alap követelmény/extra követelmény
SEJTVÁZ 2. A sejtvázat alkotó három filamentumrendszer: intermedier filamentumok, mikrofilamentumok & mikrotubulusok. A sejtváz főbb funkciói: sejt alak/merevség meghatározása sejt vándorlás (amőboid, csillós és flagelláris mozgás) sejtosztódás/kromoszómák szegregációja sejtorganellumok transzportja 3-7. A sejtváz szerepét demonstráló filmek (letölthető).
INTERMEDIER FILAMENTUMOK
8-9. 10 nm átmérőjű filamentumok Csak gerincesekben (és néhány alacsonyabbrendűben) vannak, növényekben egyáltalán nincsenek. Fő szerepük hogy merevséget biztosítsanak a sejteknek/szöveteknek Faj- és szövetspecifikus expresszió (tumor eredet meghatározható) Nem ismertek hozzájuk kapcsolódó motor fehérjék Típusok: I., II. keratin, hámsejtek, haj, köröm, dezmoszóma III. vimentin: sejtdifferenciálódás elején, dezmin:izomsejtek IV. neurofilamentum, axonokat erősíti V. lamin, a sejtmaghártya belső oldalán levő hálózatot alkotnak Betegségek: epidermolysis bullosa simplex, (keratin) amyotrophic lateral sclerosis, (ALS) (neurofilamentum)
AKTIN FILAMENTUMOK
10-11. Globuláris aktin monomerek polimerizációjával kialakult filamentumok. 8 nm átmérő Funkciók: Sejtmembrán alatti aktinháló védi a sejtet a mechanikai behatásoktól Transzmembrán fehérjéket köt össze citoplazmikus fehérjékkel Citokinézis során a két leánysejt szétválasztása Sejtek helyváltoztatása Izomösszehúzódás Az aktin szervezetünk egyik leggyakoribb fehérjéje, minden sejtünkben van. Az aktin filamentumok polarizáltak. Az aktin monomerek ATP-t vagy ADP-t tartalmazó hasadéka a filamentum mínusz vége felé mutat. 12. AKTIN KÖTŐ FEHÉRJÉK Az aktin filamentumokhoz sok különböző aktin kötő fehérje kapcsolódhat attól függően, hogy milyen háromdimenziós szerkezetet kell léterhozni. Példák a dián. 13. SEJTVÁNDORLÁS A vándorló sejtek polarizáltak, „tudják” merre akarnak menni. A vándorló sejtek egy térhálós aktin hálózatot, az ún. lamellipodiumot képeznek az elmozdulás irányában. A lamellipodiumból kinyúló, kötegelt aktint tartalmazó filopodiumok szerepe valószínűleg a sejtvándorlást kiváltó külső jel nyomonkövetése. A sejt hátsó részében kontraktilis aktin filamentumok képződnek, a
stressz-kötegek. Fokális adhéziók és fokális komplexek játszanak szerepet a sejt extracelluláris térhez tapadásában, hozzájuk tapadnak a stressz kötegek és a lamellipodium aktin molekulái. 14. LAMMELLIPÓDIUM-A SEJT LÁBA Mozgólépcsőzés/alegység áramlás az aktin filamentumban: A filamentum hossza változatlan marad, aktin monomerek adódnak hozzá a plusz végen, míg aktin monomerek távoznak a mínusz végen. Az alegység áramlást fluoreszcensen jelölt kis mennyiségű aktin alegységgel tesszük láthatóvá. 15-16. FEHÉRJE INTERAKCIÓK A LAMELLIPODIUMBAN, SEJTVÁNDORLÁS A sejtek vándorlásuk során először a sejt elejét előretolják, majd a sejt hátsó részét behúzzák. A sejt elejének kitüremkedését az aktin filamentumok polimerizációja okozza a sejthártya közvetlen közelében, míg a sejt hátsó részének behúzását a stressz kötegek összehúzódása (miozinok segítségével) okozza. A lamellipódium szélessége állandó az alegység áramlás miatt, aktin monomerek épülnek be a sejthártya felőli részen (előrenyomva a sejthártyát), míg aktin monomerek válnak le a sejttest felőli részen. 17. SEJTVÁNDORLÁS ÉS SEJTADHÉZIÓ A sejtvándorláshoz elengedhetetlen, hogy a sejtek dinamikus kapcsolatokat létesítsenek az extracelluláris mátrixxal. Ezeket a kapcsolatokat fokális komplexeknek/adhézióknak nevezik. A fokális komplexek/adhéziók legfontosabb alkotói az integrinek. és integrinek (transzmembrán fehérjék) dimerjei felelősek a sejt és az extracelluláris mátrix közti dinamikus kapcsolat kialakításáért. Az integrinek adapter fehérjéken keresztül (vinkulin, talin) kapcsolódnak az aktin sejtvázhoz. 18. SEJTVÁNDORLÁS, SEJTADHÉZIÓ ÉS MT-K A sejt-ECM kapcsolatnak fel kell bomlania, hogy a sejt továbbhaladhasson. A vándorló sejteknek nem csak az aktinhálózata polarizált, hanem a mikrotubulushálózata is. A centroszóma mindig az elmozdulás irányába néz. A mikrotubulusok szerepe a sejtvándorlás során: fokális komplexek/adhéziók feloldása. 