CELLDELNING, mitos, cellcykelreglering, meios

Transkript

1 CELLDELNING, mitos, cellcykelreglering, meios EUKARYOT CELLDELNING 1. cellcykeln 2. mitos 3. cytokinesis 1

2 Eukaryot celldelning självreplikering encelliga organismer: en ny organism bildas vid varje celldelning människa: ett befruktat ägg genomgår cykler av celltillväxt, celldelning, (commitment/differentiering/specialisering) människokroppen består av c:a celler Celldelning organeller fördelas eller fragmenteras och byggs upp på nytt cellegenskaper tillfälligt förändrade omorganisation av cytoskelett Interaktion med omgivning ändras Växtceller bildar ny cellvägg vesiklar från Golgi samlas i mitten ny cellvägg bildas mellan kärnorna vid cyotkinesen 2

3 Eukaryot celldelning => identiska dotterceller (sanning med modifikation) celldelning: storlekstillväxt DNA-replikation distribution av dubblerade kromosomer celldelning Mekanismer, koordination, reglering? Extracellulära signaler styr cellcykeln celldelning när det passar omgivningen och organismen Cellen är in shape Aktiv Go-signal Cellcykel-reglering: Fosforyleringar proteinnivåer (expression, degradering) Cellcykeln 3

4 Cellcykeln G1 transkription, translation, tillväxt S DNA-syntes G2 transkription, translation storlekstillväxt M Mitos kärnan delar sig Cytokinesis cellen delas ANIMATION Kontroll av cellcykel från externa tillväxtsignaler Figure 8.6 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) 4

5 Det befruktade ägget/tidiga embryot DNA syntes och celldelning Ingen tillväxt ANIMATION Före M-fasen DNA dupliceras i S-fasen två kopior systerkromatider hålls ihop av cohesins kondensering av DNA till kromosomer börjar m.h.a. condensins centrosomen dubbleras 5

6 M-fasen mitos mitos DNA delas cytokinesis cytokinesis cytoplasma delas Mitos ANIMATION Profas kromosomerna kondenserar mitotiska spolen assembleras Prometafas kärnmembran går sönder mitotiska spolen når kromosomerna Metafas kromosomerna radar upp sig i mitten Anafas systerkromatiderna dras isär Telofas nya kärnmembran bildas 6

7 Mitos 7

8 Profas Centrosomerna separerar => varsin pol av cellen mikrotubuli - växer (hög omsättning) - interpolära möts DNA kondenserar Systerkromatiderna hålls ihop i centromeren kärnhöljet bryts ner mikrotubuli når kromosomerna inter Prometafas mikrotubuli bundna till kromosomerna kinetokor bindningsställe för mikrotubuli kromosomerna skjuts fram och tillbaks centrering 8

9 Prometafas Metafas inter Metafas Anafas Metafas Anafas 9

10 Anafas cohesin bryts ner av proteolytiska enzymer systerkromatiderna separerar => dotterkromosomer anafas A mikrotubuli förkortas, dotterkromosomer mot varsin pol anafas B interpolära mikrotubuli förlängs, glider längs varandra m.h.a. motorprotein polerna dras isär av motorprotein fästa vid cell-barken (cell cortex) anafas A mikrotubuli förkortas, dotterkromosomerna dras mot varsin pol anafas B interpolära mikrotubuli förlängs, glider längs varandra m.h.a. motorprotein, polerna dras isär av motorprotein fästa vid cell-barken (cell cortex) Anafas cohesin bryts ner av proteolytiska enzymer, systerkromatiderna separerar, kallas dotterkromosomer 10

11 Telofas kärnhöljen återbildas och bildar dottercellernas kärnhöljen proteiner importeras till kärnan kromosomerna dekondenserar gener kan nu transkriberas CYTOKINESIS börjar i anafas mitotiska spolen styr läget och timingen Kontraktil ring aktin- och myosinfilament assemblar i anafas, fästs på membranprotein plasmamembranet veckas och ett spår bildas vanligtvis delas cellen symmetriskt blir mindre och mindre, försvinner tillslut helt 11

