AA sejtciklus sejtciklus szabályozásaszabályozása

??

Sejtciklus Sejtciklus fázisaifázisai

SSGG22

GG11

MM

GG00

G = „gap”G = „gap”S = synthesisS = synthesisM = mitosisM = mitosis

Sejtciklus - KutatásSejtciklus - Kutatás

EgysejtűekEgysejtűek SzövetesekSzövetesek egyedi jellegegyedi jelleg rövid ciklusokrövid ciklusok főleg gátló szabályozó tényezőkfőleg gátló szabályozó tényezők pl. táplálék, paracrin anyagokpl. táplálék, paracrin anyagok

sejtek közötti kommunikációsejtek közötti kommunikáció serkentő szabályozásserkentő szabályozás

tápanyagtápanyagnövekedési faktoroknövekedési faktorok

Sejtciklusok fő típusaiSejtciklusok fő típusai

Embrionális:Embrionális: sejtek mérete csökkensejtek mérete csökkenegyetlen irányító – MPFegyetlen irányító – MPFnincs ellenőrzési pontnincs ellenőrzési pont

Standard:Standard: gyakran osztódó sejtekgyakran osztódó sejtekirányítók – SPF (G1-S)irányítók – SPF (G1-S) - MPF (S-M)- MPF (S-M)

Soksejtűekre jell.:Soksejtűekre jell.: sejtek Gsejtek G00-ban (nincs ciklin)-ban (nincs ciklin)ciklinek, CDK-kciklinek, CDK-knövekedési faktoroknövekedési faktorok

Sejktciklus fázisainak fő Sejktciklus fázisainak fő jellemzőijellemzői

GG11 = növekedés és kromoszómák = növekedés és kromoszómák előkészítése a replikációraelőkészítése a replikációraS = DNS és centriolumok S = DNS és centriolumok megkettőződésemegkettőződéseGG22 = előkészítés a mitosisra = előkészítés a mitosisra

M = mitosisM = mitosis 2n2n4n4n 2n2n

SSGG22

GG11

MM

GG00

DNS replikációDNS replikáció

DNS repairDNS repair

Ciklinek/CDK-kCiklinek/CDK-k

Checkpoint-okCheckpoint-ok

ChromosomákChromosomákMitosisMitosis

MagorsóMagorsó

CytokinesisCytokinesis

ÖregedésÖregedésDifferenciálódásDifferenciálódás

TumorokTumorok ApoptosisApoptosisAszimmetrikus osztódásAszimmetrikus osztódás

Növekedési faktorok (1)Növekedési faktorok (1) fehérjékfehérjék specifikusságspecifikusság paracrin termelődésparacrin termelődés alacsony koncentrációban hatnakalacsony koncentrációban hatnak

GG0 0 - G - G11 átmenet átmenet differenciálódásdifferenciálódás

sejtek letapadásasejtek letapadása kontakt gátláskontakt gátlás

Növekedési faktorok (2)Növekedési faktorok (2)EGF – hám, mesenchima, gliaEGF – hám, mesenchima, gliaIGF – chondroblast, fibroblastIGF – chondroblast, fibroblastFGF – fibroblast, endothelFGF – fibroblast, endothelTGF – számos célsejtTGF – számos célsejtNGF – axonokNGF – axonokPDGF – érfal sejtjeiPDGF – érfal sejtjei

Egyes citokinek pl. interferon, TNFEgyes citokinek pl. interferon, TNF

Tirozin kináz cascadeTirozin kináz cascade

Aktivált RasAktivált RasAktivált Ser/Thr kináz cascadeAktivált Ser/Thr kináz cascade

Transcriptios faktorokTranscriptios faktorok

„„Early-response” gének transcriptiojaEarly-response” gének transcriptioja(c-(c-junjun, c-, c-mycmyc, c-, c-fosfos))

mRNS-ekmRNS-ekMyc, Jun, Fos Myc, Jun, Fos

transcriptios faktorok transcriptios faktorok szintéziseszintézise

„„Delayed-response” génekDelayed-response” génektranscriptiojatranscriptioja

mRNS-ekmRNS-ekCIKLIN szintézisCIKLIN szintézis

Növekedési faktorNövekedési faktor

sejtmagsejtmag

felszínifelszínimembránmembrán

Tumor suppressor (e.g. p53)Tumor suppressor (e.g. p53)

