LES 11 - Celcyclus

Welke 4 fasen heeft de celcyclus?

Het bevat de G1 en G2 fase (gap fases) voor de groei en checkpoint controle.

S-fase waar het DNA wordt verdubbelt (= replicatie) en de uiteindelijke M-fase waar het DNA wordt verdeeld en splitsing in 2 dochtercellen = cytokinese.

Hoelang duurt de celcyclus?

24u

In welke stappen kan de mitose worden onderverdeeld?

Profase, metafase, anafase & telofase (+cytokinese)

Beschrijf de profase van mitose

Na de S-fase is het verdubbeld DNA verstrengeld met elkaar & verbonden via proteïnen (cohesines)

Beschrijf de prometafase

Het kernmembraan verdwijnt en de spoelfiguur kan contact beginnen maken met de chromosomen.

Wat is een kinetochoor?

Een aanhechtingspunt voor microtubuli van de spoelfiguur.

Beschrijf de metafase

De chromosomen liggen op 1 vlak.

Wat bedoelt men met de 'metafase naar anafase transitie'

Hier kan een cel een lange tijd 'pauzeren' maar eens dat de transitie naar anafase is ingezet dan gaat de rest van de mitose en cytokinese door tot de cel zich weer in de interfase bevindt.

Beschrijf de anafase

In deze fase worden de zusterchromatiden gescheiden.

Beschrijf de telofase

Ergens in het midden van de cel is er een contractiele ring die zal staren met samentrekken (bestaande uit actine & myosine) en terug vorming van kernmembraan.

Beschrijf de cytokinese

Splitsing in 2 dochtercellen

Wat wordt bedoelt met de 'GAP fases'

een cel die deelt moet ook nieuwe proteïnen, membranen & organellen bijmaken.

G1 en G2 zijn lange fases tussen de S en M, fases die celgroei toelaten.

Tijdens G1 en G2 gebeurt ook monitoring van interne en externe omgeving (bv. door groeifactor receptoren).

ENKEL als de condities oke zijn, zal de cel in de M of S fase kunnen overgaan. DUS G1 en G2 zijn controle fases.

Wat wordt bedoelt met de 'G0 fase'?

G0 is een (tijdelijke) exit uit de celcylus. Dus cellen worden voor langere tijd in de G0 fase geplaatst (bv. dagen, jaren, ..)

Reversibele G0 fase (quiescence) : cel wacht op het juiste signaal om terug over te gaan in de G1 fase.

Irreversibele G0 fase:

- terminale differentiatie (bv. neuronen)

- senescentie (respons op bv. DNA schade: telomeerverkorting, ROS, ..)

Wat zijn de 3 belangrijke checkpoints voor celcylus controle?

- G1/S : voor de start van de DNA synthese (zijn er signalen in de omgeving die celcylus zullen activeren?)

- G2/M : voorafgaand aan de mitose (alle DNA verdubbelt, goed verlopen, ..)

- Metafase-anafase transitie : voorafgaand aan de scheiding van de zusterchromatiden (Zijn alle chromosomen vastgemaakt aan een spoelfiguur?)

Wat wordt bedoelt met Cdks?

= cycline dependent kinases.

Het zijn serine-threonine kinasen. Voornamelijk regulators van de verschillende processen die gebeuren die gebeuren bij de overgang tussen verschillende stadia van de celcylus : bij de G1/S en G2/M checkpoints.

Hoe wordt Cdk volledig geactiveerd?

Een inactief Cdk wordt gebonden met cycline waardoor er een T-loop wijziging gebeurt in Cdk waardoor het 'actief site' vrijkomt en zo kan Cdk-activating kinase (CAK) die 'bijna actieve Cdk' fosforyleren waardoor Cdk volledig actief wordt.

Hoe kan Cdk worden geïnactiveerd?

Een Cdk/cycline complex kan worden geïnhibeerd door Cdk inhibitor proteïnen (CKI) dus op het 'actieve' Cdk bindt een CKI zoals p27. (van belang voor regulatie G1/S en S Cdk)

of door een inhibitor fosforylatie. (van belang voor regulatie van M Cdk)

Leg uit hoe de cycline expressie varieert met de celcyclus en specifieke Cdks reguleert

G1/S-cycline : activeren G1/S-Cdks in late G1 : progressie doorheen start -> S-fase zal starten.

