HUCRE BOLUMMESI_FOTOKOPI.pptx

12/12/13 Hücre Bölünmesi
ve
Kontrolü
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi
GENERASYON ZAMANI
12 Aralık 2013
BÜYÜME
Hücre siklusu
BÖLÜNME
mitoz ve mayoz
Doç. Dr. Metin Aytekin
Deniz kestanesi ve embriyonik hücrelerde bir kaç dakika
Bitkilerde genellikle 10-30 dakika
Hayvanlarda 18-24 saat
Insan hücre kültüründe 24 saat
HÜCRE BÖLÜNMESİ
İNTERFAZ
•  Tek hücreli canlıların çoğalması
G1
M
ito
z
z
ne
ki
ito
S
Mİ
(M) TOZ
EVR
ESİ
S
(DNA sentezi)
G2
•  Çok hücreli canlıların büyüme, gelişme ve
çoğalması hücre bölünmesiyle olur.
•  Hücre bölünmesi için belli bir büyüklüğe erişmesi
gerekir.
•  Hücre bölünmesi hücrelerin çoğalması ve eşeysel
üreme için gametlerin oluşumunu sağlar.
•  Temel nokta: DNA nın replikasyonu ve Sitoplazma
bölünmesidir.
•  Prokaryot ve Eukaryot hücrelerde temelde aynıdır.
Ancak bazı farklılıklar vardır.
Prokaryotlarda Bölünme
DNA sitoplazmaya değer
1.  Prokaryotlarda bölünme daha hızlıdır
2.  DNA halkasaldır.
3.  İki halkasal DNA meydana gelir, hücre
zarı ve çeperine değdiği noktadan hücre
duvarı boğumlanarak sitoplazma
bölünmesi olur.
4.  DNA replikasyonunda kısalıp, kalınlaşma
ve yoğunlaşma yoktur
bölünmeye başlar
Sitoplazma bölümeye
başlar
Hücre tamamen bölünür
1 12/12/13 Prokaryotlarda bölünme
Ökaryotlarda bölünme
Halkasal
kromozom
Birbiri ile aynı iki
Yavru hücre
Ökaryotlarda bölünme
Nükleus
Birbiri ile aynı
Iki haploit
Yavru hücre
Mitoz bölünme (diploit hücrelerde)
•  DNA replikasyonu hücre siklusunun belirli
evrelerinde olur.
•  Her organizmanın hücre bölünmesi farklı
sürelerde olur
•  DNA materyali yavru hücrelere eşit olarak
aktarılır.
•  DNA sentezi devamlı değildir.
Hücre Döngüsü Fazları (evreleri) Birbiri ile aynı
Iki diploit
Yavru hücre
Haploit yavru hücreler
Mayoz bölünme
Mayosit
İnterfaz
{
{
• 
• 
• 
• 
G1 (gap 1) S (sentez) G2 (gap 2) G1
M (mitoz) S
MİTOZ BÖLÜNME
1. Karyokinez
2. Sitokinez
G2
Sitoplazmik Kontrol
M evresi -- G1 evresi:
G1
M evresi -- S evresi:
M evresi -- G2 evresi:
M
M
G1
kromozom
S
S
M
sentromer
Kromatit
Kromatit
G2
G2
G1 - S - G2 deki nükleusun yoğunlaşması
M evresi hücrelerinin sitoplazması mitotik
olayları uyaran faktörler içerir!
2 12/12/13 G1 (Gap) Evresi •  RNA ve protein sentezlenir.
S (Sentez) Evresi: •  RNA sentezi devam eder.
•  Fakat DNA sentezi henüz yoktur
•  Zaman olarak en değişken olanıdır ve
memelilerde yaklaşık 11 saat sürer
•  Protein sentezi en yüksek seviyeye çıkar.
•  Çok sayıda replikasyon orijini aktive olur.
