RNDr. Radek Trojanec, Ph.D.

Mgr. Vladimíra Palková

CYTOGENETICKÁ LABORATOŘ

Laboratoř experimentální medicíny (LEM)

www.LEM-Olomouc.cz

Reprodukce buněk a buněčný cyklus

Mitóza, meióza

Chromozómy a jejich aberace20.11.08 + 27.11.2008 + 4.12.2008

RNDr. Radek Trojanec, Ph.D.

Mgr. Vladimíra Palková

CYTOGENETICKÁ LABORATOŘLaboratoř experimentální medicíny (LEM)

www.LEM-Olomouc.cz

Reprodukce buněk a buněčný cyklus

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

Buněčné dělení: proces, při kterém se mateřská buňka rozdělí na 2 dceřinné- Mitóza (rovnostní dělení)- Meióza (redukční dělení)- Amitóza (zaškrcení)

Mitogenní signalizace

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE Buněčný cyklus (BC):

• sled dějů, vedoucí k rozdělení 1 buňky (mateřské) na 2 buňky dceřinné

• velice precizní kontrola, principy jsou podobné ve všech eukaryotních buňkách

• poruchy kontrolních mechanizmů BC mohou vést nádorovému bujení

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

Fáze BC eukaryotní buňky:

• Interfáze = G1, S a G2 fáze• M-fáze = mitóza s cytokinezí

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

G1 fáze: intenzivní metabolismus, G1 fáze: intenzivní metabolismus, tvoří se ATP, RNA, tvoří se ATP, RNA,

proteiny a jiné metabolityproteiny a jiné metabolity

S fáze:S fáze: replikace DNA replikace DNA

G2 fáze: příprava na mitózu, syntéza G2 fáze: příprava na mitózu, syntéza specifických proteinů,specifických proteinů,

organizace cytoskeletuorganizace cytoskeletu

M fáze: dochází k mitóze,M fáze: dochází k mitóze, následnému zaškrcení a následnému zaškrcení a rozdělení celé buňkyrozdělení celé buňky

Interfáze

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

Systém regulace BC je řízen fosforylací klíčových proteinů, iniciujících nebo regulujících replikaci DNA, mitózu a cytokinezi. Fosforylační reakce zprostředkovávají proteinkinázy, které jsou přítomny v cytoplasmě v průběhu celého BC, aktivovány jsou však cyklicky vazbou na cyklin, tzv. cyklin-dependentní kinázy – CDK (koncentrace cyklinů se v průběhu BC mění)

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

navázáním/odbouráním cyklinu

fosforylací cyklin-CDK komplexu (aktivační i deaktivační)

• vazbou inhibitorů (fungují i jako mol. chaperony-např. p21 a CDK4/6)

• účinnost CDK závisí na vytvoření komplexu s různými cykliny

Aktivita CDK je regulována:

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

Regulace BC

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

Kontrolní body (checkpoints )BC je sled jednotlivých kroků -BC je sled jednotlivých kroků -může být přerušen/zastaven,může být přerušen/zastaven,není-li splněna některá z podmíneknení-li splněna některá z podmínekpro další vývin buňky.pro další vývin buňky.

NapřNapř. Je DNA nepoškozena?. Je DNA nepoškozena?Je okolí vhodné pro další růst buňky?Je okolí vhodné pro další růst buňky?Je buňka dostatečně připravena?Je buňka dostatečně připravena?

(G1)Nejsou-li podmínky splněny, BC se zastaví v G1 kontrolním bodu.

*

* *

*

(G2) (M)

Kontrolní body G1, G2 a M

Tumor-supresorový gen TP53• pozastavení BC v kontrolním bodě G1/ jako reakce na poškození

DNA a různé typy stresu • protein p53 - jaderný fosfoprotein, transkripční faktor pro několik

cílových genů se zásadním významem pro regulaci buněčného cyklu (CIP1/WAF1), reparaci poškození genetického materiálu (GADD 45 - Growth Arrest and DNA Damage), navození apoptózy (BAX )

• CIP1/WAF1 - protein 21 (p21), váže se k cyklin-dependentním proteinkinázám a inhibuje jejich aktivitu v G1/S kontrolním bodě

• p21 může tlumit replikaci zpomalením postupu replikační vidlice, inhibuje katalitickou aktivitu PCNA-dependentní-DNA-polymerázy-delta

