Hücre Bölünmesi ve Kontrolü

12/17/15 Hücre Bölünmesi ve
Kontrolü
Danışmanlık Saati
Her Cuma 16:00- 17:00 arası
Doç. Dr. Metin Aytekin
Doç. Dr. Metin Aytekin
Lütfen gelmeden en az bir gün önce kendinizi ve
derdinizi tanıtan bir email gönderin
www.metinaytekin.com
www.metinaytekin.com
Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
11 Aralık 2015
DERS NOTALARI
Doç. Dr. Metin Aytekin
www.metinaytekin.com
DERSİN AMACI
Hücre Döngüsü ve Kontrol
Mekanizmalarını Kavramak
Adresinden temin edebilirsiniz
Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
BÜYÜME
mitoz ve mayoz
S
(DNA sentezi)
G1
z
ne
ki
to
i
S
Mİ
(M) TOZ
EVR
ESİ
ito
z
BÖLÜNME
Hücre siklusu
(Döngüsü)
G2
M
GENERASYON ZAMANI
İNTERFAZ
Deniz kestanesi ve embriyonik hücrelerde bir kaç dakika
Bitkilerde genellikle 10-30 dakika
Hayvanlarda 18-24 saat
Insan hücre kültüründe 24 saat
1 12/17/15 Prokaryotlarda Bölünme
HÜCRE BÖLÜNMESİ
•  Tek hücreli canlıların çoğalması
•  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.
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.
•  Temel nokta: DNA nın replikasyonu ve Sitoplazma
bölünmesidir.
4.  DNA replikasyonunda kısalıp, kalınlaşma ve
yoğunlaşma yoktur
•  Prokaryot ve Eukaryot hücrelerde temelde aynıdır.
Ancak bazı farklılıklar vardır.
5.  Prokaryotlarda hücre bölünmesinde sadece
S evresi vardır.
Prokaryotlarda bölünme
DNA sitoplazmaya değer
Halkasal
kromozom
Birbiri ile aynı iki
Yavru hücre
bölünmeye başlar
Ökaryotlarda bölünme
Sitoplazma bölümeye
başlar
Nükleus
Birbiri ile aynı
Iki haploit
Yavru hücre
Hücre tamamen bölünür
Ökaryotlarda bölünme
Mitoz bölünme (diploit hücrelerde)
•  DNA replikasyonu hücre siklusunun belirli
evrelerinde olur.
Mayoz bölünme
Mayosit
•  DNA materyali yavru hücrelere eşit olarak
aktarılır.
•  DNA sentezi devamlı değildir.
Haploit yavru hücreler
•  Her organizmanın hücre bölünmesi farklı
sürelerde olur
Birbiri ile aynı
Iki diploit
Yavru hücre
2 12/17/15 Hücre Döngüsü Fazları (evreleri) G1
İnterfaz
• 
• 
• 
• 
{
{
G1 (gap 1) S (sentez) G2 (gap 2) G1
M (mitoz) kromozom
S
S
MİTOZ BÖLÜNME
1. Karyokinez
2. Sitokinez
sentromer
G2
G2
Kromatit
G1 (Gap) Evresi Sitoplazmik Kontrol
M evresi -- G1 evresi:
M evresi -- S evresi:
Kromatit
M evresi -- G2 evresi:
•  RNA ve protein sentezlenir.
M
M
•  Fakat DNA sentezi henüz yoktur
G1
•  Zaman olarak en değişken olanıdır ve
memelilerde yaklaşık 11 saat sürer
S
M
G2
G1 - S - G2 deki nükleusun yoğunlaşması
M evresi hücrelerinin sitoplazması mitotik
olayları uyaran faktörler içerir!
S (Sentez) Evresi: •  RNA sentezi devam eder.
•  Protein sentezi en yüksek seviyeye çıkar.
•  Çok sayıda replikasyon orijini aktive olur.
•  DNA sentezi başlar ve iki misline çıkar
•  Sentrozom (sentrioller) kendini eşlemeye
başlar.
•  Hücreyi bölünmeye iten proteinler aktive olur
(büyüme faktörleri)
•  Büyüme için şartlar uygun değilse siklus
geçiktirilir ve hücre G0’a girer.
G2 (Gap=Aralık) Evresi: •  Kromozom kondensasyonu ve mitoz için hazırlık
aşamasıdır.