19. PATOGÉNEK ÉS AKTIN NUKLEÁCIÓS FAKTOROK A WASP olyan fehérje, ami megmutatja a sejtnek, hol csináljon lamellipódiumot, úgy, hogy aktiválja az Arp2/3 komplexet, mely a lamellipodium elágazó aktinhálózatát alakítja ki. Egyes baktériumok és vírusok a gazda sejt aktinját használják fel sejten belüli mozgásukhoz. Listeria: egy WASP homológ bakteriális sejtfelszíni fehérje aktiválja az Arp2/3 komplexet. Shigella: sejtfelszíni fehérjéje kötődik a WASP-hoz, és aktiválja azt. Salmonella: aktin kötő fehérjéi közvetlenül aktin filamentumokat képeznek. Vaccinia vírus: sejtfelszíni fehérjéje kötődik (adapterekek keresztül) a WASP-hoz, és aktiválja azt.
20. IZOMDISZTRÓFIÁK Izomszövet specifikus ECM-membrán-citoszkeleton kapcsolat. A kapcsolatot létrehozó molekulákat (disztrofin, szarkoglikán, disztroglikán és laminin) kódoló gének mutációi izomdisztrófiákat okoznak. Leggyakoribb a Duchenne-féle, X-hez kötött izomdisztrófia. 21-24. MIOZINOK A miozin motorok az aktin filamentumok plusz vége felé mennek. A miozinok legismertebbek az izomösszehúzódásban betöltött szerepükről. A miozinok egyéb funkciói: endocitózis, exocitózis, fagocitózis, szőrsejtek sztereocíliumainak (hallósejtnyúlványok), bélbolyhoknak, idegsejtnyúlványok szerkezetének kialakítása, axonnövekedés, vezikulumtranszport, pigmenttranszport, citokinézis. 25-26.
MIKROTUBULUSOK (MT) 25 nm átmérőjű üreges csövek átmérőjük akár 1000-szeresére is megnőhetnek alfa és béta tubulin dimerek polimerizációjával épül fel növényi és állati sejtekben is vannak tubulin dimerek polimerizációjával mindkét végén nőhetnek depolimerizációval mindkét végükön zsugorodhatnak, de mindkét folyamat gyorsabban történik a pozitív végen. A másik kevéssé aktív vég a mínusz vég
MT asszociált fehérjék is (MAP-1, MAP-2, Tau) befolyásolják a dinamikus instabilitást, (stabilizálnak). A kolchicin, taxol, vinblastin alkaloidák stabilizálják, nagyobb koncentrációban depolimerizálják a mikrotubulusokat, citosztatikumokként (rák gyógyszer) használatosak, az osztódási orsót teszik tönkre.
27. ”MOZGÓLÉPCSŐZÉS” Mozgólépcsőzés/alegység áramlás az aktin filamentumhoz hasonlóan történik, szerepe lesz a kromatidák szétválásánál. 28-29. MOLEKULÁRIS MOTOROK A molekuláris motorok ATP-függő erő-generáló enzimek. A MIOZINok az aktin plusz vége felé, a KINEZINek a MT plusz vége felé, a DINEINek a MT mínusz vége felé mennek, miközben különböző intracelluláris cargokat „cipelnek”. A motorok mind nagy fehérje komplexek, nehéz, könnyű és intermedier láncokból állnak. 30. AXONÁLIS TRANSZPORT Az idegsejteknek akár egy méternél hosszabb axonjai is lehetnek. A sejttestben képződött szinaptikus vezikulumokat és egyéb sejtalkotókat (pl. mitokondriumok) különböző kinezinek szállítják az axonban végigfutó MT-ok mentén az axon terminálisba (anterográd transzport). A retrográd transzportot dineinek (& mínusz vég irányú kinezinek) végzik. 31. A KINEZINEK CSOPORTOSÍTÁSA A MOTOR DOMÉN ELHELYEZKEDÉSÉNEK MEGFELELŐEN (N:N terminus, I:belső régió, C: C-terminus): Kin N (plusz-vég irányú kinezinek), Kin I (MT depolimerázok) Kin C (minusz-vég irányú kinezinek) családok 32. A KINEZINEK FUNKCIÓI: vezikulumok szállítása sejtorganellumok szállítása pigmentszemcsék szállítása ER és Golgi pozícionálása MT depolimerizáció (sejtosztódás anafázis) osztódási orsó kialakítása 33. A CITOPLAZMATIKUS DINEINEK FUNKCIÓI: vezikulumok szállítása sejtorganellumok szállítása pigmentszemcsék szállítása ER és Golgi pozícionálása kromoszóma transzport (kinetokór, sejtosztódás) osztódási orsó kialakítása A DINAKTIN complex egy univerzális cargo-motor kapcsolatot létrehozó, sok alegységes fehérjekomplex. 34-35. CILIUM (csilló)ÉS FLAGELLUM (ostor) Mikrotubulusokból épülnek fel, azonos elven. Sejtek helyváltoztatásáért felelősek (spermium) vagy folyadékokat mozgatnak a sejtek fölött (légutak csillós sejtjei). Ha a sejtnek sok kicsi van, ciliumoknak, ha egy hosszú van, flagellumak nevezzük. A prokarióták flagelluma teljesen más alkotókból áll! felépítés: körkörösen elhelyezkedő 9 mikrotubulus, melyekhez egy-egy részleges mikrotubulus kapcsolódik és 2 mikrotubulus középen kialakítja a "9+2" szerkezetet. kívülröl sejthártya borítja.
