Презентация на тему: Клеточный цикл и его регуляция

Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Фазы клеточного цикла
Фаза G 0
Продолжительность клеточного цикла
Точка рестрикции
М-фаза подразделяется на шесть стадий
Клеточный цикл и его регуляция
Стадии митоза
Стадии митоза
Стадии митоза
Стадии митоза
Стадии митоза
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Моторика клеточного деления
Микротрубочки веретена
Микротрубочки веретена
Микротрубочки веретена
Центр образования МТ
Модель двухполюсного веретена
Модель двухполюсного веретена
Модель двухполюсного веретена
Модель двухполюсного веретена
Клеточный цикл и его регуляция
История изучения клеточного цикла
История изучения клеточного цикла
История изучения клеточного цикла
История изучения клеточного цикла
История изучения клеточного цикла
История изучения клеточного цикла
История изучения клеточного цикла
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Циклины и циклин-зависимые киназы
Регуляция активности Cdk
Активность Циклин- Cdk комплексов клеток млекопитающих в ходе клеточного цикла культивированных G 0 - клеток, стимулированных к делению ростовыми факторами
Способы регуляции содержания и активности Cdk
Способы регуляции содержания и активности Cdk
Способы регуляции содержания и активности Cdk
Способы регуляции содержания и активности Cdk
Ингибирование активности Cdk
Способы регуляции содержания и активности Cdk
Регуляция циклинов
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Контроль клетки за прохождением клеточного цикла
Контроль клетки за прохождением клеточного цикла
Сверочные точки ( checkpoints ) клеточного цикла
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Общие представления об апоптозе
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
Клеточный цикл и его регуляция
1/89
Средняя оценка: 4.7/5 (всего оценок: 30)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (5321 Кб)
1

Первый слайд презентации: Клеточный цикл и его регуляция

Изображение слайда
2

Слайд 2: Клеточный цикл

Клеточный цикл - жизненный цикл клетки от деления до следующего деления или смерти. Клеточный цикл включает митотическое деление и интерфазу - промежуток между делениями. Точная регуляция клеточного цикла является основой нормального развития и существования многоклеточного организма.

Изображение слайда
3

Слайд 3

Клетка не сможет разделиться до тех пор пока не произойдет: - удвоения ее генома (ДНК) в S (синтетической) фазе клеточного цикла; - компактной упаковки и разделения удвоенного генома в ходе митоза ( M фазы). Период между M и S фазами называется G 1 (от англ. gap – промежуток) - пресинтетический, а между S и M - G 2 - постсинтетический. Интерфаза Деление S G 2 G 1 M

Изображение слайда
4

Слайд 4

В фазе G 1 происходит рост клетки и подготовка хромосом для репликации; В S-фазе – синтез (репликация) ДНК и центриолей; В фазе G 2 – подготовка к делению; В фазе M – компактизация ДНК и ее точное деление на 2 части. Когда клетка находится в любой стадии клеточного цикла за исключением митоза, то она находится в стадии интерфазы. Интерфаза Деление S G 2 G 1 M

Изображение слайда
5

Слайд 5: Фазы клеточного цикла

М-фаза Митоз; Разделение хромосом; Деление клетки G 2 -фаза Подготовка к митозу Фазы клеточного цикла S -фаза Репликация ДНК; Синтез гистонов; Образование центросомы; Удвоение хромосом G 1 -фаза Синтез РНК и белков, рост клетки G 0 -фаза Клетки не делятся

Изображение слайда
6

Слайд 6: Фаза G 0

В фазе G 0 клетки пребывают в состоянии покоя и дифференцируются. Эта фаза является обратимой.

Изображение слайда
7

Слайд 7: Продолжительность клеточного цикла

24 часа Клетки человека в культуре : G 1 = 8 - 1 2 ч. ( высокий уровень синтеза РНК и белков ) S = 6 - 8 ч. ( синтез ДНК ) G 2 = 2 - 4 ч. ( уменьшенный синтез белков ) M = 1 ч. ( синтез РНК отсутствует ) В среднем продолжительность клеточного цикла составляет 24 ч. Различия в длительности клеточного цикла между тканями определяются в основном длиной фазы G 1. Некоторые клетки делятся очень медленно, оставаясь в G 1 -фазе многие дни или даже годы. S G 2 G 1 M

Изображение слайда
8

Слайд 8: Точка рестрикции

Точка рестрикции S G 2 G 1 M По окончании G1 клетки переключаются на автономную программу регуляции. Все физиологические задержки и остановки цикла происходят в фазе G1. Только повреждение какой либо клеточной структуры может остановить цикл в других фазах. Критическим пунктом клеточного цикла является точка рестрикции в конце фазы G1. Именно здесь клетка "принимает решение" переходить в фазу S или углубиться в состояние покоя. Клетки, израсходовавшие свой пролиферативный потенциал, останавливаются в G1 из-за утраты способности переходить точку рестрикции.

