HÜCRE SİKLUSU

Ondokuz Mayıs Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Onkoloji

Dr. Müge Karaoğlanoğlu06/2008

HÜCRE SİKLUSUNUN EVRELERİ

• M evresi: mitoz• G1 evresi: mitoz ile DNA

replikasyonu arasındaki süreç• S evresi: DNA sentezi• G2 evresi: mitoza hazırlık

dönemi

MİTOZ EVRESİ

• Mitoz evresinde kromozomlar birbirinden ayrılır ve hücre bölünmesi ( sitokinez) gerçekleşir.

• Bu evre 1 saat sürer

Profaz: kromatin fibrillerinin daha fazla kısalıp kalınlaşması sağlanır. Çekirdekçik ortadan kalkmaya başlar,mikrotubul polimerizasyonuyla mitotik iğcikler oluşur.Prometafaz: Çekirdek zarı parçalanır. Kinetokor mikrotubulleri herbir kromozoma sentromerinin her iki tarafındaki kinetokorlardan tutunur.Metafaz: Sentriol çiftleri hücrenin zıt kutuplarına ulaşır. Kromozomlar mitotik iğcikler tarafından metafaz düzlemine doğru çekilirler.Anafaz: Herbir kromozomun kardeş kromatitleri kinetokor mikrotubullerince zıt kutuplara doğru çekilir (Kinetokor mikrotubulleri kısalır). Böylece herbir kromozom takımı birbirinden ayrılıp, kutuplara doğru çekilir.Telofaz : Profazın tüm olayları tersine döner. Çekirdek zarı yeniden birleşir, çekirdek oluşur. DNA’lar kromatin şeklinde gevşeyerek yeniden şekillenir. Çekirdekçik ortaya çıkar.Sitoplazma bölünmesi : Mikroflamentlerin oluşturduğu kasılma halkasıyla, sitoplazma boğumlanır ve ikiye bölünür

Hücre döngüsünün %95’i interfazda (mitozlar arası dönem) geçer.

‘G1’ EVRESİ

• G1 evresi: ilk bölünmede oluşan eş hücrelerin tekrar hücre bölünmesine girmeden önceki evresidir.

• Bu evrede DNA replikasyonu olmaz; RNA ve protein sentezi devam eder; evre 3-4 saat sürer ve hücre S evresine hazırlanır.

‘S’ EVRESİ

• S evresi: DNA replikasyonu, kromozomun çiftlenmesi, RNA ve protein sentezinin olduğu evredir.

• Bu evre 6-8 saat sürer.

DNA SENTEZİ• DNA ve RNA’nın yapısını nükleotidler oluşturur.

• Bu nükleotidlerin yapısında pürin ve pirimidin denilen azotlu bazlar bulunur.

• Pürin bazları: adenin, guanin

• Pirimidin bazları: sitozin, urasil, timin

• Pürin ve pirimidin inhibitörleri, nükleotid ve dolayısıyla DNA-RNA sentezini bozarak etki gösterirler.

DNA SENTEZİ

• DNA; çok sayıda monodeoksiribonükleotidin 3 5 fosfodiester bağlarıyla bağlanmasıyla oluşur.

• Bu fosfodiester bağları kimyasallar ile ayrılabilir veya nükleazlar tarafından enzimatik olarak hidrolize edilebilirler.

• Çift sarmalda, iki iplik arasında dar ve geniş girinti oluşur.

• Daktinomisin dar girintiye etki ederek DNA ve RNA sentezini bozar (iplikleri birbirine yapıştırır).

DNA SENTEZİ

• DNA’nın replikasyonu: DNA moleküllerinin doğru kopyalarının yapılmasıdır

• Bir DNA molekülünün iki kolundan her biri, yeni bir DNA kolu sentezi için kalıp olarak görev görür.

• Sonuçta iki yeni DNA molekülü meydana gelir.

