slide1 l.
Download
Skip this Video
Download Presentation
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002 Regulering av eukaryotisk cellesyklus- Kap. 13

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 30

Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002 Regulering av eukaryotisk cellesyklus- Kap. 13 - PowerPoint PPT Presentation


  • 196 Views
  • Uploaded on

Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002 Regulering av eukaryotisk cellesyklus- Kap. 13. Tor-Henning Iversen Plantebiosenteret, Biologisk Institutt, NTNU, 7491 Trondheim PBS`hjemmeside :www.plantebiosenteret.no e-mail : Tor-Henning.Iversen@chembio.ntnu.no.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002 Regulering av eukaryotisk cellesyklus- Kap. 13' - addo


Download Now An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Regulering av eukaryotisk cellesyklus- Kap. 13

Tor-Henning Iversen

Plantebiosenteret,

Biologisk Institutt,

NTNU, 7491 Trondheim

  • PBS`hjemmeside :www.plantebiosenteret.no
  • e-mail : Tor-Henning.Iversen@chembio.ntnu.no
forelesninger i bi 316 cellebiologi iii 10 september 2002 emner som gjennomg es i dette kapittelet
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Emner som gjennomgåes i dette kapittelet
  • Oversikt over cellesyklus og dens kontroll (Del 13.1)
    • Skjematisk oversikt over syklusen
    • Reguleringsmekanismer i syklus
    • Eksperimenter for påvisning av kontroll-proteiner i syklus
  • Biokjemiske studier av utvikling hos frosk (Del 13.2)
    • Modningsfaktorer (MPF) i oocyter (eggcelle i utvikling)
    • Cyclin B-nivåer og MPF
    • Nedbrytning av cykliner
  • Genetiske studier av gjærceller (Del 13.3)
    • Mutasjoner og modningsfaktorer i gjærceller
    • Regulering av MPF kinase aktivitet
  • Molekylære mekanismer for regulering av mitose (Del 13.4)
    • Laminer og nedbrytning av kjernemembranen
    • Start av anafase
    • Fosfatase-aktivitet for gjendanning av kjernemembran og cytokinese
forelesninger i bi 316 cellebiologi iii 10 september 2002 emner som gjennomg es i dette kapittelet3
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Emner som gjennomgåes i dette kapittelet
  • Genetiske studier av gjærceller (kun overfladisk gjennomgang) (Del 13.5)
    • Saccharomyces cerevisiae Cdc28
    • G1 cykliner og Cdc28 - start på S-fase
    • Nedbrytning av S-fase inhibitor og DNA-replikasjon
    • Multiple cykliner styrer kinaseaktivitet
  • Celle-syklus kontroll i dyreceller (Del 13.6)
    • Multiple Cdk og cykliner regulerer dyrecellesyklus
    • To gen-klasser og deres uttrykk
    • Passasje gjennom restriksjonspunkter
    • Cyclin A gir DNA-syntese - Cdk1 mitose
    • Cyklin-kinase inhibitorer medvirker i cellesyklus-kontroll
  • Sjekkpunkter i reguleringen av cellesyklus (Del 13.7)
    • Ikke-replikert DNA hindrer mitose
    • Uregelmessig samling av mitotisk spindel stopper anafase
    • Betydning av tumor- og cyklin-kinase hemmere
slide4
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Oversikt over cellesyklus og dens kontroll (Del 13.1)

Innledning

  • Regulering av cellesyklus er kritisk for normal utvikling - manglende kontroll gir kreftcelleutvikling
  • Celle-replikasjon er styrt av riktig timing av kjerne DNA-replikasjon og mitose
  • Hovedkontrollen skjer vha heterodimere protein kinaser -med en regulatorisk og katalytisk underenhet
  • Disse kinasene regulerer aktiviteten av multiple proteiner - som deltar i DNA-replikasjon og mitose - ved forsforylering på bestemte regulatoriske seter.
slide5
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Oversikt over cellesyklus og dens kontroll (forts.)

