Cellulær syklus

Cellesyklusen er et ordnet sett med hendelser som fører til cellevekst og deling i to datterceller . Stadiene er: G 1 -SG 2 og M. Tilstanden G 1 betyr «GAP 1» (Intervall 1). S-tilstanden representerer "syntese", der DNA- replikasjon skjer . G2 - tilstanden representerer "GAP 2" (Gap 2). M-tilstanden representerer "m-fasen, og grupperer mitose eller meiose (fordeling av kjernegenetisk materiale ) og cytokinese (deling av cytoplasmaet). Celler som er i cellesyklusen kalles "prolifererende" og de som er i G 0 fase kalles "stille" celler. [ 1 ]​ Alle celler stammer bare fra en annen eksisterende tidligere. [ 2 ] Cellesyklusen begynner i det øyeblikket en ny celle dukker opp, en etterkommer av en annen som deler seg, og slutter i det øyeblikket nevnte celle, ved påfølgende deling, oppstår to nye datterceller.

Cellesyklusfaser

Cellen kan finnes i to svært differensierte tilstander: [ 3 ]

grensesnitt

Det er perioden mellom mitose. Det er den lengste fasen av cellesyklusen, og opptar nesten 90% av syklusen. Det skjer mellom to mitoser og består av tre stadier: [ 4 ]

M-fase (mitose og cytokinese)

Det er celledelingen der en foreldrecelle (eukaryote celler, somatiske celler, vanlige kroppsceller) deler seg i to identiske datterceller. Denne fasen inkluderer mitose , i seg selv delt inn i: profase , metafase , anafase , telofase ; og cytokinese , som begynner allerede i mitotisk anafase, med dannelsen av spaltningsfuren. Hvis hele syklusen varte i 24 timer, ville M-fasen vare i omtrent 30 minutter. [ 1 ]

Cellesyklusregulering

Cellesyklusregulering, forklart i 2001 i eukaryote organismer, [ 5 ] kan sees fra perspektivet til beslutningstaking på kritiske punkter, spesielt mitose. [ 6 ]​ På denne måten reises noen spørsmål: [ 1 ]

Reguleringskomponenter

Cellesyklusen styres av et system som overvåker hvert trinn som utføres. I spesifikke områder av syklusen sjekker cellen at betingelsene er oppfylt for å gå videre til neste trinn: på denne måten, hvis disse betingelsene ikke er oppfylt, stopper syklusen. [ 1 ] Det er fire hovedoverganger:

Genene som regulerer cellesyklusen er delt inn i tre store grupper: [ 7 ]

  1. Proteinkodende gener for syklusen: enzymer og forløpere for DNA-syntese, enzymer for tubulinsyntese og montering , etc.
  2. Gener som koder for proteiner som positivt regulerer syklusen: også kalt protonkogener . [ 8 ] Proteinene de koder for aktiverer celleproliferasjon, slik at hvilende celler går inn i S-fase og går inn i deling . Noen av disse genene koder for proteinene i syklinet og det syklinavhengige kinasesystemet . De kan være:
    • Tidlige responsgener, indusert 15 minutter etter behandling med vekstfaktorer, uten behov for proteinsyntese;
    • Sen-respondergener, indusert mer enn én time etter vekstfaktorbehandling, ser ut til at induksjonen deres er forårsaket av proteiner produsert av tidlige respondergener.
  3. Gener som koder for proteiner som negativt regulerer syklusen: Også kalt tumorsuppressorgener .

Sykliner og syklinavhengige kinaser (CDK) syntetiseres fra proto-onkogener og samarbeider for å positivt regulere syklusen. De fosforylerer seriner og treoniner av målproteiner for å utløse cellulære prosesser.

Proto - onkogener er gener hvis tilstedeværelse eller aktivering til onkogener kan stimulere kreftutvikling. når de er overdrevet aktivert i normale celler, fører de til at de mister kontroll over deling og fortsetter å spre seg uten kontroll.