• DNA replikasyonu, kromatin üzerinde binlerce yerde birden başlar ve devam eder

DNA SENTEZİ

• DNA replikasyonu, orijin diye adlandırılan bir başlama noktasında başlar

• genellikle iki yöndeki replikasyon çatallarında 5 3 yönünde ilerler

• kalıp olarak görev gören kol 3 5 yönünde okunur

DNA helikaz: tek iplikli DNA’ya bağlanır, yakındaki çift iplikli bölgeye ilerleyerek ipliklerin açılmasını sağlar.Bu iplikler açılırken süper kıvrımlar olabilir.

DNA topoizomerazlar : bu kıvrımları ortadan kaldırlar.Tip I DNA topoizomeraz: reversible olarak çift sarmalın tek ipliğini keser. Hem nükleaz (kesen) hem de ligaz (bağlayan) aktivitesi vardır.Tip II DNA topoizomeraz: her iki iplikte de kırılmalar yapar. Bunda da nükleaz ve ligaz aktivitesi vardır.

DNA SENTEZİ

• DNA polimeraz III: DNA zincir uzamasını sağlar (5 3 yönünde). ilk nükleotid alıcısı olarak RNA primerini kullanır. Ek olarak 35 kontrol okuması da yapar. Yanlış okunan kısmı çıkarır ( ekzonükleaz aktivitesi).

• DNA polimeraz III, bir RNA primerine yaklaşana kadar DNA sentezler. Bu durumda RNA çıkarılır ve boşluk DNA polimeraz I ile doldurulur ( polimeraz ve endonükleaz aktiviteleri).

DNA SENTEZİ• DNA replikasyonunda DNA

polimerazların etkisi, kalıp kolun karşısında büyüyen DNA koluna uygun deoksinükleozid trifosfatlardan (dNTP) deoksinükleozid monofosfatların (dNMP) girişini sağlamaktır.

• Yeni bir DNA şeridinin sentezi tamamlandıktan sonra DNA giraz, replike olmuş DNA’nın tekrar doğal haline kıvrılmasına yardımcı olur .

RNA SENTEZİ

• RNA sentezi (transkripsiyon), DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekülü (mRNA, tRNA, rRNA) şeklinde kopyalanması veya yazılması olayıdır.

• Bir RNA molekülü, DNA’nın kalıp kolunun dizilişini bütünleyici ribonükleotidlerin ATP, GTP, CTP ve UTP’tan pirofosfatlar ayrılması suretiyle polimerizasyonu sonucunda, 5 3 yönünde sentezlenir.

RNA SENTEZİ

• RNA sentezi için RNA polimeraza, başlama ve sonlanma sinyallerine gereksinim vardır

RNA SENTEZİ

• RNA polimeraz kalıp kol tarafından yönetilen ve baz eşleşmesi kuralları tarafından yorumlanan spesifik bir diziliş içinde ribonükleotidleri polimerize ederken pirofosfatlar serbest bırakılır ve böylece RNA sentezlenir

RNA SENTEZİ

• Transkripsiyon sonunda oluşan RNA’lar primer RNA’lar diye adlandırılırlar ve genellikle hemen kullanılmazlar.

• RNA processing diye tanımlanan bazı işlemlerden geçtikten sonra işlev görebilecek olgun RNA’lar haline gelirler.

PROTEİN SENTEZİ

• Protein sentezi (translasyon), gen ifadesinin son aşamasıdır. Transkripsiyonla RNA’ya kopyalanan genetik bilgi son olarak bir protein veya polipeptit zinciri haline dönüştürülür .

PROTEİN SENTEZİ

• Protein sentezinin üç komponenti: mRNA, tRNA ve ribozomlardır.

• mRNA; proteinin amino asit sırasını belirleyen kodu içerir.

• Protein sentezi başlayacağı zaman, sitoplazmada bulunan amino asitler, kendilerine özgü, Mg2+ gerektiren aminoaçil-tRNA sentetaz enzimleri yardımıyla tRNA’lara bağlanarak aminoaçil-tRNA şeklinde aktiflenirler.