ProtooncogénekProtooncogének

Normális proliferációNormális proliferáció

Tumor suppressorTumor suppressor

Oncogének (mutációk)Oncogének (mutációk)

Fokozott osztódási aktivitás (tumor)Fokozott osztódási aktivitás (tumor)

Tumor suppressor gének hiányaTumor suppressor gének hiánya

ProtooncogénekProtooncogének

Fokozott osztódási aktivitás (tumor)Fokozott osztódási aktivitás (tumor)

Tumor suppressor gének expressziójaTumor suppressor gének expressziója

ProtooncogénekProtooncogénekDegradáció, apoptosis, öregedésDegradáció, apoptosis, öregedés

Sejtciklus szabályozásának Sejtciklus szabályozásának elemeielemei

Ciklinek Ciklinek

Ciklin-dependens kinázok (CDK)Ciklin-dependens kinázok (CDK)

Ciklin-dependens kináz inhibitorok (CDKI)Ciklin-dependens kináz inhibitorok (CDKI)

Anaphase-promoting complex (APC)Anaphase-promoting complex (APC)

Ciklinek jellemzéseCiklinek jellemzése A sejtciklus különböző fázisaiban termelődő A sejtciklus különböző fázisaiban termelődő szabályozó fehérjékszabályozó fehérjék 13 (vagy több) ismert emlős ciklin13 (vagy több) ismert emlős ciklin „ „ciklin-box” – 100 aminosav hosszúságú homológ CDK-t kötő szakaszciklin-box” – 100 aminosav hosszúságú homológ CDK-t kötő szakasz G1-ciklinek – gyors degradáció – C-terminális „PEST” szekvenciaG1-ciklinek – gyors degradáció – C-terminális „PEST” szekvencia S-ciklinekS-ciklinek M-ciklinek – hosszabb életidő - lebomlásuk ubiquitin-függőM-ciklinek – hosszabb életidő - lebomlásuk ubiquitin-függő N-terminális „destrukciós-box”-nál; N-terminális „destrukciós-box”-nál;

mitosis megkezdése előttmitosis megkezdése előtt Ciklinek lebomlása CDK inaktivációját eredményeziCiklinek lebomlása CDK inaktivációját eredményezi

Ciklin-dependens Ciklin-dependens kinázokkinázok(CDK)(CDK)

Ciklinekkel alkotnak komplexet – ezáltal aktiválódnakCiklinekkel alkotnak komplexet – ezáltal aktiválódnak Legalább 6 emlős CDK-t ismerünkLegalább 6 emlős CDK-t ismerünk Foszforiláció:Foszforiláció:

AktiválóAktiváló hatású: hatású: CDK2 vagy CDK4 - ThrCDK2 vagy CDK4 - Thr160 160 p40 p40mol5 mol5 Ciklin H Ciklin H

GátlóGátló hatású is lehet: hatású is lehet: CDK2 – ThrCDK2 – Thr1414, Tyr, Tyr15 15 wee1/mik1 protein kináz wee1/mik1 protein kináz

Szintjük a sejtben közel állandó – a ciklinekhez valóSzintjük a sejtben közel állandó – a ciklinekhez való kapcsolódásukkal szabályoznakkapcsolódásukkal szabályoznak Típusaik: G1-, S- és M-fázis CDK-kTípusaik: G1-, S- és M-fázis CDK-k

Ciklin-dependens kináz Ciklin-dependens kináz inhibitorok (CDKI)inhibitorok (CDKI)

Legalább 7 eltérő emlős CDKI-t ismerünkLegalább 7 eltérő emlős CDKI-t ismerünk

G1/S CDK-t kötők – p21, p27, p57G1/S CDK-t kötők – p21, p27, p57

INK4 (INK4 (ininhibitor of CDhibitor of CDK4K4) – p15, p16, p18, p19 ) – p15, p16, p18, p19

ezek a ciklin D – CDK4 vagy - CDK6 ezek a ciklin D – CDK4 vagy - CDK6 komplexekre komplexekre hatnakhatnak

Anaphase-promoting complex (APC)Anaphase-promoting complex (APC)

proteolítikus enzimek proteolítikus enzimek

a sister chromatidokat összetartó a sister chromatidokat összetartó cochesincochesin-ek -ek

lebomlását indítja belebomlását indítja be

az M-fázis ciklinek lebomlásáért felelősekaz M-fázis ciklinek lebomlásáért felelősek

GG00 fázis fázis

GG0 0 !!!!!!

