hücre s*klusu -

HÜCRE SİKLUSU
Ondokuz Mayıs Üniversitesi Tıp Fakültesi
Tıbbi Onkoloji
Dr. Müge Karaoğlanoğlu
06/2008
HÜCRE SİKLUSUNUN EVRELERİ
• M evresi: mitoz
• G1 evresi: mitoz ile DNA
replikasyonu arasındaki süreç
• S evresi: DNA sentezi
• G2 evresi: mitoza hazırlık
dönemi
MİTOZ EVRESİ
• Mitoz evresinde kromozomlar
birbirinden ayrılır ve hücre
bölünmesi ( sitokinez)
gerçekleşir.
• Bu evre 1 saat sürer
Profaz: kromatin fibrillerinin daha fazla
kısalıp kalınlaşması sağlanır. Çekirdekçik
ortadan kalkmaya başlar,mikrotubul
polimerizasyonuyla mitotik iğcikler oluşur.
Prometafaz: Çekirdek zarı parçalanır.
Kinetokor mikrotubulleri herbir
kromozoma sentromerinin her iki
tarafındaki kinetokorlardan tutunur.
Metafaz: Sentriol çiftleri hücrenin zıt
kutuplarına ulaşır. Kromozomlar mitotik
iğcikler tarafından metafaz düzlemine
doğru çekilirler.
Anafaz: Herbir kromozomun kardeş
kromatitleri kinetokor mikrotubullerince
zıt kutuplara doğru çekilir (Kinetokor
mikrotubulleri kısalır). Böylece herbir
kromozom takımı birbirinden ayrılıp,
kutuplara doğru çekilir.
Telofaz : Profazın tüm olayları tersine
döner. Çekirdek zarı yeniden birleşir,
çekirdek oluşur. DNA’lar kromatin
şeklinde gevşeyerek yeniden şekillenir.
Çekirdekçik ortaya çıkar.
Sitoplazma bölünmesi :
Mikroflamentlerin oluşturduğu kasılma
halkasıyla, sitoplazma boğumlanır ve ikiye
bölünür
Hücre döngüsünün %95’i interfazda
(mitozlar arası dönem) geçer.
‘G1’ EVRESİ
• G1 evresi: ilk bölünmede
oluşan eş hücrelerin tekrar
hücre bölünmesine girmeden
önceki evresidir.
• Bu evrede DNA replikasyonu
olmaz; RNA ve protein sentezi
devam eder; evre 3-4 saat
sürer ve hücre S evresine
hazırlanır.
‘S’ EVRESİ
• S evresi: DNA replikasyonu,
kromozomun çiftlenmesi,
RNA ve protein sentezinin
olduğu evredir.
• Bu evre 6-8 saat sürer.
DNA SENTEZİ
• DNA ve RNA’nın yapısını nükleotidler oluşturur.
• Bu nükleotidlerin yapısında pürin ve pirimidin denilen
azotlu bazlar bulunur.
• Pürin bazları: adenin, guanin
• Pirimidin bazları: sitozin, urasil, timin
• Pürin ve pirimidin inhibitörleri, nükleotid ve dolayısıyla
DNA-RNA sentezini bozarak etki gösterirler.
DNA SENTEZİ
• DNA; çok sayıda monodeoksiribonükleotidin 3  5
fosfodiester bağlarıyla bağlanmasıyla oluşur.
• Bu fosfodiester bağları kimyasallar ile ayrılabilir veya
nükleazlar tarafından enzimatik olarak hidrolize
edilebilirler.
• Çift sarmalda, iki iplik arasında dar ve geniş girinti
oluşur.
• Daktinomisin dar girintiye etki ederek DNA ve RNA
sentezini bozar (iplikleri birbirine yapıştırır).
DNA SENTEZİ
• DNA’nın replikasyonu:
DNA moleküllerinin doğru
kopyalarının yapılmasıdır
• Bir DNA molekülünün iki
kolundan her biri, yeni bir