Изображение слайда
9

Слайд 9: М-фаза подразделяется на шесть стадий

Интерфаза Профаза Прометафаза Метафаза Анафаза Телофаза Центросомы Ядро Ядерная мембрана Ядрышко Хроматиды Формирующееся веретено Центросомы Ядерная мембрана Кинетохорные микротрубочки Экваториальная плоскость Дочерние хромосомы

Изображение слайда
10

Слайд 10

Профаза Прометафаза Метафаза Анафаза Телофаза Центросомы Ядро Ядерная мембрана Ядрышко Хроматиды Формирующееся веретено Центросомы Ядерная мембрана Кинетохорные микротрубочки Экваториальная плоскость Дочерние хромосомы Период, во время которого происходят сложные приготовления к митозу ( G1-S-G2) Интерфаза

Изображение слайда
11

Слайд 11: Стадии митоза

Интерфаза Прометафаза Метафаза Анафаза Телофаза Центросомы Ядро Ядерная мембрана Ядрышко Хроматиды Формирующееся веретено Центросомы Ядерная мембрана Кинетохорные микротрубочки Экваториальная плоскость Дочерние хромосомы Хроматин конденсируется в отчетливо видимые хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. В конце профазы цитоплазматические микротрубочки, составляющие часть интерфазного цитоскелета, распадаются и начинается образование веретена - главного компонента митотического аппарата. Сборка веретена происходит вначале вне ядра. Профаза

Изображение слайда
12

Слайд 12: Стадии митоза

Интерфаза Метафаза Анафаза Телофаза Центросомы Ядро Ядерная мембрана Ядрышко Хроматиды Формирующееся веретено Центросомы Ядерная мембрана Кинетохорные микротрубочки Экваториальная плоскость Дочерние хромосомы Начинается с быстрого распада ядерной оболочки. На каждой центромере образуются кинетохоры, которые прикрепляются к кинетохорным микротрубочкам. Остальные микротрубочки веретена называются полюсными, а лежащие вне веретена - астральными. Кинетохорные микротрубочки тянут хроматиды в разные стороны, что приводит к интенсивному движению хромосом. Профаза Прометафаза

Изображение слайда
13

Слайд 13: Стадии митоза

Интерфаза Метафаза Анафаза Телофаза Центросомы Ядро Ядерная мембрана Ядрышко Хроматиды Формирующееся веретено Центросомы Ядерная мембрана Кинетохорные микротрубочки Экваториальная плоскость Дочерние хромосомы Профаза Прометафаза Кинетохорные микротрубочки приводят каждую хромосому в экваториальную плоскость на полпути между полюсами веретена. Хромосомы образуют здесь метафазную пластинку, в которой они удерживаются натяжением кинетохоных микротрубочек, отходящих от них к противоположным полюсам веретена. Метафаза

Изображение слайда
14

Слайд 14: Стадии митоза

Интерфаза Профаза Прометафаза Метафаза Анафаза Телофаза Центросомы Ядро Ядерная мембрана Ядрышко Хроматиды Формирующееся веретено Центросомы Ядерная мембрана Кинетохорные микротрубочки Экваториальная плоскость Дочерние хромосомы Стадии митоза Интерфаза Метафаза Анафаза Телофаза Центросомы Ядро Ядерная мембрана Ядрышко Хроматиды Формирующееся веретено Центросомы Ядерная мембрана Кинетохорные микротрубочки Экваториальная плоскость Дочерние хромосомы Профаза Прометафаза Знаменуется внезапным разделением парных кинетохоров каждой хромосомы, после чего две хроматиды начинают медленно расходится к противоположным полюсам. Анафаза А – кинетохорные микротрубочки укорачиваются, хромосомы приближаются к полюсам. Анафаза В – происходит удлинение полярных микротрубочек и полюсы веретена еще дальше отодвигаются друг от друга. Анафаза

Изображение слайда
15

Слайд 15: Стадии митоза

Интерфаза Профаза Прометафаза Метафаза Анафаза Телофаза Центросомы Ядро Ядерная мембрана Ядрышко Хроматиды Формирующееся веретено Центросомы Ядерная мембрана Кинетохорные микротрубочки Экваториальная плоскость Дочерние хромосомы Стадии митоза Интерфаза Метафаза Анафаза Телофаза Центросомы Ядро Ядерная мембрана Ядрышко Хроматиды Формирующееся веретено Центросомы Ядерная мембрана Кинетохорные микротрубочки Экваториальная плоскость Дочерние хромосомы Профаза Прометафаза (от греч. telos – конец) разделившиеся дочерние хроматиды подходят к полюсам и кинетохорные микротрубочки исчезают. Полярные микротрубочки продолжают удлиняться. Вокруг каждой группы дочерних хроматид образуется новая ядерная оболочка. Хроматин деконденсируется, появляются ядрышки. Телофаза

Изображение слайда
16

Слайд 16

Сестринские хроматиды МИТОЗ ЦИТОКИНЕЗ Конденсирующийся хроматин Центромеры Митотическое веретено Разделение сестринских хроматид Формирование дочерних клеток Процесс разделения цитоплазмы. Обычно начинается где-то в анафазе. Мембрана в экваториальной области начинает втягиваться внутрь по направлению оси веретена. Образуется борозда деления, которая постепенно углубляется, пока не дойдет до остатков веретена, расположенного между ядрами. Этот мостик (остаточное тельце - область перекрывания микротрубочек) может некоторое время сохраняться, а затем исчезает, что ведет к полному разделению дочерних клеток. Остаточное тельце Сократимое кольцо, образующее борозду деления

Изображение слайда
17

Слайд 17

Интерфаза Профаза Прометафаза Метафаза Анафаза Телофаза

Изображение слайда
18

Слайд 18: Моторика клеточного деления

В ходе клеточного деления хроматиды сегрегируют по биполярному веретену. В начале каждой М-фазы интерфазный цитоплазматический комплекс микротрубочек постепенно исчезает и собирается биполярное веретено. Имеются важные особенности веретена деления, общие для всех типов клеток эукариот. Это должны быть два поля веретена, от которых отходят динамические МТ однородной полярности (с минус-концами на полюсах и плюс-концами на экваторе веретена). Хромосомы должны захватываться и стабилизироваться плюс-концами микротрубочек через кинетохор и переноситься в метафазную пластинку. Это общий план, позволяющий хромосомам в дальнейшем сегрегировать в результате переноса к полюсам в ходе анафазы.

