Buněčné dělení ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU

BUNĚČNÝ CYKLUS

Buněčné dělení

ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU 

ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU

Cykliny a na cyklinech závislé proteinkinázy (CyclinDependent 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 a na vazbě s PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen)  Inhibovány jsou působením inhibitorů proteinkináz

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  Nefosforylovaný pRb 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)

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.

1

Interfáze

ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU

 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

Mitóza

Struktura chromosomu

 Chromatin - euchromatin, heterochromatin  Kondenzace, dekondenzace  Centromera, telomera, chromatida

 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

Profáze  Kondenzace chromosomů – stále patrné jako dlouhé tenké struktury  Tvorba mitotického vřeténka – mikrotubuly + proteiny

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

 Iniciace rozpadu jadérka a jaderného obalu  Kinetochor - část chromosomálních centromer se uchytí k mikrotubulům mitotického vřeténka  Centrioly se pohybují směrem k pólům buňky

2

Anafáze

Telofáze a cytokineze  Chromatidy každého chromosomu se rozcházejí k opačným pólům buňky (chromosomy dceřiných buněk)  K protilehlým pólům buňky táhne chromatidy achromatické vřeténko

Meióza

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

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 1. Leptoten 2. Zygoten 3. Pachyten (crossing-over) 4. Diploten 5. Diakineze  metafáze  anafáze – k pólům buňky se rozcházejí chromosomy jednotlivých párů  Telofáze  Meióza II – homeotypické dělení (analogie mitózy)

Meióza I – profáze I

Meióza – 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 crossingover – důležitý krok pro genetickou variabilitu populace  diploten – zaniká synaptonemální komplex, bivalenty se začínají rozcházet, chiasmata (místa překřížení) drží chromatidy u sebe  diakineze – maximální kondenzace

3

Meióza I – metafáze I

Meióza I – anafáze I  Probíhá disjunkce – chromosomy se rozcházejí k opačným pólům buňky – vždy jeden z páru

 Mizí jaderná membrána, homologní chromosomy tvoří chromosomální tetrády a ty se řadí v ekvatoriální rovině

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) a další syndromy: Turnerův sy 45, X0 Klinefelterův sy 47, XXY Patauův sy 47, XX/Y, +13 Edwardsův sy 47, XX/Y, +18 a další…

Meióza – telofáze I a cytokineze Telofáze I  2 haploidní sady chromosomů se seskupují u opačných pólů buňky

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

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

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

Gametogeneze  Tvorba pohlavních buněk z primordiálních zárodečných buněk  Jsou haploidní oproti somatickým

4

Spermatogeneze

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

Oogeneze

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

5