BUNĚČNÝ CYKLUS Buněčné dělení Cykliny a na cyklinech závislé proteinkinázy (Cyclin- Dependent Protein Kinases; Cdk-proteinkinázy) - proteiny, které jsou součástí řídícího systému buněčného cyklu 8 cyklinů (A, B, C, D, E, F, G a H) - v jednotlivých fázích buněčného cyklu jsou přítomny určité typy cyklinů 7 typů Cdk-proteinkináz - Cdk proteiny vykazují odlišné funkce v závislosti na fázích buněčného cyklu fosforylují seriny a threoniny cílových proteinů Účinnost Cdk-proteinkináz závisí na vytvoření komlexu s cykliny a na vazbě s PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) Inhibovány jsou působením inhibitorů proteinkináz - gen RB1 Tumor-supresorový gen Rb1 - aktivní téměř ve všech somatických buňkách; v průběhu buněčného cyklu se střídá fosforylace a defosforylace Rb proteinu Rb protein (prb) - jaderný transkripční faktor, regulace buněčného cyklu, diferenciace, indukce apoptózy Inhibiční usměrňování přechodu z G 1 do S fáze Nefosforylovaný prb je aktivní - váže se s multifunkčními transkripčními faktory rodiny E2F - inhibuje jejich činnost Komplex prb-e2f potlačuje např. transkripci genů kódujících cyklin D a E Neaktivní fosforylovaná forma Rb proteinu - uvolnění vazby s faktory E2F Fosforylace proteinu Rb (inaktivace) je vyvolána Cdk po vzniku komplexu Cdk-cyklin Vznik komplexu Cdk/cyklin závisí na vazbě růstových faktorů k receptorům (specifickým pro danou buňku buněčná signalizace) Tumor-supresorový gen TP53 zastavení buněčného cyklu v kontrolním bodě G 1 Protein p53, jaderný fosfoprotein - transkripční faktor pro několik cílových genů se zásadním významem při regulaci buněčného cyklu Gen BAX (proapoptotický člen rodiny Bcl-2): indukce apoptózy reakce na poškození DNA a různé typy stresu (hypoxie, nedostatekrůstových faktorů atp.) Gen GADD 45 (Growth Arrest and DNA Damage) excizní reparace poškození genetického materiálu CIP1/WAF1 - protein 21 (p21), váže se k cyklin-dependentním proteinkinázám a inhibuje jejich aktivitu jak v G 1 tak G 2 kontrolním bodě. p21 může tlumit replikaci zpomalením postupu replikační vidlice. 1
Interfáze Probíhá metabolismus a tvorba proteinů specifická pro daný typ buňky Replikace DNA (S fáze) Reparace chyb v genomu (kontrolní body G1, G2) G2 fáze - kondenzace DNA vznik mitotického chomosomu Struktura chromosomu Mitóza Chromatin - euchromatin, heterochromatin Kondenzace, dekondenzace Centromera, telomera, chromatida Dělení somatických buněk (2n) Dvě buňky dceřiné (2n) shodná genetická výbava s mateřskou buňkou Fáze: profáze metafáze anafáze telofáze cytokineze Mitóza zajišťuje genetickou identitu dceřiných buněk Profáze Metafáze Kondenzace chromosomů stále patrné jako dlouhé tenké struktury Tvorba mitotického vřeténka mikrotubuly + proteiny Maximální kondenzace chromosomů seřazené v ekvatoriální rovině (v této fázi se chromosomy nejčastěji vyšetřují) Iniciace rozpadu jadérka a jaderného obalu Kinetochor - část chromosomálních centromer se uchytí k mikrotubulům mitotického vřeténka Centrioly se pohybují směrem k pólům buňky 2