•  Hücreyi bölünmeye iten proteinler aktive olur
(büyüme faktörleri)
•  DNA sentezi başlar ve iki misline çıkar
•  Büyüme için şartlar uygun değilse siklus
geçiktirilir ve hücre G0’a girer.
•  Sentrozom (sentrioller) kendini eşlemeye
başlar.
G2 (Gap=Aralık) Evresi: M evresi •  Kromozom kondensasyonu ve mitoz için hazırlık
aşamasıdır.
•  Profaz, Metafaz, Anafaz, Telofaz evreleri
vardır.
•  Yoğunlaşan kromozomlar mikroskop altında
görülebilir.
•  Mitotik ipliklerin oluşumu ilk sinyallerdir.
•  Yaklaşık 1-4 saat arasında sürer.
•  DNA sentezi durur, RNA ve protein sentezi
devam eder.
•  Sentrozom dublike olur
•  Sentrozom dublikasyonu tamamlanır.
•  Organeller çoğalır, iki katına çıkar
•  Mitozu aktive edecek proteinler birikir.
•  Sitokinez meydana gelir
•  Yavru kromozomlar meydana gelir
Go evresi: •  Hücrelerin G1 evresinde kaldığı ve
büyümelerinin durduğu evredir.
•  Metabolik aktiviteye sahiptirler.
•  Uygun hücre-dışı sinyaller tarafından
uyarılmadıkça çoğalmazlar.
Erken embriyonik
hücre döngüsü
Somatik hücre döngüsü
Sinir hücresi
3 12/12/13 Restriksiyon noktası G2
M
G1
G0
S
Restriksiyon noktası
Büyüme faktörleri
• Büyüme faktörleri
hücre döngüsünü geç
G1 de restriksiyon
noktası denilen
noktada kontrol eder.
• Bu noktada büyüme
faktörleri yoksa hücre
G0 denilen evreye
girer.
Bazı Büyüme Faktörleri
•  Trombosit kaynaklı büyüme faktörü
(Platelet-derived Growth Factor) (PDGF):
Bağ doku ve nöroglia hücrelerinin
çoğalmasını uyarır.
•  Epidermal Büyüme Faktörü (EGF): Birçok
hücre tipinin çoğalmasını uyarır.
•  İnsulin benzeri büyüme faktörü I (IGF-I):
PDGF ve EGF ile birlikte çalışır, yağ
hücreleri ve bağ doku hücrelerinin
çoğalmasını uyarırlar.
Restriksiyon noktası •  G1 içindeki dönüşü olmayan noktanın
aşılması büyüme faktörleri ve farklılaşma
uyarıcıları gibi dış ve iç sinyallere bağlıdır.
•  Kanser hücreleri bu kontrolü kaybeder ve
sürekli döngü içinde kalırlar.
•  R noktasının açılı S evresine girilmesi
CDK’lar tarafından kontrol edilir.
•  Transforming Growth Factor –β
•  Transforme edici büyüme faktörü-beta; TGF-β:
Diğer büyüme faktörlerine karşı birçok hücrenin
cevabını güçlendirir. Hücre tipine göre hücrelerin
farklılaşmasını düzenler.
•  Fibroblast büyüme Faktörü (FGF): Fibroblast,
endotel hücreleri ve myeloblastların çoğalmasını
uyarır.
•  Sinir büyüme faktörleri (Nerve Growth Factor)
(NGF) : Bazı duyu ve merkezi sinir sistemi
nöronların hayatta kalma süresini uzatır.
•  İnterlökin 2 : T lenfositlerinin çoğalmasını sağlar.
Hücreleri petri kabına ektiğimizde
bölünmeye başlarlar
kesiciler
Petri
PDGF içermeyen
PDGF İÇEREN
Hücreler tek tabaka halinde bütün yüzeyi
kapladıklarında hücre bölünmesi durur
(yoğunluğa bağlı inhibisyon).
