Cellesyklus

Cellesyklus - En sekvens av hendelser i en celle som deler seg og gir to datterceller. Hos prokaryoter skjer cellesyklus i en binær fisjon. Alle eukaryote celler har en cellesyklus bestående av fire faser interfase (G1, G2, og S) og en mitose (M-fase). I interfase vokser cellene i størrelse. Mitotisk fase omfatter både mitose med atskillelse av søsterkromatider og fordeling i to datterceller (cytokinese). I G1 (gap 1) forbereder cellen seg til DNA-syntese og DNA replikasjon. I S-fase (S-syntese) skjer det syntese av DNA og genomet dupliseres.I G2 (gap 2) forbereder cellen seg til mitoseI mitosen blir søsterkromatidene fordelt på de to dattercellene via cytokinese. Søsterkromatidene henger sammen i centromeren fra anafase til metafase, hvor de atskilles G1: før DNA syntese skjer (prereplikasjon). S: når DNA syntese og replikasjonen skjer. G2: etter DNA syntese (postreplikasjon). M: når celledelingen skjer og to datterceller dannes. Mitosen deles i fire trinn (profase, metafase, anafase og telofase). Cellesyklus er strengt kontrollert, slik at bare celler som skal det slipper inn i G1 og S-fase.

Reguleringen er i store trekk felles for eukaryotene.  Signalene kommer fra utviklingsprogram, omgivelsesfaktorer som temperatur og næringstilgang.  Proteiner som har sykliske variasjoner i konsentrasjon, kalt cykliner, starter cellesyklus og starter mitosen. Cyklinene danner komplekser med cyklinavhengige protein kinaser og styrer de forskjellige stadiene i cellesyklus. Cellesykluskontroll skjer også ved dannelse av gameter. Reduksjonsdelingen med meiose I og II som danner 4 haploide sporer, blir, eventuelt etter programmert kontrollert celledød av noen av sporene, etterfulgt av 2-3 mitoser.Celler kan helt eller midlertidig stoppe å dele seg, og gå inn i en hvilefase G0. WEE1 er en serin/threonin protein kinase, en av de mange, som regulerer cellesyklus. Dette proteiner påvirker cellestørrelse og hindrer celler i å dele seg ved å hemme det konservative enzymet cyklinavhengig protein kinase 1 (CDK1) som hos gjær kodes av genet cdc2 og cdc28. Hos mennesker blir CDK1 kodet av genet cdc2. Det er som nevnt flere sjekkpunkter som skal hindre uønsket celledeling. Noen av disse sjekkpunktene er overgangene G1-S, i S og G2-M (mitose), samt cellestørrelsesjekkpunktet som hindrer små celler i å dele seg, dessuten DNA-skade sjekkpunkter.  Cellesyklus har mange likhetstrekk hos alle eukaryoter. I planter deltar bl.a. plantehormonene auxin og cytokinin i cellesyklus og celledeling. 

.Cellesyklus

Enhver celle er laget fra en allerede eksisterende celle. Det er to hovedtyper cellesyklus i eukaryoter:

1) Vegetativ eller somatisk celledeling (mitose)

2)  Reduksjonsdeling i reproduktivt vev

Mitose

Mitosen kan deles i fire stadier: M (mitose), gap G1 (postmitotisk interfase), S (DNA-syntese) og gap G2 (postsynaptisk fase). Overgangen fra en fase til den neste skjer trinnvis via sjekkpunkter som blir regulert via proteiner (kinaser, fosfataser som fjerner fosfat fra proteiner og kinasehemmere,  og proteaser . G1-S-G2 kalles interfase. Mitosen er delt i profase, prometafase, metafase, anafase, telofase etterfulgt av cytokinese.

Profase: Bipolare spindler utvikles med en pol i hver ende av cellen. Preprofasebånd, kjernemembranen og nukleolus begynner å forsvinne. Det skjer kondensering av kromosomer og to kromatider blir holdt sammen ved centromeren.

Prometabase: Kjernemembranen er er løst opp og finnes bare som fragmenter. Kromosomene beveges aktivt.

Metafase: Cytoskjelettet flytter kromosomene som samles i midten av cellen. Det finnes både kinetokore og polare mikrotubuli.

Anafase: Atskilte kromatider trekkes mot hver sin pol, det er økt atskillelse av polene. Kintekore mikrotubuli trekker seg sammen.

Telofase: Dekondensering av kromosomer. I motsetning til prokaryotene skjer det ingen avsnøring av cellen, men det dannes en celleplate. Kjernemembranen redannes og det skjer vekst av celleplaten hvor Golgivesikler frakter materiale til plasmamembranen og celleveggen.

