ΔΙΑΛΕΞΗ 4 Κυτταρική Διαίρεση

Ο ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Για τη σωστή εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου, τα ευκαρυωτικά κύτταρα ανέπτυξαν ένα δίκτυο ρυθμιστικών πρωτεϊνών – ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΥ ΚΥΚΛΟΥ Είναι βιοχημικοί διακόπτες που διασφαλίζουν ότι όλα τα συμβάντα έχουν γίνει ορθά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟΥ – διασφαλίζεται η ολοκληρωμένη αντιγραφή του DNA πριν να αρχίσει η διαίρεση ΕΞΩΤΕΡΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟΥ – διασφαλίζεται η παρουσία σημάτων που διεγείρουν την κυτταρική διαίρεση Όταν το σύστημα δυσλειτουργεί, μπορεί να αναπτυχθεί καρκίνος

Ο ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Ο κύκλος αποτελείται από δύο βασικά γεγονότα που μαζί ονομάζονται Φάση Μ Η διαίρεση του πυρήνα (μίτωση) Η διαίρεση του κυττάρου (κυτταροκίνηση) Πρίν και μετά τη Φάση Μ, η περίοδος ονομάζεται Μεσόφαση Συνολικά, η Μεσόφαση διαιρείται σε τρία στάδια Τη Φάση S (S=synthesis) – αντιγραφή του DNA του πυρήνα Τη Φάση G1 (G=gap) – διάκενο μεταξύ Φάσης Μ και τη Φάση S Τη Φάση G2 (G=gap) – διάκενο μεταξύ Φάσης S και τη Φάση Μ Στις Φάσεις G προσφέρεται επιπρόσθετος χρόνος στο κύτταρο για να αυξηθεί και να διπλασιάσει τα κυτταροπλασματικά οργανίδια

Ο ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Το πρώτο σαφές σήμα ότι ένα κύτταρο είναι έτοιμο να εισέλθει στη Φάση Μ είναι η προοδευτική ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ ΤΩΝ ΧΡΩΜΟΣΩΜΑΤΩΝ ΤΟΥ Είναι ορατά σαν μακριές κλωστές που σταδιακά γίνονται παχύτερες Αυτό γίνεται για να αποτραπεί το μπέρδεμά τους και να διευκολύνεται ο διαχωρισμός τους Αυτό σηματοδοτεί το τέλος της Φάσης G2

ΕΝΑ ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΥΡΟΔΟΤΕΙ ΤΙΣ ΚΥΡΙΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ Εάν η σύνθεση του DNA σταματήσει (λόγω βλαβών που απαιτούν επιδιόρθωση), η μίτωση και η κυτταρική διαίρεση πρέπει επίσης να καθυστερήσουν Υπάρχουν ‘μοριακά φρένα’ στο σύστημα ελέγχου που σταματούν τον κύκλο σε διάφορα σημεία ελέγχου (check points) ΣΗΜΕΙΟ ΕΛΕΓΧΟΥ G1 – Η αύξηση του κυττάρου εξαρτάται από τον επαρκή ανεφοδιασμό του σε θρεπτικές ουσίες και από καλό εξωκυττάριο περιβάλλον. Εάν οι συνθήκες είναι δυσμενείς, τα κύτταρα σταματούν στη Φάση G1 ΣΗΜΕΙΟ ΕΛΕΓΧΟΥ G2 – Ελέγχεται η ολοκλήρωση και η ορθή αντιγραφή του DNA. Το σύστημα ελέγχου της Φάσης G2 ελέγχει την ορθότητα και σταματά πριν ξεκινήσει τη μίτωση.

ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ Στο κύτταρο, η σωστή εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου ρυθμίζεται από το σύστημα ελέγχου του κυτταρικού κύκλου Αυτό βασίζεται στην κυκλική ενεργοποίηση πρωτεϊνικών κινασών Ο μηχανισμός ενεργοποίησης περιλαμβάνει τη φωσφορυλίωση/αποφωσφορυλίωση πρωτεϊνών Πρωτεϊνικές κινάσες – ένζυμα που καταλύουν τη μεταφορά φωσφορικής ομάδας από το ATP σε πρωτεΐνες Πρωτεϊνικές φωσφατάσες – ένζυμα που καταλύουν την αφαίρεση φωσφορικής ομάδας από πρωτεΐνες