Eğer bazı hücreler alınırsa, oluşan boşluğu
doldurmak için o bölgedeki hücreler çoğalırlar
PDGF içermeyen
PDGF İÇEREN
10 mm
Normal memeli hücreleri
25 µm
4 12/12/13 Kanser hücreleri normal
Hücrelerdeki gibi yoğunluğa bağlı
Inhibisyon göstermezler
Hücre döngüsü zamanı nasıl hesaplanır? Colcemid (kolsemit) Metafazda durdurur
Colcemid (kolsemit)
25 µm
Kanser hücreleri
Mikrotübüller
24. saat
G1 evresi ne kadar sürer? •  Kolsemit uzaklaştırılır
Colcemid (kolsemit)
G2 evresi ne kadar sürer? Hydroxyurea
DNA sentezi
•  Bir çok hücre AYNI anda G1
fazında hareket eder
•  DNA sentezini inhibe
eder ve hücreler DNA
sentezi yapamayacağı için
bu sefer G1 sonunda
toplanır.
•  Anda radyoaktif TİMİN
eklenir
•  Saat başı DNA ekstraktı
hazırlanır ve TİMİN değer
ölçülür
S
G1
1
G2
•  TİMİN ölçümü başladığı
zaman S evresine geçilmiş
ve G1 bitmiştir.
7 8
•  Hydroxyurea (Hidroksiüre)
ekle (24 saat)
•  Hücreler hidroksiüre eklemeden
önce her fazda bulunabilirler. S
evresinde olanlar orada donup
kalacaklar ileriye gidemeyecekler
çünkü DNA yapamazlar.
•  Hidroksiüre alınıp Kolsemit
eklenir ve devamlı
mikroskop altında
kromozomlardaki lekeler
göründüğü zamana kadar
geçen süredir G2
Hücre Döngüsünün Kontrolü ve Düzenleyicileri Hücre Döngüsünün Kontrolü ve Düzenleyicileri •  Vücudumuzda 3x1013 hücre bulunur
•  Ortalama insan yaşamında 1016 hücre döngüsü olur.
•  Bu demektir ki her saniyede ortalama 107 hücre
döngüsü gerçekleşmekte
•  Sadece şu cümleleri okurken 100 milyon civarında
vücudumuzda mitoz geçirilmekte
5 12/12/13 Hasarlı DNA veya
kusurlu DNA replikasyonu
G2
DUR Kontrol noktaları DUR M
Kromozom
düzensizliği
2. Hücre siklusunda fazlar arası koordinasyonu
sağlar
G1
Amaç:
Evrelerin düzgün bir
sırada olmasını
sağlamaktır.
S
3. Mitoz bölünmede hücrenin metafazdan anafaza
geçişini ve mitozdan çıkışını kontrol eder.
Hasarlı
DNA
DUR 4. G2 kontrol noktasında genom tam replike olana
kadar bekletir.
DUR G1 Kontrol Noktası G1 Kontrol Noktası •  Hücre büyüklüğü ve DNA hasarları olup
olmadığı kontrol edilir.
DUR G2
1. İnterfazda hasarlı DNA nın ve replikasyonu
tamamlanmamış kromozomların yavru hücrelere
geçişini engeller
•  Eğer şartlar uygun değilse p53 siklusu
durdurur. Hücrenin G0’da durması sağlanır.
DUR M
G1
S
DUR Hasarlı DNA nın
S evresine girmeden
onarılabilmesine
olanak sağlar.
•  Büyüme faktörlerinin yokluğu ve kontak
inhibisyonu gibi çevre şartları değişirse siklus
tekrar başlayabilir.
DUR S Kontrol Noktası S Kontrol Noktası DUR G2
DUR M
•  DNA replikasyonu sırasında yanlış baz
eşleşmeleri ya da DNA bölümlerinin eksik
replikasyonu gibi hataları bulma ve onarma
şeklinde kalite kontrol görevi yapar.