GG00 esetében a mitózisért felelős esetében a mitózisért felelősgének gátolt állapotban vannakgének gátolt állapotban vannak

Átmeneti vagy végleges fázisÁtmeneti vagy végleges fázisDE DE a soksejtű szervezet legtöbb sejtje Ga soksejtű szervezet legtöbb sejtje G00-ban van !-ban van !

Limfociták – antigén stimulusraLimfociták – antigén stimulusraGG11 fázisba térnek vissza fázisba térnek vissza

Tumoros sejtek Tumoros sejtek NEMNEM képesek G képesek G00-ba lépni – ez folyamatos -ba lépni – ez folyamatos osztódásuk egyik okaosztódásuk egyik oka

Sejtciklus kontrolljaSejtciklus kontrollja

CDKCDK

cycli

ncy

clin

+

transcriptiotranscriptio proteolysisproteolysistranslatiotranslatio

CDKCDK

cycli

ncy

clin

kinasekinase

kinasekinase phosphatasephosphataseCKICKI

CKICKIszubsztrátszubsztrát

szubsztrát-szubsztrát-PP

CKI CKI (p15, 16 ,18, 19)(p15, 16 ,18, 19)

Növekedési Növekedési faktorokfaktorok

DcDc Cdk4/6-DcCdk4/6-Dc pRb-E2FpRb-E2F(p107, p130)(p107, p130)

E2FE2F

Ac Ac Ec Ec

Cdk2-AcCdk2-Ac

pRb-POpRb-PO44

(p107 -PO(p107 -PO4,4,p130 -POp130 -PO44))

M-fázisM-fázis GG11-fázis-fázis S-fázisS-fázis

CKI CKI (p21, p27, p57)(p21, p27, p57)

p53 p53

DNSDNSkárosodákárosodáss

Cdk2-EcCdk2-Ec

Restrikciós pontRestrikciós pont

Tumor-szupresszor funkcióTumor-szupresszor funkció

Promoter (c-Promoter (c-myc)myc)

E2FE2F

RbRbE7E7

Bekapcsolva – Mitózis Bekapcsolva – Mitózis

E2FE2FRbRb

Kikapcsolva – GKikapcsolva – G00 fázis fázis

E7 = human papilloma vírus termékE7 = human papilloma vírus termékRb = retinoblastoma proteinRb = retinoblastoma proteinE2F = transzkripciós faktorE2F = transzkripciós faktor

p53p53

– – a DNS sérüléseit jelzi (Ga DNS sérüléseit jelzi (G11 és G és G22 fázisokban) fázisokban) - - E2FE2F transzkripciós faktorhoz kötődés transzkripciós faktorhoz kötődés - E2F promoterhez (- E2F promoterhez (c-mycc-myc vagy vagy c-fosc-fos) való ) való

kötődésének kötődésének gátlásagátlása- kijavítható – „kis hibák” – esetén a sejtciklus- kijavítható – „kis hibák” – esetén a sejtciklus felfüggesztését okozzafelfüggesztését okozza- nagyon sérült DNS esetén apoptózist indukál- nagyon sérült DNS esetén apoptózist indukál

p53p53- a p53 génje recesszív- a p53 génje recesszív- csak mindkét kópia mutációjakor esik ki ez - csak mindkét kópia mutációjakor esik ki ez az ellenőrző funkció az ellenőrző funkció tumor-szupresszor gén tumor-szupresszor gén-ha csak a mutáns változat van a sejtben az ha csak a mutáns változat van a sejtben az tumorrá alakulhat át (emberi tumorok 50%-tumorrá alakulhat át (emberi tumorok 50%-ában nincs működő p53 protein !)ában nincs működő p53 protein !)- nagyon magas p53 szintek – korai öregedés, nagyon magas p53 szintek – korai öregedés, halálhalál

p53 - DNSp53 - DNS

„„Checkpoint”-okCheckpoint”-ok S-fázis befejezett volta ?S-fázis befejezett volta ?

