5. DE CELCYCLUS

INLEIDING

doel; één moedercel → twee dochtercellen

duur; een uur tot hele dag

• cel inhoud verdubbelen

• mitose = karyokinese = splitsing celkern

• cytokinese = splitsing cel

DE 4 FASEN VAN DE CELCYLUS

• G1 (growth)

  • groei cel

  • verdubbeling celinhoud, behalve chromosomen

• S (synthese)

  • verdubbeling chromosomen

• G2 (gap)

  • controle

  • herstel

• M (mitose)

  • = karyokinese = splitsing celkern

  • daarop volgt cytokinese = splitsing cel

• opm; G1-S-G2 = interfase

• opm; M = mitotische fase

“niet-actieve” cel

• G0 (“cell cyclus arrest”)

• cel deelt zich niet, maar kan wel;

  • differentiëren (onomkeerbaar)

  • in omkeerbare rustfase (= quiescence) gaan

  • in onomkeerbare rustfase (= senescence) gaan

  • apoptose = geprogrammeerde celdood ←→ necrose = dood ten gevolge van “externe agressie”

HET CEL-CYCLUS CONTROLESYSTEEM

• celdeling gaat pas door na combinatie intracellulaire en extracellulaire signalen;

  • cel-opp / cel-inhoud;

    • bij groeiende cel nemen het aantal metabole processen toe

  • beschikbare ruimte;

    • contact-inhibitie = cellen stoppen delen als ze in contact komen te staan met elkaar

  • externe chemische signalen;

    • mitogenen (“genesis v/d mitose”)

    • vb. groeihormoon

  • “rem” op de celdeling;

    • Rb-eiwit = retinonblastoom eiwit

      • opm; bij afwezigheid eiwit → tumor op retina

    • bindt op transcriptiefactoren → transcriptie onmogelijk

    • fosforylatie → inactivatie Rb-eiwit → start interfase

• 2 groepen eiwitten reguleren celcyclus;

  • cyclines

  • CDK’s = cycline-afhankelijke proteine kinasen

    • zijn enzymen; speciaal type eiwit dat werkt als een katalysator

  • vorming cycline-CDK complex → start interfase

    • er zijn veel verschillende complexen die elk een deel v/d celcylcus controleren

    • wanneer de taak v/e complex klaar is;

      • complex wordt geübiquitineerd; merker = ubiquitine

      • opgeruimd door proteasoom

DE DUPLICATIE VAN HET DNA IN DE EUKARYOTE CEL

• = DNA replicatie

ORC (origine replication complex) = DIP (DNA-initiator protein)

• bindt aan replicatie startplaatsen (AT-rijke plaatsen); ≠ TATA-box

• aanmaak eiwit Cdc6

  • binding Cdc6 aan ORC/DIP

    • → eiwitten nodig voor DNA-replicatie (o.a. helicase, polymerase) binden thv de nieuw ontstane replicatievorken

    • → bidirectionele replicatie

• binding helicase → Cdc6 komt los + helix gaat open

• helicase eiwitten vormen MCM complex (mini chromosome maintenance complex)

MCM + single strand DNA-binding proteins

• ontwinden helix

• voorkomt automatische opdraaiing in helix

DNA-topo-isomerase

• bij ontwinding helix door helicase komt er veel torsie-stress op de helix te staan

• dit enzym knipt in de streng om de stress ervan te halen + herstelt binding

DNA-primase

• nodig vooraleer polymerase kan binden

• enzym; stukje RNA-polymerase

  • leading strand

    • éénmalig nodig

  • lagging strand

    • elk Okazaki fragment heeft telkens een nieuw primase nodig

• trio van enzymen;

  • nuclease; haalt primer weg

  • DNA-polymerase; vormt DNA

  • DNA-ligase; zet DNA-stukjes aaneen

DNA-polymerase

• “startschot” = cycline-S-CDK’s

  • cycline-CDK-complex v/d s-fase

• DIP/ORC laat los + helicase-polymerase complex beweegt voort

• → kopiëren complementaire DNA-strengen

  • werkt unidirectioneel; leest enkel van 3’ → 5’

    • 3’ → 5’ = leading strand

    • 5’ → 3’ = lagging strand

      korte stukjes = Okazaki fragmentjes moeten achteraf met DNA-ligase aan elkaar gebonden worden

  • proofreading

    • maakt zeer weinig fouten (1 op 10.000.000 BP)

    • nuclease knipt foute nucleotide eruit

opm; energie die nodig is, wordt geleverd door nucleotide-trifosfaat

• ATP, GTP, CTP, TTP

• na binding komt fosfaat vrij

end-replication problem

• komt enkel voor op lagging strand

  • prokaryoten, circulair DNA → geen probleem

  • eukaryoten, lineair DNA → probleem

• nadat laatste stukje RNA-primer is weggehaald, blijft er een stuk DNA over waar nog geen kopie van is gemaakt

  • → chromosomen worden steeds korter

  • → mogelijk verlies functionele genen

  • → cel kan terechtkomen in replicatieve scenescentie = permanente G0

    • langlevende cellen → geen probleem

    • kortlevende cellen → probleem

  • → “flapperende DNA-stukken” worden verkeerdelijk herkend als “double strand breaks” door DNA-repair mechanismen

    • → mogelijks zeer ongewenste chromosoom fusies

• telomerase

  • ribonucleoproteïne met stukje dummy-RNA

  • mal = repeat sequences (TTAGGG)

    • primase + polymerase kunnen binden tot einde

    • volledige chromosoom kan gekopieerd worden

• shelterin

  • complex eiwitten (o.a. POT1 = protector of telomere)

  • reguleert telomerase

    • bepaalt zo mee lengte telomeren (even lang blijven of verkorten)