Skjematisk oversikt over syklusen

  • Cellesyklus består av 4 hoveddeler (Figure 13-1) :
    • S-fasen (DNAsyntese og replikasjon av kromosomer)
    • G2-fasen leder til mitose (M)
    • M-fasen (start av mitosen- *profase, **metafase, ***anafase, ****telofase)
    • G1-fasen (perioden før DNA-syntesen starter i S-fasen)
  • Postmitotiske celler kan gå over i en G0-fase - en hvilefase - før de evt. går over i S-fasen
  • *profase : kromosomene kondenseres
  • **metafase :søster-kromatider (DNA-replikasjon under S-fasen) bundet til sentromeren blir plassert i celle-sentrum
  • ***anafase : søster-kromatidene skilles og beveges til motsatte poler (mitotisk apparat)
  • ****telofase:kromosomene dekondenseres, kjernemembranen gjendannes

Figure 13.1

M= mitose, G1, S og G2 utgjør interfase -perioden mellom en mitose og neste

slide6
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Oversikt over cellesyklus og dens kontroll (forts.)

Reguleringsmekanismer i syklus

  • Cykliner (regulatoriske underenheter) og deres katalytiske underenhet cyklin-avhengige kinaser (Cdk) i de heterodimere protein kinaser er ansvarlige for reguleringen av cellesyklus. (CdkC=Cyclin-dependent kinase Complexes)
  • Tre klasser av Cdk kontrollerer de ulike trinn i syklusen - G1 -, S-fase og mitotiske Cdk-komplekser (Figure 13-2)
  • Detaljer i trinnene 1-10 omfatter - i tillegg til de tre Cdk-klasser - S-fase-inhibitorer, pre-replikasjonskomplekser og anafase-promoterende-komplekser (APC).
  • Figure 13-2 er meget viktig og detaljene må læres.
  • I høyere organismer oppnås kontroll av cellesyklus ved regulering av G1 -Cdk komplekser.
  • Syntesen av disse skjer ved ekstracellulære vekstfaktorer = mitogener.
  • Når den først er aktivisert av mitogenene fortsetter cellesyklus gjennom mitose - selv om mitogene forsvinner. Det kritiske trinnet i sen G1 -fase hvor ikke mitogener lenger trenges , kalles restriksjonspunktet.
slide7
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Oversikt over cellesyklus og dens kontroll (forts.)

Figure 13-2 : Modell av regulering av den eukaryotiske cellesyklus.

slide8
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Oversikt over cellesyklus og dens kontroll (forts.)

Eksperimenter for påvisning av kontroll-proteiner i syklus

  • Mikroskopisk lett gjenkjennelige og temperatur-følsomme mutanter av to arter av gjærceller - S. cerevisiae og S. pombe - som respektivt formeres ved knoppskyting og fisjon, har vært av betydning for klarlegging av kritiske reguleringstrinn i cellesyklus.
  • Mutanter av S. cerevisiae med en cellesyklus-defekt kalles cdc(cell-division-cycle)- mutanter (Figure 8-9). Tilsvarende vil S. pombe danne sterkt forlengete cdc- og wee-mutanter som er lett gjenkjennelige pga morcellen sin korte form.
  • I Figure 13-4 er vist den eksperimentelle basis for reguleringstudier av cellesyklus ved transformasjon av cdc-mutanter.Også biokjemiske analyser av celle-ekstrakter av egg og tidlige embryoer av bl.a amfibier, gir mye kunnskap om regulering av cellesyklus.

Figure 13-4

Isolering av vill-type celledelingsyklus (CDC)- gener fra S. cerevisiae som bærer temperatur-følsomme mutasjoner i disse gener.

slide9
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Biokjemiske studier av utvikling hos frosk

Innledning

  • Studier av oocyter dvs. eggceller i utvikling hos frosk og de faktorer som bestemmer inngang til mitose, har vært avgjørende for kunnskap ervervet om cellesyklus-regulering.
  • For å forstå eksperimentene må man ha kunnskap om froskeeggenes utvikling i ovariene via en DNA-arrestert G2-vekstfase , steroid-hormonet progesteron -->meiose I og II, overgangen til egg og etter befruktning med sperm utvikles en diploid zygote hvorfra mitosen starter med utviklingen av tidlig embryogenese (Figure 13-5a).

Figure 13-5

Modning av eggceller hos frosk (a) og test av MPF (b).

slide10
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Biokjemiske studier av utvikling hos frosk (forts.)

Modningsfaktorer (MPF) i oocyter

  • In vitro-forsøket vist i Figure 13-5 demonstrerer at progesteron induserer dannelsen av en modningsfaktor (MPF). MPF er vist å ha en nøkkelrolle ved starten av mitose i alle eukaryote celler. MPF-nivået i ulike cellestadier er vist i Figure 13-6.
  • MPF kontrollerer starten av mitosen hos alle somatiske celler - såvel som froskens oocyt-overgang til meiose.
  • MPF kalles derfor også en mitose-promoterende -faktor. MPF er et av de heterodimere komplekser sammensatt av et cyklin og en cyklinavhengig protein-kinase (Cdk) - nå kjent for å regulere cellesyklus (Figure 13-2).

