SEJT-OSZTÓDÁS (1) ELŐADÁS (PDF)

SEJTOSZTÓDÁS (I) SEJTCIKLUS, MITÓZIS Matthias Schleiden Theodor Schwann Rudolf Virchow 1838 1838 ~ 1850 - sejt teória- Sejt teória: omnis cellula e cellula … új sejt(ek) csak korábban létező sejtből jöhet(nek)...

SEJTOSZTÓDÁS (I) SEJTCIKLUS, MITÓZIS Matthias Schleiden Theodor Schwann Rudolf Virchow 1838 1838 ~ 1850 - sejt teória- Sejt teória: omnis cellula e cellula … új sejt(ek) csak korábban létező sejtből jöhet(nek) létre, a sejt osztódása során a sejtek örökítő információja sejtről sejtre adódik át az osztódás során... Walter Flemming 1882-ben felfedezte a kromoszómákat Flemming rajzai szalamandra sejtek osztódásáról (mitózis). 1887-ben Eduard van Beneden felfedezte, hogy minden fajnak állandó kromoszóma száma van, és az ivarsejtek rendhagyó - számfelező - osztódást mutatnak. a sejtek szaporódása (általában)  a sejt anyagainak megkettőződésével,  két genetikailag azonos utódsejt kialakulásával járó,  szigorú rendben lezajló esemény  A sejtosztódás szerepe Egysejtűekben:  a sejtpopuláció fenntartása, terjeszkedése Soksejtűekben:  fejlődés során: a szervezet létrehozása egyetlen sejtből  felnőtt szervezetben: sejt-homeosztázis fenntartása (fiziológiásan) - elhalt sejtek pótlása  regeneráció: pl.sebgyógyulás A sejtosztódás eltérő szerepe egysejtűekben és soksejtűekben: eltérő szabályozás  egysejtűek addig osztódnak, amíg valamilyen kedvezőtlen környezeti tényező le nem állítja azt (negatív, gátló szabályozó tényezők) tápanyaghiány, parakrin anyagok  soksejtű felnőtt szervezetben a sejtek addig nem osztódnak, amíg a környezetből stimulust nem kapnak (pozitiv szabályozó tényezők, mitogének) növekedési faktorok  Sejtciklus „a sejt egyedi története”  a mitózis elejétől a következő mitózisig tart Fázisai:  M- fázis: a tulajdonképpeni sejtosztódás mitózis (sejtmag osztódása) citokinézis (citoplazma osztódása)  Interfázis: két sejtosztódás közötti nyugalmi szakasz G1 fázis- (gap-1) első növekedési fázis S fázis- (szintézis) G2 fázis- (gap-2) második növekedési fázis sejtciklus = interfázis + M-fázis (sejtosztódás)  A sejtciklusok száma A sejtciklus fázisaival: G1- S- G2- M – ismétlődik a sejt életében.  soksejtű szervezetekben az osztódások/ciklusok száma limitált (telomérek!)  normál sejtekben a ciklusszám fajra jellemző  pl. humán embrionális fibroblasztok szövettenyészetben kb. 50 sejtcikluson mehetnek át  A sejtciklus időtartama  a sejttípustól és a külső körülményektől (pl. oxigén- és tápanyag ellátottság) függ élesztősejtek májsejtek  A sejtciklus fázisainak időtartama  eukarióta sejtek ciklusideje szövettenyészetben, optimális körülmények között kb. 20–24 óra M fázis kb. 1 óra G1 fázis a leghosszabb (legváltozóbb is) - meghatározza a sejtciklus hosszát  A sejtciklus fázisai Interfázis - relatív nyugalmi fázis folyamatos növekedés: transzkripciós tevékenység és szintétikus aktivitás: (RNS szintézis, fehérje szintézis, a sejtorganellumok számának növekedése) G1 - „gap-1-phase” – 8-10h, preszintézis fázisa, a sejt növekszik és elvégzi sajátos funkcióit, felkészül a DNS szintézisre itt dől el, hogy a sejt  átlép-e a következő sejtciklusba (mitogén faktorok jelenléte) vagy  kilép