Modul: Struktura a fyziologie rostlinné buňky Definice buňky

1. Modul: Struktura a fyziologie rostlinné buňky • Definice buňky • Historie a metodologie cytologie - vědy o buňce • Prokaryotická buňka • Eukaryotická buňka – živočišná a rostlinná • Organely rostlin • Dělení buněk – karyokineze, cytokineze • Mitóza • Meióza • Buněčný cyklus, tumorogeneze Jádro Ribozomy Endoplazmatické retikulum Golgiho systém Mitochondrie Plastidy Peroxizomy, Oleozomy Vakuola Cytoplazma Cytoskelet Plazmatická membrána Buněčná stěna Inovace studia botaniky prostřednictvím e-learningu CZ.1.07/2.2.00/07.0004

2. Buněčné dělení vs. buněčný cyklus historie 1869 – J. F. Miescher – izolace „nucleinu“ z bílých krvinek 1910 – A. Kossel– Nobelova cena za studium nukleových kyselin a bílkovin 1944 – O. Avery, C. MacLeoda M. McCarty - DNA je genetický materiál – transformace bakterií 1951 – zdvojnásobení obsahu DNA v interfázi - S fáze 1953 – J. Watson a F. Crick - Nobelova cena - struktura DNA +replikace DNA v S-fázi 1953 – A. Howard a S.R. Pele – 4 fáze buněčného cyklu – Viciafaba: G1 S (syntéza) G2 M (mitóza)

3. Buněčný cyklus • doba mezi dvěma děleními buňky • zahrnuje • interfázi • G1 – fázi • S – fázi • G2 – fázi • M – fázi • liší délka u různých typů buněk • regulován na molekulární úrovni - kontrolní body (check points) • pomáhá řídit vnitřní a vnější faktory • rakovinné buňky - mimo regulaci

4. Buněčný cyklus Buňka s chromozomy v jádře Buněčné dělení Syntéza DNA G1 Mitóza M CDK cyclin Duplikace chromozomů S Rozchod chromozomů G2 Buňka s duplikovanými chromozomy

5. Regulace aktivity CDK cyclin synthesis / proteolysis peptide CDK inhibitor association (INK4, CIP/KIP) export from nucleus phosphorylation (T161) CDK /cyclin association phosphorylation (T14, Y15)

6. Regulace aktivity CDK cykliny mitogenic stimulation p27 cyclin B cyclin E cyclin A cyclin D G0 G1SG2 M G1 S G1 M G0

7. Inhibice CDK CDC25B CDK7 Cyklin H CDK1 CDK2 Cyklin A p21 CIP1 Cyklin A p27 KIP1 CDK1 p57 KIP2 CDC25A Cyklin B CDK2 CDC25A CDC25B Cyklin E CDC25C Wee1 p16 INK4A Myt1 p15 INK4B p18 INK4C p19 INK4D CDK7 CDC25B Cyklin H G2 S M G1 G0 CDK4-6 Cyklin D

8. Koning, Ross E. 1994. Cell Cycle. Plant Physiology Information Website. http://plantphys.info/plant_physiology/cellcycle.shtml

9. Buněčný cyklus

10. P P Buněčný cyklus a rakovina c-myc, cyclin E, cyclin A, thymidinkinase, thymidylate synthase, DNA pol , ... Přibližně 80% nádorů se vyznačuje mutacemi v signální kaskádě CDK4, INK4, cyklin D, pRb. Jedná se zejména o amplifikace cyklinů a CDK, jejichž aktivita podporuje buněčný cyklus, delece cyklus brzdících proteinů INK a hlavně delece nebo i bodové mutace v pRb, který ztrácí afinitu k E2F. Další mutace se objevují i genech dalších regulátorů cyklu - CDK2, cyklin E, p21, p27, p57. Vše pak podporuje neustálý růst a dělení buněk. Z tohoto pohledu jsou farmakologické inhibitory CDK skutečně perspektivní, zejména např. v nádorech s těmito mutacemi. Transgenní myši s amplifikacemi genů pro některé cykliny anebo delecemi INK skutečně vykazují výrazně vyšší četnost spontánních nádorů. transkripce G1 transcripce E2F pRB E2F DP pRB E2F DP pRB DP P p130 E2F CDK2 p107 E2F CDK4-6 Cyklin E Cyklin D p21 CIP1 p16 INK4A p27 KIP1

11. Cip1/Kip1 p19 ? cyclin H MDM2 ? WEE1 CAK(CDK7) p27 MAT1 ? + cytokinin sucrose p53? cyclin D3 cyclin D2 cyclin E CDKA p21 ? CDKA CDK2A + + + auxin P P P pRb P pRb pRb P E2F/DP E2F/DP pRb Gem x x E2F E2F E2F target gene S fáze G1 G1/S regulační mechanismy v rostlinných buňkách ABA

12. CDK a cyklus dělení buňky Proteiny zapojené vkarcinogenezi

13. p53 ! ? Transkripční faktor p53 p53 STRES poškození DNA, mitotického aparátu oxidačnístres nedostatek živin hypoxie Zablokování buň. cyklu Reparace poškození p21 ,14-3-3 Gadd45, p53R2 Apoptóza Bax, PUMA, NOXA Fas, DR-5, CD45, AIP1, PTEN Scotin, PIG3 Hladina Schopnost vázat DNA Interakce s transkrip. aparátem

14. LI-FRAUMENY SYNDROM 17p 175 248 273 282 Frequency of mutations (%) DNA-binding domain N- terminal DNA-binding domain C- terminal 9 248 8 273 Position of mutated codon 7 p53 175 6 5 N-term C-term 4 282 3 2 1 0 Acquired Mutation Embryonic Mutation Chemotherapy Radiotherapy Genetic instability (BRCA mutation) Loss of 1. allele p53 Genetic instability „Gain of function“ Dominant ngative effect p53 Loss of 2. alelle = loss of heterozygosity p53 p53 p53 p53 Other types of mutations Deletion 2. point mutation

15. feedback loop PTEN Cyclin G p21 GADD45 Scotin PERP NOXA Tsp1 BAI1 14-3-3 KILLER/DR5 P53AIP1 Maspin GD-AIF Fas Bax PIDD Reprimo p53 signalling UV radiation stress Stress Oncogenes DNA breaks ATR ATM DNA PK Casein kinase II p14ARF Stress signalling p53 MDM2 Increase of p53 level Transactivation Expression of effector genes Inhibition of vascularization Apoptosis Cell cycle block

16. P Stabilizace p53/ indukující p21 G2 CDK1 CDK2 S Cyklin B Cyklin E M G1 p21 CIP1 MDM2 p14 ARF apoptóza p14 ARF p53 p53 P MDM2 Chk2 ATM MDM2 poškození DNA, hypoxie, teplotní šok

17. Microtubular arrays during cell cycleprogressionin plant cells CDKB1/2 PPTALRE PPTTLRE motifs CDKA PSTAIRE motif

19. Agrobacterium a geny tumorogeneze Transformace hostitelských buněk – hypertrofie, hyperplazie Ri plazmid – indukce tvorby kořenů - A. rhizogenes Ti plazmid – indukce tvorby nádorů - A. tumefaciens Tumorogeneze = přírodní způsob genetického inženýrství Ti kóduje enzymy měnící hladiny růstových regulátorů – nádor Vazba bakterie na rostlinu - obranné fenoly indukují Ti systém – onkogenní interakce iniciována inkorporací T-DNA fragmentů náhodně do jádra buněk r. 1. vznik nádoru 2. syntéza opinů + rostlina produkuje další látky podporující růst tumor působící bakterie

21. Opiny