Okazaki fragmentumok jelenlétéig a sejtOkazaki fragmentumok jelenlétéig a sejtNEMNEM léphet ki az S-fázisból léphet ki az S-fázisból

DNS minősége ?DNS minősége ?GG11 –checkpoint –checkpointS-fázis alattS-fázis alattGG22 –checkpoint –checkpoint

Mitotikus orsó minősége ?Mitotikus orsó minősége ?M-checkpoint – orsó-kinetochore kapcsolatM-checkpoint – orsó-kinetochore kapcsolatorsótubulusok rendezettségeorsótubulusok rendezettségekijavíthatatlan hiba esetén kijavíthatatlan hiba esetén APOPTOSISAPOPTOSIS beindítása beindítása

GG11

GG22SS MM

A sejtciklus A sejtciklus szabályozásaszabályozása

Ciklin D – CDK4 & CDK6Ciklin D – CDK4 & CDK6Ciklin E – CDK2Ciklin E – CDK2

Ciklin E – CDK2Ciklin E – CDK2

Ciklin A – CDK2Ciklin A – CDK2

Ciklin B – cdc2Ciklin B – cdc2Ciklin A – cdc2Ciklin A – cdc2

GG11

GG22

MMSS

GG11

GG22

MMSS

G1 ciklinek- CDKG1 ciklinek- CDK-DNS előkészítése replikációra-DNS előkészítése replikációra

SPFSPF-sejt előkészítése -sejt előkészítése

az S-fázisba az S-fázisba lépésre;lépésre;

-DNS duplikációra-DNS duplikációra

MPFMPF-mitotikus orsó összeépülése-mitotikus orsó összeépülése

-maghártya lebomlása-maghártya lebomlása

-kromoszóma kondenzáció-kromoszóma kondenzáció

MetafázisMetafázis

MPF APCMPF APC-kromatídák elválása-kromatídák elválása-M ciklinek lebomlása-M ciklinek lebomlása-G1 ciklinek szintézise-G1 ciklinek szintézise-geminin degradációja-geminin degradációja

-G1 és S ciklin-CDK-k G1 és S ciklin-CDK-k (ciklin E) (ciklin E) -M ciklinek M ciklinek

MPF = Mitosis promoting MPF = Mitosis promoting factorfactor

CDK1 és Ciklin B komplexeCDK1 és Ciklin B komplexe

TyrTyr ThrThr

Gátló kinázGátló kináz Aktiváló kinázAktiváló kináz

Cdc2Cdc2CiklinCiklin

TyrTyr ThrThrCdc2Cdc2

CiklinCiklin

P Pinaktívinaktív

TyrTyr ThrThrCdc2Cdc2

CiklinCiklinP

Paktívaktív

Cdc25Cdc25

MPF szubsztrátjaiMPF szubsztrátjai

H1 hiszton – chrs. kondenzációH1 hiszton – chrs. kondenzáció Laminok – sejtmaghártya lebomlásaLaminok – sejtmaghártya lebomlása MAP-ok – mitotikus orsóMAP-ok – mitotikus orsó Phosphatase – egyre több MPFPhosphatase – egyre több MPF Myosin L lánc – morfológiai változásokMyosin L lánc – morfológiai változások

S-ciklinS-ciklin p34p34CDKCDK

S-ciklinS-ciklin p34p34CDKCDK

M-ciklinM-ciklin

p34p34CDKCDK M-ciklinM-ciklin

S-fázisS-fázis Mitózis-specifikusMitózis-specifikusreakciókreakciók

ATPATP

ADPADP

ATPATP

ADPADP

cdc2cdc2 géngén

A DNS replikáció kontrolljaA DNS replikáció kontrolljaPozitív kontroll („licensing”):Pozitív kontroll („licensing”):

- - ORC ORC (origin recognition complex) proteinek(origin recognition complex) proteinek- Járulékos proteinek (G- Járulékos proteinek (G11-fázisban nő a koncentrációjuk)-fázisban nő a koncentrációjuk)

Cdc6Cdc6, , Cdt1Cdt1 – az ORC-hez kötődve fedik a DNS-t – az ORC-hez kötődve fedik a DNS-tMCMMCM proteinek fedettség proteinek fedettség KELLKELL a DNS replikációhoz a DNS replikációhoz