A cilium és a flagellum mozgását egymásom elcsúszó mikrotubulusok generálják. Ehhez szükség van az egymás melletti mikrotubulusokat összekötő dinein molekulákra, és ATP-re. Minden cilium és flagellum az ún. alapi testből nő ki. Az alapi testek gyakorlatilag centriólumok. Kartagener szindróma: a csilló dineinek mutációja által okozott ritka betegség. Visszatérő felsőlégúti fertőzések és férfi sterilitás jellemzi. Társulhat ”situs inversus”-szal. 36-37. CENTROSZÓMA (CS) Centroszóma: egy pár centriólumból (anya és leány centriólum) és az azt körülvevő pericentrioláris anyagból (PCM) felépülő sejtszervecske. Legfontosabb alkotó fehérjéje a tubulin ami a MT nukleációban (képzésben) játszik szerepet. A -tubulin molekulák a PCM-ben vannak. A legtöbb állati sejtben a centroszóma a MT organizáló központ (MTOC). A centroszóma önreplikáló, a sejtciklus S fázisában kettőződik meg, csakúgy mint a DNS, a mechanizmus részletei homályosak. A sejtosztódás megszervezésében a centroszómának alapvető szerepet tulajdonítottak. Hogyan nukleálják (képzik) a -tubulin-gyűrű-komplexek a MT-okat? A -tubulin-gyűrűkomplex 25 nm-es, 13 alegységből áll, hozzá adódnak az & tubulin heterodimerek. A MT-k minusz vége van a PCM-ben, polarizált lesz a MT apparátus. A centroszóma a MT-ok számát, térbeli elrendeződését, irányultságát és stabilitását befolyásolja. 38. CENTRIÓLUM Centriólumok váza 9 MT hármas körkörös elrendezésben. kb 150 fajta fehérje alkotja. A centriólumoknak a CS szerkezetének kialakításában van szerepük. A centriólumok alapi testté alakulva képzik a ciliumokat és flagellumokat. A spermiumoknak vannak, míg a petesejteknek nincsenek centriólumai. 39-41. A CS-ÁK VISELKEDÉSE AZ IVARSEJTEK KIALAKULÁSA ÉS A FERTILIZÁCIÓ SORÁN SPERMATOGENEZIS: A hím meiótikus osztódások során a centriólumok megőrződnek. A meiózis után a centriólum alapi testként funkcionálva alakítja ki a spermiumok flagellumát. Reprodukciós képességét megőrzi, de majd csak a petesejtbe jutva aktiválódik OOGENEZIS: centriólumok már az oogenezis kezdetén inaktiválódnak, elvesznek, a női meiotikus osztódások gyakran acentriolárisak. A PCM -tubulin gyűrűkomplexei szétszóródnak a petében. FERTILIZÁCIÓ: Az első embrionális CS kialakulása: centriólum spermiumból, PCM petesejtből
42.
