Moριακή Kυτταρική Bιολογία & Έλεγχος Μεταβολισμού ΔIAΛEΞΕΙΣ 4 & 5 Κυτταρική διαίρεση & Απόπτωση

Transcript

1 Moριακή Kυτταρική Bιολογία & Έλεγχος Μεταβολισμού ΔIAΛEΞΕΙΣ 4 & 5 Κυτταρική διαίρεση & Απόπτωση

2 Τα κύρια σημεία της διάλεξης είναι τα παρακάτω: Ο κυτταρικός κύκλος και τα στάδια του Ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου Κυτταρικός θάνατος

3 Ο ΡΟΛΟΣ ΚΑΙ Η ΣΠΟΥΔΑΙΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΤΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΔΙΑΙΡΕΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΖΩΗΣ ΕΙΝΑΙ ΠΕΡΙΠΟΥ ΑΥΤΟΝΟΗΤΟΣ ΑΥΤΟ ΠΟΥ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΚΑΤΑΛΑΒΟΥΜΕ ΟΜΩΣ ΕΙΝΑΙ ΟΤΙ Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΔΙΑΙΡΕΣΗΣ ΣΕ ΟΛΟΥΣ ΤΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ ΕΙΝΑΙ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΖΟΜΕΝΗ ΚΑΙ ΕΧΕΙ ΟΡΙΣΜΕΝΑ ΚΟΙΝΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

4 H κυτταρική διαίρεση στα βακτήρια χρωμόσωμα Κυτταρικό τοίχωμα Κυτταρική μεμβράνη ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA Tο βακτηριακό κύτταρο κάνει ότι και οποιοδήποτε άλλο κύτταρο κατά τη διαδικασία της διαίρεσης: 1. Aυξάνει τον όγκο του 2. Aντιγράφει το γενετικό του υλικό 3. Διαιρείται με ακρίβεια σε δύο πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΕΡΙΣΦΙΞΗ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΥ ΤΟΙΧΩΜΑΤΟΣ Διπλασιασμένο βακτηριακό χρωμόσωμα ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ

5 H κυτταρική διαίρεση στους ευκαρυώτες είναι πιό πολύπλοκη H διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης των ευκαρυωτικών κυττάρων είναι πιο περίπλοκη μια λόγω της ύπαρξης πυρήνα, πολλαπλών χρωμοσωμάτων και μεμβρανικών οργανιδίων. Eπιπλέον, σε πολυκύτταρους οργανισμούς το κάθε κύτταρο δεν είναι ανεξάρτητο αλλά αποτελεί μέρος του συνόλου και η διαδικασία της διαίρεσης του θα πρέπει να ρυθμίζεται ανάλογα λαμβάνοντας υπόψη τις ανάγκες του συνόλου (δηλαδή του οργανισμού).

6 Η κυτταρική διαίρεση των ευκαρυωτικών κυττάρων περιγράφεται σαν ένας κύκλος Ο κυτταρικός κύκλος και τα στάδια του O ευκαρυωτικός κυτταρικός κύκλος διαιρείται στη µεσόφαση και στη φάση M Mεσόφαση: H περίοδος ανάµεσα σε δύο διαδοχικές φάσεις M. Aποτελείται από τις φάσεις G1, S και G2. Φάση M: Aποτελείται από τη µίτωση (διαίρεση πυρήνα) και κυτταροκίνηση (διαχωρισµός κυτταροπλάσµατος)

7 Χρονική διάρκεια των φάσεων του κυτταρικού κύκλου Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

8 Pύθμιση του κυτταρικού κύκλου του ζυμομύκητα H έναρξη του κύκλου γίνεται στο σηµείο της G1 που ονοµάζεται EKKINHΣH. Aπό τη στιγµή που τα κύτταρα θα περάσουν από την EKKINHΣH, υποχρεωτικά θα εισέλθουν στη φάση S και θα ολοκληρώσουν τον κύκλο διαίρεσης. Tο πέρασµα της EKKINHΣHΣ όµως υπόκειται σε πολύπλοκη ρύθµιση Θυγατρικό Kύτταρο Mητρικό Kύτταρο EKKINHΣH Tροφές Παράγοντες Zευγαρώματος Kυτταρικό Mέγεθος

9 Pύθμιση του κυτταρικού κύκλου των ζωικών κυττάρων από αυξητικούς παράγοντες Σημείο εκκίνησης Αυξητικοί παράγοντες

10 Σε συγκεκριμένα σημεία του κυτταρικού κύκλου τα κύτταρα δεσμεύονται να προβούν σε καθορισμένες ενέργειες Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