Syklinene er en heterogen gruppe av proteiner med en masse på 36 til 87 kDa. De skilles ut i henhold til øyeblikket i syklusen de handler i. [ 1 ] Sykliner er svært kortlivede proteiner: etter å ha dissosiert fra deres assosierte kinaser, brytes de ned ekstremt raskt.

Syklinavhengige kinaser (CDK ) er molekyler med middels molekylvekt som har en karakteristisk proteinstruktur , bestående av to lober, mellom disse er det katalytiske senteret , hvor ATP (som vil være gruppedonor) settes inn . [ 9 ] I inngangskanalen til det katalytiske senteret er det et treonin som må fosforyleres for at kinasen skal virke. I selve senteret er det imidlertid to treoniner som, når de fosforyleres, hemmer kinasen og en syklinbindende region kalt PSTAIRE [ 4 ] Det er en tredje region i CDKs , vekk fra det katalytiske senteret, som CKS-proteinet binder seg til, som regulerer kinaseaktiviteten til CDK.

Forholdet mellom noen virveldyr og gjærsykliner [ 1 ]
virveldyr gjær
Cdk / cyclin kompleks cyclin tilhørende cdk cyclin tilhørende cdk
Cdk-G 1 cyclin D cdk 4.6 cln3 Cdk2
Cdk-G 1 /S cyclin E Cdk2 Cln1,2 Cdk2
Cdk-S cyclin A Cdk2 Clb5 , 6 Cdk2
Cdk-M cyclin B Cdk1 Clb1,2,3,4 Cdk1

Regulering av cyclin/CDK-komplekser

Det er mange proteiner som modulerer aktiviteten til cyclin/CDK-komplekset. [ 4 ] Som aktiveringsveier er cyklin A/CDK2-komplekset kjent for å aktivere CAK-proteinet, CDK-aktiverende kinase, og CAK-proteinet fosforylerer CDK, og aktiverer det. I stedet defosforylerer PP2a fosfatase CDK, og inaktiverer den. I sin tur er det beskrevet CKI-hemmerkomplekser som p27 og p21 som binder seg til cyclin og CDK på samme tid, og blokkerer det aktive stedet.

Ubiquitin- ligase-enzymer fører til ubiquitinering av cykliner, og markerer dem for nedbrytning i proteasomet og ødelegger dermed funksjonaliteten til CDK-komplekset. Et ubiquitin-ligaseenzym involvert i denne cellesyklusreguleringsprosessen er SCF-komplekset , som virker på cykliner G 1 /S. Et annet kompleks kalt APC (fra engelsk anaphase promoting complex ) virker på M-sykliner. [ 1 ]

CDC20/APC-komplekset ubiquitinerer M-sykliner for å gå ut av M-fasen. Verifikasjon utføres ved sjekkpunkter og sikrer troskapen til genomreplikasjon og segregering. Noen komponenter, i tillegg til å oppdage feil, kan sette i gang reparasjon.

Syklin/CDK-syntese- og monteringsprosessen reguleres av tre typer faktorer: mitogener , som stimulerer celledeling; vekstfaktorer (GF), som produserer en økning i størrelse ved å stimulere proteinsyntese; og overlevelsesfaktorer som undertrykker apoptose .

Sjekkpunkter

Se også: Sjekkpunkt og sjekkpunkt for mitose .

Det er noen kontrollpunkter i syklusen som sikrer progresjonen uten feil, og evaluerer den korrekte fremdriften av kritiske prosesser i syklusen, for eksempel DNA-replikasjon eller kromosomsegregering . [ 11 ] Disse verifikasjonsbanene har to egenskaper: de er forbigående (de forsvinner når problemet som startet dem er løst) og de kan utløpe hvis problemet ikke løses etter en stund. Disse kontrollpunktene er: [ 1 ]