SEJTOSZTÓDÁS
43. KROMOSZÓMÁK-citogenetikai alapfogalmak Kromatin: nem kondenzált DNS a hozzá kapcsolódó fehérjékkel (a sejtciklus interfázisa). Kromoszóma: kondenzált DNS a hozzá kapcsolódó fehérjékkel (a sejtciklus M fázisa). Másik terminológia szerint interfázikus és M fázisos kromoszómákat különböztetünk meg, hiszen ugyanaz a DNS van bennük, csak M fázisban annyira összetömörödik, hogy fénymikroszkóppal is látható. Az emberi diploid sejtekben 46 kromoszóma van, közülük 44 testi kromoszóma (autoszóma) és 2 nemi kromoszóma (gonoszóma). Az egyén kromoszómakészletét kariotípusnak, a sejt lefényképezett és csökkenő nagyság szerint rendezett kromoszómáit kariogramnak nevezzük. A kromoszómákat az elsődleges befűződés (centromera) két karra, rövid (p-kar) és hosszú (q-kar) karra osztja. A kromoszómák végeit telomereknek nevezzük. A centromer és a telomer is specifikus ismétlődő (repetitív) DNS szekvenciákból áll, géneket nem tartalmaz (lsd. genomika előadás). Amikor az egyén kariotípusát írjuk le, először megadjuk a kromoszómák teljes számát, utána a nemi kromoszómakészletet, majd az esetleges abnormalitást. A szabályos női kariotípus 46, XX, a szabályos férfi kariotípus 46, XY. Diploid sejtjeinkben minden kromoszómánkból két darab van, egyiket apánktól, másikat édesanyánktól kaptuk, ezek a homológ kromoszómák. Kivétel a férfiak szex kromoszómái, ugyanis férfiaknál egy X és egy Y kromoszóma van. A homológ kromoszómák azonos alakúak és méretűek, és azonos géneket tartalmaznak. Azonban ugyanannak a génnek különböző alléljai lehetnek a homológokon. A meiózis során keletkező haploid sejtek mindegyik
homológból csak egyet tartalmaznak. A kromatin/kromoszóma a sejtciklus G1 fázisában egy DNS molekulát tartalmaz, azaz egy kromatidából áll. Az S fázis során alakul ki a két leánykromatidából (két, azonos DNS molekulából) álló kromoszóma, a G2 fázisban szintén két leánykromatidából áll a kromoszóma, míg az M fázis során a két leánykromatida elválik egymástól és a két utódsejtbe jut (lsd. a 61. dián).
MITÓZIS 44. AZ OSZTÓDÁSI ORSÓ FELÉPÍTÉSE kinetokór MT-k: CS-tól a kinetokórig interpoláris MT-k: CS-CS, középen átfednek asztrális MT-k: CS-sejthártya 45. A KINETOKÓR: a kromoszómák centromerikus régiójához kapcsolódó fehérje komplex, a (kinetokór) MT elfogása és a kromoszómák transzportja a funkciója. 46. A MITÓZIS FOLYAMATA A mitózis (számtartó sejtosztódás) során két, a kiindulási sejttel azonos genetikai állományú utódsejt keletkezik. A mitózis során egy diploid sejtből két diploid sejt keletkezik (növényeknél haploidból haploid is lehetséges). A mitózis fázisai és legfontosabb eseményei a következők: profázis: A kromoszómák (melyek az S fázisban már replikálódtak, tehát két leánykromatidából állnak) kondenzálódnak (feltekercselődnek miközben vastagabbak és rövidebbek lesznek). A centroszómák (melyek már szintén replikálódtak az S fázisban) a sejtmaghártya mentén ellentétes irányba vándorolnak. Prometafázis: a sejtmaghártya lebomlik. A centroszómák a sejtmag két ellentétes pólusán vannak. A centroszómákból kiinduló mikrotubulusok dinamikus instabilitást mutatnak, nőnek, majd lebomlanak. A mikrotubulusok kapcsolódnak a kromoszómák kinetokórjához MT motorokon keresztül, először egyik, majd másik oldalról. Metafázis: a kromoszómák leánykromatidáin levő kinetokórok mindkét oldalról mikrotubulushoz kötődnek, a kromoszómák a sejt egyenlítői síkjába rendeződnek. Anafázis A: a kinetokór MT-k rövidülnek, a szétválasztott leánykromatidák a centoszómák felé mennek. Anafázis B: a kinetokór MT-k tovább rövidülnek, az osztódási orsó megnyúlik, segítve a leánykromatidák elválását. Telofázis: A kromatidák szeparációja befejeződött, a sejt két ellentétes pólusán vannak. A kromatidák dekondenzálódnak. A sejtmaghártyák újra kialakulnak a kromoszómák körül. Az osztódási orsó lebomlik, középső részén kialakul (egymással átfedő, antiparallel MT-okból) a „középtest” (midbody). A mitózis tulajdonképp a sejtmagok osztódását jelenti, a telofázis végén két sejtmag van közös citoplazmában. A citoplazma kettéválása egy újabb folyamat, a citokinézis (lsd később). 