Az S-fázisba lépést követően: Az S-fázisba lépést követően: Cdc6Cdc6 és és Cdt1Cdt1 leválik leválik MCMMCM a replikációs villa elején a replikációs villa elején

maradmarad

Negatív kontroll:Negatív kontroll:

-GemininGeminin G G22-ben meggátolja az MCM kapcsolódását az új -ben meggátolja az MCM kapcsolódását az új DNS-selDNS-sel

Mitózis és MeiózisMitózis és Meiózis

Homológ chrs.Homológ chrs.elválásaelválása

Holmológ Holmológ chrs. párok chrs. párok tagjainak tagjainak elválásaelválása

DNS replikáció

Mei

otik

us o

sztó

dás 1

Mei

otik

us o

sztó

dás 1

Mei

otik

us o

sztó

dás 2

Mei

otik

us o

sztó

dás 2

nn 2n2n

MetafázisosMetafázisoschromosomachromosoma

Kondenzáltchromatin

nucleosomáknucleosomák

DNS DNS

Chrs 1 (humán)Chrs 1 (humán)

DNS hossza 50 mmDNS hossza 50 mm

Chrs. Hossza 3-4 Chrs. Hossza 3-4 mm

10.000 x 10.000 x kondenzáláskondenzálás

ChromosomaChromosoma

KihorgonyzásKihorgonyzásfehérjevázhozfehérjevázhoz

ChromatinszálChromatinszál

SzolenoidSzolenoid

NukleoszómaNukleoszóma

DNS helixDNS helix

Egy két chromatidás chromosomaEgy két chromatidás chromosoma

CentromerCentromerrégiórégió

ChromatidChromatidákák

Chromosoma sémás Chromosoma sémás és TEM képeés TEM képe

InterfázisInterfázis

ProfázisProfázis

PrometafázisPrometafázis

MetafázisMetafázis

AnafázisAnafázis

CytokinesisCytokinesis

InterfázisInterfázis

ProfázisProfázis

PrometafázisPrometafázis

MetafázisMetafázis

SejtosztódásSejtosztódás

MetafázisMetafázis AnafázisAnafázis

TelofázisTelofázis CitokinezisCitokinezis

ProfázisProfázis

MetafázisMetafázis

Korai anafázisKorai anafázis

Késői anafázisKésői anafázis

TelofázisTelofázis

MITÓZISMITÓZIS

AnafázisAnafázis TelofázisTelofázis Cytokinesis/G1Cytokinesis/G1

NucleoporinokNucleoporinok

Sejtmag-membránSejtmag-membrán

LaminokLaminok

A sejtmag-membrán felépülése és a mitózisA sejtmag-membrán felépülése és a mitózis

FúzióFúzióÖsszeépülésÖsszeépülés

Magpórusok kialakulása osztódás utánMagpórusok kialakulása osztódás után

Magorsó kialakulásaMagorsó kialakulása

CentriolumoCentriolumokk

anya-centriolum

leány-centriolummicrotubulusösszekötő rostok

PCM

distalis „függelékek”subdistalis „függelékek”

Kóros centriolumokKóros centriolumokfénymikroszkóposfénymikroszkóposkimutatásakimutatása

CentriolumokCentriolumokosztódásaosztódása

Belső folyamatok:Belső folyamatok:- centrosoma dupl.centrosoma dupl. - csilló és ostor képzés- csilló és ostor képzés- microtubulus nucleatiomicrotubulus nucleatio - szabályozó folyamatok- szabályozó folyamatok- microtubulus leválasztás microtubulus leválasztás - aster képzés- aster képzés- microtubulus kihorgonyzásmicrotubulus kihorgonyzás

Külső folyamatok:Külső folyamatok:- cytokinesiscytokinesis - cytoplasma szerveződése- cytoplasma szerveződése- checkpoint controlcheckpoint control - membrántranszport- membrántranszport- sejtciklus folyamatai sejtciklus folyamatai - actin leválása- actin leválása- mit.-orsó orientálásamit.-orsó orientálása - mit. orsó degradáció- mit. orsó degradáció- sejtmag-mozgásoksejtmag-mozgások

Centrosomális szabályozás zavaraiCentrosomális szabályozás zavarai

Centrosoma duplikációCentrosoma duplikáció Ectopiás MTOC összeépülésEctopiás MTOC összeépülés