• GADD 45 – exprese indukována aktivním p53, interakce s PCNA – blokace replikace a oprav DNA

• Gen BAX (proapoptotický člen rodiny Bcl-2) – řízené navození apoptózy

Regulace BC pomocí TP53LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINEPrůběh buněčného cyklu

START (G1 fáze)

Cykliny D (D1, D2, D3, D4)

-Preferenční k cdk4 a cdk6

-Koncentrace neosciluje, exprese vzrůstá – mitogenní signál

Během G1 dochází pomocí komplexu Cyklin D1/cdk4 k aktivaci RB1 uvolnění E2F transkripčních faktorů DNA syntéza

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINERegulace tumor supresorového genu RB1

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINEPrůběh buněčného cyklu

G1 / S fáze

Cyklin E

-nutný pro iniciaci replikace, duplikaci

centrozómu

-exprimován na konci G1 (E2F regulace)

-váže se k CDK2

-na počátku S fáze je cyklin E degradován a CDK2 uvolněna pro cyklin A v další fázi

-kontrolní bod p53 (viz předchozí text)

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINEPrůběh buněčného cyklu

S fáze

Cyklin A

-Exprimován od S-fáze až po M

-Váže se nejprve s CDK2 (S-fáze), později (G2/M) s CDK1 (CDC2)

-Exprese je aktivována E2F; komplex CDK2-cyklin A zpětně E2F inaktivuje (pozitivní zpětná vazba)

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINEPrůběh buněčného cyklu

M (mitóza)

Zajištění genetické identity dceřiných buněk, rovnostním dělením

Vstup do M inicializován tvorbou komplexu cyklinu B s CDK1, kontrolujícího mikrotubulární aparát

Cyklin B/CDK1 se kumuluje během S a G2 fáze v cytoplazmě, ale teprve na konci G2 je aktivován fosfatázou (do té doby neaktivní, fosforylován) – transport do jádra

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

Za regulaci a kontrolu buněčné proliferace jsou odpovědné zejména 3 skupiny genů: protoonkogeny a tumor-supresorové geny, které mají zásadní význam pro regulaci buněčného dělení a mutátorové geny, které kontrolují stabilitu genomu (podílejí se na opravě chyb, získaných během replikace).

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

Poruchy buněčné proliferace / buněčného cyklu

Přeměna buňky v buňku nádorovou je několika stupňový proces, při němž se kumulují mutace v protoonkogenech, tumor-supresorových genech a mutátorových genech. Mutace vedou k nekontrolovanému množení transformovaných buněk, což je hlavní rys maligního zvratu.

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

Příklady cytogenetických aberací, ovlivňujících buněčné dělení /buněčný cyklus

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

t(9;22)(q34;q11) Philadelphia (Ph) chromozóm (Nowell, Hungerford,1962) BCR-ABL CML, ALL, AML, ST STI-571 (Glivec)

t(11;14)(q13;q32) CCND1-IgH

Del p53: ztráta fce kontrolního bodu

CEP 17 LSI Her-2/neu

Common Approaches to Targeting HER1/EGFR

Slamon DJ, Leyland-Jones B, Shak S, et al. N Engl J Med. 2001;344:783-792; Mendelsohn J, Baselga J. Oncogene. 2000;19:6550-6565; Noonberg SB, Benz CC. Drugs. 2000;59:753-767; Raymond E, Faivre S, Armann JP. Drugs. 2000;60(Suppl 1):15-23; Arteaga C. J Clin Oncol. 2001;19:32s-40s; Pedersen MW, Meltom M, Damstrup L, et al. Ann Oncol. 2001;12:745-760.

Anti-HER1/EGFR-blocking antibodies

Anti-ligand-blocking

antibodies

TKinhibitors

Ligand–toxin

conjugatesAntibody–

toxinconjugates

PP P

P

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

Grafy, obrázky, schémata a texty apod. byly přejaty a zpracovány s použitím

Alberts et al., Molecular biology of the cell, Garland Science, New York, 2002

Stanislav Rosypal: Úvod do molekularni biologie, Praha, 2006

LABORATORY OF

EXPERIMENTAL

MEDICINE

Děkuji za pozornost

Laboratoř experimentální medicínyDětská klinika FN a UP v OlomouciPuškinova 6, 775 20 Olomoucwww.LEM-Olomouc.cz