Zellzyklus, Zelltod Flashcards
- Anzahl Zellen in einem Erwachsenen
2. Anzahl sterbende Zellen
- 100 Billionen
2. 50 mio.
Phasen im Zellzyklus
- Interphase: G1, S, G2
2. Mitose: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase
Merkmale
- G1
- S-Phase
- G2
- Zellwachstum (Protein- und RNA-Synthese
- Zellwachstum und Verdoppelung der Chromosomen
- Zellwachstum und Vorbereitung auf Zellteilung (Verdoppelung Zellorganellen)
Richtig/Falsch:
- Der Zellzyklus dauert in allen Zellen gleich lang.
- Alle Zellen teilen sich im Laufe des Lebens weiter.
- Leberzellen durchlaufen den Zellzyklus in einem Jahr.
- Falsch (Fibroblasten ca. 20 h, Leberzellen 1 Jahr)
- Falsch: Neuronen und Skelettmuskeln teilen sich nicht
- Richtig
Zellzyklus Beispiele
- Kontinuierlich teilende Zellen
- Ruhende Zellen, die sich nach Stimulation teilen
- Nicht mehr teilungsfähige Zellen
- Alternde Zellen
- Hämatopoetische Stammzellen, Stammzellen die Epithelien bilden
- Die meisten Körperzellen
- Herzmuskel- und Nervenzellen
- Zellen mit limitierter Anzahl von Teilungen
G0-Phase
- Merkmale
- Wann gehen Zellen in diese Phase?
- Ruhende Phase, kein Zellwachstum, geringe Proteinsyntheserate, Zellzyklus-Kontrollsystem ist auf den G1-Checkpoint fixiert
- mangelnde Wachstumsfaktoren, Abwesenheit/veränderung stimulatorischer Signale, terminale Differenzierung, zelluläre Seneszenz
Rolle der Kontrolle der Zellzyklusphasen
- separate Phasen
- exakte Kontrolle der einzelnen Phasen
- Verhindern von fehlerhafter Zellteilung durch beschädigte DNA, aberrante Chromosomentrennung
- Kontrollfehler —> Krebserkrankung
Kontrolle der Zellzyklusphasen - Checkliste
- Mitose
- G1
- S
- G2
- Aufbau der mitotischen Spindel
- Restriktionspunkt, Zellgröße ausreichend, DNA-Schäden, SPF
- Keine
- MPF, vollständige Replikation, DNA-Schäden
Was ist der MPF und woraus besteht er? Vorkommen?
Mitosis promoting factor
Cyclin dependent kinase: katalytische UE, immer vorhanden
Cyclin B: regulatorische UE, Konzentration oszilliert
MPF
- Aktiv
- Inaktiv
- Wenn Thr-161 phosphoryliert ist —> durch CAK (CDK-aktivierende Kinase Cyclin H/cdk7)
- Wenn Wee1 Kinase Tyr-15 und Thr-14 phosphoryliert
Positiver Feedback-Loop des MPF
- inaktiver MPF
- aktivierte CDC25 dephosphoryliert Tyr-15 und Thr-14 —> MPF kann aktiviert werden
- aktivierter MPF phosphoryliert und aktiviert somit CDC25
Durch welche Maßnahmen leitet der MPF die Mitose ein?
- Golgi und ER werden abgebaut
- Chromosomenkondensation nach Phosphorylierung von Histon 1
- Abbau von Lamin (Phos. Von Lamin)
- Bildung der Mitosespindel (Phos. Von Mikrotubuli
- Cyclinabbau (neg. Feedback-Loop)
- CDC25-Aktivierung (pos. Feedback-Loop)
Erläuter den MPF-Zyklus
- CDK1 immer vorhanden
- Cyclin B wird neu synthetisiert, dann Assoziation mit CDK1
- Phosphorylierung von Thr-161, Thr-14 und Tyr-15
- Dephosphorylierung von Thr-14 und Tyr-15 —> MPF aktiv —> Mitose
- Cyclinabbau
- Dephosphorylierung von CDK1
Konzentration verschiedener Cycline- In welcher Phase ist die Konzentration folgender Cycline am höchsten?
