CELLDELNING,
mitos,
cellcykelreglering,
meios
EUKARYOT CELLDELNING
1. cellcykeln
2. mitos
3. cytokinesis
1
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 1013 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
Eukaryot celldelning
• => ”identiska” dotterceller (sanning med
modifikation)
• celldelning:
– storlekstillväxt
– DNA-replikation
– distribution av dubblerade kromosomer
– celldelning
• Mekanismer, koordination, reglering?
Cellcykeln
• Extracellulära signaler
styr cellcykeln
– celldelning när det
• passar omgivningen
och organismen
• Cellen är ”in shape”
• Aktiv Go-signal
• Cellcykel-reglering:
– Fosforyleringar
– proteinnivåer
(expression,
degradering)
3
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
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
M-fasen
mitos
cytokinesis
Mitos
mitos – DNA delas
cytokinesis –
cytoplasma delas
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
Mitos
7
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
Prometafas
Metafas
inter
Metafas
Anafas
Metafas
Anafas
9
Anafas
• cohesin bryts ner av proteolytiska enzymer
• systerkromatiderna separerar, kallas
dotterkromosomer
• 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 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
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
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 som
helhet
• cell med felaktigt DNA ska ej dela
sig
– Reparera eller apoptos
• Rubbningar => risk för cancer
12
Cellcykelns kontrollsystem
• extracellulära signaler, tex. 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 fas avslutats
– Om ej korrekt DNA
– om ej cellen är mogen för delning
(inte bara intakt DNA)?
– Om inte ”ok” från omgivning
13
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
Cykliner
•
•
•
•
universella proteiner (alla eukaryoter)
olika cykliner i olika stadier i cellcykeln
koncentrationen 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
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
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
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
Ubiquitinering – ”dödsmärkning” av
ett protein
Cyklindegradering
(B-Cdk1)
(Cdk1)
19
ANIMATION
Via CAK och Wee
Via Cdc25
(Maturation promoting factor)
cdk-inhibitorer, CKI
(p16, p 21, p27,…,.. )
• förmedlar stopp i proliferation
• Svar på extracellulära signaler, tex TGF-b
• Svar på skadat DNA
– DNA skada inducerar P53
– P53 inducerar P21
– p21 stoppar vid G1-checkpoint via bindning till
cdk2/cyklinE
20
p53 vid G1-arrest
• Fosforylering stabiliserar p53
– Normalt t½ ca 2 min
– Nu hämmad nedbrytning
• P53 nivåer ökar ( 100 ggr)
• p53 reglerade gener ökar
(p21, …, …)
• Inhibition av
– Proliferation
– DNA syntes
• Stimulering av
– DNA reparation
– Apoptos-maskineriet
DNA-skada ger induktion av
p21 – en cdkinhibitor
21
Reglering med tillväxtfaktorer
22
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
Induktion av D Cykliner
23
Fosforyleringsstatus av Rb under
cellcykeln
Hämning/repression
orsakad av Rb
neutraliserad
Figure 8.19 The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)
24
Figure 8.1 The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)
Mitos
• diploida celler
• dubblering av varje
kromosom
• två identiska
diploida dotterceller
-
Meios
• förutsättning för
sexuell reproduktion
• fyra haploida celler
bildas
25
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
•
Sexuell reproduktion
• blandning av gener då kromosomer
kombineras
• utprovning av genkombinationer
• genblandning ger överlevnadsfördelar i
en föränderlig miljö
• dåliga gener kan avlägsnas från arten
26
Meios sker i tre steg
DNA-replikation
Meios I
• homolog parning av dotterkromatider
• överkorsning
• celldelning ger 2 dotterceller med två nästan
identiska kopior av enkel genuppsättning
Meios II
• vanlig mitos utan den inledande DNAreplikationen
Meios sker i 3 steg
DNA-replikation
från diploid cell med 2x23 kromosomer fås
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)
27
Meios (versus mitos)
ANIMATION meios
ANIMATION jmf
Meios I
leptotene – zygotene – pachytene – diplotene – diakinesis
28
Profas i Meios I
ANIMATION
Leptotene
• dubbelsträngar
bryts så att
enkelsträngsregion
er bildas
• enkelsträngar kan
invadera homologa
kromosomer genom
basparning
leptotene – zygotene – pachytene – diplotene – diakinesis
29
Zygotene
• homologa kromosomer paras
• 'synaptonemal complex'
leptotene – zygotene – pachytene – diplotene – diakinesis
Pachytene
• synaptonemal complex kvarstår
• överkorsning sker i slutet av pachytenestadiet till diplotene
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
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
32
Befruktning –
avslutande av
meios II
Befruktning
• zygot = befruktat ägg
• återskapar ett komplett genom för somatiska celler
• dubblel genuppsättning
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
34
