Rakuts¼kli kontroll

  • View
    111

  • Download
    5

Embed Size (px)

Text of Rakuts¼kli kontroll

  • Rakutskli kontrollOnkobioloogia

    Taavi Pll lektor, Tallinna Tehnikalikool

  • /

  • Recap

    /

  • Tuumor-suppressor geenidTuumor-suppressor geen, vi anti-onkogeen, on geen mis hoiab ra raku transformatsiooni.Kui see geen muteerub rakus ja tema funktsioon kaob vi vheneb, siis vib see rakk arenedavhiks. Tavaliselt on vaja ka teisi onkogeenseid lisamuutusi (Wikipedia).

    /

  • Rakutskkel

  • http://tpall.github.io/Rakutsyklikontroll

    RakutskkelRakutskkel on jrjestikuste sndmuste jada mille kigus rakk duplitseerib kik omakoostisosad ja jaguneb kaheks ttarrakuks

    Rakutsklit kontrolliv 'masinavrk' on universaalne kigis organismi rakutpides.

    Raku rakutsklisse sisenemist ja 'masinavrgi kivitamist' reguleerivad raku vliskeskkonnasignaalid

    /

    http://tpall.github.io/Rakutsyklikontroll

  • Rakutskli kivitamist reguleerivad rakuvlisedsignaalid

    Eksponentsiaalselt kasvav imetajarakk peab peale igat raku jagunemist otsustama,

    Seda otsust mjutavad mitogeensed kasvufaktorid - kui neid on piisavalt siis rakk jtkabjagunemist, vastasel juhul jb rakk vaikeolekusse

    kas kasvada ja jaguneda veel ks tskkel vi

    jda vaikeolekusse

    -

    -

    /

  • Rakutskli kivitamist reguleerivad rakuvlisedsignaalidKeskkonna signaalid, mis rakku jagunema/mittejagunema mjutavad, prinevad erinevatestallikatest:

    trosiin kinaas retseptorid (mitogeenid)

    G-valk retseptorid (GPCR)

    toitainestaatus

    /

  • Ka rakutsklist vljumist reguleerivad rakuvlisedsignaalidKa raku vaikeolekuse minek vib olla aktiivselt reguleeritud.

    TGF- on ks kesksemaid anti-mitogeene

    Vaikeolek on rakkudel enamasti prduv

    Rakke mis enam ei jagune ja on terminaalselt diferentseerunud nimetatakse post-mitootilisteks, nt. neuronid

    /

  • Rakutskli faasidRakutsklis on neli ksteisele jrgnevat faasi:

    G1 algab peale mitoosi ja kestab kuni DNAreplikatsiooni alguseni S faasis,

    S-faasis toimub genoomse DNA sntees

    G2 faas on intervall DNA snteesi edukalpu ja mitoosis toimuva kromosoomidelahknemise vahel

    M-faas mitoos.

    rakk kasvab ja valmistub sisenema Sfaasi

    -

    suhteliselt lhike

    mitoosis vajalike valkude sntees

    -

    -

    /

  • M-faasis toimub kromosoomide lahknemine Mitoosi faasid vesiliku kopsurakus

    Mitoosi faasid

    Profaasis toimub kromosoomidekondenseerumine

    Metafaasis joonduvad dekromatiidid

    Anafaasis toimub dekromatiididelahknemine poolustele

    Telofaasis moodustub uuestituumamembraan ja tuum

    Tstokinees: moodustub kaks ttarrakku

    Moodustub mitoosikv-

    Pilt: DOI: 10.1126/science.1082177

    /

  • Rakutskkel liigub hes suunasTuuma tskkel on koordineeritud raku kasvu ja pooldumisega

    Replikatsioon peab toimuma vaid ks kord rakutskli jooksul

    Replikatsioon peab eelnema kromosoomide lahknemisele

    Kromosoomide lahknemine peab omakorda olema toimunud enne tstokineesi e. rakujagunemist

    /

  • Rakkude kasv vs jagunemineKui rakk on aktiivses kasvu-jagunemise tsklis, siis peab see rakk kohe peale mitoosi lbimistvalmistuma uueks jagunemiseks

    Selleks peab rakk 'kahekordistama' oma suuruse

    Prmi katsed on nidanud, et raku suurus valitseb rakutskli le: vikesed rakud ei jagune

    Mutatsioonid mis kiirendavad rakutskli kulgu phjustavad viksemate rakkude tekke.