Cellesyklus og kreft

Mange svulster antas å være et resultat av en rekke trinn, hvorav en ureparert mutagen endring av DNA kan være det første trinnet. De resulterende endringene får cellene til å starte en prosess med ukontrollert spredning og invadere normalt vev. Utviklingen av en ondartet svulst krever mange genetiske transformasjoner. Den genetiske endringen utvikler seg, og reduserer i økende grad cellenes evne til å reagere på den normale reguleringsmekanismen i syklusen. [ 8 ]

Genene som er involvert i karsinogenesen er et resultat av transformasjonen av gener som normalt er involvert i cellesykluskontroll, reparasjon av DNA-skader og adhesjon mellom naboceller. For at cellen skal bli neoplastisk, kreves det minst to mutasjoner: en i et tumorsuppressorgen og en annen i et proto-onkogen, som deretter gir opphav til et onkogen .

Cellesyklus i planter

Utviklingsprogrammer hos planter , i motsetning til hos dyr, forekommer etter embryogenese . Celleproliferasjon og -deling er begrenset til meristemene , områder der det forekommer rikelig celledeling som gir opphav til utseendet av nye organer. Blader og blomster stammer fra henholdsvis stilken apikale meristem og blomstermeristem , mens rotmeristem gir opphav til roten . Reguleringen av utviklingsprogrammer er derfor i stor grad basert på det spesielle genuttrykket til meristemene og det samtidige mønsteret av celledeling; i planter er det ingen cellemigrasjon som utviklingsmekanisme. Den antagonistiske interaksjonen mellom hormonene auxin og cytokinin ser ut til å være nøkkelmekanismen for etablering av identiteter og spredningsmønstre under embryogenese [ 12 ] og under utvikling av stamme- og rotmeristemer. [ 13 ]

Cellesyklusen til planter deler felles elementer med dyrs, så vel som visse særegenheter. Syklinavhengige kinaser (CDK) regulerer i stor grad cellesykluskarakteristikker. Dermed er CDKA (et dyr tilsvarende PSTAIRE CDK), involvert i G1/S- og G2/M-overgangene. Imidlertid er det noen CDKB, unike for planter, som akkumuleres i G2- og M-fasene og er involvert i G2/M-overgangen.

Når det gjelder sykliner, har planter et større mangfold enn dyr: Arabidopsis thaliana inneholder minst 32 sykliner, kanskje på grunn av dupliseringshendelser i genomet. [ 14 ] Uttrykket av de forskjellige cyklinene ser ut til å være regulert av forskjellige fytohormoner . [ 15 ]

Det er et ubiquitin -proteinligase-kompleks som ligner på APC/C ( anafase-promoterkomplekset ) [ 16 ] og noen sykliner, som type B, har ubiquitin-medierte destruksjonssekvenser i sin struktur: det vil si at prosessen med proteolyse også er en nøkkelbrikke i reguleringen av cellesyklusen i planteverdenen.

Fosforylering av cyklin/CDK-komplekser ved N-terminalen av CDK-elementet hemmer aktiviteten til komplekset; I motsetning til det som skjer hos dyr, hvor denne post-transkripsjonelle modifikasjonen skjer i Tyr- eller Thr -rester , forekommer den i planter bare i Tyr-rester. Hos dyr er enzymet som katalyserer denne reaksjonen en WEE1-kinase, og fosfatasen, CDC25; i planter er det en homolog for WEE1, men ikke for CDC25, som er funnet i encellede alger. [ 17 ]

Når det gjelder de inhiberende proteinene til CDK/cyklin-kompleksene, er elementer som ligner Kip/Cip-familien av pattedyr blitt beskrevet; spesifikt, i planter blir disse hemmende elementene modulert av tilstedeværelsen av hormoner som auxin eller abscisinsyre. [ 18 ] Disse og andre planteregulatorer spiller en nøkkelrolle i å opprettholde meristematisk kapasitet og andre utviklingstrekk; dette avhenger av konsentrasjonen i et gitt område og av genekspresjonsprogrammet som er tilstede på det stedet. For eksempel har områdene som uttrykker proteinet relatert til auxintransport PINFORMED1 en høy konsentrasjon av dette fytohormonet, noe som oversettes til den spesielle plasseringen av det som vil være promordiumet til det fremtidige bladet; samtidig utelukker dette uttrykket av SHOOTMERISTEMLESS , et gen som er involvert i opprettholdelsen av en udifferensiert tilstand av meristematiske stamceller (som deler seg sakte). [ 19 ]