11 Σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου Μη αντιγραμμένο ή κατεστραμμένο DNA Ατελής παράταξη των χρωμοσωμάτων στον ισημερινό του κυττάρου Kατεστραμμένο DNA

12 Ο κυτταρικός κύκλος μπορεί να διακοπεί στα σημεία ελέγχου αν δεν πληρούνται κάποιες προϋποθέσεις

13 Η πρωτεΐνη p53 σταματά τον κυτταρικό κύκλο όταν το DNA έχει υποστεί βλάβες Αλλοίωση DNA ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ p53 ανενεργό p53 ενεργό p53 ΤΟ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ p53 ΔΕΣΜΕΥΕΤΑΙ ΣΕ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΓΟΝΙΔΙΟΥ p21 γονίδιο p21 ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ Πρωτεΐνη p21 = αναστολέας των Cd κινασών ΕΝΕΡΓΟ σύμπλοκο κυκλινών και Cd κινάσης της φάσης S ΑΝΕΝΕΡΓΟ σύμπλοκο p21- κυκλινών και Cd κινάσης της φάσης S

14 Οι κυκλίνες και οι κυκλινοεξαρτώμενες κινάσες (Cdk s ή Cd κινάσες) είναι παραδείγματα εξειδικευμένων συμπλόκων πρωτεϊνικών παραγόντων που ρυθμίζουν τη μετάβαση από μιά φάση του κυτταρικού κύκλου στην επόμενη Το παράδειγμα του MPF (mitosis promoting factor = παράγοντας που προάγει την μίτωση)

15 Tαυτοποίηση του MPF και διακύμανση των επιπέδων του κατά τον κυτταρικό κύκλο μίτωση μεσόφαση μίτωση μεσόφαση προγεστερόνη Ενεργότητα MPF Μικροένεση κυτταροπλάσματος μίτωση μεσόφαση μίτωση μεσόφαση Ενεργότητα MPF συγκέντρωση κυκλίνης

16 H ενεργοποίηση του MPF γίνεται μέσω διαδοχικών δράσεων πρωτεϊνικών κινασών και πρωτεϊνικών φωσφατασών Ανενεργός MPF ενεργοποιητική κινάση ανασταλτική φωσφατάση Ανενεργός MPF ενεργοποιητική φωσφατάση Eνεργός MPF MPF κυκλίνη MPF Cdk ανασταλτική κινάση ενεργοποιητική φωσφατάση Cdk= cyclin- dependent kinase δηλ. κυκλινοεξαρτώμενη κινάση

17 Επομένως, οι Cd κινάσες: 1. Ελέγχουν τις διεργασίες και την εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου φωσφορυλιώνοντας επιλεκτικά μια πλειάδα πρωτεϊνών- στόχων 2. Η ενεργότητα των Cd κινασών ρυθμίζεται από την παρουσία των κυκλινών 3. Μετά τη πρόσδεση της κυκλίνης στην Cdk- στόχο, η ενεργότητα της Cdk ρυθμίζεται περαιτέρω με διαδοχικά στάδια εκλεκτικής φωσφορυλίωσης- αποφωσφορυλίωσης σε συγκεκριμένες περιοχές της Cdk 4. Απενεργοποιούνται στο τέλος μιας συγκεκριμένης φάσης του κυτταρικού κύκλου με αποφωσφορυλίωση

18 Γενετική απόδειξη της επίδρασης κυκλινών ή Cd κινασών στην κυτταρική διαίρεση Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

19 H φωσφορυλίωση των λαμινών από την Cdk1 πυροδοτεί την αποσυναρμολόγηση του πυρηνικού υμένα Σύντηξη των κυστιδίων του πυρηνικού φακέλου Πυρηνικός πόρος λαμίνες εσωτερική πυρηνική μεμβράνη εξωτερική πυρηνική μεμβράνη Πυρηνικός φάκελλος Φωσφορυλίωση των λαμινών ΜΕΣΟΦΑΣΙΚΟΣ ΠΥΡΗΝΑΣ χρωματίδη χρωμόσωμα κυστίδιο πυρηνικού φακέλου ΤΕΛΟΦΑΣΗ φωσφορυλιωμένες λαμίνες Αποφωσφορυλίωση των λαμινών ΠΡΟΦΑΣΗ

