Έλεγχος κυτταρικού κύκλου Πεφάνη Δάφνη Επίκουρη καθηγήτρια, Ιατρική σχολή ΕΚΠΑ Μιχαλακοπούλου 176, 1 ος όροφος

Πως το κύτταρο διπλασιάζει τα συστατικά του; Πως γίνεται ο διαχωρισμός των συστατικών στα θυγατρικά κύτταρα; Πως το κύτταρο συντονίζει τις διεργασίες του κυτταρικού κύκλου ;

Νέα κύτταρα δημιουργούνται μόνο από τη διαίρεση προϋπαρχόντων κυττάρων Κυτταρικός κύκλος: πολλαπλασιασμός του γενετικού υλικού και διαχωρισμός του στα δύο θυγατρικά κύτταρα Όλα τα κύτταρα προέρχονται από τις συνεχείς διαιρέσεις 1 κυττάρου (ζυγωτό) Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από 100 τρισεκατομύρια κύτταρα Εκατομμύρια νέα κύτταρα/δευτερόλεπτο Διακοπή του κυτταρικού κύκλου=θάνατος

Κυτταρικός κύκλος

Φάσεις του κυτταρικού κύκλου G1:Αύξηση του κυττάρου και προετοιμασία για το διπλασιασμό του γενετικού υλικού- κύτταρα με 1 αντίγραφο του DNA στον πυρήνα S: Διπλασιασμός του γενετικού υλικού G2: Αύξηση του κυττάρου και προετοιμασία για το διαχωρισμό του γενετικού υλικού- κύτταρα με 2 αντίγραφα του DNA στον πυρήνα Μ : Διαχωρισμός χρωμοσωμάτων (μίτωση) διαχωρισμός κυτταροπλάσματος (Κυτταροκίνηση) G1, S, G2: Μεσόφαση

H διάρκεια του κυτταρικού κύκλου διαφέρει ανάλογα με τον κυτταρικό τύπο H διάρκεια του κυτταρικού κύκλου εξαρτάται από τη διάρκεια της G1 και την παρουσία μιτογόνων σημάτων στο περιβάλλον του κυττάρου

Έλεγχος του κυτταρικού κύκλου Τα συστήματα ελέγχου του κυτταρικού κύκλου εξασφαλίζουν: την εναλλαγή των φάσεων: - ολοκλήρωση της S πριν από την Μ -Η Μ βρίσκεται πάντα ανάμεσα σε δύο S Tην διακοπή του κυτταρικού κύκλου σε περίπτωση βλάβης στο γενετικό υλικό Την κυτταρική διαίρεση μόνο σε περίπτωση που το εξωκυττάριο περιβάλλον το ευνοεί

Σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου

Ρυθμιστές του κυτταρικού κύκλου- Κυκλινοεξαρτώμενες κινάσες Κυκλίνη: ρυθμιστική υπομονάδα Cd κινάση: καταλυτική υπομονάδα

Κυκλινοεξαρτώμενες κινάσες -Η ενεργότητα των κυκλινοεξαρτώμενων κινασών μεταβάλλεται περιοδικά κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου και καθορίζει τις φάσεις του -Η απουσία ή παρουσία κυκλίνης ρυθμίζει την ενεργότητα τους

Διαφορετικά σύμπλοκα κυκλίνης/cdk πυροδοτούν διαφορετικά βήματα του κυτταρικού κύκλου

4 τύποι κυκλινών G 1 /S-κυκλίνη (κυκλίνη Ε) Ενεργοποιούν τις CDKs στο τέλος της G 1, τα επίπεδα τους πέφτουν κατά την S φάση S-κυκλίνη (κυκλίνη Α) Ενεργοποιεί τις CDKs κατά την είσοδο στην S. Τα επίπεδα τους παραμένουν υψηλά μέχρι τη μίτωση ενώ παίζουν ρόλο και σε αρχικά γεγονότα της μιτωτικής διαδικασίας. M-κυκλίνη (κυκλίνη Β) Ενεργοποιεί CDKs που επάργουν είσοδο στην Μίτωση G 1 -κυκλίνες D Καθορίζουν γεγονότα της G1, υποβοηθούν τις G1/S κυκλίνες

