Hcre Dngs Hcre bymesi ve takiben blnmesinden oluan

Hücre Döngüsü

• Hücre büyümesi ve takiben bölünmesinden oluşan sürece hücre döngüsü denir. • Hücrenin akıbetinin ne olacağına hücre çekirdeğinde bulunan hücre döngüsü saati karar verir. • Hücre dışından ve içinden gelen sinyaller sayesinde hücrenin kaderi belli olur.

• Bir hücre, hücre kültürüne konduğunda ve gerekli faktörler ile beslendiğinde sürekli bölünebilir ve hücre döngüsü aktif bir şekilde işleyebilir. • Ancak gerekli faktörler çıkartıldığında ya da inhibitör etkisi olan faktörler eklendiğinde hücre döngüsü normal seyrinde işlemez ve Go olarak adlandırılan quiescent (sessiz) durumda bekler. Nu faktörlerden en önemlisi TGF-β’dır (anti-mitojenik faktör). • Bu tür hücreler mitojenik bir faktör ile uyarıldıklarında yeniden hücre döngüsüne girebilirler ve büyümeye/bölünmeye devam edebilirler. • Bazı hücreler (sinir hücreleri gibi) hiçbir şekilde uyarılamaz ve geri döndürülemez bu hücreler post-mitotik olarak adlandırılırlar.

Büyüme ve Çoğalma (growth vs proliferation)

Drosophila’nın gözündeki hücrelerdeki TSC 1 geninde meydana gelen mutasyon sebebi ile büyümüş ancak bölünememiş hücrelerin elektron mikroskobundaki görüntüsü

Hücre döngüsü; G 1 • DNA sentezi ile hücre bölünmesi ile yeni hücre oluşumu arasnda geçen evre G 1 (first gap) olarak adlandırılır • Bu evrede hücrenin önemli kararlar alması gerekir: büyümek mi sessizleşmek mi?

Hücre döngüsü; S • Pek çok hücre tipinde G 1’den sonra gelen ve DNA sentezinin gerçekleştiği S (sentez) evresi 6 -8 saat sürer. • Hücrenin sentezleyeceği DNA diploit bir hücre için yaklaşık 6. 4 x 109 baz çiftidir ve bu süre boyunca doğru (high fidelity) bir şekilde sentezin gerçekleşmesi gerekir. • Bu evrenin süresi hücre tipine çok bağlıdır. Çok hızlı bölünen embryonik hücrelerde ve lenfositlerde diğer hücrelere kıyasla çok daha kısadır.

• S evresinden çıkan bir hücrenin hemen mitoza gideceği düşünülür ancak hücre 3 -5 saatini geçireceği bir G 2 evresine gitmeyi tercih eder.

M evresi Profaz, metafaz, anofaz ve telofazdan oluşan mitoz evresidir ve sitoplazmik bölünmeden oluşan sitokinez ile son bulur G 1, S ve G 2 evrelerinden oluşan interfaz aşamasında mikroskopik olarak görüntülenemeyen kromozomlar profazda görünmeye başlarlar. Metafazda yoğunlaşıp hücrenin ortasında yer alırlar ve daha sonra kutuplara çekilerek iki ayrı hücreye dağılırlar.

• Özellikle DNA’nın iki katına çıktığı sentez evresi olan S fazı ve DNA’nın iki kardeş hücreye eşit bir şekilde dağıldığı M evresi hücre döngüsünde çok önem taşımaktadır. Bu evrelerde oluşacak bir sıkıntı kanser gibi kötü sonuçlara sebep olabilir.

Hücre döngüsü kontrol noktaları • Her bir evreden sonra bir sonraki evreye geçmek için kontrolün yapıldığı kontrol noktaları bulunur (check points)

Hücre döngüsü kontrol noktalarında problem olursa… Bir kontrol noktası proteini olan Rad 17’nin yokluğu yüzünden replike olmaması gereken DNA defalarca replike olmuş.

• Hücreler hücre dışı mitojenlere ve sinyallere G 1’in içinde yer alan bir zaman diliminde cevap verirler. Bu nokta, hücrenin bölünmek mi istiyor yoksa Go evresinde sessiz kalmayı mı istiyor kararını verdiği noktadır. • R noktasını geçmek için zamanlama çok önemli. R’de sonra ortamdan GF’ler çekilirse hücre bölünmeye devam eder. Erken G 1’de ortamdan serum ve GF’ler çekilirse hücre Go’da kalır.