    Rakkude kasv toimub G1 faasis

    Mutation of Tsc1 Increases Cell and Organ Size. Source: DOI: 10.1016/S0092-8674(01)00333-6

    /

  • Rakutskli kontrollpunktid, checkpoints1. G1-S DNA kahjustuste kontrollpunkt: S-faasi sisenemine on blokeeritud kui genoom on

    vigane

    2. S-faasi kontroll: replikatsioon aeglustub vi seiskub vastusena DNA kahjustustele.

    3. G2-M kontroll blokeerib raku mitoosi sisenemise kuni genoomi replikatsioon S-faasis onlpule viidud

    4. eksisteerib veel hilise G2 dekatenatsiooni kontroll mis monitoorib, et kromosoomid ei oleksomavahel 'slmes'

    5. M faasis kontrollpunkt mis blokeerib sisenemise anafaasi kuni kik kromosoomid onkorrektselt kvile kinnitunud

    /

  • Komosoomi aberratioonid RAD17 flox/rakkudes. Metafaasi komosoomid:

    Rad17: genoomi replitseeritakse ainult ks kordRad17 sensorvalgu fosfrleerimine ATRi poolt on vajalik DNA-kahjustuste poolt indutseeriudG2-faasi blokiks

    Katkenud komosoomid (all vasak, nool).

    Endoreduplitseerunud kromosoomid (allparem).

    /

  • ATR replikatsiooni checkSeriin-treoniin kinaas ATR tagab fragiilsetesaitide stabiilsuse

    ATR aktiveeritakse vastuseksheahelalisele DNA-le

    Aktiveeritud ATR fosforleerib CHK1kinaasi ja kivitatakse signaalirada mis viibrakutskli blokini

    /

  • See BUB1-vaigistatud rakk on kaotanudkromosoomid 1 ja 6.

    BUB1: kvi kontrollpunktKvi kontrollpunkt ( , SAC) hoiab ra aneuploidia tekke

    Mutatsioonid mitoosikvi kontrollpunktisvib phjustada kromosomaalseebastabiilsuse ja aneuploidsuse, le 90%tahketest kasvajatest sisaldabkromosomaalseid aberratsioone.

    BUB1 funktsiooni eksperimentaalneprssimine on piisav rakkudesaneuploidse fenotpi tekkeks.

    /

  • G1 restriktsioonipunktTagab mitogeense kontrolli rakutskli kulgemise le

    Varases- ja keskmises G1 faasis on S-faasi sisenemine seerum sltuv.

    Hilises G1 faasis on rakud juba phendunud S-faasi sisenemisele ja ei sltu enamrakuvlistest signaalidest

    Samuti on rakud tundlikud TGF- anti-mitogeensele toimele.-

    /

  • Ka rakutskli masinavrki reguleerivad kinaasidRakutskli kinaaside (CDK) substraadid:

    Tsentrosoomi valke ( ) fosforleeritakse G1/S leminekul tsentrosoomiduplitseerumiseks

    Enne S-faasi aktiveeritakse replikatsioonikompleks ( )

    fosforleerimine S ja M faasis kromatiini kondenseerumiseks

    Tuumamebraani valkude ( ) fosorleerimine phjustab tuumamembraani lagunemiseM-faasis

    /

  • Rakutskli kinaasid (CDK)CDK on Ser/tre-kinaasid

    40% aa jrjestusest identsed

    CDK aktiveerub seostumisel tskliiniga

    Tskliinid tagavad ka substraat spetsiifilisuse

    tskliin E + CDK2 kompleksi kinaasne aktiivsus tuseb 400000 korda-

    Mechanism of CDK activation revealed by the structure of a cyclinA-CDK2 complex. Jeffrey, P.D., Russo, A.A., Polyak, K., Gibbs, E., Hurwitz, J., Massague, J.,Pavletich, N.P. (1995) Nature 376: 313-320

    /

  • TSKLIINI

    KINAAS

    TSKLIIN RAKUTSKLIFAAS

    CDK4/6 D1,D2,D3 varaneG1

    CDK2 E1,E2 hilineG1,G1/S

    leminek

    CDK2 A S

    CDC2(CDK1) A S/G2

    CDC2 B M

    Iga tskliin paardub kindla kinaasiga kindlasrakuskli faasis

    /

  • Tskliinide hulk rakus muutub rakutskli kigusTskliine kontrollitakse lbi proteoltilise lagundamise