a ciklusból a G0-fázisba (mitogén faktorok hiánya) S - DNS-szintézis -7-8h minden kromoszóma DNS- valamint hiszton- és szabályozó- fehérje- tartalma és a centroszóma megduplázódik G2 - „gap-2-phase”- 4-6h, premitótikus fázis, a sejt tovább növekszik, felkészül a mitózisra, DNS-replikáció helyességének ellenőrzése és egyetlen jelképes kromoszóma két állapota esetleges hibák kijavítása, tubulin szintézis Kilépés sejtciklusból G1- hosszú, itt fontos döntés: a sejt marad a G1-ben vagy kilép a G0-ba ? a kilépés okai:  környezeti tényezők megváltozása  mitogén faktorok hiánya  genetikai program szerint (pl. differenciálódás) a kilépés lehet:  végleges (terminális differenciálódás) pl. izomsejtek, idegsejtek  ideiglenes pl. májsejtek felnőtt szervezetben a legtöbb sejt G0 fázisban van  a differenciált (adott funkció elvégzésére G0 fázis és differenciálódás specializálódott) sejtek G0 fázisban vannak  A sejtciklus fázisai Az interfázis S fázisa:DNS szintézis  S fázis: DNS szintézis és megkettőzödés (replikáció)  A DNS-szintézise, megkettőződése a tulajdonképpeni sejtosztódást előzi meg sejtmagban zajló folyamat !  a DNS-kettős-hélix mindkét szála mintaként szolgál egy-egy új polinukleotid-lánc képződéséhez  a kettős polinukleotid-lánc felnyílik, és a két lánc eltávolodik egymástól  a szintézist irányító enzim (DNS polimeráz) mindkét szál mellett megkezdi az új polinukleotid-láncok felépítését  a bázispárképzés szabályainak megfelelően dezoxiribóz- tartalmú nukleotidegységek épülnek be: adeninnal szemben timin (A-T), guaninnal szemben citozin (G-C) és fordítva  energiaigényét ATP hidrolízise fedezi A DNS replikáció szemikonzervatív  minden replikáció során mindkét DNS-szál mintául szolgál komplementer szálak szintéziséhez  minden leány DNS-dupla-hélix egy régi (konzervált) és egy újonnan szintetizált szálból áll (= szemikonzervatív)  A DNS replikáció fázisai A replikáció 3 fázisból áll: kezdés (iniciáció), szálhosszabbítás (elongáció) és befejezés (termináció). Iniciáció  bizonyos pontokon, az ún. replikációs origóknál indul  replikáció-iniciátor fehérjék felismerik az origó DNS-szekvenciáját (A-T gazdag régiók) és szétcsavarják a kettős-hélix szálait replikációs buborék  ún. replikációs buborék keletkezik A DNS szintézist egy egész sor fehérje (enzim) viszi végbe, amelyek replikációs-gépezetként együtt működnek !  A DNS replikáció fázisai Iniciáció- Elongáció  a baktériumok kör alakú genomjában csak egy origó található  eukarióták kromoszómái lineárisak és rajtuk több replikációs origó is található  több replikációs buborék alakul ki- végül összeolvadnak és létrehoznak két kettős- szálú leány-DNS-molekulát Elongáció: a DNS-lánc növekedési iránya 5’-3’  DNS-polimerázok katalizálják  nukleotidok hozzáadása a növekvő DNS-lánc szabad 3’-OH-csoportjához,  egyszálú DNS-régiót használva mintául (komplementaritás)  a nukleotidok energiagazdag deoxyribonukleozid- trifoszfátok (dNTP) formájában lépnek be a lánchosszabítási reakcióba (az energiát szolgáltatják) a végükről a két terminális foszfátcsoport felszabadul (PP1), a megmaradt foszfát (mono-nukleotid) pedig kovalensen kötődik az előző nukleotid 3’-OH-csoportjához nukleozid: