Slide 1

Univerzitet u SarajevuPrirodno-matematiki fakultetOdsjek za biologijuSarajevoTema:Regulatori napredovanja kroz stanini ciklusSeminarski rad iz predmeta: GenetikaMentor: Autor:Prof. dr. Hilada Nefi Melisa VrabacSarajevo, mart 2015.

Stanini ciklus

Stanini ciklusStanini ciklusiliciklus stanine diobeje niz dogaaja ustanicikoji vode do diobe odnosno udvostruenja (replikacije) ime nastaju dvije stanice keri.

Kod organizama koji nemaju jezgru (prokariota), stanini se ciklus odvija procesombinarne diobe.

U stanicama koje imaju jezgru (eukariotima), stanini ciklus se sastoji odinterfaze(I) imitoznefaze (M).

Nakon to se zavri dioba jedra, slijedi dioba cijele stanice,citokineza.

Staninu diobuine mitoza i citokineza.Interfaza se sastoji od tri podfaze, G1, S i G2 (eng. G = gap).

Za vrijeme interfaze stanica raste, nakuplja hranjive tvari koje su joj potrebne za staninu diobuiudvostruenje DNK.

Mitoza se sastoji od pet podfaza:profaze,prometafaze,metafaze,anafazeitelofaze

U mitoznoj fazi stanica se dijeli u dvije zasebne stanice keri. U zavrnoj fazi nova stanica potpuno se podijelila. Ciklus dijeljenja stanice ivotni je proces u kojem se jednostanino oploeno jajacerazvije u zreliorganizam. Istim procesom rastekosa, koa,krvne stanicei obnavljaju se nekiorgani.

10Trajanje staninog ciklusa

Sve stanice prolaze isti stanini ciklusRazlika u duini trajanja pojedinih faza izmeu: istih tipova stanica u razliitih vrsta organizama razliitih tipova stanica jedne jedinke - trajanje interfaze u veine sisavaca je 20-tak sati, ali embrionalne stanice zavre cijeli ciklus za samo nekoliko sati -stanice koe neprekidno se dijele tijekom itavog ivota jedinke, a ivane i miine stanice se nikad ne dijeleRazlika u trajanju staninog ciklusa izmeu boba (Vicia faba) i ovjeka (Homo sapiens).

Kontrola staninog ciklusa-kritine take staninog ciklusaKontrolne toke tijekom staninog ciklusa omoguavaju provjeru pravilnosti udvostruavanja genetskog materijala (replikacije) i pravilnost raspodjele hromosoma.Take provjere staninog ciklusa su:Tokom G1 faze, a prije S fazeTokom G2 faze, a prije M fazeTokom M faze (u metafazi)U S fazi ne postoje take provjereKontrola staninog ciklusa

Uloga kontrolnih taki jeste da reguliraju napredovanje kroz stanini ciklus u odnosu na veliinu stanice i izvanstanine signale (faktori rasta i hranjive tvari). Kontrolne take ne doputaju ulaz u slijedeu fazu staninog ciklusa ako nisu izvrene radnje iz prethodne faze.Uloga ovih taaka jeste da otkrivaju nereplicirane ili oteene DNK i koordiniraju dalje napredovanje kroz stanini ciklus popravkom DNK ili dovrenjem replikacije.

Kritine take staninog ciklusaKontrola staninog ciklusa

Stanini ciklus kontroliraju:

unutarstanini signaliciklini i ciklin-ovisne kinaze (Cdk)proteini koji inhibiraju Cdkubikvitin ligaze i njihovi aktivatori (APC i drugi)regulatorni proteini transkripcije gena (p53 i E2F)

2. izvanstanini signalimitogeni (kemijske tvari, najee proteini, koji potiu stanicu na diobu (mitozu))imbenici (faktori) rasta i hormonI

unutarstanini i izvanstanini signali

Ograniavanje na samo jednu replikaciju DNK tokom staninog ciklusa

Kontrolna taka u G2- fazi ne doputa poetak mitoze ako prije toga nije zavrena S-faza i na taj nain ne doputa distribuciju nepotpuno replicirane DNK u stanice - keri.Molekularni mehanizam koji ograniava na samo jednu replikaciju DNK tokom cijelog staninog ciklusa ukljuuje djelovanje porodice proteina,kojisunazvaniMCM proteiniikojise veu za ishodite replikacije zajedno s proteinima kompleksa ishodita.

MCM proteiniikojise veu za ishodite replikacije zajedno s proteinima kompleksa ishodita

Regulatori napredovanja kroz stanini ciklusNajzanimljivije otkrie u savremenoj staninoj biologiji, jeste metoda funkcionisanja molekularnih mehanizama koji kontroliraju napredovanje eukariotske stanice kroz stanini ciklusStanini ciklus kod svih eukariota kontroliraju ouvani nizovi protein-kinaza koji su odgovorni za pokretanje glavnih prelazaka u staninom ciklusu.