20 Η ενεργότητα των Cd κινασών ρυθμίζεται από την αποδόμηση των κυκλινών Φάση Μ ενεργοποίηση του μηχανισμού της μίτωσης Ενεργός MPF μιτωτική κυκλίνη αποικοδόμηση μιτωτικής κυκλίνης μιτωτική Cdk Cdk της φάσης S αποικοδόμηση της κυκλίνης της φάσης S κυκλίνη της φάσης S Ενεργοποιημένο σύμπλοκο κυκλίνης- Cdk της φάσης S ενεργοποίηση του μηχανισμού της αντιγραφής του DNA Φάση S

21 Το σύμπλοκο APC πυροδοτεί τόσο την αποικοδόμηση των κυκλινών όσο και το διαχωρισμό των αδελφών χρωματίδων Ρύθμιση της πρωτεόλυσης από τον SCF ενεργός SCF αλυσίδα πολυουβικιτίνης σεκουρίνη Αναστολέας της Cdk (CKI) ένζυμα ουβικιτινυλίωσης Ρύθμιση της πρωτεόλυσης από τον APC αποικοδόμηση της CKI στο προτεάσωμα ανενεργό APC Cdc20 ενεργό APC ανενεργός σεπαράση ουβικιτινυλίωση & αποικοδομηση της σεκουρίνης ανενεργό APC Μ- κυκλίνη Ενεργοποιητική υπομονάδα (Cdc20) αλυσίδα πολυουβικιτίνης σύμπλοκο κοεζίνης Μ- Cdk Μιτωτική άτρακτος ενεργοποιημένη σεπαράση οι κοεζίνες αποικοδομούνται ενεργό APC αποικοδόμηση της Μ- κυκλίνης στο προτεάσωμα G2 μετάφαση ανάφαση ένζυμα ουβικιτίνωσης

22 Tα στάδια της μίτωσης μικροσωληνίσκος μεσόφαση κεντροσωμάτιο πρόφαση Αδελφές χρωαματίδες προμετάφαση Σύνδεση μικροσωληνίσκων της ατράκτου στους κινητοχώρους μετάφαση τελόφαση ανάφαση κυτταροκίνηση Επανασχηματισμός πυρηνικού φακέλλου

23 O ρόλος του κυτταροσκελετού στη κυτταρική διαίρεση πόλος της ατράκτου μικροσωληνίσκοι της μιτωτικής ατράκτου Η φάση Μ πλησιάζει στο τέλος της Συσταλτικός δακτύλιος αποτελούμενος από ινίδια ακτίνης και μυοσίνης αδελφές χρωματίδες αδελφά χρωμοσώματα πόλος μιτωτικής ατράκτου μιτωτική άτρακτος

24 Σχηματισμός δίπολης μιτωτικής ατράκτου και σύνδεση της με τα χρωμοσώματα μικροσωληνίσκοι κεντροσωμάτιο αντιγραμμένο χρωμόσωμα κεντρομερίδιο κινητοχώρος μικροσωληνίσκοι του κινητοχώρου χρωματίδη πολικοί μικροσωληνίσκοι πόλος της ατράκτου

25 Oι κατηγορίες των μικροσωληνίσκων της μιτωτικής ατράκτου πόλος μιτωτικής ατράκτου Αντιγραμμένο χρωμόσωμα (αδελφές χρωματίδες) κινητοχώρος ελεύθεροι μικροσωληνίσκοι Μικροσωληνίσκοι πολικοί μικροσωληνίσκοι

26 Oι δύο διεργασίες που διαχωρίζουν τις αδελφές χρωματίδες κατά την ανάφαση ΑΝΑΦΑΣΗ Α ΤΑ ΧΡΩΜΟΣΩΜΑΤΑ ΕΛΚΟΝΤΑΙ ΠΡΟΣ ΤΟΥΣ ΠΟΛΟΥΣ ΑΝΑΦΑΣΗ Β ΟΙ ΠΟΛΟΙ ΜΕΤΑΚΙΝΟΥΝΤΑΙ ΠΡΟΣ ΑΝΤΙΘΕΤΕΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΕΙΣ βράχυνση των μικροσωληνίσκων των κινητοχώρων, οι δυνάμεις που αναπτύσσονται στους κινητοχώρους μετακινούν τα θυγατρικά χρωμοσώματα προς τους πόλους της ατράκτου Οι πόλοι απομακρύνονται μεταξύ τους ως αποτέλεσμα των απωθητικών δυνάμεων (1) ανάμεσα στους πολικούς μικροσωληνίσκους, και των ελκτικών δυνάμεων (2) που τους έλκουν προς διαφορετικές κατευθύνσεις Επιμήκυνση των (+) άκρων των πολικών μικροσωληνίσκων