G1
Yanlış baz eşleşmeleri ya da
DNA bölümlerinin eksik
replikasyonu gibi hataları
bulma ve onarma
şeklide kalite kontrol eder.
•  Hasarlı DNA nın replike olmadan onarılması
için DNA nın bütünlüğünü sürekli izler
S
DUR DUR 6 12/12/13 G2 Kontrol Noktası DUR G2
G2 Kontrol Noktası •  S fazının tamamlanmadan mitozun
başlamasını engeller.
DUR M
•  M fazı işlemlerini uyarmak
G1
S
DUR S fazının
Tamamlanmadan
mitozun başlamasını
engeller.
•  S fazında tam olarak replike olmamış
DNA’yı tanımak
•  Hücre siklüsünü S fazında durduracak
sinyali üretmektir.
DUR G2 Kontrol Noktası-­‐2 M Kontrol Noktası •  Bu sinyalin etkisiyle M fazı işlemleri
uyarılmaz ve Mitozun başlaması engellenir
•  Metafazdan anafaza geçişi ve hücrenin
mitozdan çıkmasını sağlar.
•  Genom tam replike olana kadar hücre G2
fazında bekler.
•  Genomun bütünlüğünü korur
•  DNA replikasyonu tamamlanınca G2 kontrol
noktasının inhibisyonu ortadan kalkar ve
hücre mitoza başlar
•  Mitotik iplikciğin kromozomun sentromer
bölgesindeki kinetekora bağlanarak
metafazdan anafaza geçişi ve
kromozomların yavru hücrelere taşınmasını
sağlar.
•  Yavru hücrelere hasarsız ve tam replike
olmuş DNA dağıtılır.
Hasarlı yada replike olmamış DNA
Lisansing faktör (licensing Factor) mekanizması: Algılayıcı
Proteinler
•  G2 noktasından S fazına geri dönüşü engeller
Ataxia telangiectasia mutated
•  Bu mekanizma faktörün mitoz süresince kromozoma bağlı
kalmasını sağlar.
ataxia telangiectasia and
Rad3-related protein
ATM
ATR
Chk2
Chk1
•  Bu faktör DNA replikasyon süresince inaktiftir.
•  M fazı boyunca nükleus zarı parçalanıncaya kadar
nükleusa yeniden giremez.
•  Bir sonraki siklusun G1 fazına kadar DNA replikasyonu
engellenir.
•  G2 kontrol noktası ayrıca irradyasyondan kaynaklanan
DNA hasarına da duyarlıdır.
Checkpoint kinase
(Chk)2
Checkpoint kinase
(Chk)1
Hücre döngüsünün durdurulması
7 12/12/13 DNA hasarı
Chk2
ATM
p53 düzeyi
artar
p53
G1’de
durma
Memeli hücrelerinin G1 noktasında Durması p53 proteini olarak adlandırılan bir protein aracılığı ile olmaktadır. Hücre Döngüsü Gelişiminin Düzenleyicileri Yoshio Masui
DNA hasarı
p53 düzeyinde artma
p53
p21 mRNA
p21
Proliferating
Cell Nuclear Antigen
Cdk’lar
Hücre döngüsünün
baskılanması
PCNA
DNA replikasyonunun
baskılanması
Hücre Döngüsü Gelişiminin Düzenleyicileri Clement Markert
1971 Hormonla uyarılmış kurbağa oositlerinin sitoplazmasını
başka bir hücreye aktarmışlar
Progesteron
G2
p53 proteini Cdk inhibitörü olan p21’in ekspresyonunu uyarır. P21 proteini bir çok Cdk/Siklin kompleksini inhibe eder. •  Oositler hormonla tetikleninceye kadar G2
evresinde duraklatılırlar.
•  Hormonla tetiklenince ise Mayozun M evresine
girerler.
