A sejtciklus szablyozsa Dr Khidai Lszl egyetemi docens
A sejtciklus szabályozása ? Dr. Kőhidai László egyetemi docens 2020 -02 -11
Sejtciklus fázisai G 2 S M G 1 G 0 G = „gap” S = synthesis M = mitosis
Sejtciklus - Kutatás
Egysejtűek Ø egyedi jelleg Ø rövid ciklusok Ø főleg gátló szabályozó tényezők Ø pl. táplálék, paracrin anyagok tápanyag Szövetesek ! Ø sejtek közötti kommunikáció Ø serkentő szabályozás növekedési faktorok
Sejtciklus - Sejtosztódás Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Sejtciklusok fő típusai ! Embrionális: - sejtek mérete csökken - egyetlen irányító – MPF - nincs ellenőrzési pont Standard: - gyakran osztódó sejtek - irányítók – SPF (G 1 -S) - MPF (S-M) Soksejtűekre jell. : - sejtek G 0 -ban (nincs ciklin) - ciklinek, CDK-k - növekedési faktorok
! Sejktciklus fázisainak fő jellemzői G 1 = növekedés és kromoszómák előkészítése a replikációra S = DNS és centriolumok megkettőződése G 2 = előkészítés a mitosisra M = mitosis 4 n 2 n 2 n
G 2 fázis Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
G 2 DNS repair S ! Chromosomák Mitosis Magorsó DNS replikáció M Checkpoint-ok Cytokinesis G 1 Ciklinek/CDK-k G 0 Öregedés Differenciálódás Tumorok Apoptosis Aszimmetrikus osztódás
Növekedési faktorok (1) Ø fehérjék Ø specifikusság Ø paracrin termelődés Ø alacsony koncentrációban hatnak Ø G 0 - G 1 átmenet Ø differenciálódás § sejtek letapadása § kontakt gátlás !
Növekedési faktorok (2) EGF – hám, mesenchima, glia IGF – chondroblast, fibroblast FGF – fibroblast, endothel TGF – számos célsejt NGF – axonok PDGF – érfal sejtjei Egyes citokinek pl. interferon, TNF
Növekedési faktor felszíni membrán Tirozin kináz cascade ! Aktivált Ras Aktivált Ser/Thr kináz cascade Transzkripciós faktorok „Early-response” gének transzkripciója (c-jun, c-myc, c-fos) m. RNS-ek Myc, Jun, Fos „Delayed-response” gének transzkripciós faktorok transzkripciója szintézise sejtmag m. RNS-ek CIKLIN szintézis
Tumor suppressor (e. g. p 53) Normális proliferáció Protooncogének Tumor suppressor Fokozott osztódási aktivitás (tumor) Oncogének (mutációk) Tumor suppressor gének hiánya Fokozott osztódási aktivitás (tumor) Protooncogének Tumor suppressor gének expressziója Degradáció, apoptosis, öregedés Protooncogének !
Sejtciklus szabályozásának elemei Ø Ciklinek Ø Ciklin-dependens kinázok (CDK) Ø Ciklin-dependens kináz inhibitorok (CDKI) Ø Anaphase-promoting complex (APC) !
Ciklinek jellemzése Ø Ø Ø ! A sejtciklus különböző fázisaiban termelődő szabályozó fehérjék 15 (vagy több) ismert emlős ciklin „ciklin-box” – 100 aminosav hosszúságú homológ CDK-t kötő szakasz G 1 -ciklinek – gyors degradáció – C-terminális „PEST” szekvencia S-ciklinek M-ciklinek – hosszabb életidő - lebomlásuk ubiquitin-függő N-terminális „destrukciós-box”-nál; mitosis megkezdése előtt Ø Ciklinek lebomlása CDK inaktivációját eredményezi
Ciklin-dependens kinázok (CDK) Ø Ciklinekkel alkotnak komplexet – ezáltal aktiválódnak Ø Legalább 6 emlős CDK-t ismerünk Ø Foszforiláció: Aktiváló hatású: CDK 2 vagy CDK 4 - Thr 160 p 40 mol 5 Ciklin H Gátló hatású is lehet: CDK 2 – Thr 14, Tyr 15 wee 1/mik 1 protein kináz Ø Szintjük a sejtben közel állandó – a ciklinekhez való kapcsolódásukkal szabályoznak Ø Típusaik: G 1 -, S- és M-fázis CDK-k !
