Reglering av cellcykeln, mitos & meios Flashcards
Namnge de olika delarna i cellcykeln och beskriv översiktligt vad som sker i de olika delarna.
- G0 = tillstånd mer än 99% av kroppens celler befinner sig under en viss tid, ett slags vilotillstånd/förlängd G1-fas där cellen fortfarande utför sin funktion. Går ofta in hit efter ett checkpoint i G1-fas. Nervceller och hjärtmuskelceller befinner sig i denna fas
- G1-fas = cellen är metaboliskt aktiv och växer mycket i storlek pga duplicering av cellinnehåll, bl.a. organeller
- S-fas = replikation
- G2-fas = cellen växer ytterligare och syntetiserar organeller och proteiner i förberedelse för mitos
- M-fas = mitos som oftast slutar i cytokines (celldelning)
Intefas = samlingsnamn för G1-, S- och G2-fas
Vad är flödescytometri?
Teknik som kan användas för att undersöka cellcykeln, använder en maskins mjukvara som kan analysera upp till 10 000 celler/sekund
Klinisk tillämpning = kan t.ex. användas för att detektera blodcancer eller allvarliga infektioner
- Celler passerar en och en igenom tunn kanal, s.k. glaskapillär → belyses med laserstråle
- “Skuggan” som cellens passage bildar mäts → får uppfattning om cellens storlek
- Brytningen av laserljuset genom cellen mäts → uppfattning om cellkärnans storlek
- Kan mha fluorescerande ämnen bl.a. mäta DNA-innehåller och förekomst av ytreceptorer
- Info integreras i maskinens mjukvara → kan bestämma typ av cell som passerade kapillären
- Genom analys av DNA-mängden → avgöra huruvida cellen befinner sig i G1-, S- eller G2-fas
Vad är G0?
Tillstånd mer än 99% av kroppens celler befinner sig i under en viss tid, ett slags vilotillstånd/förlängd G1-fas där cellen fortfarande utför sin funktion. Går ofta in hit efter en checkpoint i G1
Vad är cykliner?
- Familj proteiner som är REGULATORISKA SUBENHETER till CDK, medierar bindning till det substrat CDK ska binda till
- Finns olika cykliner som produceras i olika mängd under cellcykeln, GROWTH FACTORS aktiverar transkription av olika cyklin-gener beroende på i vilken del av cellcykeln cellen befinner sig
Syntes av cykliner påbörjas under G1-fas
Vad är CDK?
- Cyklin-beroende kinas, har viktig roll i reglering av cellcykeln då det fosforylerar viktiga proteiner
- Finns ett dussin olika CDK som binder till olika cykliner
- Mängden CDK i cellen är konstant, men dess aktivitet förändras under cellcykeln progression beroende på vilka cykliner som finns närvarande → CDK-aktivitet lägst i G1-fas och högst i M-fas
Vad har cyklin-CDK-komplex för egenskaper?
- Cyklin hjälper CDK att hitta rätt substrat
- CDK fosforylerar sitt substrat
- Komplexen regleras genom fosforylering och defosforylering i någon/några positioner i CDK
- Aktiva komplex driver progression genom olika delar av cellcykeln
Vilka är de fyra cyklin-CDK komplex som reglerar cellcykeln?
- Cdk4/6-cyklin D
- Cdk2-cyklin E
- Cdk2-cyklin A
- Cdk1-cyklin B
Cdk 4/6-cyklin D
- Driver progression genom en CHECKPOINT under G1-fas samt driver indirekt övergången från G1-fas till S-fas
- CYKLIN D binder till Cdk4/6 → aktivering
- Cdk4/6 (bundet till cyklinD) fosforylerar Rb → Rbs konfirmation ändras → Rb släpper DNA-kedjan
- E2F kan stimulera transkription av gener som genererar protein som behövs i S-fas (ink transkription av cyklin E)
Cdk2-cyklin E
- Driver övergången från G1-fas till S-fas
- Cyklin E binder till Cdk2 → komplexet inhiberas av proteinet p27 under tidig G1-fas
- Komplexet aktiveras:
1. Growth factors-signalering genom 2 olika signaleringsvägar → mindre transkription & translation av p27
2. Några komplex blir då aktiva → kan fosforylera p27 i inaktiva komplex → ubiquitin adderas → degradering av p27 - Komplexet är aktiverat → cellen går in i S-fas tack vare att det aktiva Cdk2 fosforylerar proteiner i det pre-replikativa komplexet
Cdk2-cyklin A
- Efter övergång till S-fas → cyklin E ersätts med cyklin A → detta komplex ser till att replikation endast sker en gång per cellcykeln genom att förhindra att ytterligare pre-replikativa komplex sätts ihop
Cdk1-cyklin B
- Driver övergången från G2-fas till M-fas
- Cyklin B börjar syntetiseras redan under S-fas → binder till Cdk1 under G2-fas, men är till en en början inaktivt
- Cdk1 har tre fosforylerings-positioner:
1. Thr 161 → aktiverande
2. Tyr 15 → inhiberande
3. Thr 14 → inhiberande - Positionerna fosfyleras av andra protein under G2-fas → viktigat för att cellen inte ska gå in i M-fas för tidigt
- För aktivt Cdk1-cyklin B-komplex → när fosfataset Cdc25 defosforylerar Tyr 15 och Thr 14 (efter alla checkpoints) → MITOS
Hur regleras nedbrytningen av cykliner under mitosen
APC/C = anaphase promotin complex, ett E3 ubiquitin-ligas som aktiveras av MPF-komplexets (Cdk1-cyklin B) fosforylering → ligerar ubiquitin på cyklin B under anafas så de kan identifieras av proteasomen och degraderas.