•  Olgunlaşmayı ilerleten faktör = Maturation
promoting factor (MPF)
•  MPF nin somatik hücrelerde de bulunduğu tespit
edilmiş
•  Mitoz bölünmede M evresine girişi uyarır
•  G2 den M evresine geçişte düzenleyici olarak
davrandığı görülmüş
Hücre Döngüsü Gelişiminin Düzenleyicileri M
G2
M
Sitoplazmanın mikroenjeksiyonu
•  Uyarı olmadan G2 evresinde dururlar
•  Hormonla uyarı ile G2 evresine geçerler
•  M evresine geçen hücrenin sitoplazması alınıp
G2 evresinde başka bir hücreye enjekte edilir
•  Bu hücrenin de hormon olmadan da M
evresine geçtiği gözlemlenir.
•  Tomurcuklanan maya
Saccharomyces cerevisia ile
çalıştılar.
•  Hücre döngüsü bozuk olan,
sıcaklığa duyarlı mutantları
tanımladılar (cdc) [cell division
cycle].
•  Ana karakteristikleri hücre
döngüsünün belirli noktalarında
büyümelerin durmasıydı.
Lee Hartwell
Nobel ödülü
2001
8 12/12/13 Hücre Döngüsü Gelişiminin Düzenleyicileri MPF’in keşfi •  Deniz Kestanesi çalışmalarından
ortaya çıktı.
•  SİKLİNLER (Siklin A (S evresinde)
ve Sikin B (M evresine pik yapar))
•  Schizosaccharomyces pompe ile
çalıştılar.
•  Bu mutantlardan cdc2 S. pompe
hücre döngüsünü hem G1 hem de
G2’den M’e geçiste durdurur.
•  Her iki maya türünde de HEM
START noktasına geçişte hem de
MİTOZ’a girişte gerekli olduklarını
gösterdi.
Tim Hunt
Nobel ödülü
2001
Paul Nurse
Nobel ödülü
2001
İnterfaz
Mitoz
İnterfaz
İnterfaz
Mitoz
Mitoz
Zaman
MPF’in Yapısı Olgunlaşmayı ilerleten faktör = Maturation
promoting factor (MPF)’in keşfi •  Deniz Kestanesi çalışmalarından ortaya çıktı.
•  Döllenmeyi takiben bu embriyolar bir seri hızlı
hücre bölünmesine uğrarlar.
•  Tim Hunt isimli araştırmacı bu hücrelerde
periyodik olarak biriken ve parçalanan iki
protein tanımladı.
•  Bu proteinler interfaz boyunca birikip daha
sonra her Mitozun sonunda parçalanıyorlar.
•  Hunt bu proteinler SİKLİNLER (Siklin A ve
Sikin B) olarak isimlendirdi.
MPF
MPF, Siklin B ve Cdc2 protein
kinazlardan oluşan bir dimerdir.
MPF regülasyonu Siklin B
1
G
Cdk
Siklin B
Thr 161
Thr 15
Siklin B
Aktif
MPF
Cdc2
Siklin B
Cdc2
M
Siklin
Yıkımı
Mitoz
Siklin
Yıkılmaya
başlar
Siklin B
sentezi
Cdc2
Cdc2
Defosforillenme
G2
G2
Cdk
Kontrol noktası
MPF
lin accumulati
on
S
Defosforillenme
Cdc2
Cyc
Thr 14
Fosforillenme
Siklin
SiklinB
yıkımı
Molecular mechanisms that help regulate the cell cycle
9 12/12/13 MPF’in Hedefleri MPF nin hücrede gerçeklemesini sağladığı olaylar MPF
Siklin B
1.  Kromatin yoğunlaşması
Cdc2
2.  Nüklear zarfın yıkılım
3.  Mitoz iğciğinin oluşumu
KromaPn yoğunlaşması Nükleer zarSn yıkılması Golgi ve ER’un parçalanması Kondensinlerin
yoğunlaşması
Laminlerin
fosforillenmesi
GM130’un
fosforillenmesi
İğ ipliği oluşmu 4.  Golgi ve ER’un küçük veziküllere ayrışması
Mikrotübül
kararsızlığı
Memeli Hücre Siklusunun Kontrolü Cdc2/Clb1,
Clb2, Clb3, Clb4
Cdc2/Cln1,
Cln2, Cln3
START Cdc2/Clb5, Clb6
Cdc2/CycB
Cdk4, 6/CycD
Maya ve Hayvan hücresinde Siklin ve siklin bağımlı kinaz kompleksleri M-phase
Cyclins/Cdk
G1-phase
Cyclins/Cdks
S-phase
Cyclin/Cdk
Restriksiyon noktası Cdk2/CycA
Cdk2/CycE
Hücre döngüsü kontrolünde 3 önemli faktör 123-
Siklinler
Siklin bağımlı kinazlar (cdk)
Siklin bağımlı kinaz inhibitörleri
Siklinlerin evrelere göre ekspresyonu G1/S-siklin
S-siklin
M-siklin
Siklinler
1- Hücre döngüsünün temel regülatörüdürler
2- Siklinler cdk fosforilasyon ile aktive
olurlar.