Διαφορετικά σύμπλοκα κυκλίνης/cdk πυροδοτούν διαφορετικά βήματα του κυτταρικού κύκλου

Τα επίπεδα των κυκλινών καθορίζονται την στοχευμένη αποικοδόμηση τους μέσω ουμπικοϊτινίωσης

Ρύθμιση μέσω φωσφορυλίωσης -Προσθήκη φωσφορικής ομάδας σε πλευρική ομάδα αμινοξέων με ΟΗ Σερίνη-Θρεονίνη-Τυροσίνη -Τοπική αλλαγή φορτίου και άρα στερεοδιάταξης της πρωτεΐνης Επαναφορά στην αρχική κατάσταση με αφαίρεση της φωσφορικής ομάδας από φωσφατάσες

Ρύθμιση των CDKs μέσω αναστολέων

Σύνοψη των μηχανισμών ρύθμισης των CDK κινασών

S φάση- Η φάση της αντιγραφής του γενετικού υλικού Η αντιγραφή του γονιδιώματος ξεκινάει από πολλαπλές αφετηρίες κατά τη φάση S

Έλεγχος για βλάβες στο DNA Βλάβες στο DNA ή ατελής αντιγραφή πυροδοτούν σημεία ελέγχου

Ο παράγοντας p53 καθορίζει τη δράση των CDK

P53: ο προστάτης του γονιδιώματος Βλάβη στο DNA οδηγεί σε ενεργοποίηση του μεταγραφικού παράγοντα p53 Ο p53 μεταγράφει το γονίδιο p21, αναστολέα των CDK κινασών Ο p21 αναστέλλει τη δράση της CDK O κυτταρικός κύκλος σταματά μέχρι να επιδιορθωθεί η βλάβη στο γενετικό υλικό

S φάση- Η φάση της αντιγραφής του γενετικού υλικού Κάθε περιοχή του γονιδιώματος πρέπει να αντιγραφεί μόνο 1 φορά κατά τη διάρκεια κάθε κυτταρικού κύκλου Στις αφετηρίες έναρξης της αντιγραφής σχηματίζεται το σύμπλοκο της αδειοδότησης της αντιγραφής Μετά την πυροδότηση της αφετηρίας έναρξης, το σύμπλοκο Της αδειοδότησης αποσυναρμολογείται αποτρέποντας την επαναντιγραφή του DNA

H S-Cdk ρυθμίζει την πυροδότηση της αντιγραφής

Μόνο κατά την G1 που οι CDK είναι απενεργοποιημένες ο παράγοντας cdc6 συνδέεται με τις αφετηρίες Ενεργοποίηση των S-CDK στην αρχή της S οδηγεί σε -Ενεργοποίηση της αντιγραφής -Καταστροφή του παράγοντα cdc6 Οι αφετηρίες παραμένουν απενεργοποιημένες μέχρι να καταστραφούν οι CDK Κατά το τέλος της μίτωσης και να προσδεθεί εκ νέου ο παράγοντας Cdc6 στις αφαιτηρίες

Mίτωση-Η φάση του διαχωρισμού του γενετικού υλικού Προϋποθέσεις: -Διπλασιασμός του γενετικού υλικού -Διπλασιασμός τον κεντροσωμάτων (κέντρα οργάνωσης μικροσωληνίσκων): σχηματισμός των πόλων της μιτωτικής ατράκτου

Η Μ-Cdk ενεργοποιείται μετά από απομάκρυνση ανασταλτικής φωσφορυλίωσης

Ένας κύκλος θετικής ανατροφοδότησης ρυθμίζει τη δράση της M-Cdk

Κατά τη μίτωση διαχωρίζονται οι αδελφές χρωματίδες Κοεζίνες (cohesins) = συγγολητίνες -Απαιτείται η διάσπαση του δακτυλίου κατά τη Μίτωση για να διαχωρισθούν οι αδελφές χρωματίδες

Η συσπείρωση των αδελφών χρωματίδων βοηθά το διπλασιασμό τους Κοντεσίνες (condensins): συγκροτούν δακτυλοειδής δομές προάγοντας την συμπύκνωση των χρωμοσωμάτων Φωσφορυλίωση των υπομονάδων τους από την M- Cdk συναρμόγηση τους κεντρομερίδιο Σχετίζονται δομικά με τις κοεζίνες