Ciklin-dependens kináz inhibitorok (CDKI) Ø Legalább 7 eltérő emlős CDKI-t ismerünk Ø G 1/S CDK-t kötők – p 21, p 27, p 57 Ø INK 4 (inhibitor of CDK 4) – p 15, p 16, p 18, p 19 ezek a ciklin D – CDK 4 vagy - CDK 6 komplexekre hatnak !
Anaphase-promoting complex (APC) Ø proteolítikus enzimek Ø a sister chromatidokat összetartó cochesin-ek lebomlását indítja be Ø az M-fázis ciklinek lebomlásáért felelősek !
G 0 fázis ! G 0 esetében a mitózisért felelős gének gátolt állapotban vannak G 0 !!! Átmeneti vagy végleges fázis DE a soksejtű szervezet legtöbb sejtje G 0 -ban van ! Limfociták – antigén stimulusra G 1 fázisba térnek vissza Tumoros sejtek NEM képesek G 0 -ba lépni – ez folyamatos osztódásuk egyik oka
Sejtciklus kontrollja kináz foszfatáz szubsztrát-P + CDK cyc lin CKI kináz transzkripció proteolíis transzláció szubsztrát !
CDK – Ciklin: az aktiválódás molekuláris szintű magyarázata Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
CDK – Ciklin: p 27 hatása Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Ciklinek sejtciklus-specifikus szabályozó hatásai (1) ! Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Ciklinek sejtciklus-specifikus szabályozó hatásai (2) !
Tumor-szupresszor funkció ! E 7 = human papilloma vírus termék Rb = retinoblastoma protein E 2 F = transzkripciós faktor E 7 Rb Rb E 2 F Promoter (c-myc) Bekapcsolva – Mitózis Kikapcsolva – G 0 fázis
M-fázis G 1 -fázis Restrikciós pont S-fázis p. Rb-PO 4 (p 107 -PO 4, p 130 -PO 4) Cdk 2 -Ec áDc p. Rb-E 2 F Cdk 4/6 -Dc CKI (p 15, 16 , 18, 19) Növekedési faktorok (p 107, p 130) CKI á (p 21, p 27, p 57) p 53 á DNS károsodás E 2 F Ac á Ec á Cdk 2 -Ac !
p 53 – a DNS sérüléseit jelzi (G 1 és G 2 fázisokban) - E 2 F transzkripciós faktorhoz kötődés - E 2 F promoterhez (c-myc vagy c-fos) való kötődésének gátlása - kijavítható – „kis hibák” – esetén a sejtciklus felfüggesztését okozza - nagyon sérült DNS esetén apoptózist indukál !
