttartalom megkettőzése (interfázis) - kettéosztódás (M-fázis) M-fázis interfázis
A sejtciklus áttekintése I. Pontosan szabályozott DNS tartalom - replikáció + szétválás és (kromatin) (kromoszóma) centroszóma S fázisbanmitózis alatt genetikailag azonos sejtek Nem pontosan szabályozott citoplazma - növekedés + osztódás G1 és G2citokinézis M-fázis =mitózis+citokinézis G2 G1 S Interfázis =G1+S+ G2
A sejtciklus áttekintése II. • események, folyamatok jól ismertek • hogy regulálódik? • sejtciklus szabályozó rendszer • ciklin dependens kinázok (Cdk-s) • ciklinek • foszfatázok • egyéb kinázok (Aurora, Polo) • ciklin dependens kináz gátlók (CKI) • ubiquitin ligáz • ellenőrzési pontok: G1,(S),G2,M • univerzális és konzervatív • 3 típus: • korai embrionális • standard • emlős (soksejtű) M G2 G1
Kinázok és foszfatázok működése A foszforilálás aktiválja vagy inaktiválja a fehérjéket = szabályozza a működésüket Egy fehérjének több különböző hatású foszforilációs helye lehet. Poszttranszlációs szintű szabályozás.
Ubiquitin – függő proteolízis Ubiquitin aktiváló konjugáló ligáló enzim (specifikus)
Cdk szabályozása proteolízis proteolízis kinase foszfatáz kinase
A fő ellenőrzési pontok • G1, G2, M Is all DNA intact? A sejt akkor lépi át az ellenőrzési pontot, ha az azt megelőző folyamatok hibátlanul megtörténtek
2001 Orvosi Nobel díj Leland Hartwell Paul Nurse Tim Hunt ellenőrzési pontok Cdk ciklin
M-fázis G2 G1 S Standard sejtciklus • egysejtűek (élesztő) • reguláló rendszer • Cdk + G1 ciklin • SPF vagyStart kináz • Cdk + M ciklin • MPF • 3 ellenőrzési pont M G2 G1 Az első Cdk = cdc2 vagy p34
Cdk szabályozása a standard sejtciklusban M ciklin M-fázis MPF Cdk G2 G1 M ciklin G1 ciklin SPF S G1 ciklin • - szintézis - degradation
M-fázis promoting factor aktiváció ciklin Aktiváló kináz MPFi MPFi Cdk Gátló kináz foszfatáz MPFa
Gátló kináz proteolízis Szubsztrát-PO4 + Ciklin(ek) transzláció A standard sejtciklus szabályozása foszfatáz Cdk MPF szubsztrát • transzláció • G1 és M ciklinek lebontása • MPF aktivációja (aktiváló kináz és foszfatáz) • és gátlása (gátló kináz) Aktiváló kináz
A sejtciklus eltérő szerepe egy- és soksejtűekben A sejtek addig osztódnak, amíg valamely kedvezőtlen környezeti körülmény le nem állítja (negatív) a sejtciklust. Felnőtt szervezetben a sejtek addig nem osztódnak, amíg a környezetükből stimulust (pozitív) nem kapnak.
Soksejtűekben a sejtek sorsa jórészt a környezetüktől (más sejtektől függ) Survival
Soksejtűek sejtciklusa • Go fázis • növekedési faktor G1 fázis • letapadási függőség G1 fázis • denzitás függő sejtosztódás gátlás (kontakt gátlás) • (kevés növekedési faktor) M-fázis M G1 G2 Go G2 Restrikciós pont -Növekedési faktor -letapadás S
A soksejtűek sejtciklusát számos Cdk és ciklin szabályozza
Növekedési faktorok • Go G1 átmenethez szükségesek • fehérjék( 50); enzim kapcsolt receptoruk van • parakrin szekréció • nagyon specifikusak; esetleg kombinációban • hatásosak • hatásaik koncentráció függőek • a pontos hatásuktól függően csoportjaik: • mitogének, növekedési faktorok, • túlélési faktorok • pl. EGF, FGF, PDGF, NGF stb.