S-cycline : activeren S-Cdks na progressie door start checkpoint : stimulatie van DNA replicatie + S-cycline niveaus blijven hoog tijdens vroege mitose en helpen bij controle van vroege mitose.

M-cycline : activeren M-Cdks die start van mitose stimuleren bij het G2/M checkpoint.

Wat is de APC/C?

De APC/C (Anafase promoting complex/(cyclosoom) is de voornaamste regulator van de metafase/anafase transitie.

Het is een ubiquitine ligase dat ubiquitineketens zal aanbrengen op bepaalde doelwitten. Die doelwitten worden dus gemerkt voor afbraak waardoor de proteasoom de geubiquitineerde eiwitten zal herkennen en afbreken.

Geactiveerde APC/C zorgen voor afbraak van Cdks.

Hoe wordt de G1 & G1/S gereguleerd? (leg de ganse pathway uit)

Mitogenen stimuleren G1-Cdk & G1/S-Cdk. Mitogen (bv. EGF) bindt op een mitogen receptor dat de RAS pathway in gang zet en zal zorgen voor de stimulatie van MAP kinasen die op hun beurt de genexpressie induceren en zo het Myc EW aanmaken. Myc kan intrageren met G1-Cdk waardoor het actief wordt. Het actieve G1-Cdk zal doelwitten fosforyleren waaronder het Rb eiwit waardoor Rb inactief wordt en het E2F eiwit loslaat.

Het actieve E2F eiwit zal zorgen voor voor inductie van volgende set cyclines (G1/S-cycline & S-cycline)

+ positieve feedbacks.

Leg de positieve feedbacks uit

Dus doordat E2F eiwit vrijtkomt zal het zijn eigen expressie induceren.

Zowel G1-cdk, G1/S-cdk en S-cdk zullen het Rb eiwit gaan fosforyleren waardoor het massaal wordt geïnactiveerd. Dus massale vrijstelling E2F eiwit.

Hoe blokkeert de aanwezigheid van DNA schade de cel in G1?

Dus door dubbele DNA breuken door bv. X-stralen zal er ATM/ATR kinase activatie zijn dat leidt tot Chk1/Chk2 kinase activatie wat zal leiden tot fosforylatie van p53 waardoor het Mdm2 eiwit verloren gaat en zo is p53 actief en zal het binden op het p21 gen -> inductie p21 eiwit.

P21 zal dus binden op G1/S-cdk en S-cdk waardoor het wordt geïnactiveerd.

Door wat wordt p53 geïnduceerd?

Door meerdere vormen van stress zoals DNA schade, hypoxie, oxidatieve stress of tekort aan ribonucleotiden.

Wat induceert p53?

P53 induceert genen voor DNA herstel, P53 stopt de celcyclus voor herstel of P53 kan als de schade te groot is -> celdood induceren door apoptose.

Wat activeert S-cdk?

S-cycline activeert S-Cdk voor de DNA verdubbeling

Setting the stage - Hoe begint de G1 fase?

Origin of replication revognition complex (ORC) bindt op de origin of replication + cdc6 & cdt1 eiwitten worden gerekruteerd zodat de Mcm helicase wordt gerekruteerd, dit wordt het pre-replicatief complex genoemd.

Dan ontstaat C-cdk dat zorgt voor een pre-initiatie complex en dat complex bindt met het pre-replicatief complex waardoor Mcm helicase wordt geactiveerd.

Setting the stage - Hoe start de S-fase?

Dus door de vorming van S-Cdk zal het pre-initatie complex binden op het pre-replicatief domein en zo wordt Mcm helicase geactiveerd.

Wat gebeurd er als de DNA replicatie wordt gestart?

Zodra de DNA replicatie wordt gestart zal het pre-replicatief complex worden uitgeschakeld door S-cdk.

Hoe zal S-cdk het pre-replicatief complex uitschakelen? (geen 2e replicatie)

S-cdk fosforyleert Cdc6 en fosforyleert ORC & inhibitie Cdt1 door geminine waardoor er GEEN 2e replicatie kan plaatsvinden.

Wat bedoelt men met 'in de metafase naar anafase van de mitose wordt de weg vrijgemaakt voor nieuwe celcyclus'

Dus in meta- naar anafase wordt APC/C geactiveerd.