•  Yoğunlaşan kromozomlar mikroskop altında
görülebilir.
•  Yaklaşık 1-4 saat arasında sürer.
•  DNA sentezi durur, RNA ve protein sentezi devam
eder.
•  Sentrozom dublikasyonu tamamlanır.
•  Organeller çoğalır, iki katına çıkar
•  Mitozu aktive edecek proteinler birikir.
3 12/17/15 Go evresi: M evresi •  Profaz, Metafaz, Anafaz, Telofaz evreleri
vardır.
•  Hücrelerin G1 evresinde kaldığı ve
büyümelerinin durduğu evredir.
•  Mitotik ipliklerin oluşumu ilk sinyallerdir.
•  Metabolik aktiviteye sahiptirler.
•  Sentrozom dublike olur
•  Yavru kromozomlar meydana gelir
•  Uygun hücre-dışı sinyaller tarafından
uyarılmadıkça çoğalmazlar.
•  Sitokinez meydana gelir
Restriksiyon noktası G2
M
G1
G0
• Büyüme faktörleri
hücre döngüsünü geç
G1 de restriksiyon
noktası denilen
noktada kontrol eder.
S
Erken embriyonik
hücre döngüsü
Somatik hücre döngüsü
Sinir hücresi
Restriksiyon noktası Restriksiyon noktası
Büyüme faktörleri
• Bu noktada büyüme
faktörleri yoksa hücre
G0 denilen evreye
girer.
Bazı Büyüme Faktörleri
•  G1 içindeki dönüşü olmayan noktanın
aşılması büyüme faktörleri ve farklılaşma
uyarıcıları gibi dış ve iç sinyallere bağlıdır.
•  Trombosit kaynaklı büyüme faktörü
(Platelet-derived Growth Factor) (PDGF):
Bağ doku ve nöroglia hücrelerinin
çoğalmasını uyarır.
•  Kanser hücreleri bu kontrolü kaybeder ve
sürekli döngü içinde kalırlar.
•  Epidermal Büyüme Faktörü (EGF): Birçok
hücre tipinin çoğalmasını uyarır.
•  R noktasının açılı S evresine girilmesi
CDK’lar tarafından kontrol edilir.
•  İnsulin benzeri büyüme faktörü I (IGF-I):
PDGF ve EGF ile birlikte çalışır, yağ
hücreleri ve bağ doku hücrelerinin
çoğalmasını uyarırlar.
4 12/17/15 kesiciler
•  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.
Hücreler nasıl haberleşirler? Petri
PDGF içermeyen
PDGF İÇEREN
PDGF içermeyen
PDGF İÇEREN
10 mm
Hücreleri petri kabına ektiğimizde
bölünmeye başlarlar
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
•  Hücreler bir birleriyle haberleşirler
•  Bunu büyüme faktörleriyle yaparlar
•  Bu büyüme faktörleri bir hücreden salğılanır
ve diğerini etkiler
Normal memeli hücreleri
Kanser hücreleri normal
Hücrelerdeki gibi yoğunluğa bağlı
Inhibisyon göstermezler
25 µm
Hücre döngüsü zamanı nasıl hesaplanır? Colcemid (kolsemit) Metafazda durdurur
Colcemid (kolsemit)
25 µm
Kanser hücreleri
Mikrotübüller
24. saat
5 12/17/15 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
•  TİMİN ölçümü başladığı
zaman S evresine geçilmiş
ve G1 bitmiştir.
G2
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
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 1. İnterfazda hasarlı DNA’nın ve replikasyonu
tamamlanmamış kromozomların yavru hücrelere
geçişini engeller
DUR 4. G2 kontrol noktasında genom tam replike olana
kadar bekletir.
6 12/17/15 G1 Kontrol Noktası G1 Kontrol Noktası •  Hücre büyüklüğü ve DNA hasarları olup olmadığı
kontrol edilir.
DUR G2
•  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 Yanlış baz eşleşmeleri ya da
DNA bölümlerinin eksik
replikasyonu gibi hataları
bulma ve onarma
şeklide kalite kontrol eder.
S Kontrol Noktası DUR G2
DUR M
•  Hasarlı DNA’nın replike olmadan onarılması
için DNA’nın bütünlüğünü sürekli izler
G1
•  DNA replikasyonu sırasında yanlış baz
eşleşmeleri ya da DNA bölümlerinin eksik
replikasyonu gibi hataları bulma ve onarma
şeklinde kalite kontrol görevi yapar.