• Protein sentezi başlarken; ribozom alt üniteleri, mRNA , aminoaçil -tRNA, GTP ve başlama faktörleri (IF)’nin varlığı gereklidir.

• mRNA’nın 5 ′ ucuna yakın bir bölgesinde başlama kompleksi oluşur .

• mRNA üzerinde başlama kodonu ( AUG veya GUG ) özel bir başlatıcı tRNA ile tanınır. Bu tRNA prokaryotlarda N-formile metiyonin içerir.

• Başlama kompleksi oluştuktan sonra, GTP’ın hidrolizi ve elongasyon faktörü (EF-Tu) sayesinde, bu kompleksteki A (amino) yerine, mRNA’nın buraya rast gelen kodonunu tamamlayan antikodonu içeren aminoaçil-tRNA gelir.

• Ribozomda bulunan peptidil transferaz enziminin katalitik etkisiyle P (peptid) yerindeki fmet-tRNA’da bulunan aminoaçil grubu, A (amino) yerindeki aminoaçil-tRNA’nın aminoaçilinin serbest amino grubuna peptit bağı ile bağlanmak üzere taşınır.

• GTP’nin hidrolizi ve EF-G (uzama faktörü) sayesinde P yerindeki tRNA kompleksten ayrılır

• A yerindeki dipeptidil-tRNA, A yerinden P yerine yer değiştirirken

• ribozom, mRNA üzerinde 3 ucuna doğru bir kodon ilerler ve A yerine uygun aminoaçil-tRNA gelir.

PROTEİN SENTEZİ• Son iki basamaktaki olayların tekrarı sonucunda

polipeptit zinciri amino-terminal uçtan karboksil-terminal uca doğru uzar.

• Polipeptit zincirinin uzaması sonlandırılacağı zaman, A yerine UAG, UAA, UGA sonlandırma kodonlarından biri gelir; buraya terminasyon faktörü (RF) bağlanır ve önce polipeptidil-tRNA bağı hidroliz olur daha sonra diğer komponentler dissosiye olurlar.

G2 evresi: S ve M evreleri arasındaki evredir.

Bu evrede DNA replikasyonu olmaz, RNA ve protein sentezi devam eder.

evre 3-4 saat sürer ve hücre büyüklüğü iki katına ulaşır.

‘G2’ EVRESİ

‘G0’ EVRESİ

• G0 evresi : Hücre döngüsünün dışında, son farklılaşmasını tamamlamış ve bölünmesi duran hücrelerin dinlenme evresidir.

• Birkaç saat, birkaç gün veya ömür boyu sürebilir.

• Bu evrede hücrede tüm biyokimyasal olaylar aktif bir şekilde devam etmektedir.

‘G0’ EVRESİ

• G0 dinlenme evresindeki hücre bölüneceği zaman, G1 evresinin başlangıcından itibaren hücre bölünme döngüsüne girer.

• Büyüme faktörleri, sitokinler ve tümör virüsleri gibi mitojenik iletiler, G0 evresindeki hücrenin G1 evresine girmesine yol açmaktadır.

NORMAL HÜCRE SİKLUSU

Büyüme faktörü

Büyüme faktörü reseptörü

Sinyal iletimi

Kopyalanmanın aktivasyonu

Hücre bölünmesi

• Hücre siklusunda önemli 3 basamak

1) Hücre yüzey reseptörleri2) sinyal iletim yolu3) Nükleer transkripsiyon faktörleridir. Bu olaylar;

SİKLİNLER ve KONTROLNOKTALARI ile regüle edilirler.

• Uyarı iletim yolu ile alınan sinyaller nükleusa iletilir.

• Nükleusta transkripsiyon gen düzeyinde yapılır ve transkripsiyon faktörleri ile kontrol edilir.

Hücre proliferasyonuna yol açan transkripsiyon faktörleri;

• Protoonkogenler; c-myc

• Tümör süpresör gen; p53, Rb

• Transkripsiyon faktörleri fosforile olur, DNA’ya afinitesi değişir.