Изображение слайда
19

Слайд 19: Микротрубочки веретена

Микротрубочки (МТ), ответственные за движение хромосом в ходе клеточного деления, представляют собой полые цилиндры, образованные молекулами тубулина. Гетеродимерный филогенетически высоко консервативный белок тубулин, состоящий из двух субъединиц, обладает способностью связывать две молекулы гуанозин-5'-трифосфата (ГТФ). +  - тубулин  - тубулин GTP GDP  - тубулин  - тубулин Субъединица Протофиламент таксол

Изображение слайда
20

Слайд 20: Микротрубочки веретена

Сборка протофиламента Сборка пластины Элонгация микротрубочки (+)конец (-)конец GDP- микро-трубочка GTP- кэп  - тубулин  - тубулин Для полимеризации тубулина необходимо присутствие ГТФ, ионов Mg 2+ и удаление ионов Ca 2+. Полимеризация тубулина с образованием МТ сопровождается гидролизом ГТФ, по одной молекуле ГТФ на одну присоединенную субъединицу.

Изображение слайда
21

Слайд 21: Микротрубочки веретена

Веретено деления является динамической структурой, свойства которой зависят от полимеризации и деполимеризации составляющих ее МТ. Быстро растущие плюс-концы МТ имеют трехкратное преимущество в скорости роста по сравнению с минус-концами, что объясняется конформационными особенностями полимеризующихся структур. Нуклеация, медленно Рост, Гидролиз GTP, быстро Деполимеризация, быстро «Кэпирование»

Изображение слайда
22

Слайд 22: Центр образования МТ

Центром образования МТ – затравкой - является центриоль, на которой происходит стабилизация минус-концов и нуклеация МТ. МТ митотического веретена пребывают в состоянии необычайно быстрой сборки и разборки. Центр организации постоянно продуцирует новые МТ, которые направлены случайным образом, а их минус-концы заякорены и защищены от деполимеризации. МТ, растущая из такого центра, может стать стабильной при условии, что ее плюс-конец окажется каким-либо образом закрытым («кэпированным»).

Изображение слайда
23

Слайд 23: Модель двухполюсного веретена

Звезда Центросома Астральные МТ Полярные МТ Кинетохорные МТ

Изображение слайда
24

Слайд 24: Модель двухполюсного веретена

Новые МТ отрастают в случайных направлениях от двух центросом. Их плюс-концы динамически нестабильны и резко переходят от равномерного роста к быстрому укорочению, при котором часто деполимеризуется вся МТ. Таким образом МТ, берущие начало в центре организации, могут стабилизироваться событиями, происходящими в других участках клетки.

Изображение слайда
25

Слайд 25: Модель двухполюсного веретена

Изображение слайда
26

Слайд 26: Модель двухполюсного веретена

Когда две МТ от противоположных центосом взаимодействуют в зоне их перекрывания, белки, связанные с МТ сшивают их друг с другом, прикрывая и стабилизируя их плюс-концы и уменьшая вероятность их деполимеризации.

Изображение слайда
27

Слайд 27

Для успешного деления клетка должна реплицировать ДНК, причем только один раз. Упаковать генетическую информацию и разделить ее поровну по дочерним клеткам. Удвоение ДНК и сегрегация хромосом разделены во времени – жизнь клетки подразделяется на стадии: подготовка к репликации ( G1), синтез ДНК ( S ), подготовка к митозу ( G2 ) и митоз (М). Основная стратегия разграничения стадий клеточного цикла – построение ингибиторных барьеров, которые необходимо преодолеть для перехода в следующую фазу. Механизм стимуляции и регламентации перехода клетки к разным фазам цикла и составляет систему РЕГУЛЯЦИИ КЛЕТОЧНОГО ЦИКЛА.

Изображение слайда
28

Слайд 28: История изучения клеточного цикла

Эксперименты, проведенные в начале 1970-х показали, что яйца взрослых лягушек Xenopus laevis производят фактор, который будучи введенным в незрелые ооциты, находящиеся в G2 фазе, запускает в них мейоз, таким образом готовя их для оплодотворения. Фактору дали имя maturation-promoting factor, или MPF. Экстракты из многих клеток - от дрожжей до человека -имели MPF активность, но она проявлялась не на всех стадиях клеточного цикла. Экстракты из клеток в G1 и S фазе не содержали MPF. Однако когда клетка приближалась к митозу, активность появлялась, а после деления резко исчезала.

Изображение слайда
29

Слайд 29: История изучения клеточного цикла

Вторым направлением исследований была генетика дрожжей с различными мутациями, изменяющими нормальное течение клеточного цикла. Было выделено множество мутантных штаммов с нарушенным клеточным циклом. Старт cdc28 cdc24 cdc7 cdc31 Почкование Синтез ДНК Формирование веретена cdc20 Митоз cdc3 Цитокинез

Изображение слайда
30

Слайд 30: История изучения клеточного цикла

Вторым направлением исследований была генетика дрожжей с различными мутациями, изменяющими нормальное течение клеточного цикла. Было выделено множество мутантных штаммов с нарушенным клеточным циклом. Старт cdc28 cdc24 cdc7 cdc31 Почкование Синтез ДНК Формирование веретена cdc20 Митоз cdc3 Цитокинез Остановка в состоянии G1 в точке старта

Изображение слайда
31

Слайд 31: История изучения клеточного цикла

Вторым направлением исследований была генетика дрожжей с различными мутациями, изменяющими нормальное течение клеточного цикла. Было выделено множество мутантных штаммов с нарушенным клеточным циклом. Старт cdc28 cdc24 cdc7 cdc31 Почкование Синтез ДНК Формирование веретена cdc20 Митоз cdc3 Цитокинез ДНК реплицирована, почка сформирована, ПТВ не удвоено