Diğer kontrol mekanizmaları • Göze çarpan bir kontrol de hücrlerin R ve G 1/S geçişi arasında bir yerde ECM ile tutunma durumunu kontrol etmeleridir. • Eğer hücreler ECM ile kontakt halinde olmadıklarını farkederlerse hücre döngüsünü durdurup ECM’e tutunmayı ya da intahara gitmeyi seçebilir. • Bu durumu lehine kullanan onkogenler myc ve src, mekanizması aydınlatılamamış bir şekilde hücrelerin ECM ile mükemmel kontakt halinde olduğunu hissettirip hücreyi sürekli bölünmeye zorlayabilirler.

Cyclin’ler ve Cyclin bağımlı kinazlar (CDK) hücre döngüsü saatinin ana bileşenleridir.

• Siklin bağımlı kinazlar (CDK) uygun şekilde çalışabilmek için düzenleyici alt üniteleri olan siklinlere ihtiyaç duyarlar. • Siklinler CDK’ların katalitik aktivitelerini aktive ederler. • CDK’lar serin/trionin kinazlardır.

PSTAIRE domain CDK’ların siklinlere bağlanmasını sağlar G 1 Siklin E’nin CDK 2’ye bağlanması CDK 2’nin aktivitesini 400. 000 kat arttırmaktadır. S

Siklin B 1 ve B 2, B tipi siklinleri oluşturur � CDC 2 aynı zamanda CDK 1 olarak da adlandırılır Siklin A 1 ve A 2, A tipi siklinleri oluşturur � Siklin D 1, D 2 ve D 3, D tipi siklinleri oluşturur Siklin E 1 ve E 2, E tipi siklinleri oluşturur

• Go’dan G 1’e geçişte görev yapan kompleks siklin C ve CDK 3 kompleksidir.

Siklin-CDK komplekslerini kontrol etmenin en iyi yolu siklinlerin düzeyleri ya da kullanılabilirliklerini değiştirmektir. CDK’ların düzeyi neredeyse hiç değişmez

Siklinlerin bu düzenli düzey değişimlerini sağlayan mekanizma siklinlerin yıkılım mekanizmasıdır (degredation). Siklinlerin yıkımını sağlayan moleküler mekanizma ise ubiquitin ligase mekanizması, yani siklinlere polyubiqutin takılarak siklinlerin proteozomlarda proteolitik yıkıma uğramasıdır. Siklinlerin sıra ile yıkımı hücre döngüsünün hep aynı yöne doğru dönmesini sağlar. Mekanizma hiçbir zaman geri işlemez.

• Diğer siklinlerin aksine D tipi siklinlerin düzeyleri çok değişken değildir ve kontrolleri mitojenik sinyaller tarafından yapılır. Tirozin kinaz bağımlı büyüme faktörleri aktif iken bu siklinlerin düzeyi fazla iken inhibitör eklendiği anda 30 dakikada degrede oldukları gözlenmiştir. • D tipi siklinler farklı stimülanlar ile uyarılırlar. • D tipi siklinler dışarıdan hücre döngüsü mekanizmasına haber taşırlar

CCND 1 in human CDK 4/6 ve D tipi siklinler hemen aynı görevi yapmaları rağmen neden 3 farklı çeşit D tipi siklin var? • Üç farklı siklin D farklı prmotorların kontrolü altında ve farklı sinyal yolaklarının altında işlev yaparlar. • Çalışmalar siklinlerin sadece hücre döngüsünde değil başka biyolojik süreçlerde de rol aldığını göstermektedir.

Siklin-CDK kompleksleri CDK-inhibitörleri (CKI) ile de kontrol edilirler. P 57 daha çok INK 4: Inhibitors of CDK 4; sadece CDK 4 ve 6 üzerinde etkililer embryogenezde aktif ve kanserde rol almıyor Kanserle alakalı

TGF-Beta özellikle p 15 INK 4 B üzerinden inhibisyon yapar

Mitojenler TGF-betanın negatif etkisini ortadan kaldırarak hücre döngüsünün çalışmasını sağlarlar Akt/PKB fosforilasyonu ile p 21 ve p 27 sitoplazmaya transloke olurlar ve inhibisyon görevlerini gerçekleştiremezler

p 27 Kip 1 proteinin lokasyonunun sağ kalıma etkisi

P 21 ve p 27 her zaman inhibitör olarak rol almazlar. Siklin DCDK 4/6 kompleksinin oluşumunda stimulatör görevi görürler

Retinoblastoma (Rb) proteininin hücre döngüsündeki rolü

p. Rb, RB • Rb bir tümör baskılayıcı proteindir. • Mutant Rb, retinoblastoma, sarkoma, küçük hücreli akciğer kanseri gibi kanserlerle ilişkilendirilmiştir. • 105 k. D büyüklüğünde bir nükleer fosfoproteindir.