- Cyclin A
- Cyclin B
- Cyclin D
- Cyclin E
- Während S und G2
- Während G2 zu M-Übergang
- In G1 nachdem der Restriktionspunkt überwunden ist
- Übergang: G1 zu S
Cycline
- Welche gibt es?
- Eigenschaften
- Cyclin A bis K
2. Zyklischer Auf- und Abbau, keine intrinsische enzymatische Aktivität, regulieren die Aktivität der CDKs
CDK
- Aufgabe
- Eigenschaften
- Serin/Threonin-Kinasen, die andere Proteine phosphorylieren —> in-/ aktivieren
- Menge ist gleichbleibend, Aktivität durch Cycline reguliert
Restriktionspunktkontrolle
- In welcher Phase?
- Wodurch beeinflusst?
- Ende der G1-Phase
- Äußere Faktoren: Nährstoffangebot, Wachstumsfaktoren, Zelldichte
Innere Faktoren: Zellmasse, DNA-Gehalt, Integrität, SPF
G1-Checkpoint
- Wodurch können DNA-Schäden induziert werden?
- Was passiert, wenn Schäden gefunden werden?
- ROS, UV-Strahlen, ionisierende Strahlen, alkylierende Agentien, …
- Zellzyklus-Arrest, Apoptose, Tumorentstehung, DNA Reparatur
Wie funktioniert der G1-Checkpoint?
- Retinoblastomaprotein (pRb) = Gatekeeper bindet an E2F
- E2F regulieren S-Phase-Gene —> Gene blockiert
- Phosphorylierung von RB verhindert Bindung an E2F —> Gene können transkribiert werden
Welche Wachstumsfaktoren gibt es im Zellzyklus?
Cyclin D, CDK4, CDK6, CDK2, Cyclin E, …
Welche Faktoren phosphorylieren das Retinoblastomaprotein?
CDK4/6 und Cyclin D
CDK2 und Cyclin E
Inhibitoren von CDK/Cyclinen: Beispiele, Ziel der Inibierung, aktiv in welchen Zellzyklusphasen
-CIP/KIP Familie: p21WAF1/CIP1, p27KIP1, P57KIP2 —> inhibieren alle CDK/Cyclin-Komplexe in allen Zellzyklusphasen
INK4 Familie: p16INK4a, p15INK4b, p18INK4c, p19INK4d —> inibieren CDK4 und 6 in G1-Phase
Was beeinflusst
- Die INK4 Familie?
- Die KIP/CIP Familie?
- Mangende Wachstumsfaktoren, Zellalterung, hemmende Faktoren
- Kontakthemmung, DNA-Beschädigung, p53
G1- und G2/M check: welcher Faktor spielt eine Rolle?
P53 —> p21–> Replikationsstop
Welche Mutation ist in 50 % aller menschlichen Tumoren zu finden?
P53-Mutationen
Nenne einen Tumormarker in der S-Phase. Wodurch wird er gehemmt?
PCNA = proliferating cell nuclear antigen
p53 —> p21 —> PCNA wird gehemmt —> Replikationsstop
Wo spielt der PCNA eine Rolle?
Wird zur DNA Replikation und Reparatur benötigt
Nenne 3 Tumormarker
- PCNA
- Ki-67: wird in allen teilungsaktiven Zellen exprimiert, nicht in G0-Zellen, fungiert als Proliferationsindex
- MItoseindex: Teilungsgeschwindigkeit einer Zellpopulation
Was kann CKI bewirken?
Bindet an aktiven CDK/Cyclin-Komplex (nur P-Thr-161) und inaktiviert diesen dadurch
Nenne 2 Arten des Zelltods und ihre Eigenschaften.