S
DUR DUR 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 7 12/17/15 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.
Lisansing faktör (licensing Factor) mekanizması: G1 ve S kontrol noktaları
Hasarlı yada replike olmamış DNA
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.
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. Checkpoint kinase
(Chk)2
Checkpoint kinase
(Chk)1
Hücre döngüsünün durdurulması
p53 proteini Cdk (sikline bağlı kinaz) inhibitörü olan p21’in ekspresyonunu uyarır. P21 proteini bir çok Cdk/Siklin kompleksini inhibe eder. DNA hasarı
p53 düzeyinde artma
p53
p21 mRNA
p21
Proliferating
Cell Nuclear Antigen
Cdk’lar
Hücre döngüsünün
baskılanması
PCNA
DNA replikasyonunun
baskılanması
8 12/17/15 Hücre Döngüsü Gelişiminin Düzenleyicileri Hücre Döngüsü Gelişiminin Düzenleyicileri •  Oositler hormonla tetikleninceye kadar G2 evresinde
duraklatılırlar.
•  Hormonla tetiklenince ise Mayozun M evresine girerler.
Yoshio Masui
•  Olgunlaşmayı ilerleten faktör = Maturation promoting
factor (MPF)
Clement Markert
1971 Hormonla uyarılmış kurbağa oositlerinin sitoplazmasını
başka bir hücreye aktarmışlar
•  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 Progesteron
G2
M
G2
M
Sitoplazmanın mikroenjeksiyonu
•  Uyarı olmadan G2 evresinde dururlar
•  Hormonla uyarı ile M 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.
Hücre Döngüsü Gelişiminin Düzenleyicileri •  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.
•  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
MPF’in keşfi •  Deniz Kestanesi çalışmalarından
ortaya çıktı.
•  SİKLİNLER (Siklin A (S evresinde)
ve Sikin B (M evresine pik yapar))
Tim Hunt
Nobel ödülü
2001
Paul Nurse
Nobel ödülü
2001
İnterfaz
Mitoz
İnterfaz
Mitoz
İnterfaz
Mitoz
Zaman
9 12/17/15 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 15
Thr 161
Siklin B
Siklin B
M
Siklin
Yıkımı
Aktif
MPF
Cdc2
Cdc2
G2
G2
Cdk
Kontrol noktası
Mitoz
Siklin
Yıkılmaya
başlar
Siklin B
sentezi
Cdc2
Cdc2
MPF
lin accumulati
on
S
Defosforillenme
Cdc2
Cyc
Thr 14
Fosforillenme
Siklin
SiklinB
yıkımı
Molecular mechanisms that help regulate the cell cycle
Defosforillenme
MPF’in Hedefleri MPF’nin hücrede gerçeklemesini sağladığı olaylar MPF
Siklin B
1.  Kromatin yoğunlaşması
Cdc2
2.  Nüklear zarfın yıkılım
3.  Mitoz iğ iplikciğinin oluşumu
KromaOn yoğunlaşması Nükleer zarRn yıkılması Golgi ve ER’un parçalanması Kondensinlerin
yoğunlaşması
Laminlerin
fosforillenmesi
GM130’un
fosforillenmesi
İğ ipliği oluşumu 4.  Golgi ve ER’un küçük veziküllere ayrışması
Mikrotübül
kararsızlığı
10 12/17/15 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.
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
11 12/17/15 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 Opi 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 Hücre döngüsünün Rb ve E2F ile düzenlenmesi G2 Kontrol Noktasının Denetimi
Replikasyon tamamlanmış
Replike olmamış veya hasarlanmış DNA
Algılayıcı
proteinler
Algılayıcı
proteinler
Chk1
Chk2
ATM
ATR
Chk2
Chk1
Rb
Rb
Cdk4, 6/SiklinD
ATM
ATR
E2F
E2F
Cdc25C Aktif
P
Rb
Cdc25C inaktif
Siklin B
Siklin B
Cdc2
Cdc2
P
Aktif MPF
inaktif MPF
Mitoza ilerlerme E2F
Siklin B
E2F
RNA
Cdc2
P
İnaktif MPF
Transkripsiyon
baskılanır
G2’de duraklama S evresi genlerin
transkripsiyonu
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 12