Figure 13-6

Oscillasjoner i MPF-aktivitet under meiotiske og mitotiske celle-sykluser i froske-egg og embryoer

slide11
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Biokjemiske studier av utvikling hos frosk

Cyklin B-nivåer og MPF

  • Proteinet cyklin B syntetiseres kontinuerlig gjennom de embryoniske cellesykluser men forsvinner brått ved starten av anafasen. Påvist eksperimentelt at cyklin B er en underenhet i MPF.
  • På basis av observasjoner av dannelse/oppløsning av kjernemembran og kondensering/dekondensering av kromosomer følges parallelliteten i konsentrasjonen av Cyklin B og MPF-aktiviteten (Figure 13-7). Tilførsel av cycloheximide (protein-syntese hemmer) stoppet syntesen av cyklin B og samtidig økningen i MPF-aktivitet.
  • Figure 13-7 illustrerer også hvordan tilførsel av RNAse, sperm kromatin, WT cyklinB mRNA og og ikke-nedbrytbar cyklinB mRNA påvirker tidlige (blått på figur; kromosom kondensering/oppløsning av kjernemembran) og sene (orange på figur; kromosom-dekondensering og dannelse av kjernemembran) mitotiske hendelser.
  • I sum kan det sies at proteolyse av mitotiske cykliner - som fører til nedsettelse av MPF-aktiviteten - er et krav for avslutningen av mitosen.

Figure 13-7

slide12
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Biokjemiske studier av utvikling hos frosk

Nedbrytning av cykliner

  • Nedbrytningen av de mitotiske cyklinene (cyklin A og B) skjer i destruksjonsbokser (Figure 13-8) hvor ubiquitin ,tre typer av enzymer (E1-E3) og proteasomer deltar i en prosess kalt polyubiquitinering.

Figure 13-8

Polyubiquitinering av mitotiske cykliner

forelesninger i bi 316 cellebiologi iii 10 september 2002 genetiske studier av gj rceller del 13 3
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Genetiske studier av gjærceller (Del 13.3)

Mutasjoner og modningsfaktorer i gjærceller

  • Mer kunnskap om MPF og dens regulering kom fra studier av fisjonsgjærcellene Cdc2 i S. pombe med fenotypiske karakter hvor lange celler skal inn i mitose mens korte celler nettopp har avsluttet cytokinese (Figure 13-10 a og b).
  • Basis for alle forsøkene er bruk av to grupper av mutanter: 1. cdc (ekstremt lange, deler seg ikke) og 2. wee (= cdcD: mindre enn normale celler) - se Figure 13-11.

Figure 13-10

Figure 13-11

forelesninger i bi 316 cellebiologi iii 10 september 2002 genetiske studier av gj rceller del 13 314
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Genetiske studier av gjærceller (Del 13.3)

Figure 13-13

Mutasjoner og modningsfaktorer i gjærceller (forts.)

  • En rekke gener er identifisert i begge mutanter; for nomenklatur av villtype-gener (cdc2+ ), reccessive muatsjoner (cdc2- ) og proteiner (Cdc2 = protein kinase) kodet for av spesifikke gener- se boken.
  • Mangel på Cdc2 aktivitet forhindrer at mitose igangsettes - overskudd av Cdc2 gjør at mitosen starter tidligere dvs. Cdc2 er en nøkkelregulator for mitose i S. pombe .
  • Funnet at humant cDNA koder for et protein identisk med Cdc2 dvs. støtte for antakelsen om at mitose styres av proteiner som er konservert gjennom evolusjonen.
  • cdc2-genet koder for en protein-kinase med homologi til cyklin B i sjøpinnsvin og frosk. Cdc2- proteinet som assosieres med et B-type mitotisk cyklin, kodes for av cdc13+-genet og danner en heterodimer som er identisk med MPF.
  • Videre undersøkelser av mutantene har vist at MPF-reguleringen i S. pombe skjer ved fosforylering og defosforylering av spesifikke regulatoriske seter (Y15 og T161) i den katalytiske underenhet. For detaljer om reguleringen ved MPF protein-kinase vises til Figure 13-13 som er en sentral figur når det gjelder regulering ved bruk av MPF.
forelesninger i bi 316 cellebiologi iii 10 september 2002 genetiske studier av gj rceller del 13 315
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Genetiske studier av gjærceller (Del 13.3)

Figure 13-9

Mutasjoner og modningsfaktorer i gjærceller (forts.)