A növekedési faktorok hatásmechanizmusa Növekedési faktor 1. Aktivált tirozinkináz kaszkád Aktivált Ras (monomer G protein) Aktivált szerin/treonin kináz kaszkád (MAP-ok=mitogén aktivált proteinek) 2. Transzkripciós faktorok 3. Korai válaszgének transzkripciója (c-jun,c-myc,c-fos) 4. Jun,Myc,Fos transzkripciós faktorok szintézise 5. Késői válaszgének transzkripciója 6. Cdk-k és Dc (és sok egyéb) szintézise 7. Visszalépés G1-be
A letapadás is lehet sejtciklus indukáló MAP kináz Kináz domén FAK Grb Sos Src Plazmamembrán Integrin Autofoszforilációs hely Extracelluláris mátrix FAK = fokális adhéziós kináz
A Cdk inhibitorok két családja • INK4 család – p14, 16, 18, 19 – csak a Cdk4/6 –ot (kapcsolódást a ciklinnel és az aktivitást) gátolja • CIP/KIP család – p21, 27, 57 – elsősorban a Cdk2-E/A aktivitását gátolják
Visszalépés a G1 fázisba M Restrikciós pont G1 S Stimuláció Gátlás pRb-PO4 Cdk2 -Ec Cdk4/6- Dc Dc pRb-E2F p107,130 p21,27,57 Go p14,15,16,19 E2F p53 Ac Ec Növekedési faktor letapadás DNS sérülés Ac Cdk2-
Myc transzkripciós faktor target génjei: Cyclin D SCF=ubiquitin ligáz E2F
DNS szintézis iniciálása I. ORC az origókhoz (sok ezer) kapcsolódik Más fehérjék bekötődése Pre-RC
DNS szintézis iniciáció II. Cdk2-Ac aktivitás A DNS replikálódik, de csak egyszer (Cdk2-Ac) 1.A DNS replikáció iniciálódik 2. Az új iniciáció gátolt (ORC defoszforilálódás a mitózis után)
S fázis iniciáció • Kromatin remodelling • Sok origó (replikáció start pontja) hosszú DNS • ORC (origo felismerő komplex) bekötődése • Cdc6 bekötődése • Egyéb fehérjék bekötődése pre-RC • SCF (ubiqutin ligáz) p27 degradáció Cdk2-Ec aktiváció • Cdk2-Ec aktiválja a Cdk2-Ac-t • Cdk2-Ac foszforilálja a pre-RC elemeit (pl. Cdc6-ot) • DNS replikáció • (de csak egyszer !)
DNS szintézis (egy replikációs origó) 3’ 5’ 3’ 5’ 1. 2. 3. 5’ 3’ 3’ 5’ RNS primer
S fázis (DNS szintézis) • 2 replikációs villa (replikációs buborék) • primáz RNS primer • DNA polimeráz 5’ 3’ • monomerek: dezoxinukleozid trifoszfátok • leading (vezető) és lagging (elmaradó) szál • primer kivágása • ligáz • szemi-konzervatív Azonos DNS molekulák
End replication problem és a megoldás = telomeráz
Protoonkogének és tumor szupresszor gének termékei A sejtciklust serkentik gátolják Cdk-k, ciklinek, pRb, CKI-k növekedési faktorok stb. (ras gyakori) (p21, p53 stb) Tumor szupresszor protoonkogén
A sejtciklust szabályozó gének szerepe a tumorok kialakulásában protoonkogének Tumor szupresszor
A p53 szabályozása és működése p21 Ubiquitin ligáz
Protoonkogének és tumor szupresszor gének a humán kromoszómákon
A sejtciklust szabályozó gének konzervatívak, univerzálisak
Fehérjék csoportjai, amelyek a sejtek növekedését szabályozzák. Mutációjuk oka lehet a tumorok kialakulásának.
Knudson hipotézise a tumor szupresszor gének szerepéről a tumorok kialakulásában T T Két találat teória, LOH = loss of heterozygosity
Retinoblasztoma • Kisgyermekkorban a retinában • kialakuló tumor • Oka az RB1 gén csíravonalbeli • mutációja • Kb. fele öröklődő és a fele • sporadikus
Li-Fraumeni szindróma • Oka a p53 mutáció • Öröklődő – fiatalkori tumorok (emlő, agy, sarcoma, akut leukémia)
A vastagbél rák kialakulásához is sok mutáció vezet Adenomatous polyposis coli
Wnt fehérjék – konzervatív morfogének, sejt differenciálódás, polaritás, embrionális fejlődés, tumorok