deoxyribóz+ bázis nukleotid: nukleozid+ foszfátcsoportok  DNS polimeráz (ok) Primer – ejtsd: prájmer  egy enzimcsalád - tagjainak feladata a DNS másolása  nem képesek új szál szintézisét elkezdeni a régin, hanem csak a már meglévő második szálat tudják hosszabbítani (primerre van szüksége, amely a szabad 3’-OH véget szolgáltatja)  működésének elengedhetetlen feltételei:  templát (minta) DNS szál, aminek a komplementer szála szintetizálódik  szabad 3’-OH vég, amit a templát szálhoz hibridizált DNS vagy RNS „primer” biztosít  építőkövek: 5'-dNTP, vagyis deoxyribonukleozide triphosphate (dATP, dTTP, dGTP, dCTP) A DNS szintézisét végző első enzimet Arthur Kornberg izolálta E. coli sejtekből az 50-es évek végén.  Rövid RNS (vagy DNS)-darabok szolgálnak primer-ként a DNS szintéziséhez ! Primer:  rövid (10-12 nukleotid), egyszálú RNS (vagy DNS) darab  a templáthoz kapcsolódva kis szakaszon kétszálú szerkezetet hoz létre, amelyet a DNS polimeráz hosszabbíthat  primáz nevű enzim szintetizálja-  primáz:egy RNS-polimeráz - RNS-t szintetizál DNS-t használva matricaként ha nincs primer (ami a dupla szálú részt létrehozza), akkor a DNS-polimeráz nem képes a polimerizációt elkezdeni !!! Elongáció A DNS-replikáció bidirekciónális  minden replikációs origóban két replikációs villa alakul ki, amelyek ellenkező irányban tovább mozognak és a DNS-t mint egy zipzárt kinyitják.  ezért a DNS - replikáció bidirekciónális  a villák igen gyorsan mozognak  prokariótáknál ~ 1000 nukleotidpárral mp-ként,  embernél ~ 100 nukleotidpárral mp-ként (10x lassabban; oka: komplex kromatinstruktúra) Replikálodó DNS EM képe (ecetmuslica korai embrionális stádiuma) a sötét pontok a nukleoszómák Elongáció A DNS-replikáció a replikációs villán zajlik  ahogy a DNS két szála széttekeredik és rajtuk folyik az új szálak szintézise, kétágú alakzat jön létre, a replikációs villa A replikációs villa  az egyik ág a vezető szál (leading strand),  a másik a követő szál (lagging strand)  a DNS-szintézis csak 5'-3' irányba történhet és  a DNS- szálak egymással ellentétes orientációjúak Vezető szál - a DNS polimeráz ezen a szálon folyamatosan tudja olvasni a templátot és annak alapján megszakítás nélkül (folyamatosan) hosszabbítja az új láncot Követő szál - a szintézis iránya ellentétes a replikációs villa haladásával; ezért itt az új szál rövid szakaszokban, ú.n. Okazaki-fragmentumokban készül  a vezető szálon egy, a követő szálon több primer szükséges  A DNS szintézist egy egész sor fehérje (enzim) viszi végbe, amelyek replikációs-gépezetként együtt működnek ! Repliszóma  a replikációs villán összegyűlt különböző funkciójú enzimek és struktúrproteinek  riboszóma nagyságú fehérje-komplexum  a DNS szintézis alapfeltétele a DNS-kettős-hélix letekeredése és ennek fenntartása  segítik:  helikázok: DNS szétválása  topoizomerázok - módosítják a DNS topológiáját, szerepük van a “torziós stressz” enyhítésében a DNS-ben - folyamatosan elvágva és újraegyesítve az egyik szálat.  