  • I sum kan det sies at det er to dominerende mekanismer for kontroll av start av mitose :
    • 1. Regulering av konsentrasjonen av mitotiske cykliner (se Figure 13-9)
    • 2. Regulering av aktiviteten av MPF (se Figure 13-13)
slide16
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Molekylære mekanismer for regulering av mitose (Del 13.4

Laminer og nedbrytning av kjernemembranen

  • En sentral figur som viser de viktigste trinn i mitosen er Figure 19-34 (s. 824) - kromosom-kondensasjon, dannelse av mitotisk spindel og nedbrytning av kjernemembranen. Disse prosessene skjer ved bruk av proteiner fosforylert av MPF.

Figure 19-34

slide17
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Molekylære mekanismer for regulering av mitose (Del 13.4)

Laminer og nedbrytning av kjernemembranen (forts.)

  • Den indre kjernemembranen (utvidelse av ER) er støttet av kjernelaminer (A, B og C) - en type cytoskjellett proteiner (Figure 13-15).
  • Kjernemembranen nedbrytes tidlig i mitosen ved depolymerisering av kjernelaminene som en konsekvens av at MPF fosforylerer spesifikke serin-rester i alle tre typer laminer (Figure 13-15b).
  • Også andre mitotiske reaksjoner (f.eks. kromosom-kondensasjon) er styrt av MPF katalyserte fosforyleringer. I denne sammenheng deltar SMC (structural maintenance of chromosomes)-proteiner i større protein-komplekser kalt condensin som har en viktig rolle ved kromosom-kondensasjonen.
slide18
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Molekylære mekanismer for regulering av mitose (forts.)

Start av anafase

  • Gjennom anafasen skalde to søster-kromatidene skilles i to uavhengige kromosomer. Hver inneholder en sentromer som er bundet med spindelfibrer til den polen som den beveger seg mot. Samtidig strekkes cellen og pol-til-pol spindlene. Cytokinesen starter når brytningsfuren( cleavage furrow) kommer til syne (Figure 19-34):
slide19
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Molekylære mekanismer for regulering av mitose (forts.)

Start av anafase

  • Sentralt i starten av anafasen er kinetochoren samlet i sentromeren og multiprotein-komplekser kalt cohesiner som reguleres av anafase-inhibitorer. Ved inaktivering av cohesin-funksjonen vil søsterkromatidene kunne beveges mot polene (Figure 13-18).

Figure 13-18

slide20
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Molekylære mekanismer for regulering av mitose (forts.)

Start av anafase

  • Den kompliserte kontrollen av starten av anafasen og utgangen fra mitosen er vist i Figure 13-19 :
slide21
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Molekylære mekanismer for regulering av mitose (forts.)

Start av anafase

Fosfatase-aktivitet kreves for gjendanning av kjernemembran og cytokinese

  • I telofase skal kjernemembranen gjendannes ved repolymerisering av kjerne-laminer. Dette krever spesifikke protein-fosfataser. Figure 13-20 viser skjematisk gjendannelsen av kjernemembranen hvor karyomerer (minikjerner) tilslutt smelter sammen til kjernene i de to dattercellene.

Figure 13-20

forelesninger i bi 316 cellebiologi iii 10 september 2002 genetiske studier av gj rceller del 13 5
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Genetiske studier av gjærceller (Del 13.5)

Saccharomyces cerevisiae Cdc28

  • Avgjørende for om en celle skal dele seg er at den bestemmer seg for å gå inn i S-fasen. Kunnskap om molekylær kontroll av inngang til S-fasen og av DNA-replikasjon kommer fra undersøkelser av S. cerevisiae som formeres ved knoppskyting (Figure 13-22).
  • Sentral i undersøkelsene av S. cerevisiae har vært mutanten Cdc28 - som funksjonelt er lik S. pombe Cdc2.
  • Etter å ha nådd en viss størrelse i G1-fasen (avhenger av næringstilførsel), starter et gen-ekspresjonsprogram i gjærcellen som tilslutt ender med overgang til S-fasen.
  • Etter at kritisk cellestørrelse er nådd kan ikke prosessen reverseres(”the point of no return”) - selv om cellen kommer over på et mindre næringsrikt medium.

Figure 13-22

slide23
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Genetiske studier av gjærceller (Del 13.5)-forts.