12 Kontraktil ring aktin- och myosinfilament sätts ihop i anafas Fäster på membranprotein plasmamembranet veckas och ett spår bildas CELLCYKELNS KONTROLLSYSTEM reglera cellantalet i en vävnad celldelning när det passar cellen, omgivningen och organismen cell med felaktigt DNA ska ej dela sig Reparera eller apoptos Rubbningar => risk för cancer 12

13 Cellcykelns kontrollsystem extracellulära signaler (Tillväxtfaktorer) Sätter igång program interna signaler övervakar och koordinerar särskilda kontrollpunkter (=checkpoints) restriction point G1 Damage control points oocyter kan stoppas i G2 aktiveras av hormoner Kontrollpunkter koordinerar cellcykelns händelser aktiverar och deaktiverar enzym i rätt ordning hindrar cellen att gå in i ny fas innan föregående avslutats Om ej korrekt DNA om ej mogen för delning (inte bara intakt DNA)? Om inte ok från omgivning 13

14 Kontrollpunkter ANIMATION Reglering av cellcykeln cellen förs från det ena stadiet till det andra i cellcykeln huvudkomponenter: cyklin cyklin-beroende kinaser (cdk:s) CKI:s (Cycklinberoende kinase inhibitorer 14

15 Cykliner universella (alla eukaryoter) olika cykliner i olika stadier i cellcykeln koncentration varierar cykliskt ackumulering och nedbrytning av cyklin reglerar cellcykeln genom CDK:s aktivering CDK:s i sin tur kan aktivera nedbrytning av cyklin Cyklin-beroende kinaser, CDKs Centrala i cellcykel-reglering cykliskt aktiverade proteinkinaser, CDKs Aktiverade CDKs fosforylerar nyckelproteiner som: initierar eller reglerar DNA-replikation, mitos eller cytokinesis CDK:s närvarande under hela cellcykeln aktiverade vid speciella tidpunkter Av cyklin-bindning, fosforylering/defosforylering, CKI:s därefter snabbt deaktiverade Cykliner nedbrutna, proteolys, tuggade i proteasome 15

16 Reglering av CDK cykliner, fosforyleringar och inhibitorer Cyklin-beroende kinaser, CDKs Regleras på flera sätt cyklinbindning Fosforylering och de-fosforylering av specifika aminosyror associering med cdk-inhibitorer (CKI) 16

17 Reglering av CDK aktivitet vid G2/M Cyklinbinding, fosforylering och defosforylering för att ge aktiverat kinase/cyklin komplex (cdk/cyklin) (kan blockas= stopp för Cdk aktivering) - 17

18 Olika cykliner i olika faser, med olika CDK partners Figure 8.8 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) Reglerad nedbrytning av cyklin Aktivt CDK/cyklin aktiverar ubiquitinmedierat proteolyssystem ubiquitin märker ut cyklin för destruktion proteaskomplex (proteasome) känner igen ubiquitinerat cyklin tuggar sönder detta CDK inaktivt 18

19 Ubiquitinering dödsmärkning av ett protein Cyklindegradering (B-Cdk1) (Cdk1) 19

20 ANIMATION cdk-inhibitorer, CKI (p16, p 21, p27,,.. ) förmedlar stopp i proliferation Svar på extracellulära signaler, tex TGF-b Svar på skadat DNA 20

21 DNA-skada ger induktion av p21 en cdkinhibitor DNA skada inducerar P53 P53 inducerar P21 p21 stoppar via bindning till cdk2/cykline vid G1-checkpoint 21