egyszálas-DNS kötő fehérjék (az egyszálas állapot fenntartása) ezek is mind a repliszóma alkotóelemei Elongáció A követő-szálon a DNS darabokban szintetizálódik  a replikáció ugyanúgy rövid RNS-primerrel kezdődik, amit a primáz enzim szintetizál  minden szakasz szintéziséhez új primer szükséges  eukariótákban az RNS primerek mintegy 200 nukleotid távolságra szintetizálódnak egymástól hogy a darabokból egy folytonos szál legyen további 3 enzim szükséges:  (endo) nukleáz- eltávolítja az RNS-primert  javító-DNS-polimeráz- a kivágott RNS-t DNS-el helyettesíti  DNS-ligáz- összeköti a DNS darabokat egymással (foszfodiészter-kötések) A DNS polimeráz kijavítja saját magát  a DNS- megkettőződést irányító enzimek pontosan dolgoznak, ennek ellenére előfordulnak másolási hibák, amikor az új láncba nem a megfelelő nukleotid épül be  a DNS-polimeráz hibaészlelő és -javító aktivitással is rendelkezik: a szál végéről eltávolítja az észlelt hibás nukleotidot, majd folytatja annak hosszabbítását a DNS-replikáció hibarátája mindössze egy tévedés minden egymilliárd beépített bázisban Termináció A „telomér probléma” telomérek – a lineáris kromoszómák végei Mi a probléma ?  egy lineáris DNS-molekulában a követő-szál szintézise megáll röviddel a matrica (templát) vége előtt  az új szálak mindig rövidebbek valamivel a kiindulási DNS- szálnál Mi okozza a problémát ?  a DNS szintézis csak 5’-3’ irányban zajlik  a követő szál szakaszokban szintetizálódik  a DNS szintézishez RNS-primer szükséges, amely eltávołítódik  az eukarióta kromoszóma lineáris DNS-molekula  a végén nincs hely még egy primer elhelyezésére, ami egy újabb Okazaki-fragmentum elindításához szükséges lenne a kromoszómák telomér régiója minden egyes sejtosztódással rövidül (öregedés ?!) Termináció A „telomér probléma” A baktériumok kör alakú kromoszómáin a másolás véget ér, amikor az origóval ellentétes oldalon a két replikációs villa találkozik. Mi a megoldás ?  szükség van a egy darab DNS-matricára, amely a templát-DNS-t meghosszabbítja - hogy hosszabb legyen, mint a lemásolandó rész 1. Telomérek teszik lehetővé a DNS-szintézis befejezését az eukarióta kromoszóma végein Telomér - ismétlődő (nem kódoló) DNS- szekvenciákat (repeat unit) tartalmaz 2. Egy telomeráz replikálja egy eukarióta kromoszóma végeit Telomeráz  egy fehérjéből és RNS-ből álló ribonukleoprotein  az RNS része- komplementer a telomér ismétlődő szekvenciájával és matricául szolgál a telomér lánc meghosszabbításához fehérje része - ugyanazon kis DNS-szekvencia másolatait kapcsolja a kromoszóma végeire ez a kis repetitiv DNS-szekvencia szolgál majd matricául a végek konvencionális DNS replikációjához A telomérek  az eukarióta kromoszómák végein elhelyezkedő ismétlődő szekvenciák (az embernél TTAGGG )  speciális fehérjék kapcsolódnak hozzájuk, melyek fontos szerepet játszanak a kromoszómák stabilitásának fenntartásában  nem tartalmaznak fehérje-kódoló szekvenciákat: ezért, amíg csak a telomér rövidül az örökítő anyag károsodása elkerülhető „sapka a fűző végén”  A teloméráz RNS-t és fehérjét tartalmazó komplex, azaz ribonukleo-protein (RNP). újabb telomér „repeat unitok” beépítése telomér „repeat units” telomér RNS a telomeráz nem a rövidebb követő-szálat egészíti ki, hanem az egyébként is hosszabb templát DNS-szál (telomér DNS) méretét növeli a követő-szál hosszabbítása klasszikus (konzervativ) módon