A sejtciklus olyan szakaszok összessége, amelyek alkotják és elhatárolják a sejt életét . Ez a ciklus a növekedés több fázisából áll, amelyben a sejt növekszik és megduplázza genetikai anyagát (interfázis), és egy szakaszból, ahol osztódik (mitózis), hogy két azonos leánysejt keletkezzen (mitózis esetén). A leánysejtek reprodukálni fogják ezt a ciklust stb.
A sejtciklus különböző fázisainak időtartama in vitro mérhető optimális körülmények között:
Fajtól és sejttípustól függően:
A genom a eukarióták tartalmaz egy N számú típusú kromoszómák . Ez a szám fajonként eltér .
Minden diploid sejt típusonként két (azonos funkciójú) homológ kromoszómát tartalmaz - egyet az apától és egyet az anyától -, összesen 2-szer N, rövidítve "2N" kromoszómát.
Minden haploid sejt típusonként csak egy kromoszómát tartalmaz - az apa és az anya génjeinek keverékét, amelyet az áthaladás során kaptak , lásd alább - összesen 1-szer N, rövidítve "1N" kromoszómát.
A replikációs folyamat során keletkező kromoszómákat „ kromatidáknak ” vagy „testvérkromatidáknak” nevezik, és csak a mitózis / anafázissá vagy meiózissá / anafázissá válásuk után kezdik újra a „kromoszóma” nevet. Más források csak akkor használják a „kromatid” kifejezést, ha a kromoszómák centromerái érintkeznek egymással.
A sejtekben a kromoszómatípusonkénti kromatidák számát egy szám jelzi, amelyet egy C betű követ. Például kromoszómatípusonként 4 kromatid esetében „4C”.
Néhány példa :
Megjegyzés: Az egyértelműség kedvéért a következő illusztrációkat és szövegeket úgy írják, mintha csak egyetlen típusú kromoszóma lenne. Nyilvánvalóan emlékezni kell arra, hogy ezek az összes N típusú kromoszómára vonatkoznak.
Az interfázis az, amikor a sejt él, és mindent megtesz, amit programoz (a sejtciklus ~ 90% -a). Felosztásra is készül. A felosztás szakaszait az alábbiakban részletezzük:
A mitózis az, amikor a sejt megoszlik. A mitózist (sejtosztódás sejtszaporodással vagy anélkül) elsősorban a test minden szervének sejtszövetének növekedésére és regenerálódására használják - kromoszóma-replikáció és sejtosztódás útján. Ez a növekedés együtt jár a sejtek differenciálódásával .
A mitotikus osztódás során az anyasejt két genetikailag azonos leánysejtet eredményez. Az egyik leánysejt az anyasejttől való megkülönböztetés szakaszában marad, míg a másik e folyamat során nyeri el funkcionális tulajdonságát. A szövet tehát kétféle sejtből áll: azokból, amelyek biztosítják a származást, és azokból, amelyek biztosítják a funkciót. Például az őssejtek megkülönböztetés nélküli vonalak termékei, míg a funkcionális sejtek el vannak programozva meghalni. Ezek az utolsó munkák azon a cellán, amely megerősítette André Gernez doktor elméletét , amely 1971–72-ből származik. A felosztás szakaszait az alábbiakban részletezzük:
Megjegyzés: a valóságban van egy „prometafázis” köztes fázis, amelynek során megfigyelhető a mag burkolatának repedése, valamint a kinetochoros és poláris mikrotubulusok behatolása a „nukleáris zónába” (könnyebb ezt a fázist nem figyelembe venni) .
A meiózis célja kettős: egyrészt az apai és az anyai genom összekeverése , ezáltal a maximális genetikai variáció biztosítása, másrészt a haploid sejtek kromatiddá történő termelése a nemi szaporodás érdekében.
A megtermékenyítés során egy 1N-1C sejt összeolvad egy másik organizmus ivarsejtjével, így 2N-2C zigótát termel.
