A sejtciklus és szabályozása

1. A sejtciklus és szabályozása

2. 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

3. A sejtciklus = két periódus szabályos váltakozása a sejtek életében -a sejttartalom megkettőzése (interfázis) - kettéosztódás (M-fázis) M-fázis interfázis

4. 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

5. 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

6. 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.

7. Ubiquitin – függő proteolízis Ubiquitin aktiváló konjugáló ligáló enzim (specifikus)

8. Cdk szabályozása proteolízis proteolízis kinase foszfatáz kinase

9. 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

10. 2001 Orvosi Nobel díj Leland Hartwell Paul Nurse Tim Hunt ellenőrzési pontok Cdk ciklin

11. 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

12. Cdk szabályozása a standard sejtciklusban M ciklin  M-fázis MPF Cdk G2 G1 M ciklin  G1 ciklin  SPF S G1 ciklin  • - szintézis  - degradation

13. M-fázis promoting factor aktiváció ciklin Aktiváló kináz MPFi MPFi Cdk Gátló kináz foszfatáz MPFa

14. 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

15. Soksejtűek sejtciklusa

16. 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.

17. Soksejtűekben a sejtek sorsa jórészt a környezetüktől (más sejtektől függ) Survival

18. 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

19. A soksejtűek sejtciklusát számos Cdk és ciklin szabályozza

20. Soksejtűek Cdk-i és ciklinjei

21. 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.

22. 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

23. A letapadás is lehet sejtciklus indukáló MAP kináz Kináz domén FAK Grb Sos Src Plazmamembrán Integrin Autofoszforilációs hely Extracelluláris mátrix FAK = fokális adhéziós kináz

24. 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

25. 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-

26. Myc transzkripciós faktor target génjei: Cyclin D SCF=ubiquitin ligáz E2F

28. S fázis

29. DNS szintézis iniciálása I. ORC az origókhoz (sok ezer) kapcsolódik Más fehérjék bekötődése Pre-RC

30. 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)

31. 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 !)

32. DNS szintézis (egy replikációs origó) 3’ 5’ 3’ 5’ 1. 2. 3. 5’ 3’ 3’ 5’ RNS primer

33. 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

34. A hisztonkorongok elrendeződésének két modellje =

35. End replication problem és a megoldás = telomeráz

37. 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

38. A sejtciklust szabályozó gének szerepe a tumorok kialakulásában protoonkogének Tumor szupresszor

39. A p53 központi reguláló szerepe

40. A p53 szabályozása és működése p21 Ubiquitin ligáz

41. Protoonkogének és tumor szupresszor gének a humán kromoszómákon

42. A sejtciklust szabályozó gének konzervatívak, univerzálisak

43. Fehérjék csoportjai, amelyek a sejtek növekedését szabályozzák. Mutációjuk oka lehet a tumorok kialakulásának.

44. Knudson hipotézise a tumor szupresszor gének szerepéről a tumorok kialakulásában T T Két találat teória, LOH = loss of heterozygosity

45. Retinoblasztoma • Kisgyermekkorban a retinában • kialakuló tumor • Oka az RB1 gén csíravonalbeli • mutációja • Kb. fele öröklődő és a fele • sporadikus

46. Li-Fraumeni szindróma • Oka a p53 mutáció • Öröklődő – fiatalkori tumorok (emlő, agy, sarcoma, akut leukémia)

47. A tumorok jellemző tulajdonságai

48. A vastagbél rák kialakulásához is sok mutáció vezet Adenomatous polyposis coli

49. Wnt fehérjék – konzervatív morfogének, sejt differenciálódás, polaritás, embrionális fejlődés, tumorok

50. Hepatocarcinoma kialakulása