Anafáze Telofáze a cytokineze Chromatidy každého chromosomu se rozcházejí k opačným pólům buňky (chromosomy dceřiných buněk) K protilehlým pólům buňky táhne chromatidy achromatické vřeténko Telofáze Dekondenzace chromosomů Začíná se tvořit jaderný obal ohraničující chromosomy Cytokineze Začíná ve chvíli, kdy chromosomy doputují k pólu Tímto procesem se oddělí cytoplazmy dceřiných buněk Sesterské chromatidy (druhá molekula DNA) se dosyntetizuje až v S-fázi Meióza Meióza Vznik gamet (n - haploidní) redukce počtu chromosomů Dvě fáze: meióza I a meióza II Období mezi meiózou I a meiózou II se nazývá interkineze Meióza I heterotypické dělení (odlišné od klasické mitózy): profáze 1. Leptoten 2. Zygoten 3. Pachyten (crossing-over) 4. Diploten 5. Diakineze metafáze anafáze k pólům buňky se rozcházejí chromosomy jednotlivých párů Telofáze Meióza II homeotypické dělení (analogie mitózy) Meióza I profáze I Meióza Profáze I Obecně: začíná se tvořit dělící vřeténko, postupně se začíná rozpadat jaderná membrána a nucleolus, jednotlivé fáze průběhu profáze I: leptoten chromosomy začínají kondenzovat zygoten začínají se párovat homologní chromosomy, vytváří se synaptonemální komplex důležitý pro crossing-over pachyten chromosomy jsou již značně kondenzované a v mikroskopu patrné jako tetrády (4 chromatidy v bivalentu), odehrává se crossingover důležitý krok pro genetickou variabilitu populace diploten zaniká synaptonemální komplex, bivalenty se začínají rozcházet, chiasmata (místa překřížení) drží chromatidy u sebe diakineze maximální kondenzace 3
Meióza I metafáze I Meióza I anafáze I Probíhá disjunkce chromosomy se rozcházejí k opačným pólům buňky vždy jeden z páru Mizí jaderná membrána, homologní chromosomy tvoří chromosomální tetrády a ty se řadí v ekvatoriální rovině Rozchod chromosomů k opačným pólům je náhodný, náhodná kombinace chromosomů maternálního a paternálního původu nondisjunkce proces, kdy dochází k chybám v rozchodu chromosomů nebo chromatid meióza I nesprávný rozchod homologních chomosomů meióza II nesprávný rozchod chromatid může mít za následek například trisomii 21 chromosomu - Downův syndromu (47,XX,+21 nebo 47,XY.+21) a další syndromy: Turnerův sy 45, X0 Klinefelterův sy 47, XXY Patauův sy 47, XX/Y, +13 Edwardsův sy 47, XX/Y, +18 a další Meióza telofáze I a cytokineze Telofáze I 2 haploidní sady chromosomů se seskupují u opačných pólů buňky Meióza II homeotypické dělení Stejné fáze jako v mitóze, ale dělí se haploidní buňka Cytokineze buňka se rozdělí i s cytoplazmou vznikly 2 haploidní buňky a nastává krátká meiotická interfáze při vzniku vajíček a spermií je rozdíl v distribuci cytoplazmy do gamet Důsledky meiózy Redukce počtu chromosomů v gametách Náhodná segregace chromosomů / alel (nové kombinace maternální a paternální genetické výbavy) Crossing-over, nové kombinace alel na homologních chromosomech Gametogeneze Tvorba pohlavních buněk z primordiálních zárodečných buněk Jsou haploidní oproti somatickým 4
Spermatogeneze Spermatogeneze V semenných kanálcích testes od počátku pohlavní dospělosti Spermatogonie 2n primární spermatocyt 2n sekundární spermatocyt 1n spermatida 1n spermie 1n Přibližně 64 dní V jednom ejakulátu přibližně 200 milionů spermií Oogeneze Oogeneze Na rozdíl od spermatogeneze začíná již v prenatální době Oogonie 2n primární oocyt 2n sekundární oocyt 1n + 1 polární tělísko vajíčko + 1 polární tělísko Při narození jsou primární oocyty ve stadiu profáze I (dictyoten) a tak setrvávají až do pohlavní dospělosti Primární oocyty pokračují v meióze I až v pohlavní dospělosti; rozdělí se na sekundární oocyt (1n) s většinou cytoplazmy a organelami a na polární tělísko Meioza II je dokončena pouze v případě oplodnění 5