G1 cykliner og Cdc28 - start på S-fase

  • S. cerevisiae vill-type genet (CDC28) uttrykker en enkel cyklin-avhengig protein-kinase (Cdk) som samvirker med ulike cykliner gjennom ulike faser av cellesyklusen (se Figure 13-26).
  • Tre cykliner er aktive i G1-fasen (Cln1, Cln2 og Cln3) og andre B-type cykliner i S-fasen (Clb3-6) med spesifikke oppgaver .

DENNE DELEN AV KAP. 13 ER FOR TEKNISK DETALJERT UTEN AT DEN GIR OVERORDNET KUNNSKAP.

AV DENNE GRUNN GÅR s. 519-524 UT AV PENSUM.

slide24
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Celle-syklus kontroll i dyreceller (Del 13.6)

Innledning

  • I pattedyr må vi skille mellom ulike celletypers potensiale for å gjenomgå en cellesyklus mer enn en gang. Postmitotiske celler går ut av cellesyklus i G1 - før de differensieres og går over i G0 hvor de blir der resten av sin levetid (se Figure 13-1).
  • Noen differensierte celler (fibroblaster og lymfocytter) kan stimuleres i G0 -fasen til å inngå i cellesyklus på nytt og replikeres.
  • De fleste cellesyklus-studier av dyreceller har vært utført med celler i kultur som krever visse polypeptid-vekstfaktorer (mitogener) som signalmolekyler som bindes til receptorer før start av celledeling.
  • Mitogenene starter en kaskade av fenomener - kalt signal transduksjon - som tilsist påvirker transkripsjon og cellesykluskontroll. Omtales utførlig i Kap. 20.
  • Uten mitogener er cellene i G0 -fasen - når disse tilsettes vil de hvilende (quiescent) cellene passere gjennom restriksjonspunktet (tilsvarer START i gjærceller - se Figure 13-22) og gå inn i S-fasen for siden å fortsette i cellesyklus.Restriksjonspunktet er ”the point of no return”.
forelesninger i bi 316 cellebiologi iii 10 september 2002 celle syklus kontroll i dyreceller forts
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Celle-syklus kontroll i dyreceller (forts.)

Multiple Cdk og cykliner regulerer dyrecellesyklus

  • I motsetning til gjærceller- som produserer en enkel cyklin-avhengig kinase (Cdk) - så bruker dyreceller en liten familie av nærbeslektede Cdk (Cdk1, 2,4,6 - Cdk3 og 5 brukes ikke i cellesykluskontroll) til å regulere fremdriften gjennom cellesyklus.
  • I likhet med gjærceller så uttrykker dyreceller multiple cykliner. Alle eukaryote celler har cyklin A og B proteiner - i humane celler finnes også cyklin D og E som uttrykkes i G1.
  • Hvordan og når Cdk-cykliner virker i G0-arresterte dyreceller - etter tilførsel av vekstfaktorer dvs. mitogener - er vist i Figure 13-29.

Figure 13-29

forelesninger i bi 316 cellebiologi iii 10 september 2002 celle syklus kontroll i dyreceller forts26
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Celle-syklus kontroll i dyreceller (forts.)

To gen-klasser og deres uttrykk

  • Tilførsel av vekstfaktorer induserer transkripsjon av multiple gener ; 1. Tidlig respons-gener og 2. Forsinket respons-gener (Figure 13-30a) . De siste blokkeres av proteinsyntese-inhibitorer (Figure 13-30b) - de første koder for dannelse av transkipsjonsfaktorer (c-Fos, c-Jun) som da er tilstede i G0-celler.
  • Konsentrasjonen av ”Tidlig respons-gener ” (egentlig deres mRNA) faller raskt, men har allerede gitt grunnlag for produksjonen av ” Forsinket respons-gener ”.
  • ” Forsinket respons-gener” koder i sin tur for D-og E-type cykliner og Cdk2,4,6 (se over).

Figure 13-30

forelesninger i bi 316 cellebiologi iii 10 september 2002 celle syklus kontroll i dyreceller forts27
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Celle-syklus kontroll i dyreceller (forts.)