Изображение слайда
32

Слайд 32: История изучения клеточного цикла

Вторым направлением исследований была генетика дрожжей с различными мутациями, изменяющими нормальное течение клеточного цикла. Было выделено множество мутантных штаммов с нарушенным клеточным циклом. Старт cdc28 cdc24 cdc31 Почкование Синтез ДНК Формирование веретена cdc20 Митоз cdc3 Цитокинез ДНК не реплицирована, почка сформирована, ПТВ удвоено cdc 8

Изображение слайда
33

Слайд 33: История изучения клеточного цикла

Вторым направлением исследований была генетика дрожжей с различными мутациями, изменяющими нормальное течение клеточного цикла. Было выделено множество мутантных штаммов с нарушенным клеточным циклом. Старт cdc28 cdc31 Почкование Синтез ДНК Формирование веретена cdc20 Митоз cdc3 Цитокинез ДНК реплицирована, почка не образовалась, ПТВ удвоено cdc 8 cdc24

Изображение слайда
34

Слайд 34: История изучения клеточного цикла

Одна из мутаций, сdc2 (сell division cycle), была обнаружена в начале 1980-х Paul Nurse. Продукт гена cdc2 играет важную роль в работе молекулярного аппарата клеточного цикла. Теперь известно, что это протеин киназа с молекулярным весом 34000д. Очень близкая к ней протеинкиназа, являющаяся продуктом гена CDC28, с аналогичной функцией была обнаружена Lee Hartwell у почкующихся дрожжей S. cerevisiae. Эти киназы обозначаются вместе как р34. В дальнейшем они и их гомологи, выделенные из других организмов были названы Cdk ( C yclin d ependent k inase), то есть циклин-зависимыми киназами.

Изображение слайда
35

Слайд 35

История изучения клеточного цикла В 1983 году Tim Hunt изучал контроль белкового синтеза в яйцах морского ежа и обнаружил, что через 10 минут после оплодотворения появился новый белок. Белок появлялся и исчезал с каждым клеточным делением, из-за чего его назвали циклином. Подъемы и спады уровня циклина были согласованы с концентрацией MPF. Интерфаза Митоз Митоз Интерфаза Митоз Относительная концентрация Время Циклин MPF

Изображение слайда
36

Слайд 36

История изучения клеточного цикла Выделение и очищение MPF было очень долгим процессом. В 1988 году было обнаружено, что MPF состоит из двух белков с молекулярными массами 34000 и 45000д. Анализ первого белка с помощью антител к р34 дрожжей показали, что это одинаковые белки. Дальнейшая работа показала, что второй компонент MPF - циклин. В 2001 году Paul Nurse, Tim Hunt и Lee Hartwell за свои революционные исследования регуляции клеточного цикла получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Paul Nurse Tim Hunt L eland Hartwell

Изображение слайда
37

Слайд 37: Циклины и циклин-зависимые киназы

Циклин зависимые киназы (Cdk) - это клеточные машины, которые запускают события клеточного цикла и являются своеобразными часами этих событий. Кроме того, они выполняют функцию информационных процессоров, которые интегрируют внеклеточные и внутриклеточные сигналы для тонкой координации событий клеточного цикла. Изучение Cdk необходимо для понимания фундаментальных механизмов контроля клеточного цикла.

Изображение слайда
38

Слайд 38: Регуляция активности Cdk

Циклин зависимые киназы (Cdk) – это семейство АТФ-зависимых протеинкиназ, схожих между собой по структуре и функции. Главная структурная особенность – наличие определенных препятствий, не позволяющих Cdk связывать субстраты в активном центре без активаторной субъединицы – циклина. В гетеродимерной (состоящей из 2 разных субъединиц) протеин к иназе циклин является регуляторной субъединицей, а Cdk ( циклин-зависимая киназа) – каталитической субъединицей. Cdk неактивная Циклин Присоединение к аллостерическому сайту Циклин Cdk активная Энзиматически-активный комплекс. Активная Cdk имеет измененную конформацию по сравнению с неактивной

Изображение слайда
39

Слайд 39: Активность Циклин- Cdk комплексов клеток млекопитающих в ходе клеточного цикла культивированных G 0 - клеток, стимулированных к делению ростовыми факторами

Точка рестрикции

Изображение слайда
40

Слайд 40: Способы регуляции содержания и активности Cdk

Не все Cdk одновременно присутствуют в клетке на разных стадиях ее цикла. Важным моментом является активация гена той или иной Cdk. Например, комплексы G1 периода (Циклин D - Cdk4/6 и циклин E-Cdk2 ) запускают транскрипцию гена киназы Cdk1, которая необходима для образования комплексов G2 и M. 1. Регуляция синтеза самих Cdk.

Изображение слайда
41

Слайд 41: Способы регуляции содержания и активности Cdk

Первичный механизм активации - связывание с субъединицей циклина. Активирующее фосфорилирование Cdk. Связывание циклина А с Cdk2 увеличивает киназную активность последней на несколько порядков. Это объясняется конформационными измененими Cdk. Фосфорилирование Cdk необходимо лишь для улучшения связывания с белковым субстратом. 2. Регуляция активности Cdk.