p 53 - a p 53 génje recesszív - csak mindkét kópia mutációjakor esik ki ez az ellenőrző funkció tumor-szupresszor gén - ha csak a mutáns változat van a sejtben az tumorrá alakulhat át (emberi tumorok 50%-ában nincs működő p 53 protein !) - nagyon magas p 53 szintek – korai öregedés, halál
p 53 - DNS
NFAT proteinek szerepe – transzkripciós faktorok - DNS-kötő domain - kötődés enhancer és promoter régiókhoz NFAT 1 -4 = nuclear factor of activated T cells
! „Checkpoint”-ok Ø S-fázis befejezett volta ? Okazaki fragmentumok jelenlétéig a sejt NEM léphet ki az S-fázisból Ø DNS minősége ? G 1 –checkpoint S-fázis alatt G 2 –checkpoint Ø Mitotikus orsó minősége ? S G 2 M G 1 M-checkpoint – orsó-kinetochore kapcsolat orsótubulusok rendezettsége kijavíthatatlan hiba esetén APOPTOSIS beindítása
A sejtciklus szabályozása Ciklin B – CDK 1 Ciklin A – CDK 1 G 2 Ciklin A – CDK 2 S Ciklin E – CDK 2 M G 1 Ciklin D – CDK 4 & CDK 6
! MPF -G 1 és S ciklin-CDK-k (ciklin E) -M ciklinek -mitotikus orsó összeépülése -maghártya lebomlása G 2 S -kromoszóma kondenzáció Metafázis M SPF -sejt előkészítése az S-fázisba lépésre; -DNS duplikációra MPF G 1 ciklinek- CDK APC -kromatídák elválása -M ciklinek lebomlása -G 1 ciklinek szintézise -geminin degradációja -DNS előkészítése replikációra
A foszforiláció gátolhat is… ! Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
MPF = Mitosis promoting factor CDK 1 és Ciklin B komplexe Ciklin CDK 1 Tyr Thr Gátló kináz P inaktív Aktiváló kináz !!! CDK 1 = cdc 2 !!! Ciklin P P CDK 1 Tyr Thr aktív Cdc 25 P
MPF szubsztrátjai § § § H 1 hiszton – chrs. kondenzáció Laminok – sejtmaghártya lebomlása MAP-ok – mitotikus orsó Foszfatáz – egyre több MPF Myosin L lánc – morfológiai változások !
! cdc 2 gén p 34 CDK S-ciklin p 34 CDK M-ciklin ATP ADP S-fázis ADP Mitózis-specifikus reakciók
A DNS replikáció kontrollja Pozitív kontroll („licensing”): ! - ORC (origin recognition complex) proteinek - Járulékos proteinek (G 1 -fázisban nő a koncentrációjuk) Cdc 6, Cdt 1 – az ORC-hez kötődve fedik a DNS-t MCM proteinek fedettsége KELL a DNS replikációhoz (MCM=mini chromosome maintenance) Az S-fázisba lépést követően: Cdc 6 és Cdt 1 leválik MCM a replikációs villa elején marad Negatív kontroll: -Geminin G 2 -ben meggátolja az MCM kapcsolódását az új DNS-sel
Mitózis
Meiotikus osztódás 1 Meiotikus osztódás 2 Holmológ chrs. párok tagjainak elválása n ! DNS replikáció Homológ chrs. elválása 2 n
! Metafázisos chromosoma Chromosoma Kondenzált chromatin nucleosomák Kihorgonyzás fehérjevázhoz Chromatinszál Szolenoid DNS Nukleoszóma DNS helix Chrs 1 (humán) DNS hossza 50 mm Chrs. Hossza 3 -4 mm 10. 000 x kondenzálás
Egy két chromatidás chromosoma Centromer régió Chromatidák Chromosoma sémás és TEM képe
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Interfázis Prometafázis Interfázis Metafázis Profázis Anafázis Prometafázis Cytokinesis Metafázis
Sejtosztódás Anafázis Metafázis Telofázis Citokinezis
Profázis Telofázis MITÓZIS Metafázis Késői anafázis Korai anafázis
A sejtmag-membrán felépülése és a mitózis Anafázis Telofázis Cytokinesis/G 1 Nucleoporinok Sejtmag-membrán Laminok !