10 12/12/13 S-­‐Evresi Cyclin/Cdk Komplekslerinin AkZvasyonu Cdk düzenleme mekanizmaları   Cyclin-Kinase Inhibitor (CKI) DNA replikasyonu başlamasının hücre
hazırlanıncaya kadar S evresi Cyclin/Cdk komplekslerini tutar. (S-phase)
  G1 Cyclin/Cdk komplekslerinin artması CKI ların fosforlanmasına yol açar.
  S-phase Cyclin/Cdk kompleksleri DNA replikasyonunun başlamasını aktive eder
D Zpi siklinlerin uyarılması Cdk İnhibitörleri Büyüme faktörleri Cdk İnhibitörleri İnhibitörler Cdk/Siklin kompleksi Etkilenen evre Ras/Raf/ERK
(Büyüme faktörleri)
Cip/Kip ailesi (p21, p27, p57) Ink4 ailesi (p15, p16, p18, p19) D Ppi siklin sentezi Cdk4/siklin D G1 Cdk6/siklin D G1 Cdk2/siklin E G1/S Cdk2/siklin A S Cdk4, 6/CycD
Cdk4/siklin D G1 Restriksiyon noktası
Cdk6/siklin D G1 G2 Kontrol Noktasının Denetimi
Replikasyon tamamlanmış
Replike olmamış veya hasarlanmış DNA
Hücre döngüsünün Rb ve E2F ile düzenlenmesi Algılayıcı
proteinler
Algılayıcı
proteinler
Chk1
Chk2
ATM
ATR
Chk2
Chk1
Rb
Cdk4, 6/SiklinD
Rb
ATM
ATR
E2F
E2F
Cdc25C Aktif
P
Cdc25C inaktif
Siklin B
Siklin B
Cdc2
Cdc2
P
inaktif MPF
Aktif MPF
Mitoza ilerlerme Siklin B
Rb
E2F
Cdc2
E2F
RNA
P
İnaktif MPF
G2’de duraklama Transkripsiyon
baskılanır
S evresi genlerin
transkripsiyonu
11 12/12/13 Kaynaklar • 
WormBook: hap://www.wormbook.org/chapters/www_cellcyclereguln/cellcyclereguln.html • 
Glossary: hap://www.histol.chuvashia.com/tab-­‐en/ccyc-­‐en.htm • 
Cancer Genome Anatomy Project: hap://cgap.nci.nih.gov/Pathways/BioCarta/h_cellcyclePathway • 
Tyson’s Generic Cell Cycle: hap://mpf.biol.vt.edu/research/generic_model/main/pp/index.php • 
Cells Alive: hap://www.cellsalive.com/cell_cycle.htm • 
Cell Cycle Tutorial: hap://www.biology.arizona.edu/Cell_bio/tutorials/cell_cycle/main.html Teşekkürler 12