Изображение слайда
42

Слайд 42: Способы регуляции содержания и активности Cdk

Связывание с ингибиторной субъединицей 2. Регуляция активности Cdk. Cdk 2 Cyc A Cip/Kip Неактивен Cdk 4/6 Cyc D Cip/Kip Cdk 2 Cyc A Активен

Изображение слайда
43

Слайд 43: Способы регуляции содержания и активности Cdk

Связывание с ингибиторной субъединицей 2. Регуляция активности Cdk. Существует два основных семейства CKI (cyclin kinase inhibitor) белков, осуществляющих ингибирование Cdk. Представители первого семейства Cip/Kip (CDK inhibitory protein) - р21, р27 и р57, ингибируют Cdk2 и Cdk4/6 циклиновые комплексы, осуществляя G1 и G1/S контроль. Представители второго семейства INK4 (inhipitor of kinase 4) - р15, р16, р18 и р19, узкоспецифичны для Cdk4/6-цD комплексов и осуществляют аналогичные функции.

Изображение слайда
44

Слайд 44: Ингибирование активности Cdk

Как следует из функциональных особенностей CKI, их активация происходит, когда дальнейшее продолжение клеточного цикла нежелательно. Например, лишение клеток питательных веществ приводит к увеличению уровня р27, а внеклеточный ингибитор роста TGF- вызывает увеличение уровня р15. Повреждения ДНК активирует транскрипцию р21 под действием белка р53. Белок p21 способен ингибировать белок PCNA, принимающий участие в репликации ДНК. Таким образом, осуществляется остановка клетки в сверочной точке G1 фазы, что позволяет клетке репарировать повреждения ДНК. S G 2 G 1 M G 0 Cdk 4/6 Cyc D Белки INK p15, p16, р18, р19 Cdk 2 Cyc E Cdk 2 Cyc A Белки KIP1 p21, p27, p57 Cdk 2 Cyc B Cdk 1 Cyc B MPF p21

Изображение слайда
45

Слайд 45: Способы регуляции содержания и активности Cdk

Ингибирующее фосфорилирование вносит вклад в отсчет времени митоза. До митоза комплекс циклин В-Cdk1 инактивирован фосфорилированием по треонину-14 и тирозину-15. Фосфорилирование остатков у позвоночных осуществляется Myt1 и Wee1 соответственно. К концу G2 резкое дефосфорилирование этих двух остатков активирует Cd k1 и запускает митоз. Дефосфорилирование осуществляется фосфатазами семейства Cdc25. 2. Регуляция активности Cdk. Cdk 1 Cyc B Неактивен P P Myt1 Wee1 Cdk 1 Cyc B P P фосфорилирование Cdc 25 дефосфорилирование G2 M Активен

Изображение слайда
46

Слайд 46: Регуляция циклинов

Регуляция циклинов осуществляется на двух уровнях. транскрипция генов деградация белка Регуляция транскрипции генов циклинов у высших эукариот изучена на примере перехода ограничительной точки клеточного цикла. Центральную роль в этом переходе играет E2F - фактор транскрипции некоторых генов, необходимых для синтеза ДНК в S фазе. Он стимулирует также транскрипцию генов циклина А, циклина Е и своего собственного гена. G 1 S Cdk 2 Cyc A Cdk 2 Cyc E

Изображение слайда
47

Слайд 47

Регуляция циклинов - Транскрипция генов В неделящихся клетках и клетках G1 фазы белок pRb находися в нефосфорилированном состоянии. Белок pRb ингибирует E2F, связываясь с ним. Факторы роста стимулируют транскрипцию циклина D. Происходит накопление комплексов циклин D-Cdk4, которые начинают фосфорилировать Rb, что приводит к его диссоциации от E2F. Cdk 4/6 Cyc D p16 Неактивная киназа p16 Cdk 4/6 Cyc D E2F pRb E2F P P P pRb

Изображение слайда
48

Слайд 48

Освободившийся E2F стимулирует транскрипцию своего гена и гена циклина Е. Образующийся вследствие этого комплекс Cdk2-цЕ, еще активнее фосфорилирует pRb. Таким образом, сеть эффектов через петлю положительной обратной связи приводит к быстрому возрастанию E2F зависимой транскрипции и переходу клетки в начало S фазы. Вскоре после этого в клетке появляются комплексы Cdk2-цА, которые фосфорилируют E2F, уменьшая его способность связываться с ДНК. E2F Ген E2F Ген цЕ E2F Cdk 2 Cyc E P P P pRb P+ Cdk 2 Cyc A P+ Регуляция циклинов - Транскрипция генов

Изображение слайда
49

Слайд 49

Регуляция циклинов - Разрушение протеолизом Таким образом контролируется, например, выход из митоза. Деструкция митотических циклинов необходима для начала телофазы и подготовки к следующему циклу. Распад короткоживущих белков является убиквитин-зависимым. Убиквитин ( Ub) – небольшой белок (76 ам), который связывается с белками, тем самым «метит» их для разрушения в протеосомах. Протеосомы - это нелизосомальные мультикаталитические протеиназы, обнаруженные у эукариот, широко распространенные в цитоплазме. Большая часть цитозольного протеолиза осуществляется именно протеосомами. Протеосома состоит из 14 субъединиц, представляющих собой различные протеазы. Они образуют бочкообразную структуру с активными центрами внутри. Большие протеазные комплексы по крайней мере из десяти различных полипептидов образуют дно и крышку такой бочки. Их роль, видимо, заключается в транспорте убиквитинированных белков в центр бочки.