Magpórusok kialakulása osztódás után Összeépülés Fúzió
Magorsó kialakulása
Centriolumok anya-centriolum distalis „függelékek” subdistalis „függelékek” microtubulus PCM leány-centriolum összekötő rostok
! Centriolumok osztódása
Centriolumok osztódása és a sejtciklus Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Kóros centriolumok fénymikroszkópos kimutatása
Belső folyamatok: - centrosoma dupl. - microtubulus nucleatio - microtubulus leválasztás - microtubulus kihorgonyzás Külső folyamatok: - cytokinesis - checkpoint control - sejtciklus folyamatai - mit. -orsó orientálása - sejtmag-mozgások - csilló és ostor képzés - szabályozó folyamatok - aster képzés - cytoplasma szerveződése - membrántranszport - actin leválása - mit. orsó degradáció
Centrosomális szabályozás zavarai Centrosoma duplikáció Ectopiás MTOC összeépülés Centrosoma hibák (számbeli, szerkezeti, méretbeli) Magorsó hibák Chromosoma szétválás zavara Genetikus instabilitás Tumor progresszió Microtubulus szétesés Sejtalak és polaritás hibái Tumor progresszió Tumor áttétek
Osztódás – Centriolum - Evolució Emlős sejt S. cerevisiae
A kinetochore Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Kinetochore felépítése Cohesin SCF Cohesin CEN Belső Kinetochore Külső Kinetochore Magorsó komponensek Motorok Cohesin Magorsó checkpoint Cohesin APC Anafázis progressziója !
APC hatásai Anafázis gátlása APC Anafázis beindítása Cohesinek Centromer Magorsó, kinetochor sérülése Magorsó összeépülés checkpoint
Smc - Structural Maintenance of Chromosomes Smc 1+Smc 3 = Cohesin Smc 2+Smc 4 = Condensin központi része Smc 5, Smc 6 = DNS repair Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
SCF hatásai (SCF = Skp, Cullin, F-box containing complex) Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
A mitotikus orsó !
M-ciklin – APC szabályozás Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Chromatídák elválásának molekuláris háttere Profázis Metafázis Anafázis Cohesin Kitapadt kinetochore Szabad kinetochore Microtubulusok Ubiquitin Phosphoriláció
Magorsó – kromoszóma kapcsolatok ! Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
belső lemez külső lemez (Bub. R 1) mikrotubulusok Kinetochore – magorsó kapcsolat kialakulása fibrosus „corona” (CENP-E, dynein) centromerikus heterochromatin bipoláris kitapadás feszülés Mad 2 (Rod/Zw 10/CENP-E) pólus checkpoin-fehérjék dynein-függő vándorlása
Magorsó hibák kialakulása Sejtbiológiai hiba Sensorok Szignál. Transzdukció Effektorok Sejtciklus hiba Metafázis Anafázis
Magorsó – motor proteinek ! Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Magorsó – Chrs. mozgása (1) Profázis Prometafázis
Magorsó – Chrs. mozgása (2) Metafázis Anafázis Telofázis !
kinetochore húzófonál Húznak-e a húzófonalak ? depolymerizálódás
A középlemez (midbody) kialakulása aktin ! miozin Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Az előadásban felhasznált képanyag fellelési helyei: Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter Molecular Biology of the Cell 5 th Ed. Garland Sci. (2008) Bruke, B. , Ellenberg, J. Remodelling the walls of the nucleus. Nature Reviews-Molecular Cell Biology, 3: 487 (2002) Craig, et al. , Exp. Cell Res. 246: 249 (1999) Doxsey, S. Re-evaluating centrosome function Nature Reviews-Molecular Cell Biology, 2: 688 (2001) Kitagawa, K, Hieter, Ph. Evolutionary conservation between budding yeast and human kinetochores Nature Reviews-Molecular Cell Biology, 2: 678 (2001) Musacchio, A. , Hardwick, K. G. The spindle checkpoint: Structural insights into dynamic signalling Nature Reviews-Molecular Cell Biology, 3: 731 (2002) Walczak, C. E. , Mitchison, T. J. Kinesin-related proteins at mitotic spindle poles: Function and regulation Cell, 85: 943 (1996) Walczak, C. E. , Mitchison, T. J. , Desai, A. Cell, 84: 37 (1996) Web. uvic. ca/~bioweb/people/choy/Parslow/tsld 035. htm
Chrs. polarizálódása a magorsóban Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Hiba-lehetőségek a magorsó kialakulása során ! Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
„Huza-vona” a magorsóban Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
A középlemez (midbody) kialakulásának molekuláris háttere Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
- Slides: 89