ΠΡΩΤΕΪΝΙΚΕΣ ΚΙΝΑΣΕΣ (Cdk’s) Έτσι οι κινάσες ονομάζονται: ΠΡΩΤΕΪΝΙΚΕΣ ΚΙΝΑΣΕΣ ΕΞΑΡΤΩΜΕΝΕΣ ΑΠΟ ΚΥΚΛΙΝΕΣ Οι κυκλίνες συσσωρεύονται και αποδομούνται για να ελέγχεται η συγκέντρωσή τους Διαφορετικά σύμπλοκα κυκλίνης-κινάσης πυροδοτούν διαφορετικά βήματα του κυτταρικού κύκλου Κάθε σύμπλοκο κυκλίνης-κινάσης δρά σε διαφορετική ομάδα πρωτεϊνών-στόχων Έτσι γίνεται ένα διαφορετικό μεταβατικό βήμα στον κυτταρικό κύκλο

Σύμπλοκο Μ-Cdk Μ-κυκλίνη: η σύνθεσή της αρχίζει μετά τη διαίρεση του κυττάρου δηλ. Στην φάση Μ και συνεχίζει κατά τη μεσόφαση. Ελαττώνεται δραστικά μετά τη μίτωση. Ενεργοποιεί την M-Cdk κινάση που δρα στη Φάση G2 Η Μ-Cdk φωσφορυλιώνει πρωτεΐνες που προκαλούν συμπύκνωση των χρωματοσωμάτων αποδόμηση του πυρηνικού περιβλήματος και αναδιοργάνωση των μικροσωληνίσκων του κυτταροσκελετού για σχηματισμό της μιτωτικής ατράκτου

Σύμπλοκο S-Cdk Το σύμπλοκο αναγνώρισης της αφετηρίας (ORC) μένει συνδεδεμένο στις αφετηρίες αντιγραφής του DNA Πάνω του προσδένεται η πρωτεΐνη Cdc6 για να σχηματιστεί το σύμπλοκο που υποκινεί την αντιγραφή Ενεργοποιείται η S-Cdk και αρχίζει η αντιγραφή του DNA Επίσης, η S-Cdk προκαλεί την φωσφορυλίωση της Cdc6 και την απομακρύνει από το ORC Άρα, εμποδίζεται η αντιγραφή από το να ξεκινήσει από την ίδια αφετηρία Άρα έχουμε την αφετηρία που λέγετε ΟΡΨ που μένει συνδεδεμένο στις αφετηρίες του dna και με τη βοήθεια τις cdc6 υποκινεί την αντιγραφή. Με αυτό τον τρόπο ενεργοποιείτε η S-Cdk και αρχίζει η αντιγραφή του DNA

ΔΙΑΚΟΠΗ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ Μοριακά φρένα σταματούν τον κύκλο σε σημεία ελέγχου (check points) σε περίπτωση που υπάρχει πρόβλημα με την σύνθεση του DNA Ειδικοί αναστολείς Cd κινάσων αποτρέπουν τη συναρμολόγηση των συμπλόκων κυκλίνης-Cd-κινάσης Πιο συγκεκριμένα, αυξάνεται η συγκέντρωση της πρωτεΐνης P53

CHECK POINT ΤΗΣ P53 Ενεργοποιείται η P53 Διεγείρει τη παραγωγή της P21 (αναστολέας των Cd κινάσων) Η P21 προσδένεται στο σύμπλοκο S-CdkΑντιγραφή του DNA και αναστέλλει τη δράση του Διακόπτεται ο κύκλος και δίδεται ευκαιρία επιδιόρθωσης του DNA Εάν οι βλάβες δεν επιδιορθωθούν, πιθανώς να οδηγήσουν στη δημιουργία καρκίνου

CHECK POINT ΣΤΗ ΜΙΤΩΣΗ Εάν ξεκινήσει η διαίρεση πριν να προσδεθούν όλα τα χρωμοσώματα στην άτρακτο, τότε ένα θυγατρικό κύτταρο θα έχει πιο πολλά χρωμοσώματα από το άλλο Έτσι, όποια ελεύθερα χρωμοσώματα στέλνουν σήμα που αναστέλλει την εξέλιξη της μίτωσης