Centrosoma hibákCentrosoma hibák(számbeli, szerkezeti, méretbeli)(számbeli, szerkezeti, méretbeli)

Magorsó hibákMagorsó hibákChromosoma szétválás zavaraChromosoma szétválás zavaraGenetikus instabilitásGenetikus instabilitásTumor progresszióTumor progresszió

Microtubulus szétesésMicrotubulus szétesésSejtalak és polaritás hibáiSejtalak és polaritás hibáiTumor progresszióTumor progresszióTumor áttétekTumor áttétek

S. cerevisiaeS. cerevisiae

Emlős sejt Emlős sejt

Osztódás – Centriolum - EvolucióOsztódás – Centriolum - Evolució

Cohesin

Cohesin

Cohesin

Cohesin

CEN

SCF

BelsőKinetochore

KülsőKinetochore

Magorsókomponensek

Magorsócheckpoint

APC

Anafázisprogressziója

Motorok

Kinetochore felépítéseKinetochore felépítése

AnafázisbeindításaAnafázis

gátlásaCohesinek

CentromerMagorsó,kinetochor sérülése

APC

Magorsóösszeépüléscheckpoint

A mitotikus orsóA mitotikus orsó

CohesinCohesinKitapadt kinetochoreKitapadt kinetochoreSzabad kinetochoreSzabad kinetochoreMicrotubulusokMicrotubulusokUbiquitinUbiquitinPhosphorilációPhosphoriláció

ProfázisProfázis

MetafázisMetafázis

AnafázisAnafázis

Chromatídák Chromatídák elválásánakelválásánakmolekulárismolekulárisháttereháttere

belső lemezbelső lemezkülső lemez (BubR1)külső lemez (BubR1)

mikrotubulusokmikrotubulusok

fibrosus „corona”fibrosus „corona”(CENP-E, dynein)(CENP-E, dynein)

centromerikuscentromerikusheterochromatinheterochromatin

bipoláris bipoláris kitapadáskitapadás

feszülésfeszülés

checkpoin-fehérjék dynein-függőcheckpoin-fehérjék dynein-függővándorlásavándorlása

pólus pólus Mad2 (Rod/Zw10/CENP-E)Mad2 (Rod/Zw10/CENP-E)

Kinetochore – Kinetochore – magorsómagorsókapcsolat kapcsolat kialakulásakialakulása

SejtbiológiaiSejtbiológiaihibahiba

SensorokSensorokSzignál-Szignál-TranszdukcióTranszdukció

EffektorokEffektorokSejtciklusSejtciklus

hibahiba

MetafázisMetafázis AnafázisAnafázis

Magorsó hibák kialakulásaMagorsó hibák kialakulása

Profázis Profázis

PrometafázisPrometafázis

Magorsó – Chrs. mozgása (1)Magorsó – Chrs. mozgása (1)

MetafázisMetafázis

AnafázisAnafázis

TelofázisTelofázis

Magorsó – Chrs. mozgása (2)Magorsó – Chrs. mozgása (2)

Húznak-e Húznak-e a húzófonalak ?a húzófonalak ?

kinetochorekinetochore húzófonálhúzófonál

depolymerizálóddepolymerizálódásás

Az előadásban felhasznált Az előadásban felhasznált képanyag fellelési helyei:képanyag fellelési helyei:

Bruke, B., Ellenberg, J. Remodelling the walls of the nucleus. Nature Reviews-Molecular Cell Biology, 3:487 (2002)

Craig, et al., Exp. Cell Res. 246:249 (1999)Doxsey, S. Re-evaluating centrosome function

Nature Reviews-Molecular Cell Biology, 2:688 (2001)Kitagawa, K, Hieter, Ph. Evolutionary conservation between budding yeast and human kinetochores

Nature Reviews-Molecular Cell Biology, 2:678 (2001)Musacchio,A., Hardwick, K.G. The spindle checkpoint: Structural insights into dynamic signalling

Nature Reviews-Molecular Cell Biology, 3:731 (2002)Walczak, C.E., Mitchison, T.J. Kinesin-related proteins at mitotic spindle poles: Function and regulation

Cell, 85:943 (1996)Walczak, C.E., Mitchison, T.J., Desai, A.

Cell, 84:37 (1996)Web.uvic.ca/~bioweb/people/choy/Parslow/tsld035.htm