HC 3.4: De celcyclus en gevolgen van foutieve celcyclusregulatie in kanker cellen

Question 1

fasen van de celcyclus:

Answer 1

• G1 fase
• S fase
• G2 fase
• M fase

Question 2

G1 fase:

Answer 2

• fysieke groei van de cel
• restrictiepunt: besluit om replicatie te starten

Question 3

S-fase:

Answer 3

duplicatie van de chromosomen

Question 4

G2 fase:

Answer 4

voorbereiding op de celdeling

Question 5

M fase:

Answer 5

celdeling (mitose)

Question 6

er is een set aan genen betrokken bij de celcyclus regulatie:

Answer 6

3 soorten genen:
- cyclines
- cycline afhankelijke kinases (CDKs)
- cycline afhankelijke kinase remmers (CKIs)

Question 7

er zijn verschillende cyclines die betrokken zijn bij verschillende fasen van de celcyclus:

Answer 7

• G1: cycline D, zorgt voor activatie van de celcyclus in de G1 fase
• Cycline E is betrokken bij de overgang van G1 naar S fase
• Cycline A is betrokken bij de progressie door de S fase
• Cycline B is betrokken bij overgang van G2 naar M fase

Question 8

cyclines binden aan CDKs, de cyclin-dependent kinase. en die CDks zijn constant aanwezig, onafhankelijk van de fase van de celcyclus.

Answer 8

de activiteit van de CDKs wordt bepaald door de specifieke momenten, waarop de cyclines aanwezig zijn in de bepaalde fasen.

Question 9

2 belangrijke CDKs, zij CDK2 en CDK 4:

Answer 9

• als cycline D aanwezig is, kan het binden aan CDK4. en als het dan gebonden zit kan die kinase, CDK4 zijn functie uitoefenen
• als cycline A of E aanwezig is, kan het binden aan CDK2 en als het dan gebonden zit kan die kinase, CDK2, zijn functie uitoefenen

Question 10

Cyclin-Dependent Kinases (CDKs):

Answer 10

• continu aanwezig
• alleen actief in complex met cyclines
• fosforyleren eiwitten nodig voor celcyclus progressie

Question 11

Cycline B kan binden aan CDK1, en ook dan kan CDK1 zijn functie uitoefenen en eiwitten fosforyleren die nodig zijn voor de progressie van de celcyclus

Question 12

je kan CDks dus activeren door ze te laten binden met cyclines. maar je kan de CDKs ook inactiveren of remmen, door Cyclin-Dependent Kinase Inhibitors (CKIs).

Question 13

CKIs:

Answer 13

• binden aan cycline/CDK complex
• remmen kinase activiteit
• voornamelijk in G1-fase of na signalen van buiten de cel of na DNA schade
• zodra die activiteit van de CDks wordt gestopt, blijft de cel hangen in de fase van de celcyclus waarin hij zich bevindt

Question 14

CKIs tijden G1 en overgang naar S fase:

Answer 14

• G1 fase: cycline D, CDK4 en CKI p16 (remt CDK4 in het fosforyleren van eiwitten)
• overgang naar S fase: cycline E, CDK2 en CKI p21

Question 15

checkpoints in de celcyclus:

Answer 15

momenten in de celcyclus waarop wordt nagegaan of alles oké is en klopt

Question 16

G1/S fase checkpoint:

Answer 16

voordat de cel naar de S fase gaat, waar replicatie gaat plaatsvinden, wordt gecontroleerd of alles oké is. er wordt gekeken of er geen DNA schade is

Question 17

intra S fase checkpoint:

Answer 17

er wordt gecontroleerd of er tijdens de replicatie geen DNA schade is opgetreden.

Question 18

G2/M fase checkpoint:

Answer 18

opnieuw wordt gecontroleerd of er geen DNA schade is opgetreden. en ook wordt gecontroleerd of de replicatie volledig is gebeurd.

Question 19

anafase checkpoint:

Answer 19

tijdens de anafase in de mitose wordt dan gecontroleerd of alle chromosomen goed zijn gerangschikt.

Question 20

tijdens de G1 fase is er een punt, het restrictie-punt, waarop de cel gaat bepalen of hij gaat delen of dat hij niet gaat delen en dus gaat specialiseren.

Answer 20

als bij het restrictie-punt eenmaal is besloten dat de celcyclus van start gaat, dan is er ook geen weg meer terug

Question 21

eiwitten betrokken bij de checkpoints van de celcyclus:

Answer 21

• restrictie-punt: RB (Retino Blastoma)
• G1/S fase checkpoint: p53
• Intra S checkpoint: ATM
• anafase checkpoint: BUB1
  (er zijn er op zich nog meer bij betrokken, maar daar focussen we nu even niet op)

Question 22

signaaltransductie voor celdeling:

Answer 22

• een cel krijgt een signaal van buitenaf, dat is een groeifactor
• die groeifactor bindt aan een groeifactor-receptor aan het oppervlak van de cel, op het celmembraan
• door de binding van de groeifactor aan de receptor, wordt er een signaal doorgegeven van de buitenkant van de cel naar de kern
• in de kern worden specifieke genen, betrokken bij de celdeling, geactiveerd

Question 23

als groeifactor EGF bindt aan de groeifactor-receptor, wordt een signaal doorgegeven. 1 van de eiwitten die daarbij betrokken is, is RAS. RAS geeft dat signaal dus door en dat zorgt er uiteindelijk voor dat het niveau van Cycline D omhoog gaat.