Retinoblastomveien (RB/ E2F /DP-veien) finnes ikke bare hos dyr og planter, men forekommer også i flagellater som Chlamydomonas . [ 20 ] En human tumorsuppressorhomolog, kalt RETINBLASTOMA RELATED1, beskrevet i A. thaliana , regulerer celleproliferasjon i meriestemer; det reguleres via fosforylering av syklinavhengige kinaser. [ 21 ]

Et kjennetegn ved stor fleksibilitet til planteceller er tillateligheten mot endorduplikasjoner, det vil si duplikasjoner av det kromosomale komplementet ( ploideendringer ), som skyldes replikering av det genetiske innholdet uten mediering av cytokinese . Denne mekanismen er vanlig i visse vev og organismer, men kan også forekomme i hele planter. Fordi det vanligvis forbindes med en større cellestørrelse, har det vært gjenstand for seleksjon i planteavl. Dette faktum er forklart på grunn av den fastsittende naturen til planteorganismer og derfor umuligheten av å utføre unngåelsesatferd i møte med miljøbelastninger; dermed kan stressede planter med et høyere antall genomkopier være mer motstandsdyktige. Eksperimentelle data støtter ikke alltid denne hypotesen. [ 22 ]

Referanser

  1. a b c d e f g h Lodish et al. (2005). Cellulær og molekylærbiologi . Buenos Aires: Pan American Medical. ISBN 950-06-1974-3 . 
  2. ^ Tavassoli (1980). "Celleteorien: et grunnlag for biologiens byggverk". American Journal of Pathology januar; 98(1): 44 . [1] 
  3. Paniagua, R.; Nistal, M.; Sesma, P.; Álvarez-Uría, M.; Friar, B.; Anadón, R. og José Sáez, F. (2002). Plante- og dyrecytologi og histologi . McGraw-Hill Interamericana de España, SAU ISBN 84-486-0436-9 . 
  4. abc Alberts et al ( 2004). Cellens molekylærbiologi . Barcelona: Omega. ISBN 54-282-1351-8 . 
  5. Nobelprize.org: søk "Hunt"
  6. Hartwell, LH "Tjuefem år med cellesyklusgenetikk." Genetikk , 1991.
  7. Grana X, Reddy EP. Cellesykluskontroll i pattedyrceller: rollen til sykliner, syklinavhengige kinaser (CDK), vekstundertrykkende gener og syklinavhengige kinasehemmere (CKI). Onkogen. 1995 20. juli;11(2):211-9.
  8. a b Bartek, J.; Lucas, J.; Bartkova, J. (1999), «Perspective: Defects in cell cycle control and cancer» , Journal of pathology 187 (1): 95-99, doi : 10.1002/(SICI)1096-9896(199901)187:1<95 ::AID-PATH249>3.0.CO;2-#  .
  9. Mathews, C.K.; Van Holde, KE og Ahern, KG (2003). «6». Biokjemi (3 opplag). s. 204 ff. ISBN 84-7892-053-2 . 
  10. a b Soussi, T.; Legros, Y.; Lubin, R.; Ory, K.; Schlichtholz, B. (1994), "Multifaktoriell analyse av p53 endring i human cancer: a review" , Int J Cancer 57 (1): 1-9, doi : 10.1002/ijc.2910570102  .
  11. Stephen J. Elledge "Cell Cycle Checkpoints: Preventing an Identity Crisis." Vitenskap 6. desember 1996: Vol. 274. Nr. 5293, s. 1664-1672; DOI: 10.1126/science.274.5293.1664.
  12. ^ M, Bruno; Sheen, Jen (2008), "Cytokinin og auxin-interaksjon i rotstamcelle-spesifikasjon under tidlig embryogenese" , Nature 453 (7198): 1094, doi : 10.1038/nature06943 , arkivert fra originalen 2008-05 . uuml]» ignorert ( hjelp ); Ignorert "ller"-tekst ( hjelp ) . 