Apoptose: Zelle schrumpft, Apoptosekörperchen entstehen, Phagozytose
-bei Embryogenese, Zellschädigung, Entzug von Wachstumsfaktoren
Nekrose: Schwellung, Lyse, Inflammation
- bei schwerer Zellschädigung
Vorgang Nekrose
Traume —> Zellen und Organelle schwellen an, Chromatin kondensiert, Membranen durchlässig —> Flüssigkeitseinstrom —> Zellstrukturen dissoziieren —> Lyse, Phagozyten treten ein, Inflammation
Vorgang Apoptose
- Mikrovilli kontrahieren, intrazelluläre junctions werden aufgebrochen, Chromatin kondensiert
- Zelle schrumpft, Chromatin kondensiert
- Blasenbildung, Chromatin kondensiert weiter
- Zellfragmente werden in apoptotische Vesikel verpackt
- Phagozytose durch benachbarte Zellen und Makrophagen
Physiologische Funktion der Apoptose
Unerwünschte Zellen werden zerstört: - formende Strukturen - Strukturen, die nicht mehr benötigt werden - Kontrolle der Zellzahlen - Eliminierung autoreaktiver Thymocyten - Herunterregulation des Immunsystems - Eliminierung von Tumorzellen und viren-befallender Zellen Aufbau neuronaler Netzwerke
Was ist eine Folge einer Störung in der Apoptose?
Syndaktylie, z.B. wenn Finger zusammengewachsen sind
Phasen der Apoptose
- Induktionsphase bei gesunder Zelle
- Exekutionsphase bei zum Tode verurteilte Zelle
- Endphase —> tote Zelle, Beseitigung der Zellreste
Todessignale bei der Apoptose
-Entzug von Wachstumsfaktoren, Hormonen und Zell-Zell-Kontakten
-Aktivierung von Todesrezeptoren
-DNA-Schädigung
-Stoffwechsel- / Zellzyklusstörungen
Zytotoxische T-Zellen
—> Mitochondrien setzen Cytochrom c frei, Bcl/Bax —> Caspasen
Bcl-Familie
- Gruppen und Beispiele
- Funktion
- Wirkung
- Freisetzung aus
- Wo zu finden/ wie liegen sie vor?
- Apoptosesignal
- Pro-apoptotisch:Bax, Bak, Bok, Bad anti-apoptotisch: Bcl2, Bcl-xL
- Regulation der Apoptose
- Intrinsisch / extrinsisch
- Dem Mitochondrium
- Tetramer aus pro- und anti-, an Zellmembran der Mito.
- Tetramer aus Bax bildet Pore —> Cyt c ins Zytoplasma
Intrinsischer Weg der Apoptose
- DNA Schaden —> p53 bindet an Promotor von Bax und Pume
- Tetramer aus Bax im Mito. —> Cyt c wird ins Cytoplasma freigesetzt
- Cyt c bindet an Pro-Caspase 9 —> schneidet sich selbst —> aktive Caspase-9
- Casp-9 aktiviert Effektor-Caspasen (z.B. 3,6,7) —> Apoptose
Extrinsischer Weg der Apoptose
-Rezeptor-abhängig
-TNF alpha, TRAIL
-Aktivierung der Casp-8 —> Konformationsänderung durch Schneiden
—> Aktivierung von Effektorcaspasen
Aktivierte Casp-8 kann zusätzlich mitochondr. Apoptoseweg aktivieren
Caspasen
- Beispiel und Schnittstelle
- Formen
- Unterschiedliche Gruppen
- Effekte
- Cystein-Proteasen spalten nach Asp
- Inaktive Pro-Formen, aktive Heterotetramere mit katalytischem Zentrum
- Initiatorcaspasen: Casp-8, 9
Effektorkaspasen: Casp-3, 6, 7 - Auflösung der Zellstruktur, DNA-Fragmentierung, Inaktivierung der DNA-Reparatur und Überlebensproteinen
Apoptose
Wo schneiden Endonukleasen?
Was für Abschnitte entstehen?
- An der linker DNA
- DNA (um 2 Histone gewickelt) mit ca 180 Basenpaaren
Oberflächensignale von apoptotischen Zellen für Phagocyten
Phosphatidylserin- in gesunden Zellen nach Innen gerichtet, in apoptotischen Zellen außen