történik (akárcsak az előbbi szakaszoké) A teloméráz  a testi sejtekben a telomeráz hiányzik vagy inaktív a DNS-vesztés miatt csak bizonyos számú osztódást képesek elvégezni  az ivarsejtekben, őssejtekben a telomeráz aktív újabb rövid, ismétlődő szakaszokat illeszt a kromoszóma végére, így kerülik el a megrövidülést  a telomeráz mutáció következtében testi sejtekben is aktiválódhat, ami könnyen tumor kialakulásához vezethet, sőt a rosszindulatú rákos elváltozás egyik előfeltétele a telomeráz aktíválódása a telomérek és a telomeráz enzim kromoszóma-védő szerepével kapcsolatos úttörő kutatásokért A polimeráz láncreakció (polimerase chain reaction, PCR) megsokszorosítja a kiválasztott DNS-szekvenciákat „DNS-replikáció kémcsőben“  a DNS egy nukleotid-szekvenciája szelektíven, gyorsan és nagy mennyiségben előállítható  Lényege:  a DNS –polimeráz használatán alapul, amely a DNS-matricát ismételt ciklusok során másolja speciális DNS-polimeráz - egy termofil baktériumból; jóval magasabb hőmérsékleten stabil mint az eukarióta DNS-polimeráz. Melegítéskor nem denaturálódik és nem kell minden ciklusnál pótolni. Minden PCR-ciklus 3 lépésből áll: 1. a kettősláncú DNS-t röviden fel kell melegíteni, a két lánc elválasztásához (denaturáció) 2. az oligonukleotidok (primer) jelenlétében a próbát le kell hűteni, hogy ezek a DNS-láncok komplementer szakaszaival hibridizálni tudjanak (hibridizáció) 3. a keveréket DNS-polimerázzal és deoxyribonukleozidtrifoszfátokkal (dNTP) kell inkubálni a DNS (-primerrel kezdődő-) szintéziséhez (elongáció v. szintézis) Majd az egész ciklus kezdődik elölről. A PCR során az adott DNS-szekvencia két primer szükséges (forward és reverse)  a szál-szétválasztás, - két szintétikus DNS-oligonukleotid (megvásárolható)-  hibridizáció és - a vizsgálandó DNS régió ellentétes irányú végeinek felel meg  szintézis ismételt ciklusai során amplifikálódik. Alkalmazás: kórokozók detektálása, igazságügyi orvostan,  minden ciklusban megduplázódik a primerek által közrefogott DNS-szekvencia kutatás  sok ciklus után a szekvencia, sok (rendszerint több milliárd) másolata jön létre stb. Kary Banks Mullis - amerikai vegyész, a polimeráz-láncreakció felfedezője (1983 december). Találmányáért 1993-ban megkapta a kémiai Nobel-díjat.  A sejtciklus fázisai Interfázis: összefoglalás  a sejt növekszik,  a kromoszómák DNS-e és a centroszómák megkettőződnek  fénymikroszkóppal eseménytelen:  a laza szerkezetű kromoszómák nem láthatók Interfázis G2 fázisa végén a kromoszóma állomány:2x2n  A sejtciklus fázisai Mitózis  Profázis  a replikálodott kromoszómák kondenzálódnak  kromoszóma: a centromérnél szorosan összekapcsolódott két testvérkromatida  a két centroszóma távolodik egymástól, a sejt két ellentétes pólusa felé mozog  a centroszómáknál megkezdődik az osztódási orsó kialakulása (a sejtmagon kívül)  a sejtváz mikrotubulusai (MT) szétesnek, a tubulin az osztódási orsóhoz használódik  a sejtmagvacska eltűnik; az ER lemezes-tubuláris szerkezetűvé válik Fénymikroszkóp:  a kromoszómák láthatóvá válnak (szálak, pálcikák)  Prometafázis  a magburok szétesik (laminváz foszforilációja- MPF hatására) a magmembrán vezikulák formájában az