Wykład 9
Regulacja cyklu komórkowego
- Histony
- Polimeraza DNA
- Metyltransferaza DNA
Układ kontroli cyklu komórkowego
- punkt kontrolny G2- wejście w fazę M ( włączenie mitozy, co wiąże się ze składaniem wrzeciona)
- punkt kontrolny M- wyjście z fazy M ( wejście w cytokinezę- zakończenie podziału)
- punkt kontrolny G1 wejście w fazę S ( włączenie replikacji DNA)
Bruzdkowanie embrionów zwierzęcychà proces drastycznie skrócony, drastycznie skrócone fazy G1 i G2
- Cykliczne aktywowanie/ hamowanie kluczowych białek/ kompleksów białkowych poprzez ich fosforylację/ defosforylacja. Rozpoczynających ich regulację poprzez replikację DNA, Mitozę, Cytokinezę.
- Fosforylacja/ defosforylacja- przeniesienie grupy fosforanowej z ATP na odpowiednią resztę aminokwasową docelowego białka.
- swoiste kinazy białkowe
- Kolejne etapy cyklu komórkowego reguluje kompleks cyklina- cyklino zależne kinazy białkowe
- Kinazy białkowe cyklu komórkowego, obecne są w komórkach ploriferujących przez cały okres trwania cyklu komórkowego- aktywowane w odpowiedniej fazie cyklu komórkowego.
- Cyklina: oscyluje zmiany poziomu podczas cyklu, brak aktywności enzymatycznej, aktywacja enzymatyczna kinaz
- Różne kompleksy cyklina- Cdk włączają różne etapy cyklu komórkowego
- Główne cykliny kręgowców: G1/S przejście z G1 do S ( punkt kontrolny G1)
G1 cyklina D ( D1- D3 u ssaków) à G1- Cdk ( Cdk4, Cdk6)
G1/S cyklina Eà G1/S Cdk (Cdk2)
S cyklina Aà S-Cdk (Cdk2)
G2/M przejście z G2 do M
M cyklina Bà M-Cdk ( Cdk1, Cdk2)
Poziom cyklin i Cdk w cyklu komórkowym Akumulacja i degradacja cyklin reguluje kinazy białkowe Cdk; Interfazaà synteza cykliny Bà aktywny kompleks cyklina B- Cdk1à profazaà Metafaza- najwyższe stężenie cykliny Bà Anafaza- nieaktywna cyklina Bà Telofaza; degradacja cykliny B w proteosomach, oznaczenie przez ubikwityna
Dwa podstawowe typy kompleksów cyklina- Cdk, aktywny kompleks S- Cdk, aktywny kompleks M-Cdk.
- Aktywacja kinazy fazy M ( M-Cdk) tworzenie kompleksu MPF przejście z fazy G2 do M
Cyklina fazy M M- Cdkà Nieaktywny MPFà kompleks cyklina- Cdkà Kinaza aktywująca Cdk, Kinaza hamująca Cdk à Nieaktywny kompleks ( 3 reszty fosforanowe)à fosfataza aktywującaà aktywny MPF ( jedna reszta fosforanowa)
System dodatniego sprzężenia zwrotnego.
Zaktywowany M- Cdk fosforyluje, aktywuje kolejne cząsteczki fosfatazy, które aktywują kolejne M- Cdk- hamuje kinazę hamującą.
Aktywacja kinazy fazy M tworzenie kompleksu MPF u kręgowców
MPF cyklina B + Kinaza – białko p34
Metafaza ( największe stężenie cykliny B) aktywny kompleks, defosforylacja białek kinetochorowych, kontrola połączeń kinetochorowych z wrzecionem kariokinetycznym
Telofaza- rozpad MPF ( degradacja cykliny w proteosomach)
Przejście do interfazy- defosforylacja Thr161- fosfataza PP, fosforylacja Thr14, Tyr15 kinaza Wee1
Substraty dla MPF laminy jądrowe- rozpad otoczki jądrowej, nukleoliny- rozpad jąderka, składanie mikrotubul ( białka MAP), demontaż cytoszkieletu interfazowego, montaż wrzeciona podziałowego, białka chromatyny, kondensacja chromatyny, czynniki transkrypcyjne- zahamowanie transkrypcji.
Kontrola fazy S
G1- kompleks ORC- związany z ori
- białko Cdc6 wzrost stężenia w G1
- wiązanie innych białek i tworzenie kompleksy prereplikacyjnego
S aktywacja S-Cdk, uruchomienie fazy S, fosforylacja Cdc6
- rozpad Cdc6
- przyłączenie polimerazy DNA
Zatrzymanie cyklu komórkowego w fazie G1- aktywacja inhibitorów Cdk
- uszkodzenie DNA
- nieaktywne białko p53- czynnik transkrypcyjny
- aktywacja kinaz białkowych fosforyzujących p53
- aktywne p53
- wzrost ekspresji genu p21
- nieaktywny kompleks S-Cdk
Pobudzenie ploriferencji przez miogeny
- miogen
- receptor związany z miogenem
- aktywne białko Rb ( nieaktywne białko regulujące, gen docelowy, regulacja ploriferencji, obecność białka Rb proliferencja kontrolowana)
- fosforylacja Rn ( inaktywacja Rb, aktywne białko regulujące, białka odpowiedzialne za proliferencję, brak regulacji ploriferencji). Defosforylacja- białko RB jest aktywne- podziały nie zachodzą, podziały są kontrolowane. Fosforylacja- białko Rb nie jest aktywne- podziały zachodzą, nie są kontrolowane.