Изображение слайда
50

Слайд 50

Регуляция циклинов - разрушение протеолизом Для присоединения Ub к белку-мишени требуются три фермента. Убиквитин-активирующий фермент (E1) - Формирует по С-концу Ub тиоэфирную связь Убиквитин-конъюгирующий фермент (E 2 ) - принимает Ub на себя. Убиквитин-лигаза (E 3 ) - переносит Ub с Е2 на белок. Цитозольный протеин-мишень Шаги 1, 2, 3 n -раз протеосома пептиды E 2 и Е3 представлены различными формами, специфичными в отношении тех или иных белков Помеченные цепочками Ub белки быстро разрушаются в протеосомах

Изображение слайда
51

Слайд 51

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митогенов Практически все сигнальные пути, регулирующие пролиферацию клеток, направлены на комплексы G1 периода – в основном Cdk4/6- ц D и, в меньшей степени, Cdk 2 - ц E. Именно данные комплексы запускают очередной процесс деления клетки. Ядро

Изображение слайда
52

Слайд 52

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митогенов 1. Внешний сигнал ростового фактора приводит к активации киназы, связанной с рецептором Ядро

Изображение слайда
53

Слайд 53

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митогенов 2. Это ведет (через те или иные посредники) к запуску каскадов митогенактивируемых протеинкиназ ( MAPK) Ядро MAPK

Изображение слайда
54

Слайд 54

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митогенов 3. Конечные ферменты MAPK фосфорилируют ряд транскрипционных факторов, активирующих гены раннего ответа ( FOS и JUN ) Ядро MAPK Транскрипционные факторы генов раннего ответа гены FOS и JUN

Изображение слайда
55

Слайд 55

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митогенов 4. Продукты семейства FOS и JUN – это транскрипционные факторы, специфичные в отношении генов замедленного ответа. Ядро MAPK Транскрипционные факторы генов раннего ответа гены FOS и JUN Транскрипционные факторы генов замедленного ответа

Изображение слайда
56

Слайд 56

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митогенов 5. Гены замедленного ответа, экспрессируясь запускают клеточный цикл. Среди них гены циклина D, Cdk4/6, т.е. компоненты комплексов специфичных для первой половины G1 периода. Ядро MAPK Транскрипционные факторы генов раннего ответа гены FOS и JUN Транскрипционные факторы генов замедленного ответа цD Cdk4/6 Myc Cdс25а p27 Cdk 4/6 Cyc D

Изображение слайда
57

Слайд 57

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митогенов 6. Кроме того синтезируется белок Myc. Он в свою очередь тормозит экспрессию p27, ингибитора целого ряда циклин-киназных комплексов, активирует ген фосфатазы Cdc25 а, которая дефосфорилирует Cdk4 и Cdk2. Ядро цD Cdk4/6 Myc Cdс25а p27 Cdk 4/6 Cyc D Myc P Фосфатаза P- Активный комплекс

Изображение слайда
58

Слайд 58

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Принцип работы в клеточном цикле а) устранение активности комплекса предыдущей стадии, б) стимуляция событий «своей» стадии, в) образование (или активация) комплексов предыдущей стадии. . G 1 S G 2 M G 1 M A Cyclin B-CDK1 Cdc25 Cyclin E-CDK2 Cyclin A-CDK2 Ростовые факторы Киназная активность Cyclin D -CDK 4,6

Изображение слайда
59

Слайд 59

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие комплексов G1 стадии Активные протеинкиназные комплексы циклин D - Cdk4/6 действуют сразу на несколько субстратов. Основной субстрат – белок pRb и подобные ему белки p105 и p130. В результате фосфорилирования pRb теряет сродство к E2F-DP, который в качестве транскрипционного фактора активирует целый ряд генов. Cdk 4/6 Cyc D E2F pRb P P P DP

Изображение слайда
60

Слайд 60

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие комплексов G1 стадии - образование компонентов комплексов следующих стадий цикла - сохранение этих компонентов на протяжении определенного времени - активацию в нужный момент - Образование субстратов и ферментов, необходимых для репликации ДНК

Изображение слайда
61

Слайд 61

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие комплексов S и G 2 стадии S Cdk 2 Cyc A Cdk 2 Cyc B G 2 Cdk 1 Cyc B Для S -перехода характерны комплексы цА- Cdk2 и ц B - Cdk2, а для G2 - ц B - Cdk1. Основная задача комплексов S -периода – обеспечить такое проведение репликации, чтобы каждый участок любой молекулы ДНК был реплицирован только один раз. C любой точкой начала репликации за весь клеточный цикл должна связаться только одна пара репликативных комплексов.

Изображение слайда
62

Слайд 62

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk - Образование компонентов митоз-стимулирующего фактора (MPF). -Торможение активности этого комплекса – во избежание преждевременного начала митоза. Это осуществляется путем ингибиторного фосфорилирования. Дополнительные события S и G 2 стадий S G 2 G 1 M Cdk 1 Cyc B MPF Wee, Myt1

Изображение слайда
63

Слайд 63

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk - MPF способен форсфорилировать гистон H1. Молекулы гистона Н1 связаны с межнуклеосомными участками ДНК и участвуют в укладке нуклеосомной нити, предположительно только в фосфорилированном состоянии. Действие митотического комплекса MPF 1. Конденсация хромосом

Изображение слайда
64

Слайд 64

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митотического комплекса MPF 2. Распад ядерной оболочки Целостность ядерной оболочки поддерживается ядерной ламиной - тонкой сетевидной пластинки, которая образована из промежуточных филаментов и прилежит к внутренней стороне яденрой мембраны, выполняя функцию опорной структуры. Ламиновый тетрамер Белки ламины имеют гантелеобразную форму. Полимеризация происходит путем взаимодействия глобулярных доменов.