Néha "poszt-mitotikus" sejtekről beszélünk nyugalmi vagy öregedő sejtek kijelölésére. A multicelluláris eukarióták nem proliferatív sejtjei általában a G1 állapotból kerülnek a G0 nyugalmi állapotba, és nagyon sokáig, vagy akár korlátlan ideig nyugalmi állapotban maradhatnak (ami az idegsejtekben gyakran előfordul). Ez nagyon gyakran a teljesen differenciált sejtekben fordul elő. A sejtek öregedése a DNS lebomlása vagy károsodása következtében következik be, olyan károsodás következtében, amely egyébként a sejt utódok életképtelenségét eredményezné (karcinogenezis stb.). Vannak olyan sejtek, amelyek félig állandó időtartamra lépnek be a G0 fázisba, köztük néhány máj, vese és gyomor sejtje. Számos sejt azonban soha nem lép be a G0 fázisba, hanem tovább osztódik a szervezet egész élete során (pl. Hámsejtek).
Felirat:
A mechanizmusok sejtciklus szabályozás lényegében alapja a két egymást kiegészítő fehérje szerkezetek nevezett Cdk ( ciklin-függő kináz ) és a ciklin . A Cdk az alapkomponens, de amint a neve is sugallja, ciklinra van szüksége a funkcióinak aktiválásához. A CD-k és a ciklinek heterodimer komplexeket alkotnak.
Többféle Cdk és ciklin létezik. Az előbbieket számokkal, az utóbbiakat betűkkel azonosítják. Egy komplex esetében meg kell jegyezni, például: Cdk4 -CyclineD. A Cdk komplexeket képezhet több különböző ciklinnel és fordítva. Egy vagy több Cdk-ciklin komplex felel meg a sejtciklus minden fázisának.
A Cdk két lebenyből áll: az N lebeny, amely lényegében béta lapokból áll, és a C lebeny, amely lényegében alfa spirálokból áll. A két lebeny metszéspontjában van egy katalitikus hely, ahol a foszforiláció történik, amely aktiválja azokat a fehérjéket , amelyek szerepet játszanak a sejtciklusban (a sejtburok töredezése, a kromoszómák tömörítése, a DNS replikációja stb.). Ehhez a Cdk-nek ciklinekre és különféle szabályozó fehérjékre van szüksége. A hely két egymás mellé helyezett zsebből áll: az egyik a szubsztrát (a foszforilálandó fehérje), a másik az ATP fogadására . Lényegében a foszforilezés a foszfát-y átvitelével történik az ATP-től a szubsztrátig. A kapott ADP és a foszforilezett szubsztrát ezután felszabadul.
Inaktív állapotban a katalitikus helyre való belépést két fehérjehurk blokkolja: a PSTAIRE domén (az alkotó aminosavak kezdőbetűiről nevezték el) és a T hurok ( T-hurok ).
A ciklinnel való társulás során a PSTAIRE hurok egy olyan forgáson megy keresztül, amely az ATP zsebét formálja annak érdekében, hogy a szubsztrát foszforilációja során megfelelő trifoszfát orientációt kapjon.
Ugyanakkor a T-hurok kiszorul, és bizonyos CDK aminosavakat ( treonin 161, treonin 14 és tirozin 15) szabályozó kinázoknak tesz ki.
A ciklinek a Cdk-ciklin komplex elsődleges aktivátorai. Ezenkívül számos aktiváló és gátló kináz és foszfatáz szabályozza őket, valamint a CKI-knek (ciklin-függő kináz inhibitor) nevezett gátló molekuláknak.
Aktivátor kinázokAz átmenet során megtörténik a G1-hez szükséges gének átírása és az osztódásba lépés. Ezt az átírást két jelátviteli út stimulálja:
A D és E ciklinek génjei , valamint a p21 és p27 fehérjék átíródnak, beleértve az E2F szabályozása alatt a ciklint E is.
Ez a passzázs az R pont ellenőrzése alatt áll, maga több fehérje: Rb , E2F , cdk2 , cdk4 . A G1 fázisban a foszforilálatlan Rb kötődik és gátolja az E2F-et.
A passzálás során a cycD / cdk4 és a cycE / cdk2 hiperfoszforilát Rb (4 foszforilációs hely), amely felszabadítja az E2F-et . A szabad E2F heterodimert képez a DP fehérjével. Együtt transzkripciós faktor szerepet játszanak, és célgéneket indukálnak, lehetővé téve az S-fázisba való továbbjutást, amelynek során a DNS-szintézis végbemegy .