DNA kolu sentezi için kalıp
olarak görev görür.
• Sonuçta iki yeni DNA
molekülü meydana gelir.
• DNA replikasyonu, kromatin
üzerinde binlerce yerde
birden başlar ve devam
eder
DNA SENTEZİ
• DNA replikasyonu, orijin diye
adlandırılan bir başlama
noktasında başlar
• genellikle iki yöndeki
replikasyon çatallarında
5  3 yönünde ilerler
• kalıp olarak görev gören kol
3  5 yönünde okunur
DNA helikaz: tek iplikli DNA’ya bağlanır, yakındaki çift iplikli
bölgeye ilerleyerek ipliklerin açılmasını sağlar.
Bu iplikler açılırken süper kıvrımlar olabilir.
DNA topoizomerazlar : bu kıvrımları ortadan kaldırlar.
Tip I DNA topoizomeraz: reversible olarak çift sarmalın tek
ipliğini keser. Hem nükleaz (kesen) hem de ligaz (bağlayan)
aktivitesi vardır.
Tip II DNA topoizomeraz: her iki iplikte de kırılmalar yapar.
Bunda da nükleaz ve ligaz aktivitesi vardır.
DNA SENTEZİ
• DNA polimeraz III: DNA zincir uzamasını sağlar
(5  3 yönünde). ilk nükleotid alıcısı olarak RNA
primerini kullanır. Ek olarak 35 kontrol okuması da
yapar. Yanlış okunan kısmı çıkarır ( ekzonükleaz
aktivitesi).
• DNA polimeraz III, bir RNA primerine yaklaşana kadar
DNA sentezler. Bu durumda RNA çıkarılır ve boşluk DNA
polimeraz I ile doldurulur ( polimeraz ve endonükleaz
aktiviteleri).
DNA SENTEZİ
• DNA replikasyonunda DNA
polimerazların etkisi, kalıp
kolun karşısında büyüyen DNA
koluna uygun deoksinükleozid
trifosfatlardan (dNTP)
deoksinükleozid
monofosfatların (dNMP) girişini
sağlamaktır.
• Yeni bir DNA şeridinin sentezi
tamamlandıktan sonra DNA
giraz, replike olmuş DNA’nın
tekrar doğal haline
kıvrılmasına yardımcı olur .
RNA SENTEZİ
• RNA sentezi (transkripsiyon), DNA’da saklanan genetik
bilgilerin bir RNA molekülü (mRNA, tRNA, rRNA)
şeklinde kopyalanması veya yazılması olayıdır.
• Bir RNA molekülü, DNA’nın kalıp kolunun dizilişini
bütünleyici ribonükleotidlerin ATP, GTP, CTP ve UTP’tan
pirofosfatlar ayrılması suretiyle polimerizasyonu
sonucunda, 5  3 yönünde sentezlenir.
RNA SENTEZİ
• RNA sentezi için RNA
polimeraza, başlama ve
sonlanma sinyallerine
gereksinim vardır
RNA SENTEZİ
• RNA polimeraz kalıp kol
tarafından yönetilen ve baz
eşleşmesi kuralları tarafından
yorumlanan spesifik bir diziliş
içinde ribonükleotidleri
polimerize ederken
pirofosfatlar serbest bırakılır ve
böylece RNA sentezlenir
RNA SENTEZİ
• Transkripsiyon sonunda oluşan RNA’lar primer
RNA’lar diye adlandırılırlar ve genellikle hemen
kullanılmazlar.
• RNA processing diye tanımlanan bazı
işlemlerden geçtikten sonra işlev görebilecek
olgun RNA’lar haline gelirler.
PROTEİN SENTEZİ
• Protein sentezi (translasyon),
gen ifadesinin son aşamasıdır.
Transkripsiyonla RNA’ya