osztódási orsó körül marad (ER-on)  kialakul az osztódási orsó  a kromoszómák kinetochorjaik révén az osztódási orsó mikrotubulusaihoz kötődnek, és a sejt központja felé tolódnak MPF- M-phase-promoting-factor  Prometafázis/Metafázis  a maghártya felbomlásával a mitótikus orsó teljesen kialakul piros: kinetochor a mitótikus orsó MT-i kapcsolódhatnak a kromoszómák kinetochorjaihoz (kinetochot MT-k), a másik pólus MT-hoz (poláris MT-k) v. a plazmamembrán belső felének fehérjéihez (csillag (aszter) MT-k) Prometafázis: a MT-ok a kinetochorhoz kötődnek  a kinetochor nem azonos a centromérrel proteinkomplexum a centromér felszínén plusz végükkel a testvérkromatidák kinetochorjaihoz kötődnek Replikált mitótikus kromoszóma A mitotikus kromoszómának mindegyik (IF: piros: kinetochor-fehérje) kromatidáján található egy-egy kinetochor !! Skleroderma autoimmun betegség: kinetochor (-fehérje) ellenes antitestek  kötőszövet túltermelődése a bőrben és egyéb szervekben  Metafázis  a kromoszómák az egyenlítői síkban helyezkednek el, egyenlő távolságra a sejt két pólusától  a kromatidák a kinetochor-mikrotubulusok révén a sejtpólushoz kötődnek (egyik az egyikhez, másik a másikhoz: M - ellenőrző pont!)  Anafázis  a testvérkromatidák elválnak és eltávolodnak egymástól (kohezin nevű fehérjék lebomlása)  kinetochor MT-k megrövidülnek - húzzák a kromoszómákat a pólusok felé (Anafázis A)  interpóláris MT-k növekednek és kinezinek révén elcsúsznak egymáson eltolják a pólusokat egymástól - a sejt a pólusok irányában megnyúlik (Anafázis B)  Anafázisban a testvérkromatidák elválnak egymástól metafázis anafázis Mi teszi lehetővé a testvérkromatidák szétválását az anafázis elején ? Mi tartja össze a testvérkromatidákat az S-fázistól a metafázis végéig ? Kohezinek nagy fehérjegyűrűket képeznek  körülveszik a testvérkromatidakat és  megakadályozzák, hogy egymástól eltávolodjanak Mi teszi lehetővé a testvérkromatidák szétválását az anafázis elején ?  a kohezin felbomlik a szeparáz nevű enzim hatására  a szeparáz túl korai belépését egy gátló fehérje a szekurin akadályozza meg  a szekurin eltávolítását az APC fehérje (anaphase promoting complex) váltja ki a szekurin eltávolítása a jel (a startlövés) az anafázis elkezdődéséhez Anafázisban elválnak a testvérkromatidák a kohezin proteolízise teszi lehetővé a testvérkromatidák szétválását Kohezinek: Gyakorlati jelentőség  Kohezin mutációk  Cornelia de Lange szindróma  Roberts szindróma kranio-faciális anomáliák szimmetrikusan rövid végtagok szellemi visszamaradottság stb.  Kohezin mutációk: genom instabilitás- daganat Anafázis  a kromoszómák pólusok felé való vándorlása két mechanizmus eredménye végbemehet egymás után v. egyszerre Anafázis A: a kinetochor MT-k megrövidülnek Anafázis B: a poláris MT-k meghosszabbodnak, elcsúsznak egymáson, eltolják a pólusokat egymástól  Telofázis  az elvált kromoszómák megérkeznek a pólusokra és fellazulnak (despiralizáció)  az interpoláris MT-k depolimerizálódnak  új magmembrán alakul ki minden kromoszómaszerelvény körül (magváz laminjának defoszforilációja !) ezáltal befejeződik a két mag kialakulása, ami a mitózis végét jelzi  a citoplazma elválása a kontraktilis