Buněčné dělení

1. Buněčné dělení

2. BUNĚČNÝ CYKLUS

3. ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU • Cykliny a na cyklinech závislé proteinkinázy (Cyclin-Dependent Protein Kinases; Cdk-proteinkinázy)- proteiny, které jsou součástí řídícího systému buněčného cyklu • 8 cyklinů(A, B, C, D, E, F, G a H) - v jednotlivých fázích buněčného cyklu jsou přítomny určité typy cyklinů • 7 typů Cdk-proteinkináz- Cdk proteiny vykazují odlišné funkce v závislosti na fázích buněčného cyklu • fosforylují seriny a threoniny cílových proteinů • Účinnost Cdk-proteinkináz závisí na vytvoření komlexu s cykliny ana vazbě s PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) • Inhibovány jsou působením inhibitorů proteinkináz

4. ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU

5. ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU - gen RB1 • Tumor-supresorový gen Rb1- aktivní téměř ve všech somatických buňkách; v průběhu buněčného cyklu se střídá fosforylace a defosforylace Rb proteinu • Rb protein (pRb) -jaderný transkripční faktor, regulace buněčného cyklu, diferenciace, indukce apoptózy • Inhibiční usměrňování přechodu z G1 do S fáze • NefosforylovanýpRb je aktivní - váže se s multifunkčními transkripčními faktory rodiny E2F - inhibuje jejich činnost • Komplex pRB-E2F potlačuje např. transkripci genů kódujících cyklin D a E • Neaktivní fosforylovaná forma Rb proteinu - uvolnění vazby s faktory E2F • Fosforylace proteinu Rb(inaktivace) je vyvolána Cdk po vzniku komplexu Cdk-cyklin • Vznik komplexu Cdk/cyklin závisí na vazbě růstových faktorů k receptorům (specifickým pro danou buňku – buněčná signalizace)

6. ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU Tumor-supresorový gen TP53 zastavení buněčného cyklu v kontrolním bodě G1 Protein p53, jaderný fosfoprotein - transkripční faktor pro několik cílových genů se zásadním významem při regulaci buněčného cyklu • Gen BAX (proapoptotický člen rodiny Bcl-2):indukce apoptózy reakce na poškození DNA a různé typy stresu (hypoxie, nedostatekrůstových faktorů atp.) • Gen GADD 45(Growth Arrest and DNA Damage) – excizní reparace poškození genetického materiálu • CIP1/WAF1- protein 21 (p21), váže se k cyklin-dependentním proteinkinázám a inhibuje jejich aktivitu jak v G1 tak G2 kontrolním bodě. p21 může tlumit replikaci zpomalením postupu replikační vidlice.

7. ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU

8. Interfáze • Probíhá metabolismus a tvorba proteinů specifická pro daný typ buňky • Replikace DNA (S fáze) • Reparace chyb v genomu (kontrolní body G1, G2) • G2 fáze - kondenzace DNA – vznik mitotického chomosomu

9. Struktura chromosomu • Chromatin - euchromatin, heterochromatin • Kondenzace, dekondenzace • Centromera, telomera, chromatida

10. Mitóza • Dělení somatických buněk (2n) • Dvě buňky dceřiné (2n) – shodná genetická výbava s mateřskou buňkou • Fáze: • profáze • metafáze • anafáze • telofáze • cytokineze Mitóza zajišťuje genetickou identitu dceřiných buněk

11. Profáze • Kondenzace chromosomů – stále patrné jako dlouhé tenké struktury • Tvorba mitotického vřeténka – mikrotubuly + proteiny • Iniciace rozpadu jadérka a jaderného obalu • Kinetochor - část chromosomálních centromer se uchytí k mikrotubulům mitotického vřeténka • Centrioly se pohybují směrem k pólům buňky

12. Maximální kondenzace chromosomů – seřazené v ekvatoriální rovině (v této fázi se chromosomy nejčastěji vyšetřují) Metafáze

13. Anafáze • Chromatidy každého chromosomu se rozcházejí k opačným pólům buňky (chromosomy dceřiných buněk) • K protilehlým pólům buňky táhne chromatidy achromatické vřeténko