S-Cdk zal worden geubiquitineerd waardoor het niet langer Cdc6 en Orc kan fosforyleren + er komen fosfatasen die fosfaatgroepen zullen verwijderen & afbraak van "geminine", hierdoor is het pre-replicatief domein weer actief.

Wat zijn de functies van S-Cdk?

Dus naast het fosfoyleren van Cdc6 en ORC, vormt het ook de histonen & is het belangrijk voor de synthese van cohesines.

Wat is de functie van cohesines?

Het houdt de zusterchromatiden bij elkaar.

Wat is de rol van M-Cdk?

M-Cdk fosforyleert rechtstreeks enkele doelwitten, maar activeert ook andere kinasen zoals Polo-like kinase & Aurora kinases A en B. Het is ook belangrijk voor de afbraak van de nucleaire enveloppe.

Wat is de functie van polo-like kinase?

Het speelt een rol in de vorming van spoelfiguur.

Wat is de functie van aurora-kinases A&B?

Het speelt een rol in de vorming van spoelfiguur en aanhechting zusterchromatiden.

Welke cyclines zijn op het einde van de G2 fase actief?

Zowel de S-cycline als de M-cycyline

Op welke manier draagt S-cdk bij tot activering van M-Cdk?

S-Cdk fosforyleert een inactief fosfatase 'cdc25' die een fosfaatgroep op het inactief M-cdk zal verwijderen waardoor M-cdk actief wordt en dat zorgt voor 2 positieve feedbacks.

Wat zijn de 2 positieve feedbacks in deze pathway?

Enerzijds zorgt actief M-cdk voor positieve feedback van Cdc25 (er wordt meer cdc25 gefosfoyleerd tot actieve vorm) en anderzijds wordt de Cdk inhibitory kinase geinactiveerd.

Wat is de rol van condensine?

Condensine helpt bij de herorganisatie van het DNA tot chromosomen. (DNA coiling)

Door wat wordt condensine geinduceerd?

Het wordt geinduceerd door M-Cdk.

Door wat wordt de DNA coiling bevordert?

Het wordt bevordert door fosforylering van condensine door M-Cdk.

Wat zijn kinetochoren?

Het zijn aanhechtingspunten voor microtubuli van de spoelfiguur (1 op elk zusterchromatide)

Hoeveel microtubuli binden op 1 kinetochoor?

10-40 microtubuli op 1 kinetochoor.

Welke 3 types microtubuli zijn er?

Kinetochore microtubuli, interpolaire en astrale microtubuli.

Welke rol hebben de 3 types microtubuli?

De kinetochoor microtubuli = maken contact met kinetochoren; De interpolaire microtubulu = verbinden de 2 polen van de spoelfiguur & astrale microtubuli = maken contact met plasmamembraan.

Wat bevat een centrosoom?

1 paar centriolen & centrosome matrix met nucleating sites (gamma-tubuline ring complexes)

Waar gebeurd duplicatie van centrosoom?

In de vroege S-fase

Hoe initieert M-cdk de opbouw van de spoelfiguur in de profase?

Onder invloed van M-Cdk : 1. migreren de centrosomen uit elkaar langs de kernmembraan & 2. verhoogt het aantal gamma-tubuline complexen sterk.

Welke motoreiwitten zijn er?

Dyneïne & kinesines.

Wat is de rol van dyneïne?

geassocieerd met astrale microtubuli

Wat is de rol van kinesine?

intrageren met interpolaire & kinetochore microtubuli. Ze kunnen een lading verplaatsen of microtubuli uit elkaar doen bewegen.

Wat is de uiteindelijke rol van motoreiwitten?

Ze zorgen voor beweging van de centrosomen en zusterchromatiden.

Welke types kinesines zijn er?

Kinesine-4,10 : verplaatsen een lading over een microtubulus & dragenb ij aan de alignering van de chromosomen tijdens metafase.

Kinesine-5 is via 2 motordomeinen verbonden met 2 microtubuli die daardoor van elkaar weg bewegen (anafase)

Kinesine-14 : 1 motordomein.

Anafase kan in 2 delen worden onderverdeeld.

Anafase A : kinetochore microtubuli verkorten en trekken chromosomen naar centrosoom

Anafase B : centrosomen bewegen zelf uit elkaar.