gyűrű kialakulásával veszi kezdetét  Citokinézis  a sejtorganellumok eloszlanak a két leánysejtre  a citoplazma az aktinból és miozinból (miozin II) álló kontraktilis gyűrű összehúzódása révén elválasztódik  kialakul a két leánysejt egy-egy sejtmaggal Citokinézis A miozin motorfehérje az aktinszálakat egymással szembe húzva egyre szűkíti az gyűrűt, és végül kettéfűzi a sejtet. az elvalasztó barázda mélyülése A sejtváz rövid életű struktúrái kivitelezik mind a mitózist mind a citokinézist osztódási orsó: mikrotubulusok kontraktilis gyűrű: aktin és miozin A sejtmagburok szétesése és felépülése a mitózis során: a laminok szerepe Prometafázisban a laminok foszforilációja hozzájárul a magmembrán széteséséhez Telofázisban a laminok defoszforilációja hozzájárul a magmembrán felépüléséhez  A sejtciklus szabályozása Az eukarióta sejt sejtciklusát meghatározott molekuláris ellenőrző rendszer szabályozza  a sejtosztódási készség sejttípusonként változik  a különbségek a sejtciklus molekuláris szabályozásából származnak  a rákos sejtek kikerülnek az ellenőrző folyamatok alól  Sejtpopulációk (osztódási készség alapján)  Labilis sejtek - folytonosan osztódnak, egyik mitózisból a másikba lépnek, rövid életűek pl. bőr hámsejtjei, száj- vagina nyálkahártyája, húgyutak átmeneti hámja (urothelium), bél nyálkahártyájának hámsejtjei  Stabil sejtek - G0 fázisban található sejtek stimulus hatására képesek ismét belépni a sejtciklusba pl.májsejtek, hasnyálmirigy hámsejtjei, vese hámsejtjei, fibroblasztok, érendothél sejtek  Állandó (statikus) sejtek a sejtciklusól kilépnek és (többé) nem osztódnak osztódóképesség hiányában regenerációra nem képesek sejtszám stabilizálódik, majd az életkor előrehaladtával a sejtpusztulás miatt fokozatosan csökken pl. idegsejtek, szívizom valamint vázizomsejtek (a vázizomnak van, de igen korlátozott a regenerációs képessége)  A sejtciklus szabályozása Ellenőrző pontok (checkpoints) - molekuláris mechanizmusok 1 3 fő „checkpoint” 1. G1/S megfelelőek-e körülmények ? megkezdődhet-e a DNS szintézis? 2. G2/M rendben befejeződött-e a DNS szintézis? megfelelőek-e körülmények az M-fázisba való belépéshez ? 3. M - orsófonal checkpoint (metafázis-anafázis átmenet) minden kromoszóma illeszkedett-e az orsófonalakhoz? 3 2 helyesen választódtak-e el a testvérkromatidák? A továbblépést csak akkor engedik, ha A DNS minőségét mindhárom pont ellenőrzi a. a fázisra jellemző részfolyamatokat DNS károsódás esetén két lehetőség: a sejt végrehajtotta a. Kijavítás b. nincs károsódás a DNS-ben b. Apoptózis (sejthalál) Ellenőrző pontok (checkpoints) hiánya aneuploid sejtek: hajlamosak rákos búrjánzásra  A sejtciklus szabályozásának elemei 1. Ciklinek/ ciklin-dependens kinázok (CDK-k)  a sejtben többféle Cdk és ciklin is működik (~ 10 Cdk, ~ 30 ciklin)  specifikus kombinációik más és más fázisátmeneteket szabályoznak egyes „Cell cycle phase-promoting factors” ún. sejtciklus serkentő faktorok fehérje komplexek, amelyek Ciklinekből és CDK-k (katalitikus egység) állnak mint pl. MPF (M-phase-promoting-factor) vagy SPF (S-phase-promoting-factor) Specifikus Ciklin/CDK kombinációik más és más fázisátmeneteket szabályoznak  A sejtciklus szabályozásának elemei ciklinek/ ciklin-dependens kinázok (CDK-k) Ciklinek  a sejtciklus kb. fázisaiban ciklikusan termelődő/ lebomló szabályozó fehérjék: mennyiségük a ciklus során változik („ciklikusan” = ciklinek).  