Celle cyklus kontrol - kap 12.

Hvad er funktionen af celledeling i encellede og flercellede organismer?

I encellede organismer bruges celledeling til reproduktion, mens den i flercellede organismer bruges til vækst, udvikling, cellefornyelse og reparation af væv.

Hvilke overordnede processer foregår under cellecyklussen?

Cellen vokser ved at danne proteiner og organeller, replikerer sit DNA, fordeler kromosomerne ligeligt mellem to datterceller og deler sig, mens kontrolpunkter sikrer, at processerne foregår korrekt.

Hvilke fire faser består cellecyklussen af, og hvad sker der i hver fase?

• G1-fasen: Cellen vokser og danner proteiner og organeller.

• S-fasen: DNA replikeres, så hvert kromosom består af to søsterkromatider.

• G2-fasen: Cellen vokser yderligere og forbereder sig på celledeling.

• M-fasen: Først deles cellekernen ved mitose, og derefter deles cytoplasmaet ved cytokinese, så der dannes to datterceller.

Hvilke celler på figuren er i G1-, S- og G2-fasen, og hvorfor?

• A (G1): DNA er endnu ikke replikeret. Flest celler, da G1 er den længste fase.

• Mellem A og B (S): DNA replikeres løbende, så DNA-mængden stiger.

• B (G2): DNA-mængden er fordoblet. Færre celler, da G2 er kortere end G1.

Hvilke tre kontrolpunkter findes i cellecyklussen, og hvad kontrollerer de?

Kontrolpunkterne sikrer, at cellen kun fortsætter til næste fase, når betingelserne er opfyldt.

• G1- Kontrollerer, om omgivelserne er gunstige for celledeling. Hvis ikke, kan cellen blive i G1 eller gå i G0-fasen (hvilefase)..

• G2-kontrolpunkt: Kontrollerer, om DNA er færdigreplikeret, og eventuelle DNA-skader er repareret.

• M-kontrolpunkt: Kontrollerer, om alle kromosomer er korrekt bundet til den mitotiske spindel via kinetochor, før søsterkromatiderne adskilles.

Definer hvilefasen G0 og hvad der kan få en cellekultur til at gå i stå.

G0-fasen er en hvilefase uden for den aktive cellecyklus, hvor cellen ikke deler sig. Celler kan forblive i G0 midlertidigt eller permanent. Celler i en cellekultur kan gå i stå ved mangel på næringsstoffer eller vækstsignaler, eksempelvis vækstfaktorer.

Hvad er MPF (M-Cdk), og hvilken funktion har det i cellecyklussen? hvordan er aktiviteten?

MPF - maturing promoting factor - (M-Cdk) er et proteinkompleks, der aktiverer overgangen fra G2- til M-fasen, og hvis aktivitet stiger ved starten af mitosen og falder ved afslutningen.

Hvordan regulerer cycliner og Cdk'er cellecyklussen?

Cycliner binder til og aktiverer cyclin-afhængige kinaser (Cdk'er), som fosforylerer målproteiner og dermed styrer overgangen mellem cellecyklussens faser.

Hvordan reguleres Cdk-aktiviteten gennem ændringer i cyclinkoncentrationen?

Koncentrationen af Cdk'er er forholdsvis konstant, mens koncentrationen af bestemte cycliner varierer gennem cellecyklussen. Cyclinerne binder til Cdk'er, og når cyclinkoncentrationen er tilstrækkelig høj, kan Cdk-aktiviteten nå et niveau, der igangsætter bestemte proceser og overgangen til næste fase.

Hvordan reguleres M-Cdk-aktiviteten ved fosforylering og defosforylering?

Wee1 (kinase) fosforylerer og hæmmer M-Cdk, mens Cdc25 (fosfatase) fjerner de hæmmende fosfatgrupper og aktiverer M-Cdk, som igangsætter mitosen. Aktivt M-Cdk aktiverer samtidig Cdc25 og hæmmer Wee1 gennem positiv feedback, så endnu mere M-Cdk aktiveres.

Hvordan bidrager M-Cdk til at fastholde cellen i mitosen gennem positiv feedback?

M-Cdk fosforylerer målproteiner, som igangsætter og opretholder mitosen, og hæmmer samtidig fosfatasen PP2A-B55, der ellers fjerner fosfatgrupperne fra målproteinerne. Dermed forstærkes og opretholdes M-Cdk's virkning.

Hvilke cyclin-Cdk-komplekser regulerer cellecyklussens forskellige faser?

• G1-Cdk: Regulerer progression gennem G1-fasen.

• G1/S-Cdk: Stimulerer overgangen fra G1 til S-fasen.

• S-Cdk: Igangsætter DNA-replikation.

• M-Cdk: Igangsætter mitosen.

Hvordan reguleres Cdk-aktiviteten ved nedbrydning af cycliner?

APC/C mærker cycliner med ubiquitin, så det nedbrydes i proteasomet, hvorved Cdk inaktiveres, og cellecyklussen kan fortsætte til næste fase.

Hvordan kan inhibitoriske proteiner regulere Cdk-aktiviteten?

Inhibitoriske proteiner som fx p27 (specifikt G1/S-Cdk) binder til aktive cyclin-Cdk-komplekser og forhindrer Cdk i at fosforylere målproteiner, hvorved komplekset inaktiveres.

Hvilke tre kontrolpunkter findes i cellecyklussen, og hvordan stopper de cellecyklussen?

• G1-kontrolpunkt: Ved DNA-skader aktiveres p53, som stimulerer dannelsen af Cdk-inhibitoren p21, der binder og hæmmer G1/S-Cdk og S-Cdk, så overgangen til S-fasen stoppes, og DNA kan repareres. Ved alvorlige skader kan p53 også udløse apoptose. Ved ugunstige vækstforhold kan cellecyklussen også stoppes, og cellen kan eventuelt gå i G0-fasen (hvilefasen).

• G2-kontrolpunkt: Ved DNA-skader eller ufuldstændig DNA-replikation hæmmes Cdc25, så M-Cdk ikke aktiveres.

• M-kontrolpunkt: Hvis kromosomerne ikke er korrekt bi-orienterede, hæmmes APC/C, så søsterkromatiderne ikke adskilles.

Hvordan igangsætter S-Cdk DNA-replikation og sikrer, at DNA kun replikeres én gang?

I G1-fasen hjælper ORC og Cdc6 med at placere DNA-helikase ved replikationsstartstederne. I S-fasen aktiverer S-Cdk DNA-helikasen og rekrutterer replikationsmaskineriet, så DNA-replikationen begynder. Samtidig forhindrer S-Cdk, at DNA kopieres igen, ved at fosforylere ORC og Cdc6, så der ikke kan påsættes nye DNA-helikaser

Hvordan regulerer interne og eksterne signaler cellecyklussen?

Eksterne signaler som vækstfaktorer stimulerer celledeling, mens interne signaler kontrollerer, om tidligere processer er afsluttet korrekt, før cellen fortsætter til næste fase.

Hvorfor forløber cellecyklussen kun i én retning?

Cellecyklussen forløber kun i én retning, fordi cycliner nedbrydes efter deres funktion, og S-Cdk forhindrer DNA-replikationen i at starte igen i samme cellecyklus.