47-48. A KROMOSZÓMÁK TRANSZPORTJA ANAFÁZIS SORÁN A kromatidákat a pólusok felé mozgatóerőt a kinetokór mikrotubulusok mindkét végének depolimerizációja generálja. A kinetokór mikrotubulus mínusz végén a KLP10A mikrotubulus depolimerizáló kinezin okozza az alegységáramlást, ami a kromatidákra ható erő egyik komponense. A kinetokór mikrotubulus plusz végén a KLP59C mikrotubulus depolimerizáló kinezin okozza a mikrotubulus másik végének rövidülését, ami a kromatidákra ható erő másik komponense. A dinein molekulák szerepe pedig a KLP59C ”etetése” kinetokór mikrotubulusokkal. 49-52. AZ OSZTÓDÁSI ORSÓ KIALAKULÁSA A klasszikus ”search and capture” (kutass és fogd el) modellben a centroszómáknak alapvető szerepe van az osztódási orsó kialakításában. Újabban kiderült, hogy funkcióképes osztódási orsók képződnek centroszómák nélkül. A kromatin képes mikrotubulusok polimerizációjának beindítására. A kromatin körül képződött mikrotubulusokat- mínusz végükkel kifelé- kinezinek (kromokinezinek és tetramerikus kinezinek) kitolják, és párhuzamosan rendezik. Dineinek és hozzájuk kapcsolt mikrotubulus keresztkötő fehérjék pedig az orsó pólusát alakítják ki. Tehát a mikrotubulusok és hozzájuk kapcsolódó motor fehérjék önállóan képesek bipoláris orsó
kialakítására. A centroszómák a sejtosztódás minőségét javítják, mert a sejthártyával kapcsolatot teremtő asztrális mikrotubulusok pozícionálják az orsót az osztódás folyamán. Centroszóma nélkül az orsópozícionálási zavarok vezetnek gyakoribb hibás sejtosztódásokhoz állati sejtekben.
. MEIÓZIS
53-54 A meiózis (számfelező sejtosztódás) során egy diploid sejtből négy haploid sejt keletkezik. A haploid utódsejtek tovább differenciálódnak ivarsejtekké a spermatogenezis és az oogenezis során. A meiózis két, egymást követő sejtosztódásból áll. A meiózis során a sejtosztódás mechanikája, az orsó működése alapvetően hasonlít a mitóziséra, azonban több fajban a nőstény meiótikus orsó a centroszóma nélkül képződik. A kromoszómák viselkedése azonban drámaian eltérő a mitózishoz képest, ezért a továbbiakban elsősorban erre fókuszálunk. A meiózis fázisai és legfontosabb eseményei a következők: MEIÓZIS I. Profázis: Az S fázis során replikálódott homológ kromoszómák (apai és anyai eredetű, azonos fajta) egymással párosodnak, ún. tetrádot képeznek. Tetrád, mert négy kromatida alkotja, két azonos apai és két azonos anyai eredetű. A négy kromatida közül a belső kettő (egy apai, egy anyai eredetű) között játszódik le a genetikai rekombináció/crossing over, a homológ kromoszómaszakaszok egymással kicserélődhetnek. A crossing over DNS töréssel és átrendeződéssel jár, enzimatikus folyamat, a kromoszómákon levő ún. szinaptonémális komplexek végzik. A rekombináció látható: chiasmata az átkereszteződött kromatidák neve. A rekombináció eredményeképp tehát két olyan kromatida keletkezik, melyben az apai és anyai eredetű homológ kromoszómák egyes részei kicserélődnek, a másik két kromatida nem változik. Kromoszómánként átlagosan 2-3 helyen történik rekombináció. A genetikai változékonyság egyik alappilére a crossing over. A homológ kromoszómákkal nem azért történnik crossing over, hogy az utódok minél változékonyabbak legyenek (ez a következmény, nem az ok), hanem mert a sejt csak így tudja biztosítani, hogy a haploid gamétákban mindenfajta kromoszómából csak egy legyen! A chiasmata általi