22 Reglering med tillväxtfaktorer Tillväxtfaktorer cellantal regleras av tillväxtfaktorer restriction point i G1-fas utan tillväxtfaktorer: G0-fas = vilostadium lämnar cellcykeln kontrollsystemet delvis nedmonterat många cykliner och cdk:s bryts ner återgång till cellcykeln om stimulering av tillväxtfaktorer 22

23 Induktion av D Cykliner 23

24 Fosforyleringsstatus av Rb under cellcykeln Hämning/repression orsakad av Rb neutraliserad Figure 8.19 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) Figure 8.1 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) 24

25 Mitos - Meios diploida celler dubblering av varje kromosom två identiska diploida dotterceller förutsättning för sexuell reproduktion fyra haploida celler bildas Meios reduktionsdelning skapa könsceller germ line cells (diploida) gör gameter (haploida) var gamet - en kromosom av var sort, (antingen från modern eller fadern) gameter smälter samman vid befruktningen 25

26 Sexuell reproduktion blandning av gener (rekombination) utprovning av genkombinationer genblandning ger överlevnadsfördelar dåliga gener kan avlägsnas från arten Meios sker i tre steg DNA-replikation Meios I homolog parning av dotterkromatider överkorsning celldelning => 2 dotterceller med två nästan identiska kopior av enkel genuppsättning Meios II vanlig mitos utan den inledande DNAreplikationen 26

27 Meios sker i 3 steg DNA-replikation diploid cell med 2x23 kromosomer => diploid cell med 2x2x23 kromosomer Meios I överkorsning => nya genetiska kombinationer celldelning => två haploida celler med homologa par av dubblerade kromosomer Meios II två haploida cell med två (nästan) identiska Systerkromatider =>fyra haploida dotterceller med enkel genuppsättning (1 x 23 kromosomer) Meios (versus mitos) ANIMATION meios ANIMATION jmf 27

28 Profas i Meios I ANIMATION Leptotene dubbelsträngar bryts, enkelsträngsregion er bildas enkelsträngar invaderar homologa kromosomer genom basparning leptotene zygotene pachytene diplotene diakinesis 28

29 Zygotene leptotene zygotene pachytene diplotene diakinesis homologa kromosomer paras 'synaptonemal complex' Pachytene synaptonemal complex kvarstår överkorsning sker i slutet av pachytenestadiet till diplotene 29

30 Diplotene synaptonemal complex försvinner homologa kromosomerna separerar, men fortfarande länkade till varandra i chiasmata systerkromatider sitter ihop i centromerer varje kromosompar består av fyra kromatider Diakinesis övergång till metafas I Metafas I Anafas I 30

31 Meios II börjar direkt efter meios I och första cytokinesis liknar mitos länken mellan centromererna på systerkromatiderna bryts i anafas II systerkromatider vandrar till varsin pol Bildandet av humana könsceller ANIMATION polar bodies profas I: diplotene metafas II 31

32 Befruktning avslutande av meios II Befruktning zygot = befruktat ägg återskapar ett komplett genom för somatiska celler dubblel genuppsättning 32

33 Ex på tentafrågor Vad är en zygot? Cellcykelns kontrollsystem baseras på olika 'cdk'. Vad betyder 'cdk'? Hur regleras cdk (kortfattat)? Meiotisk rekombination förklara hur det går till, samt vitsen/fördelen med det ur naturens synvinkel Proteinkinaser ingår i cellcykelns kontrollsystem. De finns närvarande i cellen genom hela cellcykelns olika faser, men aktiveras bara vid vissa tidpunkter för att därefter snabbt deaktiveras. Grupper av proteiner och en mindre molekyl ansvarar för att detta sker. Vilka är dessa proteiner (minst två grupper) och vilken är molekylen? Hur sker denna aktivering? Hemuppgift Nondisjunction vad är det, när och hur kan det inträffa Vilka reglersystem ska normalt förhindra detta mot detta Redogör mycket kort för 2 olika tillstånd/syndrom där non-disjunction är orsaken 33