Answer 23

daardoor wordt het cycline D/CDK4 complex actief. en dat zorgt ervoor dat andere eiwitten worden gefosforyleerd.

Question 24

transcriptie factor E2F reguleert expressie van genen die nodig zijn in de S fase.

Answer 24

• normaal, als een cel niet gaat delen, zit E2F in een complex met pRB
• doordat de transcriptiefactor dan dus gebonden zit, is die inactief
• in aanwezigheid van Cycline D/CDK4 complex, wordt door de kinase het Retino Blastoma gefosforyleerd
• door die fosforylatie van RB, valt het complex van E2F en RB uiteen en komt E2F vrij
• het E2F is dan vrij om te binden aan promotors van genen die het E2F tot expressie kan brengen
• E2F zorgt onder andere voor expressie van het gen voor cycline E, wat nodig is voor de overgang van G1 naar S fase
• er is tegelijk ook expressie van p16, en dat remt het cycline D/CDK4 complex
• dus er is sprake van negatieve feedback

Question 25

dus als E2F tot expressie komt, krijg je dat de cel dus gaat delen. je bent dan op dat restrictie punt, waar dus besloten wordt om te gaan delen. maar voordat die deling dan ook echt kan gaan plaatsvinden, heb je het G1/S fase checkpoint, waar gekeken wordt of er geen DNA schade is.

Question 26

wat gebeurt er in een normale cel bij DNA schade?

Answer 26

• de reactie van de cel is dan om het niveau van het p53 eiwit te verhogen
• p53 zorgt er dan voor dat het p21 gen wordt afgeschreven en dat het p21 tot expressie komt
• en p21 is een remmer van het cycline E/CDK2 complex, zodat zij het signaal niet kunnen doorgeven
• daardoor wordt de progressie van G1 naar S fase geblokkeerd
• de cel krijgt daardoor dus de tijd om het DNA te repareren

Question 27

wat gebeurt er in een mutant p53 cel?

Answer 27

• het p53 eiwit niveau gaat niet omhoog
• daardoor komt p21 niet tot expressie
• daardoor wordt het cycline E/CDK2 complex niet geremd
• en vindt er dus replicatie plaats van beschadigd DNA
• en dat leidt dus tot mutaties

Question 28

bij intra S checkpoint wordt ook gekeken naar eventuele DNA schade. daar is het eiwit ATM bij betrokken.

Answer 28

patiënten met een defect gen voor ATM, hebben Ataxia Telangiectasia (AT)

Question 29

Ataxia Telangiectasia (AT):

Answer 29

• autosomaal recessieve overerving
• deze patiënten zijn overgevoelig voor röntgen straling
• ze hebben meer kans om kanker te ontwikkelen, kankerpredispositie
• progressieve ataxia (neurologische ziekte, waardoor beweging problemen ontstaan)

Question 30

intra S checkpoint en DNA schade:

Answer 30

• in een normale cel: ioniserende straling, daardoor dubbelstrengs breuk
• daardoor wordt ATM kinase actief
• dat gaat CHK2 activeren
• CHK2 zorgt ervoor dat cycline A/CDK2 complex wordt geïnactiveerd
• daardoor remming van DNA synthese tijdens de S fase, zodat de DNA schade gerepareerd kan worden door homologe recombinatie
• bij mutant ATM cel: wordt de synthese van DNA niet geremd en vindt er dus replicatie plaats van beschadigd DNA, wat leidt tot mutaties

Question 31

de resistentie die dus eigenlijk optreedt, noem je Radioresistente DNA Synthese (RDS) fenotype. de cellen gaan dus gewoon door met hun synthese, na blootstelling aan straling.

Question 32

assay: Rdioresistente DNA Synthese (RDS)

Answer 32

• je neemt cellen van een patiënt die in de S-fase zitten
• die cellen stel je bloot aan radioactief thymidine
• normale cellen kunnen dan de synthese stoppen, waardoor het radioactieve thymidine niet wordt ingebouwd
• maar als een cel dus een mutant ATM cel is, dan gaat de synthese gewoon door en wordt die radioactieve thymidine dus gewoon ingebouwd

Question 33

Nijmegen Breuk Syndroom (NBS):

Answer 33

• heeft ook te maken met intra S checkpoint
• defect gen: Nbs1 of Rad50
• autosomaal recessieve overerving
• microcefalie (hersenaandoening)
• groeivertraging
• gonodale dysgenesie
• immuun deficiëntie
• stralingsgevoeligheid
• kanker predispositie

Question 34

Rad50 en Nbs1 kunnen een complex vormen, die dubbelstrengs breuken binden en herkennen.

Answer 34

het Rad50 complex vormt een brug tussen gebroken DNA moleculen. dat doet hij samen met NBS1 eiwit en MrE11 eiwit.
samen zorgen ze er dus voor dat die strengen aan elkaar blijven, zodat er niet dingen mis gaan. want fouten tijdens herstel van dubbelstrengs DNA breuken kunnen leiden tot genomische instabiliteit.

Question 35

Anafase checkpoint:

Answer 35

• vlak voor de anafase, is er een spanning-gevoelig eiwit complex, bestaande uit MAD1 en BUB1
• die kan voelen of de aanhechting van de microtubuli aan de kinetochore goed is gebeurd en of de cel dus klaar is voor de anafase

Question 36

defecten in het anafase checkpoint kunnen keiden tot aneuploidie, wat betekent dat de dochtercel meer chromosomen heeft dan de ander.