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΕΝΟΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΘΑΝΑΤΟΣ - ΑΠΟΠΤΩΣΗ Τα κύτταρα διαιρούνται μόνο εάν ο οργανισμός χρειάζεται άλλα κύτταρα είτε εάν αναπληρώνει απώλειες Όταν πάψουν να είναι απαραίτητα, τα κύτταρα εισέρχονται στον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο ή αλλιώς απόπτωση. Παραδέιγματα: Τα κύτταρα της ουράς του γυρίνου πεθαίνουν όταν μεταμορφώνεται σε βάτραχο Το δέρμα μεταξύ των δακτύλων μας εξαφανίζεται κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη

ΝΕΚΡΩΣΗ VS ΑΠΟΠΤΩΣΗ Νέκρωση Κύτταρα πεθαίνουν από οξεία βλάβη Διασπείρουν το περιεχόμενό τους στα γειτονικά κύτταρα Προκαλείται φλεγμονή ΜΌΛΥΝΣΗ Απόπτωση Κασπασες λαμβάνουν μέρος στην απόπτωση Κύτταρα συρρικνώνονται Ο κυτταροσκελετός καταρρέει Το πυρηνικό περίβλημα αποσυναρμολογείται Το DNA θρυματίζεται Προκαλείται φαγοκυττάρωση του κυττάρου Απομακρύνεται χωρίς φλεγμονή

ΚΑΣΠΑΣΕΣ Οικογένεια πρωτεάσων που λαμβάνουν μέρος στη απόπτωση Ενεργοποιούνται με σήματα που επάγουν την απόπτωση (προκασπάσες→κασπάσες) Στη συνέχεια διασπούν άλλες πρωτεΐνες που σταδιακά θανατώνουν το κύτταρο

ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ ΠΡΩΤΕÏΝΩΝ Bcl-2 Πρωτεΐνες που ρυθμίζουν την ενεργοποίηση ή την αναστολή των προκασπασών Bax και Bak – προκαλούν την ελευθέρωση του κυτοχρώματος c από τα μιτοχόνδρια, αυτό ενεργοποιεί τις προκασπάσες και οδηγεί στην απόπτωση Bcl-2 – αποτρέπει τις Bax και Bak από το να απελευθερώσουν το κυτόχρωμα c Δηλ. Την αναστολή

ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑ ΣΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΜΙΤΟΓΟΝΑ Διεγείρουν τη κυτταρική διαίρεση Προσδένονται σε υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας Σταματούν τα μοριακά φρένα Παράδειγμα: η πρωτεΐνη του ρετινοβλαστώματος (Rb) Ενεργοποίηση του συμπλόκου S-Cdk Φωσφορυλιώνεται η Rb Ελευθερώνονται οι πρωτεΐνες που ήταν προσδεμένες στην Rb Ενεργοποιούνται τα γονίδια που προάγουν τον πολλαπλασιασμό

ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑ ΣΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Προσδένονται σε υποδοχείς της μεμβράνης Ενεργοποιούν ενδοκυττάριες οδούς συσσώρευσης πρωτεϊνών και μακρομορίων

ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑ ΣΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΕΠΙΒΙΩΣΗΣ Προσδένονται σε υποδοχείς της μεμβράνης Ενεργοποιούν σηματοδοτικές οδούς που καταστέλλουν το πρόγραμμα του κυτταρικού θανάτου

Η ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΚΑΙ Ο ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ

Η ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΚΑΙ Ο ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Διπλασιάζεται το κεντροσωμάτιο Συναρμολογείται η μιτωτική άτρακτος Αποδομείται το πυρηνικό περίβλημα Μικροσωληνίσκοι από αντίθετους πόλους έλκουν σε αντίθετες κατευθύνσεις τα αντιγραμμένα χρωμοσώματα Διαχωρίζονται οι αδελφές χρωματίδες Ανασχηματίζεται το πυρηνικό περίβλημα Κατανέμονται τα οργανίδια στα δύο κύτταρα Συσταλτικός δακτύλιος διαιρεί το κυτταρόπλασμα στα δύο

ΜΕΣΟΦΑΣΗ

1. ΠΡΟΦΑΣΗ

ΠΡΟΜΕΤΑΦΑΣΗ

ΜΕΤΑΦΑΣΗ

ΑΝΑΦΑΣΗ

ΤΕΛΟΦΑΣΗ

ΚΥΤΤΑΡΟΚΙΝΗΣΗ