    Tskliini jrkjrguline tus ja kiire lagundamine tagab rakutskli 'hammasrataste' liikumisehes sunas

    D-tskliinid erinevad: nende puhu ei toimu jrske kikumisi rakutskli kigus

    D-tskliinid on reguleeritud mitogeensete signaalide poolt

    /

  • Erinevad mitogeensed rajad konvergeeruvad tskliinD regulatsioonilKasvufaktorid stimuleerivad kiire tskliin D taseme tusu rakus, samuti kasvufaktorite 'ravtmine' koekultuuri tingimustes viib tskliin D lagundamiseni (poolestuseg ~30 min)

    Kasvufaktorite rajad mis kontrollivad tskliin D ekspressiooni:

    GF trosiin kinaas reseptorid Ras Raf/RalGDS Fos/Jun D1

    GF HER2/Neu Sp1 D1

    Wnt -kateniin Tcf/Lef D1

    Tstokiinid tstokiini retseptorid Jak STAT D1

    Hedgehog Patched Smoothened Gli D1

    Erinevad ligandid erinevad retseptorid IKK NF- B D1

    /

  • Kolme D-tpi tskliini induktsioonimuster erinebSIGNAALIALLIKAS SIGNAALIRADA DTSKLIINIISOVORM

    RANKretseptor NF B D1

    Prolaktiiniretseptor Jak/Stat D1

    stogeeniretseptor AP1(Fos/Jun) D1

    Focaladhesionkinase D1

    HER2/Neu E2FjaSp1 D1

    WntFrizzled kateniinTcf/Lef D1

    Bcr/Abl D2

    FSHretseptor cAMP D2

    erinevadmitogeenid Myc D2

    IL4/7retseptor D2

    IL5retseptor STAT3/5 D3

    E2Ftranskriptsioonifaktorid D3

    /

  • Tskliin D1 regulatsiooni mehhanismidGF-Ras-Raf-Erk ja Wnt signaalirada kontrollib tskliin D1 ekspressiooni ning stabiilsust ja GSK3on siin negatiivne regulaator.

    Stabiilne 56 tundi kestev ERK signalisatsioon indutseerib tskliin D1 ekspressiooni kesk-G1faasis (~89 tundi peale mitogeense stimulatsiooni algust vaikeolekus rakkudes)

    PI3-kinaas/Akt fosforleerib glkogeen sntaasi kinaasi 3 (GSK3 ) ja inhibeerib selleaktiivsuse

    GSK3 fosforleerib tskliin D1 Thr286 mistttu see translokeerub tuumast tstoplasmasseja satub lagundamisele

    Teisalt indutseerib Wnt signaalirada D1 ekspressiooni lbi -kateniini

    -kateniini lagundamist kontrollib samuti GSK3

    lisaks kontrollib GSK3 p27Kip1 degradatsiooni

    -

    -

    /

  • Tskliin D-CDK4/6 lkkavad raku lbi Restriktsiooni-punkti

    Rakud vastvad rakuvlistele mitogeensetele signaalidele kuni R-punktini

    Peale R-punkti lbimist on tskliinide E A B regulatsioon automaatne jaautonoomne

    /

  • Lisaks tskliinidele reguleerivad tskliin-sltuvaidkinaase ka CDK inhibiitorid (CdkI)Praeguseks on kirjeldatud seitse erinevat CdkI-d

    INK4 valgud (inhibitors of CDK4), mis inhibeerivad spetsiifiiselt ainult CDK4 ja CDK6

    p21Cip1 , p27Kip1 , p57Kip2 : inhibeerivad kiki teisi tskliin-CDK komplekse

    p16INK4A , p15INK4B , p18INK4C , p19INK4D-

    Crystal structure of the p27Kip1 cyclin-dependent-kinase inhibitor bound to the cyclin A-Cdk2 complex. Russo, A.A., Jeffrey, P.D., Patten, A.K., Massague, J.,Pavletich, N.P. (1996) Nature 382: 325-331. Structural basis for inhibition of the cyclin-dependent kinase Cdk6 by the tumour suppressor p16INK4a. Russo, A.A.,Tong, L., Lee, J.O.,