összekapcsolás előfeltétele a későbbi szeparációnak. Mi sem bizonyítja ezt jobban, mint hogy a nem homológ szex kromoszómák (X&Y) is párosodnak & rekombinálódnak egymással. MEIÓZIS I. metafázis: a párosodott homológ kromoszómák a sejt egyenlítői síkjába rendeződnek, kinetokórjaikhoz mindkét oldalról MT-k kapcsolódnak. MEIÓZIS I. anafázis: az apai és anyai eredetű homológ kromoszómák egymástól véletlenszerűen elválnak (a mitózisnál anafázisban kromatidák szeparálódak!). A genetikai változékonyság másik alappilére a homológ kromoszómák véletlenszerű szétválása a meiózis I. anafázisa során. MEIÓZIS II. a mitózishoz teljesen hasonló, a kromoszómák kromatidái szeparálódnak egymástól. A meiózis megmagyarázza Mendel összes törvényét, megértése nélkül a genetika alpjait sem fogják megérteni… 55. MEIÓTIKUS/MITÓTIKUS NONDISZJUNKCTIÓ A kromoszómák nondiszjunkctiója aneuploid ivarsejteket (ha a meiózis során történik), vagy aneuploid testi sejteket (mitózis) eredményez. I. meiótikus nondiszjunkció: a homológ kromoszómák nem válnak szét egymástól az I. anafázis során. (A II. meiózis normálisan lezajlik, tehát a két (abnormális) diploid utódsejt egy apai és egy anyai kromatidát tartalmaz, a másik két sejt egyet sem. II. meiótikus nondiszjunkció: a leánykromatidák nem válnak szét egymástól a II. anafázis során. (Tehát az abnormális diploid utódsejt két azonos leánykromatidát tartalmaz). Ha az aneuploid ivarsejtek a másik szülőtől származó normális, haploid ivarsejttel fúzionálnak a megtermékenyítés során, a zigótának vagy triszómiája, vagy monoszómiája lesz, természetesen az összes sejtje érintett. A monoszómiák a Turner szindrómán kívül letálisak. A triszómiákból közül életképesek: XXY—Klinefelter szindróm, XXX (XXX szindróma), XYY (XYY szindróma) (szex-kromoszómák meiotikus nondiszjunkciója következtében) & 21. triszómia—Down szindróma, 18. triszómia—Edwards szindróma, 13. triszómia—Patau szindróma (autoszómák
meiotikus nondiszjunkciója következtében). A mitótikus nondiszjunkció (leánykromatidák nem válnak szét) aneuploid testi sejteket eredményez, nem öröklődik, rákot okozhat.
CITOKINÉZIS
56-57. A telofázisban 2 sejtmag van közös citoplazmában. A citokinézis az utódsejtek citoplazmájának kettéválása. A citokinézis során egy aktomiozin struktúra az ún. a kontraktilis gyűrű összehúzódása választja szét a két utódsejt citoplazmáját. A kontraktilis gyűrű már korai anafázisban elkezd összeszerelődni a sejt egyenlítői síkjában. A „középtest” mikrotubulusai és az asztrális mikrotubulusok is részt vesznek a citokinézis lebonyolításában. A citokinézishez a kontraktilis gyűrű összehúzódása során új sejtmembránvezikulumok beépítésére is szükség van. Újabb kutatások azt mutatják, hogy az egyik centriólum a centroszómából a „középtest”-hez vándorlására is szükség van a citokinézis befejezéséhez.
SEJTCIKLUS 60. A SEJTCIKLUS SZAKASZAI: G1, S, G2, M (lsd. dia) 61. KROMOSZÓMÁK és a SEJTCIKLUS (lsd 43. dia, utolsó bekezdés) 62. A SEJTCIKLUS FŐBB ESEMÉNYEI (lsd. dia) 63. A SEJTCIKLUS ELLENŐRZŐ PONTOK, bevezetés (lsd. dia) A sejtciklus egyirányú, visszafordulásra lehetőség nincs, azonban az ún. ellenőrző pontoknál megállítható. Három ellenőrző pont van, a G1/S, a G2/M átmenetnél, és a metafázis/anafázis átmenetnél. A sejtciklus megállítására akkor kerül sor, ha a feltételek nem megfelelőek a folytatásra. Az ellenőrző pontoknál a sejt az alábbiakat ellenőrzi: G1/S: Kedvezők-e a környezeti feltételek? Növekedési faktorokat kapott-e a sejt? Történt-e DNS károsodás? Sejtméret megfelelő-e? G2/M: Befejeződött-e a DNS replikáció? Történt-e DNS károsodás? metafázis ellenőrző pont: Kialakult-e a mitótikus orsó? Kapcsolódtak-e a kromoszómák az orsófonalakhoz? 