HÜCRE SİKLUSUKONTROL NOKTALARI

G1/S ve G2/M

Hücre siklusu kontrol mekanizmalarındaki defekt

Kanser hücrelerindeki genetik bozukluğun ana nedeni

G1/S kontrol noktası

Restriksiyon noktası:• DNA hasarı kontrol edilir• DNA hasarı var ise; Hücre siklusta tutulur

DNA tamir mekanizmaları harekete geçer• DNA hasarı tamir edilemez ise;

Apoptozis harekete geçer

S fazı;• Geri dönüşü olmayan nokta• Hücre çoğalmadan önce son hazırlıkların yapıldığı dönem

G2/M kontrol noktası

• DNA kopyalanmasının tamamlanması• Hücrenin emniyetli bir şekilde mitoza başlaması• Kardeş kromatidlerin ayrılması• Özellikle iyonize radyasyonla hasarlanan hücreler G2/M kontrol

noktasını aktive eder ve hücre G2’de kalır• Bu noktadaki defektler kromozomal anomalilere neden olur

Hasar görmüş DNA’ya bağlanan protein komplekslerin hedefi ATM ve ATR olarak simgelenen birbiri ile ilintili iki tirozin kinazdır ve bunlar DNA hasarına cevaben aktifleşirler. ATM ve ATR, Chk2 ve Chk1 kinazları fosfatllayarak aktive ederler.Chk2 ve ATM tafından fosforillenen p53, G1/S kontrol noktasındaki duraksamadan sorumludur.

İĞ KONTROL NOKTASI

• Mitozun sonlarında yer alır.• Kromozomların yavru hücrelere tam ve doğru

dağıtılması için mitotik iğ üzerindeki dizilimlerini gözlemler.

SİKLİNLER

Hücre siklusunun spesifik fazlarında sentezlenirler.Sırasıyla D, E, A, B ortaya çıkar. Siklin bağımlı kinazlar (CDK) ile kompleks oluşturunca etki gösterirler. CDK inhibitörleri ile veya proteazlarla inaktive edilirler.

Fonksiyonları CDK’ları aktive etmektir

CDK aktivasyonundan sonra siklin seviyeleri hızla düşer

SİKLİNLER

SİKLİNLER

CDK; hücre siklusu boyunca inaktif formda bulunur

Hücrenin diğer faza ilerlemesini, hedef proteinleri fosforize ederek sağlar

Siklinlerle bağlandıktan sonra fosforilasyonla aktive olur

Sessiz hücreler büyüme faktörleri ile uyarıldığı zaman

Siklin D ve Siklin E konsantrasyon artımı

SiklinD-CDK4 ve SiklinE-CDK2 aktivasyonu

RB fosforilasyonu

hücre siklusunun moleküler açma-kapama merkezi

RB fosforilasyonu

E2F; transkripsiyon faktörlerindendir.

Rb/E2F kompleksi, E2F tarafından kontrol edilen genlerin transkripsiyonunu engeller.

Kompleksten ayrılan hiperfosforilize RB, E2F kopyalanmasını aktive eder.

• S fazına ilerlemek için SiklinE-CDK2 kompleksinin oluşması gerekir.

• E2F’in aktive olması ile siklinE sentezi başlamıştır

Hücre siklusunda G1 / S sınır noktasında ilerleme

•M fazına ilerlemek için SiklinA-CDK2 kompleksinin oluşması gerekir.•E2F’in aktive olması ile siklinA sentezi başlamıştır

Hücre siklusunda G2 / M sınır noktasında ilerleme

SiklinB-CDK1 inaktivasyonunu gerektirir.

