(16-10-2019)
H17, de celcyclus
Celcyclus, rechts is de celcyclus in het algemeen weergegeven. De fases
die te zien zijn, worden elke celcyclus herhaald:
- Interfase, omdat de lichtmicroscopen van vroeger niet konden
zien dat er in deze fase van alles gaande is, wordt dit de
interfase genoemd. Tegenwoordig weten we echter dat er wel
zeker dingen gebeuren:
o G1 fase, hierin groeien cellen en maken ze de beslissing
of ze überhaupt wel aan de celcyclus willen beginnen.
o S fase, hier vindt DNA replicatie plaats.
o G2 fase, hier wordt gecontroleerd of de DNA replicatie goed verlopen is en wordt de
cel voorbereidt op de M fase.
- M fase, in de M fase heb je mitose en cytokinese. Bij mitose is sprake van kerndeling en
cytokinese rond de deling dan af door het cytoplasma te verdelen.
De beschreven volgorde staat vast en het is dus niet zo dat een cel van de G2 naar de S naar de G1
fase kan gaan. Daarnaast verloopt de celcyclus volgens een alles-of-niets principe. Als eenmaal
besloten wordt de S fase in te gaan, zal deze ook afgerond worden.
Beslissingsmomenten, er zijn een paar momenten in de celcyclus waar
de beslissing om wel of niet door te gaan zwart-wit moet zijn. Rechts
staan er 3 aangegeven:
- Start transitie, in de G1 fase van de celcyclus moet een cel
beslissen of die überhaupt aan celdeling gaat doen of niet. Tot
deze tijd is de cel afhankelijk van omgevingsfactoren, maar zodra
de keuze wordt gemaakt om de celcyclus in te gaan, zijn deze
factoren niet meer van belang.
- G2/M transitie, het begin van mitose is ook een belangrijk
beslissingsmoment. Bij deze transitie wordt gekeken of het DNA
wel correct gerepliceerd is en of de omgeving geschikt is.
- Metafase-anafase transitie, is het laatste belangrijke moment
om door te gaan met de cyclus of nog even te wachten. Om door
te gaan moeten alle chromosomen netjes op 1 vlak liggen.
Op deze transitie momenten wordt bepaald om door te gaan in de
celcyclus of niet. Als de start transitie keuze eenmaal gemaakt is, zal de celcyclus sowieso voortlopen
tot de G2/M transitie.
Gist experiment, door gisten random te muteren en te kijken wat er gemuteerd is als de
celcyclus niet meer functioneert, zijn veel belangrijke regulatoren van de celcyclus achterhaald.
Alle belangrijke eiwitten voor regulatie hebben de naam Cdc gekregen wat staat voor cell
division control. Om belangrijke mutanten voor celdeling te kunnen screnen moet je hitte
gevoelige mutaties induceren waardoor de gisten nog wel groeien bij lage temperaturen, maar
niet meer bij hoge temperaturen.
Zee-egel, andere belangrijke experimenten zijn uitgevoerd met zee-egel eitjes. Tim Hunt heeft
op meerdere momenten van ontwikkeling zee-egel eitjes uit elkaar gehaald en gekeken welke
eiwitten er allemaal aanwezig waren. Hij zag dat sommige eiwitten een cyclisch gedrag volgen en
noemde deze cyclines. Straks zal blijken dat cyclines tot de belangrijkste moleculen behoren die
celdeling reguleren.
Cdk1, Cdk is een cycline afhankelijk kinase dat enkel actief is wanneer die een cycline gebonden
heeft. Uit het gistonderzoek zijn Cdc28 (budding yeast) en Cdc2 (fission yeast) naar voren
gekomen als genen die coderen voor een vergelijkbaar kinase enzym: CDK1. CDK1 bleek op
meerdere momenten in de celcyclus van belang te zijn. Vroeg in de celcyclus is het nodig om
celcyclus te initiëren en bij de overgang naar mitose bleek het ook noodzakelijk te zijn. In een
, (16-10-2019)
vervolg experiment is gekeken of een CDK1 gist mutant gered kan worden door humaan CDK1 en dat
bleek zo te zijn. CDK1 is dus geconserveerd gebleven van de gist tot aan de mens. Tot slot is nog
gevonden dat CDK1 ook voor de mens essentieel is om te kunnen delen.
Cdk-cycline complexen, waar de gist maar 1 Cdk
heeft, namelijk Cdk1, heeft de mens meerdere
Cdks. Daarnaast hebben zowel de gist als mens
meerdere cyclines. Afhankelijk van het moment in
de celcyclus werkt gist Cdk1 dus samen met een
andere cycline partner. Bij de mens zie je dat
cycline D van belang is voor de keuze om de
celcyclus te beginnen en deze werkt samen met
Cdk4 of Cdk6. Voor de overgang naar de S fase is
het Cdk2-cycline E complex van belang etc.
Verschillende Cdks en cyclines controleren dus
verschillende fasen van de celdeling in
meercellige organismen.
Cdk regulatie (1), wanneer Cdks actief zijn
krijg, ga je de celcyclus volgen en Cdks moeten
daarom goed gereguleerd worden. Rechts is te
zien hoe de aan-/afwezigheid van cyclines al
een grote rol speelt in de activatie van Cdks.
De expressie van cyclines is sterk gereguleerd.
Om de celcyclus te kunnen beginnen, zijn eerst
de G1 cyclines (D) van belang (niet in de
afbeelding weergegeven). Om de G1 fase door
te zetten is dan juist G1/S-cycline (E) cruciaal. Verder zie je dat M cycline pas veel later opkomt. De 1e
regulerende stap is dus de cycline expressie.
Cdk regulatie (2), een volgende regulerende stap is de positieve of juist
negatieve fosforilering van Cdk. De aanwezigheid van fosfaatgroepen is
bepalend voor Cdk activiteit. Zodra een cycline aan een Cdk bindt, wordt
die meteen gefosforileerd. De 1e fosforilatie zorgt dat het complex
geactiveerd, wordt terwijl een 2e fosforilatie het complex inactiveert. De
eerste fosforilatie wordt door Cdk activating kinase (CAK) uitgevoerd en
rechts is te zien dat de 2e fosforilatie door Wee1 kinase verricht wordt.
Cdc25 fosfatase kan deze fosfaatgroep weer verwijderen. Voor mitose is
dit een hele belangrijke beslissende stap.
Wee1 kinase, wanneer je geen Wee1 kinase bezit, is de rem van de 2e fosfaatgroep niet aanwezig.
Het ontbreken van deze regulatie zorgt dat cellen te snel gaan delen en ze niet gaan groeien. Als
gevolg zijn de cellen klein (Wee).
T-loop, rechts zie je een Cdk weergegeven. Hij bevat een
groene loop, die we T loop noemen. Deze loop zit
substraatbinding in de weg. Naast een substraat moet een
kinase ook ATP binden zodat een fosfaatgroep van ATP
overgedragen kan worden aan het substraat. Verder moet
een Cdk natuurlijk ook cycline binden en daarvoor is een
bepaalde α-helix van belang die in het rood is aangegeven.
De positieve fosforilering door CAK vindt plaats op de T
loop, waardoor deze uit de weg gaat voor
substraatbinding. De negatieve fosforilering vindt in de active site plaats, waardoor juist geen
substraat gebonden kan worden. ATP kan nog wel gebonden worden, maar het substraat kan niet
meer dicht genoeg bij ATP komen om de fosfaatgroep over te dragen. Op de volgende pagina is dit in
kristalstructuren weergegeven. Links is de inactieve conformatie weergegeven en daar heb je dan