64. KILÉPÉS A SEJTCIKLUSBÓL-G0 A G0 állapot nem „nyugalmi” állapot! Sejtjeink jelentős része G0-ban végzi el specifikus feladatát. Bizonyos sejttípusok örökre G0-ban maradnak, osztódásra képtelenek, mások külső jelre visszalépnek a sejtciklusba, főleg ha elpusztult sejteket kell pótolni. 65-66. A sejtciklus legfontosabb szabályozói a ciklin-dependens kinázok (cdk) és a ciklinek. M fázis promótáló faktor (MPF): Ciklin dependens kináz (cdk1)+ciklinB. Az MPF csak magas ciklin koncentrációnál aktív. Nagyszámú célfehérjét aktivál/inaktivál foszforilációval, a sejt működése megváltozik. Az MPF egyedül képes előidézni azokat a drasztikus változásokat, amelyek a mitózis elején játszódnak le: indukálja a kromoszóma kondenzációt (H1 HISZTONPi), a sejtmaghátya szétesését (LAMIN-Pi), az aktin citoszkeleton átrendeződését, a mikrotubulus hálózat átrendeződését, a mitótikus orsó összeszerelését, biztosítja a kromoszómák kapcsolódását az orsófonalakhoz 67. MAGASABBRENDŰ EUKARIÓTÁK CDK/CIKLIN KOMPLEXEI (lsd. Dia) Ciklinek:
G1 ciklin (ciklin D) S ciklin (ciklin E & A) mitótikus ciklinek (ciklin B & A)
A ciklinek koncentrációja nő majd csökken a megfelelő sejtciklus fázisokban. Ciklin dependens kinázok (Cdk):
G1 Cdk (Cdk4) S Cdk (Cdk2) M Cdk (Cdk1)
A Cdk-k koncentrációja állandó a sejtciklus során, de kapcsolódniuk kell a megfelelő ciklinekkel, hogy aktiválódjanak. A Cdk-k a sejtciklusban szerepet játszó célfehérjéket foszforilálják (aktiválják vagy inaktiválják). SPF (S fázis promótáló faktor): cdk2+ciklin E. A G1-ből S-be jutást eredményezi. MPF (M fázis promótáló faktor): cdk1+ciklin B/A. A G2-ből M-be jutást eredményezi. 68. CDK SZABÁLYOZÁSI MECHANIZMUSOK: 1. Ciklin kapcsolódás aktiválja a cdk-t. 2. AKTIVÁLÓ FOSZFORILÁCIÓ-CAK (cdk aktiváló kináz) 3. GÁTLÓ FOSZFORILÁCIÓ-Wee1 (cdk gátló kináz) 4. CDK INHIBÍTORok (CDKI ) (lsd. Ellenőrző pontok) 69. Az MPF aktiválódásának folyamata A ciklin kötés nem elégséges az MPF aktiválódásához. Következő lépésben a cdk aktiváló kináz & gátló kináz által foszforilálódik, majd az inaktiváló foszfátot a cdc25 foszfatáz távolítja el, aktiválva az MPF-et. Az MPF pozitív visszacsatolással (további cdc25 aktiváció) és negatív visszacsatolással (Wee1 gátlás) elősegíti további MPF komplexek képződését.
70. CDKI-lsd. dia 71. A proteaszómák a sejtiklus fontos szabályozói. Ciklinek degradációjával inaktiválnak, míg CDKI degradációval aktiválnak. 72. A PROTOONKOGÉNEK A SEJTCIKLUS PROGRESSZIÓT ELŐSEGÍTŐ NORMÁLIS GÉNEK. DOMINÁNS MUTÁCIÓK HATÁSÁRA ONKOGÉNNÉ VÁLNAK. CDK ÉS CIKLINEK DOMINÁNS MUTÁCIÓI (HIPERMORF, túl sok normális fehérje) RÁKKÉPZŐDÉSHEZ VEZETNEK. 73.
SEJTCIKLUS ELLENŐRZŐ PONTOK
74-75. G1/S ELLENŐRZŐ PONT A G1-S átmenetet a cdk4/ciklinD és a cdk2/ciklinE okozza. Aktivált G1-S ellenőrzési pont esetén ciklin dependens kináz inhibítorok (p21, p27, stb.) gátolják a kináz komplexeket. Ha DNS károsodás lép fel a G1 fázisban, azt az ATM fehérjék detektálják, majd a p53 tumor szupresszort aktiválják. A p53 transzkripciós faktor, kiváltja a p21 ciklin dependens kináz inhibítor expresszióját. A p21 gátolja a cdk2/ciklin E komplexet, a sejt egészen addig nem lép az S fázisba, amíg a DNS károsodást ki nem javítja. Természetesen nem csak DNS károsodás állíthatja le a sejtciklust (átmenetileg) a G1-S ellenőrzési pontnál, hanem pl. kontakt gátlás, UV sugárzás, különböző jelösvények, de a szabályozás hasonlóan, különböző ciklin dependens kináz inhibítorokon keresztül működik. A cdk4/ciklinD és a cdk2/ciklinE az Rb fehérjét foszforilálva váltja ki a G1-S átmenetet. Az Rb protein az E2F transzkripciós faktor megkötésével gátolja sok, a sejtciklus későbbi szakaszaiban szükséges fehérje expresszióját. Ha az Rb foszforilálódik, leválik a promóterekről, az E2F aktiválni fogja a célgének expresszióját.