Yeni bölünen hücreler; Tekrar G1’e dönebilir Sessiz döneme girebilir

Mitozdan çıkma

SİKLİN BAĞIMLI KİNAZLAR

CDK4 Siklin D ile kompleks oluşturur Kompleks RB’yi fosforile eder Hücre G1’de kontrol noktasına ilerler

CDK2

G1 geç döneminde Siklin E ile kompleks oluşturur G1/S geçişinde rol alır S fazında Siklin A ile kompleks oluşturur G2/M geçişini kolaylaştırır

CDK1 Siklin B ile kompleks oluşturur G2/M geçişinde rol oynar

HÜCRE SİKLUSU İNHİBİTÖRLERİ

1. Cip/Kip2. INK4/ARF

* Tümör süpressör gibi davranırlar

Cip/Kip ailesi

p21, p27, p57

İnaktivasyon:Siklin-CDK kompleksine bağlanarak sağlanır

p21’in kopyalama aktivitesi : p53’ün kontrolü altındadır

Hücre siklusunda p53: Hasarlı hücrelerin ilerlemelerini durduran veya yavaşlatan kontrol mekanizmalarını tetikler

Apopitozuna yol açar

INK4a/ARF

Gen lokusu iki protein kodlar

1. p16INK4a

2. p14ARF

Hücre siklusunu bloke ederek tümör süpresör gen gibi davranır

p16INK4a

SiklinD ile CDK4’e bağlanmak için rekabete girer.

SiklinD-CDK4 kompleksi oluşumunu inhibe eder.

RB fosforilasyonu engellenir.

Sonuç: Hücre siklusu G1 sonunda kalır

p14ARF

p53 parçalanmasını önleyerek hücre siklusunu bloke eder.

HÜCRE SİKLUSU İNHİBİTÖRLERİ

Cip/Kip ailesi:P21, p27

Siklin-CDK kompleksine bağlanarak hücre siklusunu bloke eder p21, p53 tümör süpresörü ile uyarılır p21, TGF gibi büyüme süpressörlerine yanıt verir

INK4/ARF ailesi:p16INK4A, p14

p16INK4A, siklinD-CDK4’e bağlanır. RB’un inhibitör etkisini kolaylaştırır p14ARF, MDM2 aktivitesini inhibe ederek p53 seviyesini arttırır

tumor suppressor

tumor suppressor

onkogen

p16

cyclin D

cdk4

pRB

onkogen

melanom, glioblastoma, NSCLC, akut lenfoid lösemiler, T and B hücre non-Hodgkin lenfomalar

retinoblastoma, osteosarkoma, NSCLC

Meme kanseri, özefagus kanseri, hepatoselüler karsinom

glioblastoma, melanom

SİTOTOKSİK AJANLARIN ETKİ YERLERİHücre siklusu düzeyinde

Antibiotikler

Antimetabolitler

S(2-6h)

G2

(2-32h)

M(0.5-2h)

Alkilleyiciler

G1

(2-h)

G0

Vinka alkaloidleri

Mitoz inhibitörleri

Taksoidler

Kemoterapötiklerin Etki Yerleri

Faz Spesifikler• G1 fazı: L-Asp., pred.

• S fazı: Antimetabolitler

• G2 fazı: Bleomisin, etoposid

• M fazı: Vinkristin, vinblastin,

taxanlar

Faz spesifik olmayanlar

• Alkilleyiciler

• Cisplatin

• Antititümör antibiyotikler

• Steroid hormonlar

SİTOTOKSİK AJANLARIN ETKİ YERLERİhücresel düzeyde

DNA senteziAntimetabolitler

DNA

DNA transkripsiyonu DNA duplikasyonu

Mitoz

Alkilleyiciler

Mikrotübül inhibitörleri

Topoizomeraz inhibitörleri

SİTOTOKSİK AJANLARIN ETKİ YERLERİ

6-MERKAPTOPURIN6-THIOGUANINMETOTREKSAT

5-FLUOROURASİLHİROKSİÜRE

SİTARABİN

PÜRİN SENTEZİ PİRİMİDİN SENTEZİ

RNA

DNA

DNA

RNA

PROTEİNLER

MİKROTÜBÜLLERENZİMLER

L-ASPARAGİNAZVİNKA ALKALOİDİ

TAKSOİDLER

ALKİLLEYİCİLER

ANTiBiYOTiKLER

ETOPOSİD