  13. Dinnny, JR; Benfey, PN (2008), "Plant Stem Cell Niches: Standing the Test of Time" , Cell 132 (4): 553-557, doi : 10.1016/j.cell.2008.02.001  .
  14. Simillion, Cedric; Vandepoele, Klaas; Van Montagu, Marc CE; Zabeau, Marc; Van De Peer, Yves (2002), «The hidden duplication past of Arabidopsisthaliana» (w) , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 99 (21): 13627, PMID  12374856 , doi : 10.1073/pnas. 212522399  .
  15. Stals, H.; Inzé, D. (2001), "When plant cells decide to divide" (w) , Trends in Plant Science 6 (8): 359-364, doi : 10.1016/S1360-1385(01)02016-7 , arkivert fra den 20. februar 2009  .
  16. Criqui, MC; Parmentier, Y.; Derevier, A.; Shen, W.H.; Dong, A.; Genschik, P. (2000), «Cell cycle-dependent proteolysis and ectopic overexpression of cyclin B1 in tobacco BY2 cells», The Plant Journal 24 (6): 763-773, doi : 10.1111/j.1365-313X.2000. t01-1-.x  .
  17. Khadaroo, B.; Robbens, S.; Ferraz, C.; Derelle, E.; Eychenie, S.; Komfyr.; Peaucellier, G.; Delseny, M.; Demaille, J.; Van DePeer, Y.; Others (2004), "The first green lineage cdc25 dual-specificity phosphatase" (w) , Cellesyklus 3 (4): 513-8  .
  18. De Veylder, L.; Beeckman, T.; Beemster, GTS; Krols, L.; Terras, F.; Landrieu, I.; Van Der Schueren, E.; Maes, S.; Naudts, M.; Inze, D. (2001), "Functional Analysis of Cyclin-Dependent Kinase Inhibitors of Arabidopsis" , The Plant Cell 13 (7): 1653  . ( brutt lenke tilgjengelig på Internet Archive ; se historikk , første og siste versjon ).
  19. Heisler, MG; Ohno, C.; Das, P.; Sieber, P.; Reddy, G.V.; Long, J.A.; Meyerowitz, EM (2005), "Patterns of Auxin Transport and Gene Expression during Primordium Development Revealed by Live..." , Current Biology 15 (21): 1899-1911, doi : 10.1016/j.cub.2005.09.052  .
  20. Umen, JG; Goodenough, UW (2001), "Control of cell division by a retinoblastom protein homolog in Chlamydomonas" (w) , Genes & Development 15 (13): 1652-1661, doi : 10.1101/gad.892101  .
  21. Dewitte, Walter; Scofield, Simon; Alcasabas, Annette A.; Maughan, Spencer C.; Menges, Margit; Braun, Nils; Collins, Carl; Nieuwland, Jeroen; Prinsen, Els; Sundaresan, Venkatesan; Murray, James AH (2007), "Arabidopsis CYCD3 D-type cykliner kobler celleproliferasjon og endosykler og er hastighetsbegrensende for cytokininresponser" (w) , Proceedings of the National Academy of Sciences 104 (36): 14537, PMID  17726100 , doi : 10.1073/pnas.0704166104  .
  22. Leiva-net, JT; Grafi, G.; Sabelli, PA; Dante, R.A.; Woo, Y.; Maddock, S.; Gordon-kamm, WJ; Larkins, BA (2004), "En dominerende negativ mutant av cyklinavhengig kinase reduserer endoreduplication, men ikke cellestørrelse ..." , The Plant Cell 16 (7): 1854  . ( brutt lenke tilgjengelig på Internet Archive ; se historikk , første og siste versjon ).

Bibliografi

Eksterne lenker