kopyalanan genetik bilgi son
olarak bir protein veya
polipeptit zinciri haline
dönüştürülür .
PROTEİN SENTEZİ
•
Protein sentezinin üç komponenti:
mRNA, tRNA ve ribozomlardır.
•
mRNA; proteinin amino asit
sırasını belirleyen kodu içerir.
•
Protein sentezi başlayacağı
zaman, sitoplazmada bulunan
amino asitler, kendilerine özgü,
Mg2+ gerektiren aminoaçil-tRNA
sentetaz enzimleri yardımıyla
tRNA’lara bağlanarak aminoaçiltRNA şeklinde aktiflenirler.
• Protein sentezi başlarken;
ribozom alt üniteleri, mRNA ,
aminoaçil -tRNA, GTP ve
başlama faktörleri (IF)’nin
varlığı gereklidir.
• mRNA’nın 5′ ucuna yakın bir
bölgesinde başlama kompleksi
oluşur .
• mRNA üzerinde başlama
kodonu ( AUG veya GUG ) özel
bir başlatıcı tRNA ile tanınır. Bu
tRNA prokaryotlarda N-formile
metiyonin içerir.
• Başlama kompleksi
oluştuktan sonra, GTP’ın
hidrolizi ve elongasyon
faktörü (EF-Tu)
sayesinde, bu
kompleksteki A (amino)
yerine, mRNA’nın buraya
rast gelen kodonunu
tamamlayan antikodonu
içeren aminoaçil-tRNA
gelir.
• Ribozomda bulunan
peptidil transferaz
enziminin katalitik
etkisiyle P (peptid)
yerindeki fmet-tRNA’da
bulunan aminoaçil grubu,
A (amino) yerindeki
aminoaçil-tRNA’nın
aminoaçilinin serbest
amino grubuna peptit
bağı ile bağlanmak üzere
taşınır.
• GTP’nin hidrolizi ve EF-G
(uzama faktörü)
sayesinde P yerindeki
tRNA kompleksten ayrılır
• A yerindeki dipeptidiltRNA, A yerinden P
yerine yer değiştirirken
• ribozom, mRNA üzerinde
3 ucuna doğru bir kodon
ilerler ve A yerine uygun
aminoaçil-tRNA gelir.
PROTEİN SENTEZİ
• Son iki basamaktaki olayların tekrarı sonucunda
polipeptit zinciri amino-terminal uçtan karboksilterminal uca doğru uzar.
• Polipeptit zincirinin uzaması sonlandırılacağı zaman,
A yerine UAG, UAA, UGA sonlandırma kodonlarından
biri gelir; buraya terminasyon faktörü (RF) bağlanır
ve önce polipeptidil-tRNA bağı hidroliz olur daha
sonra diğer komponentler dissosiye olurlar.
‘G2’ EVRESİ
G2 evresi: S ve M
evreleri arasındaki
evredir.
Bu evrede DNA
replikasyonu olmaz,
RNA ve protein sentezi
devam eder.
evre 3-4 saat sürer ve
hücre büyüklüğü iki
katına ulaşır.
‘G0’ EVRESİ
• G0 evresi : Hücre döngüsünün
dışında, son farklılaşmasını
tamamlamış ve bölünmesi
duran hücrelerin dinlenme
evresidir.
•
Birkaç saat, birkaç gün veya
ömür boyu sürebilir.
• Bu evrede hücrede tüm
biyokimyasal olaylar aktif bir
şekilde devam etmektedir.
‘G0’ EVRESİ
• G0 dinlenme evresindeki hücre bölüneceği zaman, G1
evresinin başlangıcından itibaren hücre bölünme
döngüsüne girer.
• Büyüme faktörleri, sitokinler ve tümör virüsleri gibi
mitojenik iletiler, G0 evresindeki hücrenin G1 evresine
girmesine yol açmaktadır.
NORMAL HÜCRE SİKLUSU
Büyüme faktörü