Ezt az átjárást a Cdk1-CyclineB komplex szabályozza.
Kezdetben a B ciklin kötődik a Cdk1-hez, ami a kar „kinyílását” okozza, amely hozzáférést biztosít a Cdk1 ATPasikus helyéhez. A ciklin B-Cdk1 összetett lesz foszforiieződik Wee1 enzim treonin 14 és tirozin 15 Cdk1 amely megakadályozza a hozzáférést a ATP , hogy az ATP-áz oldalon.
Ezután a CAK enzim foszforilálja a komplexet a Cdk1 treoninján 161, amely lehetővé teszi a kar "kinyitását", lehetővé téve a szubsztrát hozzáférését a Cdk1 szubsztrát helyéhez. Mivel az ATP helyhez való hozzáférés blokkolva van, a Cdk inaktív marad, így még nem tudja foszforilezni a szubsztrátot. Ezen a ponton a komplexet háromszor foszforilezzük. Ez képezi az MPF előtti részt.
Ahhoz, hogy ez utóbbi aktívvá váljon, és ezért a mitózisba való átjutást indukálja, a Cdc25 -nek defoszforilezni kell a 14. és 15. maradékon: ez a kar „kinyílását” teszi lehetővé, amely hozzáférést biztosít az ATPáz helyhez. A foszforilezett komplex csak a Cdk1 161. maradékán képezi az aktív MPF-et.
Az ATP az ATPáz helyén feladja foszfátcsoportját a szubsztrátnak, amely így foszforilálódik. A szubsztrát jellegétől függően ez a foszforilezés gátolja vagy aktiválja ezt a szubsztrátot.
Valódi verseny van tehát a Wee1, amely kináz, és ezért hajlamos a 14. és 15. maradékon foszforilálódni, és ezáltal inaktiválja az MPF-et, valamint a Cdc25, amely foszfatáz, és ezért hajlamos lesz a maradékok defoszforilezésére. és így aktiválja az MPF előtti aktív MPF-et. Van belépés a mitózis fázisába.
A Wee1 akkor aktív, ha nincs foszforilezve, míg a Cdc25 csak akkor aktív, ha foszforilezett. Ezért van más protein kináz és foszfatáz beavatkozása .
Alapelv: A tritionált radioaktív timidin (H3) a sejtmagba kerül, és csak olyan sejtekben épül be, amelyek DNS-e nukleotidokat tartalmaz, vagyis az S fázisú sejtekben. A timidin érdeke, hogy beépüljön a DNS-be, de az RNS-be ne. . A táptalaj öblítése, majd inkubálása után meg lehet mérni a radioaktív timidint tartalmazó sejtek arányát.
Alapelv: a sejteket fluoreszcens DNS-festékkel inkubáljuk. A fluoreszcencia mennyisége arányos a fluoreszcencia intenzitásával. Fluorimétert használunk . Így kiszámítható a G1 fázis időtartama. Az egyes fázisok időtartamát a három technika kombinálásával kapjuk meg.
A sejtciklus szabályozásának nagyon finomnak kell lennie. Például a rákokat anarchikus szaporodás jellemzi a sejtciklus-szabályozó rendszer megzavarása miatt. Lásd onkogének , amelyek gyakran a sejtciklus-szabályozásért felelős fehérjéket kódoló gének.
Megjegyzés: A sejtciklus során vannak olyan ellenőrzési pontok, amelyek lehetővé teszik a sejt számára, hogy ellenőrizze, hogy genetikai szinten (helytelen DNS-replikáció) és strukturális (rosszul formált mitotikus orsó) nem történt-e módosítás. Ezek a rendszerek nagyon fontosak genetikai örökségünk integritása szempontjából. Ezek az ellenőrző pontok megakadályozhatják a ciklus előrehaladását, ha a feltételek nem teljesülnek, és ezáltal apoptózishoz (programozott sejthalálhoz) köthetik a sejtet. Ezek az ellenőrzési pontok megváltoztathatók, és megakadályozhatják a sejtciklus szabályozását. Valójában van egy pillanatnyi válasz, és egy másik késik. Minden esetben mindkét válasz engedélyezve van. Az úgynevezett gyors válasz foszforilezésekkel működik, míg az úgynevezett késleltetett válasz transzkripciós faktort tartalmaz.