Laboratoř růstových regulátorů Miroslav Strnad Fyziologie rostlinné buňky , cytoskelet, buněčné dělení a onkogeneze [kap 1]
Olomouc
•
Univerzita Palackého & Ústav experimentální botaniky AV CR
ER má rezidentní bílkoviny – retikuloplasminy – retenční signál HDEL (homologa HSP70), retrográdním způsobem vraceny do ER, bez správného konformace jsou proteiny degradovány protesomem v cytoplasmě
Mikrotubulární cytoskelet α a β−tubulin u rostlin Mikrotubulární organizační centra – MTOCs – na plazmalemě a jaderné membráně, vyšší rostliny nemají centrosom (centrioly), v přechodu do mitosy na jaderné membráně, hlavně γ−tubulin MAPs – bílkoviny asociované s mikrotubuly velmi typické pro rostliny, napojení cytoskeletu na membrány, zvyšují odolnost vůči chladu, reguluje MAP fosfolipasa D, kateniny – štěpí miktrotubuly na fragmenty Mirkotubulární motory – slouží k vnitrobuněčnému transportu váčků po povrchu cytoskeletu, ATP, pouze v jednom směru, kinesin (od - k + konci) místo dyneinu
Aktinový cytoskelet
F-aktinová mikrofilamenta u rostlin, F-aktin (fibrilární), z G-aktinu (globulární), váže ATP a profilin skládá mikrofilamenta ARPs – bílkoviny asociované s aktinem, ADF – faktory depolimerující aktin Aktinové motory – slouží k vnitrobuněčnému transportu váčků po povrchu cytoskeletu, ATP, pouze v jednom směru, myosiny, indukují proudění cytoplasmy (cyklosa), často vázán na mikrotubuly- stabilizace
Cell cycle
Cell with chromosomes in nucleus Cell division
G1 Mitosis
M
DNA synthesis
CDK cyclin
S
Chromosome separation
G2
Duplicated cell with chromosomes
Chromosome duplication
Regulation of CDK activity cyclin synthesis / proteolysis peptide CDK inhibitor association (INK4, CIP/KIP)
CDK / cyclin association
phosphorylation (T14, Y15)
export from nucleus
phosphorylation (T161)
Regulation of CDK activity by cyclins
mitogenic stimulation
p27 cyclin B
cyclin E
cyclin A
cyclin D
G0
G1
S
G2 M
G1
S
G1 M
G0
CDK inhibition CDC25B p21 CIP1 p27 KIP1
CDC25A
CDK1 Cyklin A
CDK2 Cyklin A
G2
p57 KIP2
CDK1 Cyklin B
S
CDK2 Cyklin E
M
CDC25B
Wee1
p16 INK4A p18 INK4C
CDC25A CDC25C
G1
p15 INK4B
CDK7 Cyklin H
CDK4-6 Cyklin D
G0
p19 INK4D CDC25B
CDK7 Cyklin H
Myt1
Cell cycle and cancer c-myc, cyclin E, cyclin A, thymidin kinase, thymidylate synthase, DNA pol α, ... transcription
G1
transcription
pRB
PP CDK2 Cyklin E
E2F DP
pRB
P
E2F DP
CDK4-6 Cyklin D
p21 CIP1 p27 KIP1
p16 INK4A
pRB
E2F DP
p130 E2F p107 E2F
Stabilization of p53/induction of p21 CDK2 Cyklin E
G2
S
M
G1
MDM2 p14 ARF
CDK1 Cyklin B
p21 CIP1 apoptoses
p14 ARF
p53
p53
MDM2
P
Chk2 MDM2
P
ATM
DNA damage, hypoxia and temperature shock ...
DNA DNA damage damage mitotic mitotic aparatus aparatus oxidative oxidative stress stress starvation, starvation, hypoxia hypoxia Cell Cell cycle cycle block block Reparation Reparation of of damage damage
p21 ,14-3-3σ Gadd45, p53R2
? ! p53 p53 p53
Transcription Transcription factor factor
p53 p53
Level
DNA binding Interaction with transcrip. ability apparatus
Apoptosis Bax, Bax, PUMA, PUMA, NOXA NOXA Fas, Fas, DR-5, DR-5, CD45, CD45, AIP1, AIP1, PTEN PTEN Scotin, Scotin, PIG3 PIG3
Acquired Mutation Chemotherapy Radiotherapy
Embryonic Mutation LI-FRAUMENY SYNDROM
Genetic instability (BRCA mutation) 17p
Genetic instability „Gain of function“ Dominant ngative effect
Nte rm
rm te C
99
Frequency of mutations (%)
Loss of 1. allele
p53 p53
88 77
248 248 273 273
p53 p53 175 175
66 55 44
282 282
33
Loss of 2. alelle = loss of heterozygosity 2 DNA-binding domain 175 175
248 248
273 273 p53 p53
Deletion Deletion
282 282
2
11
p53 p53
00
p53 p53 p53 p53 Nterminal N- terminal
p53 p53 DNA-binding DNA-binding domain domain
CC- terminal terminal
Other types of types of mutations mutations 2. 2. point point mutation mutation Position ofOther mutated codon
p53 signalling Stress Stress
UV UV radiation radiation stress stress
DNA DNA breaks breaks ATM ATM
Stress Stress signalling signalling
DNA DNA PK PK
ATR ATR
Casein Casein kinase IIII kinase
p53 p53
Increase Increase of of p53 p53 level level Transactivation Transactivation
Oncogenes Oncogenes ARF p14ARF p14
MDM2 PTEN
feedback loop Cyclin G
p21
Expression Expression of of effector effector genes genes
GADD45
14-3-3σ Reprimo
Cell Cell cycle cycle block block
Scotin
PERP
KILLER/DR5 Fas
NOXA
Tsp1
BAI1
Maspin
GD-AIF
P53AIP1
Bax
Apoptosis
PIDD
Inhibition of of vascularization
Restriction Point
CDK’s and cell division cycle Growth Factors Ras, Raf, Myc, Fos, Jun Myc
Cdk4 Cyclin D
GSK-3 Rb
p53 p15 p16 p18 p19 p21 p27 p57
Cdk6 Cyclin D
E2F E2F P
Histon H1, lamins, vimentin, caldesmon, other substrates
PIK-1
P
P
Rb
P
p107 & E2F
Cyclin E Cdk2
Cdc25A Cyclin A Cdk2
Cdk1
p107 & E2F
Cdc25C p53 CHK-1 P
Cyclin A Cdk1
Cyclin A Cdk1
P
Cdk7 Wee1
Proteins implicated in carcinogenesis
Cyclin H
Mik1 Myt1 PP2A
MAT1
Cdc25B
Microtubular arrays during cell cycle progression in plant cells
CDKB1/2 PPTALRE PPTTLRE motifs
CDKA PSTAIRE motif
G1/S regulatory mechanisms in plant cells Cip1/Kip1 p19 ?
ABA
cyclin H
MDM2 ?
WEE1
p27
CAK(CDK7) MAT1 ?
+ cytokinin
p53?
sucrose cyclin D3 cyclin E
p21 ?
cyclin D2
CDKA
CDKA
CDK2A
P
P
P pRb
+
+
P
P
auxin
pRb
+ pRb
E2F/DP
E2F/DP
pRb Gem
E2F
E2F
S phase
x
x G1
target gene