27 Αποπολυμερισμός των μικροσωληνίσκων κατά τον διαχωρισμό των αδελφών χρωματίδων στην ανάφαση ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΠΡΟΣ ΤΟΥΣ ΠΟΛΟΥΣ έξω ΠΟΛΟΣ Κίνηση προς τους πόλους ΜΙΚΡΟΣΩΛΗΝΙΣΚΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΟΧΩΡΟΥ έξω Υπομονάδες τουμπουλίνης Υπομονάδες τουμπουλίνης ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ PAC- MAN κινητοχώρος έξω αποπολυμερισμός ΠΟΛΟΣ έξω

28 Η άτρακτος καθορίζει το σημείο σχηματισμού του συσταλτικού δακτυλίου

29 O συσταλτικός δακτύλιος υπολείματα πολικών μικροσωληνίσκων ΚΥΤΤΑΡΟ 1 Συσταλτικός δακτύλιος από ινίδια ακτίνης και μυοσίνης ΚΥΤΤΑΡΟ 2

30 Τα φυτικά κύτταρα δεν σχηματίζουν συσταλτικό δακτύλιο κυτταρική μεμβράνη Κυστίδια προερχόμενα από συσκευή Golgi φραγμοπλάστης Σχηματισμός νέου κυτταρικού τοιχώματος Νέο κυτταρικό τοίχωμα

31 Το DNA υφίσταται συνεχώς βλάβες

32 Η επιδιόρθωση των βλαβών του DNA απαιτεί είτε τη σύνθεση νέων ή την ενεργοποίηση προϋπαρχόντων πρωτεϊνών

33 Όταν το κύτταρο αδυνατεί να επιδιορθώσει τις βλάβες του DNA τότε προβαίνει σε προγραμματισμένο θάνατο ή ΑΠΟΠΤΩΣΗ

34 Στην απόπτωση αλλάζει η δομή τόσο του κυττάρου και του πυρήνα του

35 Αποδόμηση του DNA κατά την απόπτωση

36 Ποιά σήματα ενεργοποιούν την απόπτωση;

37 Η αλληλεπίδραση της πρωτεΐνης Fas με τον προσδέτη της ενεργοποιεί την απόπτωση

38 Η απόπτωση διεκπεραιώνεται σε μεγάλο βαθμό από τις κασπάσες ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΠΡΩΤΕΟΛΥΤΙΚΗ ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΣΗ ανενεργός πρωτεάση (προένζυμο) ανενεργό πρωτεϊνικό θραύσμα ενεργός πρωτεάση ένα μόριο ενεργού πρωτεάσης Α πολλά μόρια ενεργού πρωτεάσης Β Πρωτεόλυση πυρηνικών λαμινών ακόμη περισσότερα μόρια ενεργού πρωτεάσης Γ πρωτεόλυση κυτταροπλασματικών πρωτεϊνών πολύ περισσότερα μόρια ενεργού πρωτεάσης Δ κλπ

39 Οι κασπάσες είναι πρωτεάσες που ενεργοποιούνται με διμερισμό και εξειδικευμένη πρωτεόλυση

40 Η απόπτωση ρυθμίζεται από εξωκυττάρια σήματα & από ενδοκυττάριες πρωτεΐνες

41 Ποιά είναι τα πλεονεκτήματα του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου; Επιτελείται μόνο όταν ο οργανισμός θέλει να καταστρέψει «ήσυχα» κάποια κύτταρα που έχουν ανωμαλίες;

42 Ο ρόλος της απόπτωσης στη δημιουργία του νευρικού συστήματος Νευρικά κύτταρα Νεκρά κύτταρα Σώμα νευρικού κυττάρου Νευράξονας Ο ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΘΑΝΑΤΟΣ ΤΑΙΡΙΑΖΕΙ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΩΝ ΝΕΥΡΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΜΕ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ- ΣΤΟΧΩΝ Κύτταρα- στόχοι Παράγοντας επιβίωσης απελευθερούμενος από νευρικά κύτταρα

43 Ο ρόλος της απόπτωσης στη μορφογένεση

44 Σας Ευχαριστώ για την Προσοχή σας