Zatrzymanie cyklu komórkowego w fazie Go- częściowy demontaż cyklin i Cdk
Komórki labilne: nabłonkowe, szpiku kostnego
Komórki w permanentnej fazie Go- neurony, mięśnia sercowego
Komórki stabilne: hepatocyty
Neurony niektórych części mózgu mogą się dzielić
Apoptoza i nerkoza
Apoptoza: formowanie pęcherzyków, dezintegracja jądra komórkowego, pękanie DNA, organelle zlokalizowane w pęcherzykach, formowanie ciałek apoptotycznych, organelle funkcjonalne
Nerkoza: formowanie pęcherzyków, zmiana struktury jądra, powiększenie pęcherzyków, brak organelli w pęcherzykach, pęknięcie błony komórkowej, uwolnienie zawartości komórki, organelle niefunkcjonalne.
Apoptoza- aktywacja kaspaz
Czynnik apoptotyczny nieaktywna prokaspazy Yà aktywna kaspaza Xà aktywna kaspaza Yà prokaspazyà Kaspazyà proteoliza białek, aktywacja prokaspazy
à kaskada kaspazà prokaspazyà Kaspazyà proteoliza białek, aktywacja prokaspazy
Apoptoza- dwa szlaki sygnalizacyjne,
Szlak zewnętrzny, receptory śmiercià prokaspazy- kaspaza à kaskada kaspazà Apoptoza
Szlak wewnętrzny mitochondria, uszkodzony DNA, wpływ cytochromu cà wiązanie cytochromu c z białkiem adapterowymà aktywacja prokaspazyà Kaspazy à kaskada kaspazà Apoptoza
Macierz zewnątrzkomórkowa
Zwierzęta- macierz zewnątrzkomórkowa (ECM) à Kalogeny i elastynaà proteoglikanyà Fibronektyna i lamininy
Rośliny- ściana komórkowa ( PECM)à celulozaà hemicelulozy, ekstensyny à pektyny
Białka powierzchni komórkowej- łącznik powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej
- Integryny- adhezyjne, transbłonowe receptory błonowe
- Kadhedryny- adhezyjne, białka transbłonowe
- BKM- białka komunikacji międzykomórkowej ( w tym także połączenia komunikacyjne)
à białka kolagenowe ( kolageny włókienkowe, niewłókienkowe)
à białka niekolagenowa ( elastyna, fibronektyna, laminina), fibronektyna, laminina- białka łącznikowe adhezyjne
à żel polisacharydowy
Połączenia ECM z błoną komórkową
- białka strukturalne ECM- kolagen, elastyna, kwas hialuronowy, proteoglikany
- białka adhezyjne ECM- laminina, fibronektyna
- białka powierzchni komórkowej- integryny ( tworzą kompleksy przylegania), kadhedryna
Białka strukturalne ECM- kolageny
- białka włókniste- 3 skręcone łańcuchy
- wykryte u wszystkich zwierząt wielokomórkowych- kości, ścięgna, skóra
- komórki tkanki łącznej- fibroblasty
- komórki kości- osteoblasty
Białka strukturalne ECM- elastyna
- zapewnia tkance elastyczność
- brak w kościach, główny składnik włókien sprężystych
- relaksacja/ naprężenie
- wydzielane jako prekursory – tropoelastyna
- dojrzewanie, tworzenie wiązań krzyżowych po wydzieleniu przez komórkę
Synteza kolagenu i montowanie włókna kolagenowego
- synteza prekursora kolagenu- tworzy się w komórce, w Retikulum później sekrecja, montowany jest w rejonie zewnątrzkomórkowym, montaż ten jest złożony z wielu elementów, synteza: Retikulum szorstkie, zewnątrzkomórkowy- montaż docelowy
Białka adhezyjne : fibronektyna
- rodzina glikoprotein łącznikowych ( rozpuszczalne we krwi- osocze, nie rozpuszczalne w ECM- tkanka łączna, częściowo rozpuszczalne na powierzchni komórki)
- fibronektyna- glikoproteina zawierająca wiele domen wiążących heparynę, kolagen, integryny
- interakcje z cytoszkieletem- kształt komórki
- integracje z ECM- ruch komórki
Białka adhezyjne: laminina
- wielodomenowe glikoproteiny
- występowanie ( głownie składnik błony podstawnej)
Nabłonek, tkanka łączna
Otacza komórki mięśniowe, tłuszcze, Schwanna
Wiele domen wiążących heparyne, kolagen, integryny
Obecna domena wiążąca integryny
Rainhardt