Ο κύκλος του κεντροσωματίου O διπλασιασμός των κεντροσωματίων είναι απαραίτητος για το σχηματισμό των πόλων της μιτωτικης ατράκτου Ενεργοποιείται από τις Cyclin E/S-CDK και Cyclin A/S-CDK Στην αρχή τις μίτωσης διαχωρίζονται και το καθένα οργανώνει έναν αστέρα

Η μιτωτική άτρακτος σχηματίζεται από μικροσωληνίσκους Μικροσωληνίσκοι: Νημάτια α και β τουμπουλίνης -Μεσόφαση-κυτταροσκελετός -Μίτωση-μιτωτική άτρακτος

Τα στάδια της μίτωσης στα ζωικά κύτταρα

Στάδια της Μίτωσης

Πρόφαση Η χρωματίνη αρχίζει να συμπυκνώνεται και γίνεται ορατή με την μορφή χρωμοσωμάτων Αρχίζει να καταστρέφεται ο πυρηνικός φάκελος Αρχίζει να σχηματίζεται η άτρακτος Τα κεντροσωμάτια αρχίζουν να κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις

Οι μικροσωληνίσκοι της ατράκτου προσδένονται στα κεντρομερίδια των χρωμοσωμάτων -Η σύνδεση γίνεται μέσω των κινητοχώρων, ενός πρωτεϊνικού συμπλόκου που σχηματίζεται στα κεντρομερίδια των χρωμοσωμάτων

Οι μικροσωληνίσκοι της ατράκτου προσδένονται στα κεντρομερίδια των χρωμοσωμάτων Η συνεχής αύξηση και συρρίκνωση των μικροσωληνίσκων και η δράση κινητηρίων πρωτεϊνών οδηγούν στην στοίχιση των χρωμοσωμάτων στη μεταφασική πλάκα

Προμετάφαση Ο πυρηνικός φάκελος διαλύεται Οι μικροσωληνίσκοι τις ατράκτου προσδένονται στις χρωματίδες μέσω των κινητοχώρων Τα χρωμοσώματα αρχίζουν να κινούνται προς τον ισημερινό της ατράκτου Μετάφαση Τα χρωμοσώματα μετακινούνται στο μέσον της ατράκτου

Διαχωρισμός των αδελφών χρωματίδων -Ο διαχωρισμός των αδελφών χρωματίδων απαιτεί την διάσπαση των δεσμών των κοεζινών - Η σεπεράση ενεργοποιείται από το σύμπλοκο προαγωγής της ανάφασης (Anapahase Promoting Complex, APC)

H σωστή προσκόλληση των χρωμοσωμάτων στην άτρακτο είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της γονιδιωματικής σταθερότητας

Διαχωρισμός των αδελφών χρωματίδων Ανάφαση Α: Τα χρωμοσώματα έλκονται προς τους πόλους της ατράκτου

Διαχωρισμός των αδελφών χρωματίδων Ανάφαση Β: Οι πόλοι της ατράκτου απομακρύνονται μεταξύ τους

Τελόφαση: Σχηματισμός των θυγατρικών πυρήνων

Για την ολοκλήρωση της μίτωσης απαιτείται 1. Διαίρεση του κυτταροπλάσματος στα δύο θυγατρικά κύτταρα (κυτταροκίνηση) - Η μιτωτική άτρακτος καθορίζει τη θέση της αύλακας - Ζωικά κύτταρα :Περίσφιξη από συσταλτό δακτύλιο ακτίνηςμυοσίνης - Φυτικά κύτταρα: Κατασκευή κυτταρικού τοιχώματοςφραγμοπλάστης

2. Κατακερματισμός των οργανιδίων και διαχωρισμός τους στα θυγατρικά κύτταρα 3. Επαναφορά της κυτταρικής δομής -διάλυση της ατράκτου -σχηματισμός κυτταροπλασματικών μικροσωληνίσκων -αποσυσπείρωση χρωμοσωμάτων -σχηματισμός πυρηνικές μεμβράνης