Изображение слайда
65

Слайд 65

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митотического комплекса MPF 2. Распад ядерной оболочки MPF катализирует фосфорилирование определенных остатков серина в области палочковидных частей филаментов. Это сказывается на конформации связывающих доменов. Это приводит, в свою очередь, к тому, что вся конструкция рассыпается. Мембрана, лишенная объединяющей конструкции, распадается на микропузырьки. Ламиновый тетрамер Фосфорилированные ламиновые димеры

Изображение слайда
66

Слайд 66

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митотического комплекса MPF 3. Распад других мембранных структур Аналогично распаду ядерной мембраны разрушаются также мембраны эндоплазматической сети и комплекса Гольджи. Благодаря распаду на везикулы, сохраняется единая система цистерн и вакуолей, которая - не мешает расхождению хромосом, - не попадает в будущие ядра - не препятствует разделению цитоплазмы.

Изображение слайда
67

Слайд 67

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Действие митотического комплекса MPF 4. Формирование веретена деления Катализатором полимеризации тубулина является MPF 5. Предупреждение преждевременной цитотомии Цитотомия в телофазе происходит путем образования актино-миозинового кольца. Фактор MPF в ранней профазе фосфорилирует легкие цепи миозина, что лишает миозин способности реагировать с актином.

Изображение слайда
68

Слайд 68

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Анафаза и телофаза митоза Действие фактора, обеспечивающего анафазу, - APC APC – является убиквитинлигазой, специфичной в отношении ряда белков, в том числе MPF. Помимо MPF убиквитин-лигаза APC действует на многие другие субстраты, поэтому необходима тонкая регуляция ее активности и специфичности. Ub Cyc-B Cyc-B APC Протеосома Cdk1 Cdk1

Изображение слайда
69

Слайд 69

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Анафаза и телофаза митоза Действие фактора, обеспечивающего анафазу - APC 1. Расхождение сестринских хроматид. Анафаза начинается после выстраивания хромосом в экваториальной плоскости биполярного веретена и знаменуется одновременным разделением всех сестринских хроматид. Это разделение является скорее результатом потери сцепления между хроматидами, чем увеличением тянущих сил со стороны полюсов веретена.

Изображение слайда
70

Слайд 70

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Анафаза и телофаза митоза Действие фактора, обеспечивающего анафазу - APC 1. Расхождение сестринских хроматид. Хроматиды сцеплены между собой мультибелковыми комплексами – когезинами. Smc1 Smc3

Изображение слайда
71

Слайд 71

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Анафаза и телофаза митоза Действие фактора, обеспечивающего анафазу - APC 1. Расхождение сестринских хроматид. Разделение сестринских хроматид зависит от деградации ингибитора, так называемого секурина ( securin ), посредством убиквитин-зависимого протеолизиса. Этот ингибитор предотвращает действие протеазы, названной сепаразой ( separase ). Smc1 Smc3 securin sep

Изображение слайда
72

Слайд 72

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Анафаза и телофаза митоза Действие фактора, обеспечивающего анафазу - APC 1. Расхождение сестринских хроматид. APC, специфически активированный Cdc20 метит секурин убиквитином для уничтожения в протеосомах. securin sep APC Cdc20 Ub Ub Ub Сободная сепараза разделяет сшивающий белок Scc1, что приводит к разделению сестринских хроматид.

Изображение слайда
73

Слайд 73

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Анафаза и телофаза митоза Действие фактора, обеспечивающего анафазу - APC 2. Разрушение MPF. Пока не завершится расхождение хромосом, разрушение MPF нежелательно, так как благодаря ему поддерживается конденсированное состояние хромосом, ядерная мембрана находится в раздробленном состоянии и т.д. Поэтому в отношении MPF лигаза АРС неактивна до поздней анафазы. АРС Cyc-B Cdk1

Изображение слайда
74

Слайд 74

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Анафаза и телофаза митоза Действие фактора, обеспечивающего анафазу - APC 2. Разрушение MPF. Фосфорилирование Cdh 1 предотвращает активацию APC. В активацию APC вовлечена киназа Cdc14, которая дефосфоририрует Cdh1, который в свою очередь связывается с А PC. АРС Cyc-B Cdk1 Cdh 1 P Cdc14

Изображение слайда
75

Слайд 75

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Анафаза и телофаза митоза Действие фактора, обеспечивающего анафазу - APC 2. Разрушение MPF. Активный комплекс APC-Cdh1 действует на фактор MPF, направляя его протеолизис. АРС Cyc-B Cdk1 Cdh 1 Ub Ub Ub Протеосома

Изображение слайда
76

Слайд 76

Механизм действия комплексов Циклин- Cdk Анафаза и телофаза митоза Действие фактора, обеспечивающего анафазу - APC 3. Эффекты разрушения MPF. В делящейся клетке постоянно присутствуют протеинфосфатазы. После резкого снижения MPF их активность начинает преобладать. Это приводит к событиям, противоположным событиям профазы. а) Восстановление ядерных оболочек б) Деконденсация хромосом в) Цитотомия (цитокинез)

Изображение слайда
77

Слайд 77: Контроль клетки за прохождением клеточного цикла

В ходе клеточного цикла клеткой осуществляется самоконтроль собственного состояния. Этот контроль приурочен к определенным стадиям цикла. Системы, способные останавливать клеточный цикл в определенных точках в ответ на различные повреждения, получили название сверочных точек (от англ. checkpoint ) клеточного цикла. S G 1 M G 2

Изображение слайда
78

Слайд 78: Контроль клетки за прохождением клеточного цикла

Контролю подвергается состояние наследственного материала. В зависимости от результатов выбирается один из трех вариантов дальнейшего поведения: 1 – безостановочный переход к следующей стадии цикла, 2 – задержка на текущей стадии для исправления дефекта, 3 – запуск механизма апоптоза, если нарушения неисправимы. S G 1 M G 2