Büyüme faktörü reseptörü

Sinyal iletimi

Kopyalanmanın aktivasyonu

Hücre bölünmesi
• Hücre siklusunda önemli 3
basamak
1) Hücre yüzey reseptörleri
2) sinyal iletim yolu
3) Nükleer transkripsiyon
faktörleridir.
Bu olaylar;
SİKLİNLER ve KONTROL
NOKTALARI ile regüle
edilirler.
• Uyarı iletim yolu ile alınan sinyaller nükleusa
iletilir.
• Nükleusta transkripsiyon gen düzeyinde yapılır
ve transkripsiyon faktörleri ile kontrol edilir.
Hücre proliferasyonuna yol açan transkripsiyon
faktörleri;
• Protoonkogenler; c-myc
• Tümör süpresör gen; p53, Rb
• Transkripsiyon faktörleri fosforile olur, DNA’ya
afinitesi değişir.
HÜCRE SİKLUSU
KONTROL NOKTALARI
G1/S ve G2/M

Hücre siklusu kontrol mekanizmalarındaki defekt

Kanser hücrelerindeki genetik bozukluğun ana
nedeni
G1/S kontrol noktası
Restriksiyon noktası:
• DNA hasarı kontrol edilir
• DNA hasarı var ise;
Hücre siklusta tutulur
DNA tamir mekanizmaları harekete geçer
• DNA hasarı tamir edilemez ise;
Apoptozis harekete geçer
S fazı;
•Geri dönüşü olmayan nokta
•Hücre çoğalmadan önce son hazırlıkların yapıldığı dönem
G2/M kontrol noktası
•
•
•
•
•
DNA kopyalanmasının tamamlanması
Hücrenin emniyetli bir şekilde mitoza başlaması
Kardeş kromatidlerin ayrılması
Özellikle iyonize radyasyonla hasarlanan hücreler G2/M kontrol
noktasını aktive eder ve hücre G2’de kalır
Bu noktadaki defektler kromozomal anomalilere neden olur
Hasar görmüş DNA’ya bağlanan protein komplekslerin hedefi ATM ve ATR
olarak simgelenen birbiri ile ilintili iki tirozin kinazdır ve bunlar DNA hasarına
cevaben aktifleşirler. ATM ve ATR, Chk2 ve Chk1 kinazları fosfatllayarak aktive
ederler.
Chk2 ve ATM tafından fosforillenen p53, G1/S kontrol noktasındaki
duraksamadan sorumludur.
İĞ KONTROL NOKTASI
• Mitozun sonlarında yer alır.
• Kromozomların yavru hücrelere tam ve doğru
dağıtılması için mitotik iğ üzerindeki dizilimlerini
gözlemler.
SİKLİNLER
Hücre siklusunun spesifik fazlarında sentezlenirler.
Sırasıyla D, E, A, B ortaya çıkar.
Siklin bağımlı kinazlar (CDK) ile kompleks oluşturunca etki gösterirler.
CDK inhibitörleri ile veya proteazlarla inaktive edilirler.
SİKLİNLER
Fonksiyonları CDK’ları
aktive etmektir
CDK aktivasyonundan
sonra siklin seviyeleri
hızla düşer
SİKLİNLER
CDK; hücre siklusu boyunca
inaktif formda bulunur
Hücrenin diğer faza
ilerlemesini, hedef proteinleri
fosforize ederek sağlar
Siklinlerle bağlandıktan sonra
fosforilasyonla aktive olur
Sessiz hücreler büyüme faktörleri ile uyarıldığı zaman
Siklin D ve Siklin E konsantrasyon artımı
SiklinD-CDK4 ve SiklinE-CDK2 aktivasyonu
RB fosforilasyonu
RB fosforilasyonu
hücre siklusunun moleküler açma-kapama merkezi
E2F; transkripsiyon
faktörlerindendir.
Rb/E2F kompleksi, E2F
tarafından kontrol edilen
genlerin transkripsiyonunu
engeller.
Kompleksten ayrılan
hiperfosforilize RB, E2F
kopyalanmasını aktive
eder.
Hücre siklusunda G1 / S
sınır noktasında ilerleme
• S fazına ilerlemek için SiklinE-CDK2 kompleksinin oluşması gerekir.
• E2F’in aktive olması ile siklinE sentezi başlamıştır
Hücre siklusunda G2 / M
sınır noktasında ilerleme
•M fazına ilerlemek için SiklinA-CDK2 kompleksinin oluşması gerekir.
•E2F’in aktive olması ile siklinA sentezi başlamıştır
Mitozdan çıkma
SiklinB-CDK1
inaktivasyonunu gerektirir.
Yeni bölünen hücreler;
Tekrar G1’e dönebilir
Sessiz döneme girebilir
SİKLİN BAĞIMLI KİNAZLAR
Siklin D ile kompleks oluşturur
 Kompleks RB’yi fosforile eder
 Hücre G1’de kontrol noktasına ilerler