• Hücre döngüsü saati p. Rb’yi R noktası geçiş noktası için gardiyan olarak görevlendirir. • Siklin D’lerin mitojenler tarafından aktive edilmesi ile unfosforile p. Rb, hipofosforile forma geçer ve bu da siklin E ve CDK 2 için substrat olur. Siklin E ve CDK 2 p. Rb’yi hiperfosforile forma sokarak inaktif hale getirirler böylece hücre döngüsü ilerler (Figür).

Siklin-CDK komplekslerinin p. Rb üzerindeki etkisi • p. Rb hücre döngüsü ve hücre çoğalması için kilit noktada yer almaktadır. • Herhangi bir sebeple bu proteinin oyundan çıkması (mutasyon, viral onkoprotein etkileri ya da promotor metillenmesi) hücre döngüsünün bozulmasına yol açar. • Bir çok kansede p. Rb’nin hiperfosforile olduğu ve sürekli olarak inaktif halde bulunduğu gösterilmiştir.

p. Rb ve kuzenleri p 130 ve p 107’nin etkinliklerinin moleküler boyutta incelenmesi • Her ne kadar p. Rb’ye çok benzeyen kuzenleri p 130 ve p 107 bulunsa da hücre döngüsünde en etkin protein p. Rb olarak göze çarpmaktadır. Bunun sebebi p 130’un daha çok Go evresinde p 107’nin de G 1/S geçişinde birikiyor olması ihtimalidir. • p. Rb’nin ve kuzenlerinin çalışması moleküler olarak incelendiğinde etkinliklerini E 2 F’ler olarak bilinen transkripsiyon faktörlerine bağlanarak gösterdikleri görülmüştür. • Bu proteinlerin unfosforile ya da hipofosforile formları E 2 F’lere hatta DNA’ya bağlanan E 2 F’lere bağlanırlar. Ancak hiperfosforile duruma geçtiklerinde E 2 F’lerden ayrılırlar.

p. Rb E 2 F’lere bağlanıp transkripsiyonu durdurmanın yanı sıra ortama HDAC gibi proteinleri de çağırır ve kromozomun yapısını, ortamdaki asetilleri kaldırarak daha kapalı bir hale yani TF’leri bağlanamayacağı bir hale getirirler.

Geç G 1 ve S girişinde, R noktasından hemen sonra siklin E’nin ifadesinin artışından da aktif E 2 F sorumludur ve bununla birlikte pozitif bir feed back olarak p. Rb’nin hiperfosforilasyonu ve G 1’den S fazına geçiş sağlanır. Bu tür döngülere feed forward loop denir.

Bir diğer pozitif feed back loop da siklin E/CDK 2 kompleksi sayesinde p 27’nin fosforlanması ve fosforlanan p 27’lerin ubiquitinlenerek proteozomlarda degrede edilmesidir. Böylece aslında bu kompleksi baskılayan protein yine aynı proteinler sayesinde aktif hale gelmiş olur.

p. Rb ve Kanser

• p. Rb’nin deregülasyonu, kanserin fenotipinin en önemli özelliği olan hücre çoğalmasını etkilemektedir. Bu durum R noktasının geçişi sürecindeki bozuklukların neden pek çok kanserin sebebi olduğunu da açıklamaktadır.

Siklin D’ler fazla üretiliyor olabilir CDK’larda mutasyon olabilir, p 16 bağlanamaz

• • • Hücre döngüsünde meydana gelen bozuklukların kanser hastalığının gelişimini nasıl etkilediği önemlidir. Moleküler değişimlerin fenotipe yansıması nasıl olur? Meme kanserlerinde siklin E’nin ifadesinin yüksek olması agresif bir malignansi ve kötü gidişatı işaret ederken az ifadesi hastalıksız hayatta kalıma işaret eder (disease free survival).