Изображение слайда
79

Слайд 79: Сверочные точки ( checkpoints ) клеточного цикла

В цикле существует несколько сверочных точек, прохождение которых возможно лишь в случае нормального завершения предыдущих этапов и отсутствия повреждения генома. Выделяют по меньшей мере 4 такие точки : в периодах G1, S и G2, а также "точку проверки сборки веретена деления". Выделяют еще 2 критических перехода между фазами - G1/S и G2/M. S G 1 M G 2

Изображение слайда
80

Слайд 80

Сверочная точка G 1 Основное требование к клетке, вступающей в S-фазу, - интактность ДНК, так как репликация поврежденной ДНК пр и ведет к передаче генетических аномалий потомству. Поэтому клетки, подвергшиеся мутагенным воздействиям, вызывающим разрывы ДНК (УФ- и гамма -облучение, алкилирующие соединения), останавливаются в G1 и не входят в S-фазу. Остановка в G1 наблюдается не только после ДНК-повреждающих воздействий, но и при других состояниях, в том числе приводящих к нарушениям числа хромосом - при незавершенности предыдущего клеточного цикла митозом (расхождением хромосом), при неправильной сегрегации хромосом во время митоза, приведшей к образованию микроядер, а также при разрушении микротрубочек. Остановка в G1 может быть необратимой, как это наблюдается при гамма -облучени и или обратимой, прекращающейся с окончанием действия фактора, ее вызвавшего, например, при восстановлении нормального пула нуклеотидов или при реставрации микротрубочек.

Изображение слайда
81

Слайд 81

Сверочная точка G 1 S G 1 Сверочная точка повреждений ДНК Белки АТМ и ATR являются датчиками информации о повреждениях ДНК. Эффекторами ATM являются checkpoint -киназы Chk1/2, белок p53, BRCA1. Белок p53 активирует ингибитора всех циклин-киназных комплексов p21. Chk1/2 способен ингибировать фосфатазу Cdc25, которая играет важную роль в переходе к синтетическому периоду. Если повреждения ДНК очень велики и их исправление затягивается, то длительно сохраняющий свою активность белок p53 действует как транскрипционный фактор генов, запускающих программу апоптоза. Переход в S- фазу

Изображение слайда
82

Слайд 82

Сверочная точка S и G2 Повреждения ДНК и другие нарушения вызывают остановку в S и в G2-фазе клеточного цикла. При этом выявляются повреждения, пропущенные при прохождении предыдущих контрольных точек, либо полученные на последующих стадиях клеточного цикла. Кроме того, в G2-фазе детектируется полнота репликации ДНК и поэтому клетки, в которых ДНК недореплицирована, не входят в митоз. Сверочная точка повреждений ДНК Сверочная точка повреждений ДНК Сверочная точка недорепликации ДНК Переход в M- фазу

Изображение слайда
83

Слайд 83

Сверочная точка сборки веретена (spindle-assembly checkpoint) Во избежание неправильного распределения хромосом клетки задерживаются в метафазе до тех пор, пока все кинетохоры не будут прикреплены к микротрубочкам. Определяющую роль в индукции остановки в метафазе играют изменения взаимодействий ассоциированных с кинетохорами белков - BUB1, BUBR1, MAD1 и MAD2. Мутации этих белков впервые были обнаружены у почкующихся дрожжей ( budding yeast). При обработке дрожжей-мутантов веществами, деполимеризующими микротрубочки, клетки теряли способность останавливаться на стадии метафазы. У дрожжей были найдены 2 вида мутаций: BUB - budding uninhibited by benomyl и MAD - mitotic arrest deficient. Неприкрепленные кинетохоры активируют MAD2, который ингибирует комплекс Cdc20-APC.

Изображение слайда
84

Слайд 84

Выключение С heck Р oint Включение С heck Р oint – контрольной точки

Изображение слайда
85

Слайд 85

Сверочная точка сегрегации хромосом ( Chromosome segregation checkpoint) Cdc14 АРС Cyc-B Cdk1 Cdh 1 Ub Ub Ub Протеосома Контрольная точка сегрегации хромосом препятствует освобождению Cdc14. Таким образом протеолизиза MPF не происходит. Что препятствует вхождению клетки в телофазу клеточного цикла. Сверочная точка сегрегации хромосом Телофаза

Изображение слайда
86

Слайд 86: Общие представления об апоптозе

Апоптоз - это генетически запрограммированный путь клеточной смерти, необходимый в развитии многоклеточного организма и участвующий в поддержании тканевого гомеостаза. Этот механизм, как известно, вызывается различными сигналами: связыванием с рецепторами специфических киллерных лигандов, нехваткой факторов роста/выживания, повреждениями ДНК и разрушениями цитоскелета, гипоксией и другими неблагоприятными условиями.

Изображение слайда
87

Слайд 87

Сравнительная характеристика некроза и апоптоза Признак Апоптоз Некроз Распространенность Одиночная клетка Группа клеток Индукция Активируется физиологическими/или патологическими стимулами Различная в зависимости от повреждающего фактора Биохимические изменения Энергозависимая фрагментация ДНК эндогенными эндонуклеазами Лизосомы интактные Нарушение или прекращение ионного обмена. Из лизосом высвобождаются ферменты Распад ДНК Внутриядерная конденсация с расщеплением на фрагменты Диффузная локализация в некротизированной клетке Целостность клеточной мембраны Сохранена Нарушена Морфология Сморщивание клеток и фрагментация Набухание и лизис клеток Воспалительный ответ Нет Обычно есть Удаление погибших клеток Поглощение (фагоцитоз) соседними клетками Поглощение (фагоцитоз) нейтрофилами и макрофагами

Изображение слайда
88

Слайд 88

Изображение слайда
89

Последний слайд презентации: Клеточный цикл и его регуляция

Изображение слайда