CDK4
G1 geç döneminde Siklin E ile kompleks oluşturur
 G1/S geçişinde rol alır
 S fazında Siklin A ile kompleks oluşturur
 G2/M geçişini kolaylaştırır

CDK2
CDK1
Siklin B ile kompleks oluşturur
 G2/M geçişinde rol oynar

HÜCRE SİKLUSU İNHİBİTÖRLERİ
1. Cip/Kip
2. INK4/ARF
* Tümör süpressör gibi davranırlar
Cip/Kip ailesi
p21, p27, p57
İnaktivasyon:
Siklin-CDK
kompleksine
bağlanarak
sağlanır
p21’in kopyalama aktivitesi :
p53’ün kontrolü altındadır
Hücre siklusunda p53:
Hasarlı hücrelerin ilerlemelerini
durduran veya yavaşlatan
kontrol mekanizmalarını tetikler
Apopitozuna yol açar
INK4a/ARF
Gen lokusu iki protein kodlar
1. p16INK4a
2. p14ARF
Hücre siklusunu bloke ederek tümör süpresör gen
gibi davranır
p16INK4a
SiklinD ile CDK4’e bağlanmak için
rekabete girer.
SiklinD-CDK4 kompleksi oluşumunu inhibe
eder.
RB fosforilasyonu engellenir.
Sonuç: Hücre siklusu G1 sonunda kalır
p14ARF
p53 parçalanmasını
önleyerek hücre
siklusunu bloke
eder.
HÜCRE SİKLUSU İNHİBİTÖRLERİ
Siklin-CDK kompleksine bağlanarak hücre
siklusunu bloke eder
 p21, p53 tümör süpresörü ile uyarılır
 p21, TGF gibi büyüme süpressörlerine
yanıt verir

Cip/Kip ailesi:
P21, p27
p16INK4A, siklinD-CDK4’e bağlanır.
RB’un inhibitör etkisini kolaylaştırır
 p14ARF, MDM2 aktivitesini inhibe ederek
p53 seviyesini arttırır

INK4/ARF ailesi:
p16INK4A, p14
melanom, glioblastoma, NSCLC,
tumor suppressor
p16
akut lenfoid lösemiler, T and B
hücre non-Hodgkin lenfomalar
onkogen
cdk4
glioblastoma, melanom
Meme kanseri, özefagus kanseri,
onkogen
tumor suppressor
cyclin D
pRB
hepatoselüler karsinom
retinoblastoma, osteosarkoma,
NSCLC
SİTOTOKSİK AJANLARIN ETKİ YERLERİ
Hücre siklusu düzeyinde
Antibiotikler
Antimetabolitler
S
(2-6h)
G2
(2-32h)
M
(0.5-2h)
Vinka
alkaloidleri
Mitoz inhibitörleri
Taksoidler
Alkilleyiciler
G1
(2-h)
G0
Kemoterapötiklerin Etki Yerleri
Faz Spesifikler
Faz spesifik olmayanlar
• G1 fazı: L-Asp., pred.
• Alkilleyiciler
• S fazı: Antimetabolitler
• Cisplatin
• G2 fazı: Bleomisin, etoposid
• Antititümör antibiyotikler
• M fazı: Vinkristin, vinblastin,
taxanlar
• Steroid hormonlar
SİTOTOKSİK AJANLARIN ETKİ YERLERİ
hücresel düzeyde
DNA sentezi
Antimetabolitler
DNA
DNA transkripsiyonu
Alkilleyiciler
DNA duplikasyonu
Topoizomeraz
inhibitörleri
Mitoz
Mikrotübül
inhibitörleri
SİTOTOKSİK AJANLARIN ETKİ YERLERİ
PÜRİN SENTEZİ
PİRİMİDİN SENTEZİ
6-MERKAPTOPURIN
6-THIOGUANIN
METOTREKSAT
5-FLUOROURASİL
HİROKSİÜRE
RNA
DNA
SİTARABİN
ALKİLLEYİCİLER
ANTiBiYOTiKLER
DNA
ETOPOSİD
RNA
PROTEİNLER
ENZİMLER
MİKROTÜBÜLLER
L-ASPARAGİNAZ
VİNKA ALKALOİDİ
TAKSOİDLER