p53 A p53 protein (transzkripciós faktor) DNS károsodás hatására G1-ben megállítja a sejtciklust, időt hagyva a DNS hibák javítására. (lsd. Részletes G1/S ábrát). A p53 tumor szupresszor gén, mindkét kópiájának (funkcióvesztéses) mutánsnak kell lenni, hogy ne töltse be funkcióját. A p53 protein az apoptózisban is kulcsszerepet játszik (lsd. később), ha a DNS károsodás kijavíthatatlan mértékű, a sejtet öngyilkosságra utasítja. Az emberi rosszindulatú daganatok több mint felében nincs funkcionáló p53 protein! 76. Rb - a retinoblasztóma gén Az Rb protein az E2F transzkripciós faktor megkötésével gátolja a G1/S átmenetet (lsd. Részletes G1/S ábrát). Az E2F szükséges az olyan gének expresszálódásához, melyekre a G1ben/G0-ban nincs szükség, csak a sejtciklus későbbi fázisaiban. Az Rb tumor szupresszor gén. A retinoblasztóma a retina rosszindulatú daganata. Familiáris retinoblasztóma Midkét szemben többszörös tumorok a csecsemőkor elején. Egyik (vagy mindkét) szülőtől mutáns allélt örököl a magzat, és már csak a másik (vagy 0) kópiának kell mutálódnia.
SE JT VÁ ND OR LÁ S
Sporadikus retinoblastoma Egyetlen tumor az egyik szemben, korai gyermekkorban. Extrém ritka, mindkét Rb génnek mutálódnia kell (recesszív, funkcióvesztéses mutáció). 77. Az ataxia telangiektázia tünetei: specifikus bőrkárosodás, immunrendszer alulműködése, rákra hajlam nő, sterilitás, sugárérzékenység, idegi degeneráció. 78-80. G2/M ELLENŐRZŐ PONT A G2-M átmenetet a cdk1/ciklinB (MPF) okozza. Ha a sejtet DNS károsodás érte G2-ben, vagy a replikáció nem volt tökéletes, (az G1-S ellenőrzési ponthoz hasonlóan) ATM kinázok aktiválódnak. Az ATM a Chk kinázok aktiválását okozza. A Chk kinázok pedig inaktiválják a cdc 25 foszfatázt, ami az MPF aktivációját végzi. Egy másik útvonalon az ATM-ek a p53 fehérjét aktiválják, mely többek közt ciklin dependens kináz inhibítorok (pl. p21) expresszióját eredményezi, szintén blokkolva a G2-M átmenetet.
82. A META-ANAFÁZIS ÁTMENET SZABÁLYOZÁSA. Az S fázis során képződő testvérkromatidákat kohezin fehérjék tartják össze. Az anafázis előfeltétele, hogy a kohezin molekulákat a szeparin fehérje elbontsa. A szeparin fehérjét inaktív állapotban tartó szekurin fehérjét az APC (anafázis promotáló komplex) nevű proteaszóma bontja le (ubikvitin függő proteolízis). Az anafázis bekövetkeztének az MPF inaktivációja is előfeltétele. A ciklin B lebontását is az APC végzi. Tehát a meta-anafázis átmenet szabályozásának legfontosabb tényezője az APC, nem csoda, hogy a metafázis ellenőrző pont az APC gátlásával függeszti fel a sejtciklust. 83-85. A METAFÁZIS ELLENŐRZŐ PONT A metafázis ellenőrző pont azt figyeli (feszülés érzékeny fehérjék pl. MAD segítségével), hogy minden kromoszómához két oldalról tapad-e kinetokor mikrotubulus. Ha igen, az anafázis bekövetkezhet, az APC hatására. Ha nem, az anafázist késleltetni kell, hiszen az utódsejtek aneuploidok lennének, ha mindkét kromatida egyirányba menne. Az anafázis késleltetése természetesen az APC gátlásával valósul meg. A feszülés szenzor MAD fehérje érzékeli, hogy nem kapcsolódott mindkét oldalról mikrotubulus a kinetokorokhoz és kötődik az APC cdc 20 alegységéhez. Az APC ebben az állapotban nem működik, nem fogja a ciklin B-t lebontani, és nem fogja a kohezin lebontását eredményezni, a sejt tehát metafázisban vesztegel, amíg minden kromoszóma-mikrotubulus kapcsolódás megfelelő nem lesz.
86. A SEJTCIKLUS ELLENŐRZŐ PONTOKBAN RÉSZTVEVŐ FEHÉRJÉKET KÓDOLÓ GÉNEK A TUMOR SZUPRESSZOR GÉNEK. A TUMOR SZUPRESSZOR GÉNEK A SEJTCIKLUS PROGRESSZIÓT GÁTOLJÁK. A TUMOR SZUPRESSZOR GÉNEK RECESSZÍV, FUNKCIÓVESZTÉSES MUTÁCIÓI RÁKKÉPZŐDÉSHEZ VEZETNEK. Belecz István ©