14. Telofáze a cytokineze Telofáze • Dekondenzace chromosomů • Začíná se tvořit jaderný obal ohraničující chromosomy Cytokineze • Začíná ve chvíli, kdy chromosomy doputují k pólu • Tímto procesem se oddělí cytoplazmy dceřiných buněk • Sesterské chromatidy (druhá molekula DNA) se dosyntetizuje až v S-fázi

15. Meióza Vznik gamet (n - haploidní)  redukce počtu chromosomů • Dvě fáze: meióza I a meióza II • Období mezi meiózou I a meiózou II se nazývá interkineze • Meióza I – heterotypické dělení (odlišné od klasické mitózy): • profáze • Leptoten • Zygoten • Pachyten (crossing-over) • Diploten • Diakineze • metafáze • anafáze – k pólům buňky se rozcházejí chromosomy jednotlivých párů • Telofáze • Meióza II – homeotypické dělení (analogie mitózy)

16. Meióza

17. Meióza I – profáze I Obecně: začíná se tvořit dělící vřeténko, postupně se začíná rozpadat jaderná membrána a nucleolus, jednotlivé fáze průběhu profáze I: • leptoten – chromosomy začínají kondenzovat • zygoten – začínají se párovat homologní chromosomy, vytváří se synaptonemální komplex důležitý pro crossing-over • pachyten – chromosomy jsou již značně kondenzované a v mikroskopu patrné jako tetrády (4 chromatidy v bivalentu), odehrává se crossing-over – důležitý krok pro genetickou variabilitu populace • diploten – zaniká synaptonemální komplex, bivalenty se začínají rozcházet, chiasmata (místa překřížení) drží chromatidy u sebe • diakineze – maximální kondenzace

18. Meióza – Profáze I

19. Meióza I – metafáze I • Mizí jaderná membrána, homologní chromosomy tvoří chromosomální tetrády a ty se řadí v ekvatoriální rovině

20. Meióza I – anafáze I • Probíhá disjunkce – chromosomy se rozcházejí k opačným pólům buňky – vždy jeden z páru Rozchod chromosomů k opačným pólům je náhodný, náhodná kombinace chromosomů maternálního a paternálního původu • nondisjunkce– proces, kdy dochází k chybám v rozchodu chromosomů nebo chromatid meióza I – nesprávný rozchod homologních chomosomů meióza II –nesprávný rozchod chromatid může mít za následek například trisomii 21 chromosomu - Downův syndromu (47,XX,+21 nebo 47,XY.+21) adalší syndromy: Turnerův sy 45, X0 Klinefelterův sy 47, XXY Patauův sy 47, XX/Y, +13 Edwardsův sy 47, XX/Y, +18 a další…

21. Meióza – telofáze I a cytokineze Telofáze I • 2 haploidní sady chromosomů se seskupují u opačných pólů buňky Cytokineze • buňka se rozdělí i s cytoplazmou – vznikly 2 haploidní buňky a nastává krátká meiotická interfáze • při vzniku vajíček a spermií je rozdíl v distribuci cytoplazmy do gamet

22. Meióza II – homeotypické dělení Stejné fáze jako v mitóze, ale dělí se haploidní buňka

23. Důsledky meiózy • Redukce počtu chromosomů v gametách • Náhodná segregace chromosomů / alel (nové kombinace maternální a paternální genetické výbavy) • Crossing-over, nové kombinace alel na homologních chromosomech

24. Gametogeneze • Tvorba pohlavních buněk z primordiálních zárodečných buněk • Jsou haploidní oproti somatickým

25. Spermatogeneze • V semenných kanálcích testes od počátku pohlavní dospělosti • Spermatogonie 2n  primární spermatocyt 2n  sekundární spermatocyt 1n  spermatida 1n  spermie 1n • Přibližně 64 dní • V jednom ejakulátu přibližně 200 milionů spermií

26. Spermatogeneze

27. Oogeneze • Na rozdíl od spermatogeneze začíná již v prenatální době • Oogonie 2n  primární oocyt 2n  sekundární oocyt 1n + 1 polární tělísko  vajíčko + 1 polární tělísko • Při narození jsou primární oocyty ve stadiu profáze I (dictyoten) a tak setrvávají až do pohlavní dospělosti • Primární oocyty pokračují v meióze I až v pohlavní dospělosti; rozdělí se na sekundární oocyt (1n) s většinou cytoplazmy a organelami a na polární tělísko • Meioza II je dokončena pouze v případě oplodnění

28. Oogeneze