MPF: Dimer Cdc2 i ciklinaTri eksperimentalna pristupa pridonijela su identifikaciji kljunih molekula koje uestvuju u regulaciji staninoga ciklusa:Ispitivanje abljih oocitaGenetika analiza kvascaProuavanje sinteze proteina u ranih embrija morskog jea

MPF je kljuna molekula odgovorna za regulaciju prelaska iz G2 u M-fazu kod svih eukariotaMPF je dimer ciklina B i Cdc2 protein-kinazeCiklini su proteini ija je uloga u induciranju mitoze gdje svojom periodikom akumulacijom i degradacijom kontroliraju ulazak i izlazak iz M-fazeCiklin B je regulatorna podjedinica potrebna za katalitiko djelovanje Cdc2 protein-kinaze

Regulacija MPF-aCdc2 formira komplekse s ciklinom B tokom faza S i G2.Zatim slijedi fosforilacija Cdc2 na treoninu-161 to je potrebnoza aktivnost Cdc2, kao i na tirozinu-15 (i tirozinu-14 kod kimenjaka) to inhibira aktivnost Cdc2. Defosforilacijom Thr14 i Tyr 15 aktivira se MPF i potie prelazak iz G2 u M-fazu. Aktivnost MPF prekida se pred kraj mitoze proteolitikom degradacijom ciklina B.

Regulacija ciklusa MPF-a

Porodice ciklina i kinaza ovisnih o ciklinimaCdc2 i ciklin B su lanovi velike porodice srodnih proteina s kojima se povezuju i kontroliraju napredovanje kroz pojedine faze stanioga ciklusaCdc2 kontrolira prolazak kroz START u spoju s odreenom vrstom ciklina nazvanih G1 ciklini ili Cln.Stanini ciklus viih eukariota ne kontroliraju samo mnogobrojni ciklini, ve i mnogobrojne Cdc2-srodne protein-kinaze, Cdk.

aktivnost Cdk regulira se spajanjem s ciklinima, aktivirajuom i inhibitornom fosforilacijom i vezanjem Cdk inhibitoraCdc2 kontrolira prolazak kroz START, kao i ulazak u mitozu kod kvasca i on to ini u vezi s odreenim ciklinima

Kod ivotinjske stanice:

- Kompleksi Cdk2 s ciklinom A imaju funkciju u napredovanju stanice kroz S-fazu.

- Prelazak iz G2 u M-fazu pokreu kompleksi Cdc2 s ciklinom B

Aktivnost Cdk tokom napredovanja kroz stanini ciklus reguliraju najmanje etiri molekularna mehanizma

Pored regulacije fosforilacijom, djelovanje Cdk tako|er kontrolira veza-nje proteina inhibitora (nazvani Cdk-inhibitori ili CKI) na komplekse Cdk/ciklini.

Faktori rasta i ciklini tipa DFaktori rasta stimuliraju proliferaciju ivotinjske stanice poticanjem sinteze ciklina tipa D U nedostatku faktora rasta, stanice ne mogu prei restrikcijsku taku i tako prelaze u stanje mirovanja, oznaeno sa G0

Kompleksi Cdk4,6/ciklin D vode stanicu kroz restrikcijsku taku u G1-fazuKljuni supstrat kompleksa Cdk4,6/ciklin D je tumor-supresorski protein Rb On regulie transkripciju gena potrebnih za napredovanje kroz stanini ciklus

U nedovoljno fosforiliranom obliku Rb se vee na lanove obitelji E2F transkripcijskih faktora koji reguliraju ekspresiju vie gena ukljuenih u stanini ciklus, ukljuujui i gen koji kodira ciklin E

Inhibitori napredovanja kroz stanini ciklusOteenje DNA i razliiti izvanstanini signali inhibiraju napredovanje kroz stanini ciklusOvi inhibicijski faktori djeluju tako da induciraju sintezu Cdk- inhibitora Djelovanje inhibitora Cdk s pomou proteina p53 u kontrolnoj taki u faziG1 dolazi do zaustavljanja staninoga ciklusa zbog oteenja DNAProtein p53 je transkripcijski regulator koji funkcionira, barem djelomino, u stimulaciji ekspresije inhibitora Cdk p21Protein p21 inhibira nekoliko kompleksa Cdk/ciklin, a njegova indukcija s pomou p53 predstavlja barem jedan od o p53-ovisnih mehanizama zaustavljanja staninoga ciklusanakon oteenja DNAOsim to inhibira napredovanje kroz stanini ciklus putem svoje interakcije s Cdk-ima, p21 moe i direktno sprijeiti replikaciju DNA

Najbolje prouen izvanstanini inhibitor proliferacije ivotinjskih stanica je TGF-b-polipeptidni faktor koji inhibira proliferaciju razliitih tipova epitelnih stanica zaustavljajui napredovanje kroz stanini ciklus u G1-faziDjelovanje se postie indukcijom inhibitora Cdk p15, koji se vee za komplekse Cdk4,6/ciklin DU nedostatku aktivnosti Cdk4,6, fosforilacija Rb-a je blokirana i stanini se ciklus zaustavlja u G1-faziZaustavljanje staninoga ciklusa deava se s pomou protein-kinaza Chk1 i Chk2. Chk1 i Chk2 koje fosforilacijom inhibiraju protein-fosfatazu Cdc25C, koja je odgovorna za defosforilaciju i aktivaciju kompleksa Cdc2/ciklin B.

HVALA NA PANJI !