nem rendelkeznek önálló enzimaktivitással, a CDK-k aktivitását szabályozzák; lebomlása a CDK inaktiválódását eredményezi Lebomlásuk ubiquitinfüggő (proteolízis a proteoszómában) CDK-k  igen jól konzerváltak  fehérjéket foszforilálnak, ezáltal azokat aktiválva vagy inaktiválva  mennyiségük a sejtciklus során állandó, de  aktivitásuk „ciklikus” a ciklinek függvényében  A sejtciklus szabályozása ciklinek/ ciklin-dependens kinázok (CDKs) a ciklin felhalmozódása/ lebomlása szabályozza a CDK aktivitását  A sejtciklus szabályozása 2. CDK- inhibitorok  gátolják a ciklin-CDK komplexum kialakulását vagy aktivitását gátolják a sejtciklus előrehaladását  pl. p21 3. Anaphase promoting complex (APC)  proteolítikus enzimek: ubiquitin ligáz (ubiquitineket kapcsolnak a fehérjékre; poliubiquitinált fehérjék a protoeszómában lebomlanak !) Szerepe:  a testvérkromatidakat összetartó kohezinek lebontása  az M-fázis ciklinek lebontása  A sejtciklus szabályozásának elemei 4. Növekedési faktorok (growth factors):  polipeptidek G0/G1 átmenet  parakrin hatás  membránreceptorokon keresztül jelátviteli utak beindítása rendszerint a sejtciklus aktiválása (ciklinek szintézise-CDK-k aktiválása)  hatásaik koncentráció-függők  sejt-specifikusak pl. EGF (epidermal GF), FGF (fibtoblast GF), PDGF (platelet derived GF), NGF stb. Enzim-kapcsolt-Receptorok receptor tirozin- kinázok  A sejtciklus szabályozásának elemei 5. Protoonkogének  fehérjéket kódolnak, amelyek ciklinek/ CDKs, növekedési faktorok hatását befolyásolják serkentik a sejtciklust  túlműködést előidéző mutációik (onkogének): a sejtosztódást növekedési faktorok nélkül is aktiválják !! daganatok pl. sys, Erb-B, ras, jun, myc 6. Tumorszupresszor gének  gátolják a sejtciklust  deléciós vagy alulműködést okozó mutációik: daganatok pl. p53 gén, retinoblasztóma gén retinoblasztóma: a retina malignus daganata  A sejtciklus szabályozása Tumorszupresszor gének: p53- a „genom őre” p53- a p21 CDK-inhibitor transzkripciós faktora- gátolja a G1-S átmenetet A humán tumorok több mint 50%-ában kimutatható a p53 valamilyen mutációja.  A sejtciklus szabályozása Tumorszupresszor gének: Retinoblasztóma (Rb) gén/fehérje:  nem foszforilált formában a E2F transzkripciós faktorokhoz kötődik és azt inaktív állapotban tartja  E2F: G1/S átmenethez szükséges ciklineket és CDK-t aktivál  többszörösen foszforilált Rb fehérje szabadon engedi az E2F-et, így lehetővé téve a sejtciklus továbbhaladását G0-sejt osztódó-sejt  Mutációik ciklus szabályozásának zavara daganatok túlzott sejtbúrjánzás  A sejtciklus szabályozásának elemei 7. Letapadás függőség- a legtöbb sejt, ha nem tud letapadni egy felülethez, akkor nem szaporodik (pozitív szabályozás) (Integrin-laminin, integrin-fibronektin kapcsolat, FAK (fokális-adhéziós-kínáz) aktiválása) 8. Kontakt gátlás (density- dependent inhibition)- a „tömegben” levő sejtek osztódása leáll (negatív szabályozás) rákos sejtekre ez a két limitáló tényező nem hat !!