Passasje gjennom restriksjonspunkter

  • Passasje gjennom restriksjonspunkter avhenger av aktivisering av E2F transkripsjonsfaktorer. E2F-faktorene stimulerer transkripsjon av gener som kreves for DNA-replikasjon, DNA-syntese, og syntese av Cdk2, cyklin E og cyklin A.
  • E2F-aktiviteten hemmes ved binding til RB-protein og to nærbeslektede proteiner (p107 og p130). Ved bindingen mellom RB-proteinet og E2F vil E2F gå over fra å være transkripsjonsfaktorer til repressorer.
  • Fosforylering av RB-proteinet hemmer dets represserende evne i midt G1 og sen G1 (Figure 13-31) - først ved Cdk4/6-cyklin D og deretter når ekspressjon av Cdk2-cyklin E er stimulert. Prosessene resulterer i positiv feedback (blå piler på Figure 13-31) som fører til rask økning av både E2f og Cdk2-cyklin E ettersom cellene nærmer seg sen G1 --> S-fasen.

Figure 13-31

forelesninger i bi 316 cellebiologi iii 10 september 2002 celle syklus kontroll i dyreceller forts28
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Celle-syklus kontroll i dyreceller (forts.)
  • Cyklin A gir DNA-syntese - Cdk1 leder til mitose
    • Syntese av cyklin A starter når cellene nærmer seg G1 --> S-fasen. Cyklin A blir umiddelbart transportert til kjernen.
    • Cdk2-cyklin A kreves for DNA-replikasjon og kan være den kinasen som aktiverer pre-replikasjonskompleksene som starter DNA-syntesen.
    • Cyklin B blir først syntetisert i S-fasen, øker i mengde når cellene gjennomgår G2, når en topp i tidlig mitose og faller etter anafase.Cdk1-cyklin B leder inn i mitosen.
    • Cyklin A og B blir polyubiquitinated av anafase-promoting complex (APC) med påfølgende nedbrytning i proteasomene i sen anafase ( se parallel i Figure 13-9).
  • Cyklin-kinase inhibitorer medvirker i cellesyklus-kontroll
    • En cyklin-kinase inhibitor (CKI) er ennå ikke påvist i dyreceller , men man antar at det finnes to klasser ; 1. CIP (Cdk inhibitory protein) og 2. INK4 (inhibitor av kinase 4).
    • Disse to inhibitorene og fosforylering og defosforylering som i S. pombe (se Figure 13-13) medvirker til å regulere aktiviteten av dyrecelle Cdk-cyklin-komplekser.
slide29
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Sjekkpunkter i reguleringen av cellesyklus (Del 13.7)

Innledning

  • Medisinske aspekter med katastrofale følger kan komme som en konsekvens av at cellesyklus-reguleringen svikter. Eksempler er når sammensmelting av celler på ulike trinn i syklus finner sted (se boken). Fenomener som opptrer er bl.a. nondisjunction-->Down syndrom (Figure 13-33).
  • For å minimalisere slike mistak i cellesyklus, har cellen 4 sjekkpunkter (Figure 13-34).

Ikke-replikert DNA hindrer mitose

  • Celler som ikke replikerer alle kromosomer går ikke inn i mitose.Sjekkpunktkontrollen her er ikke-replikert DNA (S-arrest; Figure 13-34) og hemming av MPF-aktivering.
  • Hvordan denne kontrollen foregår er under utredning ved bruk av gjærcelle-mutanter med defekter i dette sjekkpunktet.

Figure 13-33

Figure 13-34

slide30
Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 10.september 2002Sjekkpunkter i reguleringen av cellesyklus

Uregelmessig samling av mitotisk spindel stopper utgang av anafase

  • Bruk av colchicine som hemmer av mikrotubuli-polymerisering og derved oppbygging av mitotisk spindel, er et annet sjekkpunkt (M-arrest; Figure 13-34). Cellene når mitose men det stopper opp med kondenserte kromosomer.
  • Mangel på mitotisk spindel registreres og derved hindres APC-polyubiquitination dvs. anafase-inhibitor er fortsatt tilstede og metafase--> anafase uteblir. I sum : MPF-aktivitet forblir høy, kromosomer forblir kondenserte og kjernemembrane gjendannes ikke.

Betydning av tumor- og cyklin-kinase hemmere

  • Celler skadet av UV eller røntgen-stråler dvs. DNA-skader , stopper opp i G1- og G2-fasene -inntil skadene er reparert.
  • Medisinske aspekter : Tumor-suppressor-gener er gener hvis inaktivering bidrar til utvikling av en tumor. Kreft i humane celler kan skyldes p53-protein. Dette virker mest i G1-fasen, men også i G2-fasen i sjekkpunkt for DNA-skader. For mer utførlig omtale av p53 vises til forelesninger av Berit Johansen om kreft og Kap. 23 og 24.