Cytokinese: Det er nå to celler med komplett kjernemembranen rundt dekondenserte kromosomer. Nukleolus kommer tilsyne. Organogenese er avhengig av celledeling og cellevekst.

Meiose

Reduksjonsdelingen (meiose) deler egenskaper med mitosen som DNA-syntese samt kjerne- og celledelingsfase, men i meisen er det to runder med celledelinger, meiose I og meiose II, og i siste deling atskilles søsterkromatidene. Etter DNA-replikasjonen legger homologe kromosomer seg ved siden av hverandre, hver bestående av søsterkromatider. I profase i meiose I skjer det overkrysning og rekombinasjon med resortering av genmaterialet.

Mitose Meiose
I plantekroppceller I kjønnsceller
En deling av morcelle gir to datterceller. To deleringer av morcelle gir fire haploide celler
Morcellen kan ha alle typer ploidi, og genotypen til dattercelle blir lik morcelle Morcelle er diploid (2n). Datterceller har genotype forskjellig fra morcelle, og forskjellig fra hverandre.
Centromeren deler seg i anafase. Centromeren deler seg ved anafase II, men ikke i anafase I.
Ingen overkrysning, omstokking og bytte av genmateriale. Profase med overkrysning av homologe kromosomer.
Homologe kromosomer danner ikke par. Profase I hvor homologe kromosomer danner par.
S-fase med dobling av DNA før celledeling Bare meiose I har en S-fase foran seg.
Antall kromosomer per celle er det samme etter deling. Antall kromosomer halveres i dattercellene, 2n → n

Regulering av cellesyklus

I kontrollen av cellesyklus deltar mange proteiner bl.a. protein kinaser som fosforylerer en lang rekke substrater, protein fosfataser som fjerner fosfatgrupper, samt kinasehemmere. Sykliner (CYC) er en gruppe med forskjellige klasser proteiner som gir substratspesifisitet (CYCA, CYCB, CYCC, CYCH) og aktiverer protein kinaser, i komplekser kalt syklinavhengige protein kinaser (CDK), som fosforylerer andre proteiner.  Noen kinaser aktiverer CDK´er og blir kalt CDK-aktiverende kinaser (CAK´er). Egne inhibitorer (CDKI) hemmer syklinavhengige protein kinaser. Defosforylering og fjerning av fosfatgrupper fra proteinene katalyseres av protein fosfataser.

Syklinavhengig protein kinase

Når en syklinavhengig protein kinase har dannet kompleks med en subenhet syklin så kan kinasen fosforylere aminosyrene serin og threonin. Syklin blir bundet til et PSTAIRE-domene (enbokstavkode for 7 aminosyrer) nær N-terminal ende på CDK, et konservert område som finnes hos alle eukaryoter.

 A-type CDK’er (CDKA)  inneholder PSTAIRE-domene.CDKA virker på overgangen mellom G1 til S, samt G2 til M.

 B-type CDK´er (CDKB) er karakteristiske for planter og inneholder enten et PPTARE-domene (CDKB1) eller PPTTLRE-domene (CDKB2).  CDKB1 virker før (S og G2) og spesielt i M-fase. Transkripter for  CDKB2 øker i G2 og M. Det vil si at begge CDKB er nødvendig for å kunne gjennomføre mitosen. CDKB1 hindrer endoreduplisering.

Cellesyklus

Celledeling hos pattedyr

Når DNA-skader ikke kan bli reparert stopper cellen å dele seg, og gjennomgår en programmert kontrollert celledød (apoptose). Hos pattedyr kan skader i DNA gi opphav til kreft, men hos planter gir de redusert vekst og endret morfologi og utviklingsprogram. Innen kreftforskning arbeides det med å finne molekyler som påvirker cellesyklus, bl.a. ved å interferere med utvalgte protein kinaser og hindre celledeling. Ataxia telangiectasia mutert (ATM), navn fra Louis-Bar syndrom,  er en serin-threonin protein kinase som blir aktivert av dobbeltbrudd i DNA, og aktiverer flere kontrollpunkter som stopper cellesyklus. ATR kinase (ATM og RAD3-relatert) er en kinase som blir aktivert hvis det oppstår feil i replikasjonsgaffelen, og ofte blir ATM kinase og ATR kinase aktivert samtidig. Stress fra enkelttrådet DNA blir pakket inn i replikasjonsprotein A (RPA). En rekke proteiner blir påvirket som bl.a. tumorrepressorprotein p53, BRCA1protein (brystcancer 1), checkpoint kinase 2 (CHEK2), histonfamilie 2A type X (H2AFX). Både ATM kinase og ATR kinase finnes også i planter.

 

 

Publisert 4. feb. 2011 10:12 - Sist endret 27. sep. 2018 10:03