APC inhiberas av aktiverat Cdk2-cyklin E → DDK aktiveras → replikation kan ske
Nedbrytning av cyklin B → inaktivt Cdk1 → utgång ur mitos
Genom vilka inhiberingar kan CDKs aktivitet regleras?
- Fosforylering av N-terminala tyrosin-rester krings position 160 i Cdk1 & Cdk2 → inhibering (katalyseras av protein-kinaset Wee1)
- Inbindning av CKI (CDK inhibitor), t.ex. p27
Vad sker i G1-checkpoint?
- Kontrollerar övergång från G1-fas till S-fas
- Cellen väljer om den ska delas eller ej, “point of no return” → cellen kontrollerar:
≤ Storlek → är cellen tillräcklig stor?
≤ Näringsämnen → tillräckligt med energireserver och näringsämnen?
≤ Growth factors → positiva signaler från närliggande celler att den ska delas?
≤ DNA-fullständighet → några skador i DNA:t?
Vad sker i G2-checkpoint?
- Kontrollerar övergång från G2-fas till M-fas
≤ DNA-fullständighet → skador i DNA:t?
≤ DNA-replikation → replikerades DNA fullständigt under S-fas?
Vad sker i metaphase checkpoint?
- Kontrollerar övergång från metafas till anafas → cellen kontrollerar att alla systerkromatider är korrekt bundna till mikrotubuli
Vad sker vid en DNA-skada?
CDK inhiberas av CKI → cell cycle arrest (cykeln stannar upp)
Vilka proteiner. medierar cell cycle arrest?
- ATM → rekryteras och aktiveras av ett proteinkomplex vid dubbelsträngat kedjebrott
- ATR → rekryteras och aktiveras av ett proteinkomplex vid enkelsträngat kedjebrott
Vilka checkpoint-kinaser finns?
Chk1 och Chk2 → inducerar cell cycle arrest genom att fosforylera Cdc25-fosfataser → inhibering → Cdc25 kan ej aktivera Cdk1 och Cdk2
Sammanfatta vad som sker vid DNA-skada
- DNA-skada
- ATM eller ATR aktiveras → fosforylerar Chk1 eller Chk2
- Chk1/Chk2 är aktiverade → fosforylerar Cdc25
- Cdc25 är inhiberad → CELL CYCLE ARREST (kan genereras i G1-, S- och G2-fas
Vilket ytterligare sätt kan cell cycle arrest vid DNA skador regleras i däggdjursceller?
p53 = tumör-supressor
- Transkriptionsfaktor-protein som normalt finns i små mängder i cellen pga är ostabilt och degraderas snabbt
- Vid fosforylering av både ATM och Chk2 → stabilisering av p53 → kraftig ökning av p53 → transkriptions av p21-genen (typ av CKI, inhiberar Cdk2)
Sammanfatta vad som sker om reglering sker med p53
- Dubbelsträngat kedjebrott → ATM binder in → fosforylerar Chk2
- ATM och Chk2 fosforylerar p53
- p53 blir mer stabilt → koncentrationen ökar
- p53 binder till DNA & stimulerar transkription av p21-genen
- p21-mRNA translateras → p21 binder till Cdk2-cyklin E eller Cdk2-cyklin A
- Inhiberat CDK-komplex → cell cycle arrest
Vilken gen är ofta muterad i cancer? Vad sker om det proteinet genen kodar för inte fungerar korrekt?
p53 är ofta muterad i cancer
Om p53 ej fungerar rätt → ingen cell cycle arrest vid dubbelsträngat kedjebrott → skadat DNA kopieras och hamnar i dotterceller istället för att repareras → ökad mutationsfrekvens och generell instabilitet av genomet → cancerutveckling
p16 ofta muterad i cancer
p16 inhiberar vid DNA-skada Cdk4/6-cyklin D-komplex → ingen fosforylering av Rb → övergång från G1-fas till S-fas motverkas → cell cycle arrest
Om den ej fungerar rätt → ingen cell cycle arrest vid DNA-skada
Hur kan man motverka cancerutveckling?
Delning av celler med mkt DNA-skador förhindras
→ cancer förhindras
→ vävnader blir cellfattiga, driver åldrande
Senescens → cellåldrande, stadie celler går in i när de inte längre delar sig pga för mkt DNA-skador → kroniskt uttryck av tumör-supressorer (p53/p16/p21 osv)
Vilka 3 vägar finns för en cell med skadat DNA att gå?
- DNA reparation → normal cell
- Cell-delning → mycket mutationer → cancer
- Senescens
- Apoptos