      • opm; bij ouderdom worden telomeren sws korter

      • opm; verkorten kan versneld worden door roken, zwaarlijvigheid …

  • DNA wordt afgeschermd

    • → DNA-repair mechanismen kunnen niet binden

    • → voorkomen van mogelijks zeer ongewenste chromosoom fusies

DE MITOSE

= karyokinese = splitsing celkern

• één diploïde moedercel → scheiding gedupliceerde chromosomen + nieuw kernmembraan → twee diploïde dochtercellen

• interfase; verdubbeling celinhoud

• mitose bestaat uit 4 fasen

  • profase, metafase, anafase, telofase

  • wordt gevolgd door cytokinese = splitsing cel

• samengevat;

Profase

• condenseren chromatine tot 46 chromosomen

• chromosoom bestaat uit;

  • 2 identieke chromatiden = zusterchromatiden

    • aan elkaar gebonden bij centromeer

  • 4 telomeren

• 2 groepen moleculen aangestuurd door M-CDK;

  • condensines

    • zorgen voor condensatie tot chromosoom

  • cohesines

    • houden zusterchromatiden parallel naast elkaar

• stappen;

  • chromosomen zichtbaar

  • nucleoli verdwijnen

  • centrosomen (met centriolen) begeven zich naar tegenover elkaar liggende polen v/d kern

  • uit centrosomen groeien microtubuli;

    • binden aan microtubuli van het tegenoverliggende centrosoom + stabilisatie door eiwitten

    • binden aan centromeren van chromosomen via kinetochoren

    • = ontstaan spoelfiguur

Metafase

• chromosomen begeven zich naar metafasevlak = equator vlak

  • door groei/krimp microtubuli

  • door motorproteïnen

• blokkering in metafase kan door medicijn, colchicine

• karyotype/karyogram kan gemaakt worden in deze fase

Anafase

• splitsing zusterchromatiden thv centromeer

• worden elk naar een tegenoverliggend centriool getrokken via microtubuli

  • separase = enzyme die binding losmaakt

  • securine = inhibitor proteïne;

    • bij aanwezigheid kan separase niet werken

    • afbraak door APC (anaphase promoting complex)

      • → werking separase

• anafase-A

  • V-vorm doordat chromatiden worden getrokken

• anafase-B

  • centriolen bewegen van elkaar weg

  • → chromosomen komen nog verder van elkaar te liggen

• opm; A en B treden min of meer tegelijkertijd op

Telofase

• voorbereiding om terug naar interfase te gaan

  • vorming nieuwe kernmembranen

  • defosforylatie, en dus activatie van;

    • nucleaire lamine

    • nucleaire porie eiwitten

  • chromosomen decondenseren tot chromatine

    • → DNA vrij voor transcriptie

• aanzet cytokinese = afsnoeren dochtercellen

  • actine + myosine = contractiele plaats

DE MEIOSE

= mitose specifiek bij geslachtscellen (gameten)

• één diploïde cel → 4 haploïde gameten

  • man; primaire spermatocyt → 2× secundaire spermatocyt → 4× spermatide

  • vrouw; 1 primaire oöcyt → secundaire oöcyt + poollichaampje → eicel + poollichaampje

• meiose bestaat uit 2 fasen;

  • meiose I = reductiedeling; halvering celinhoud

  • meiose II = mitotische deling

• samengevat;

Meiose I

• interfase

  • verdubbeling celinhoud

• profase

  • crossing-over; vorming chiasma → recombinatie

• metafse

  • homologe chromosomen in metafasevlak

• anafase

  • splitsing homologe chromosomen

  • ontstaan twee haploïde dochtercellen

• telofase

Meiose II

• profase

• metafase

  • chromosomen in metafasevlak

• anafase

  • splitsing zusterchromatiden thv centromeer

  • ontstaan 4 haploïde dochtercellen

• telofase

CELDOOD: NECROSE, APOPTOSE EN ANDERE VORMEN

= einde celcyclus

apoptose

• = geprogrammeerde celdood

• wordt aangestuurd door externe en/of interne signalen

• maakt onderdeel uit homeostase; essentieel proces

  • geroutineerd vervangen cellen

  • beschadigde cellen vervangen

• proces;

  • cel(kern) verschrompelt

  • chromatine wordt in vesikels verpakt = “apoptotic bodies”

  • ontstaan cel-blebs → geven aanleiding fagocytose door macrofagen

  • GEEN ontstekingsreactie = “immunology silent”

• caspasen

  • enzymen

  • verantwoordelijk voor afbreken cel

  • → wordt gefagocyteerd

necrose

• = celdood door “externe agressie”

• vb. bloedklonter kan leiden tot;

  • herseninfarct

  • hartinfarct

• proces;

  • werking membraan(pompen) valt stil; Na-K-pomp

  • massieve influx water → cellen/organellen zwellen + barsten open

  • lysosomiale proteasen vernietigen alles → cellen sterven af

  • WEL ontstekingsreactie; aantrekking WBC

necroptose

• = apoptose, maar er is nu wel een ontstekingsreactie

• treedt op wanneer;

  • cel geïnfecteerd is door intracellulair pathogeen

  • → waarschuwing door signalen van stervende cel

  • → activatie van TNF-α-receptoren

pyroptose

• = apoptose, maar er is nu wel een ontstekingsreactie

  • pyro = “vuur”

• treedt op wanneer;

  • cel geïnfecteerd is door intracellulair pathogeen

  • → veroorzaking “rook” door;

    • DAMPs = danger associated molecular patterns

    • PAMPs = pathogen associated molecular patterns

  • → detectie gevaar via inflammasoom = “rookmelders”;

    • zijn niet te kennen, maar voor volledigheid

      • NLRs = nod-like receptoren

      • DNA-sensoren

      • Pyrine receptoren