Zelluläre Reproduktion: Zellzyklus. Regulation des Zellzyklus - Proliferation

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1 Zelluläre Reproduktion: Zellzyklus Regulation des Zellzyklus - Proliferation

2 Alle Zellen entstehen durch Zellteilung

3 Der Zellzyklus kann in vier Haupt-Phasen eingeteilt werden Interphase Zellwachstum; normaler Metabolismus G1 S DNA Replikation; Chromsomen- Verdopplung M G2 Mitose Zytokinese Telophase Anaphase Metaphase Prophase Zellwachstum, Vorbereitung auf Mitose

4 Die periodischen Ereignisse können in vier Haupt-Phasen eingeteilt werden G1-Phase - Zwischenphase vor der DNA-Synthese. Während dieser Phase wachsen die neugebildeten Zellen bis sie eine kritische Größe erreicht haben. Meist kann die G1-Phase in verschieden Stufen unterteilt weden, die alle zur Vorbereitung auf die S-Phase dienen. Ausser für die letzte Stufe der G1-Phase sind alle von der Anwesenheit eines oder mehrerer Wachstumsfaktoren abhängig. S-Phase DNA-Synthese (Bildung einer neuen Knospe in S.cerevisiae). G2-Phase Zwischenphase nach der DNA-Synthese (in S.cerevisiae fast ausschließlich auf die Knospe beschränkt) M-Phase Mitose. Die verdoppelten Chromosomen werden auf Mutter und Tochterzelle verteilt (in S.cerevisiae wird ein Septum unter der Knospe eingeführt und die Knospe abgetrennt - cytokinesis).

5 Alle Zellen entstehen durch Zellteilung

6 Mitose Prophase: Chromosomen kondensieren; Chromosomen aus zwei am Centromer verknüpften Chromatiden Cytoskelet wird aufgelöst und Mitose Spindel gebildet Golgi-Aparat, ER und Kernmembran werden aufgelöst Pro- Chromosomale Mikrotubuli binden an Kinetochore der Cromosomen metaphase: Chromosomen werden zum Spindel-Äquator bewegt Metaphase: Chromosomen werden entlang der Metaphase-Platte ausgerichtet Anaphase: Centromere werden getrennt und die Chromatide geteilt Chromosomen bewegen sich zu den Spindelpolen Spindelpole entfernen sich weiter voneinander Zytokinese Telophase: Chromosomen gruppieren sich an den entgegengesetzten Polen Chromosomen lösen sich auf Kernmembran wird um die Chromosomen-Gruppen gebildet Golgi-Aparat und ER bilden sich wieder aus Tochterzellen werden durch Teilung ( Zytokinese ) gebildet

7 Zellteilung in der Bäckerhefe (S. cerevisiae) erfolgt über Knospung ( Budding Yeast ) Phasen des Zellzyklus in Hefe S. cerevisiae

8 Zellteilung in der Bäckerhefe (S. cerevisiae) erfolgt über Knospung ( Budding Yeast )

9 Proliferierende Zellen (Zellen im aktiven Zellzyklus) Einbau von BrdU (markiert mit AK; grün) markiert proliferierende Zellen

10 Der Zellzyklus und die Zellteilung sind streng kontrolliert

11 Zelluläre Reproduktion: Zellzyklus Mitose Mitose Mitose Interphase Interphase Interphase Aktivität von MPF Cyclin Konzentration MPF: maturation promotion factor = M-phase Cyklin-CdK-Komplex 2 Untereinheiten: Serin/Threonin Kinase und Regulatorische Einheit (Cyclin)

12 Zentrale Regulatoren sind Cyclin-CdK-Komplexe

13 Der Zellzyklus und die Zellteilung sind streng kontrolliert Wichtige Kontrollpunkte des Zellzyklus in Hefe cdc2 Kinase cdc2 Kinase G1 Cycline Mitose Cycline G1 S G2 M START G1 Cycline Mitose Cycline G1 S G2 M

14 Zentrale Regulatoren sind Cyclin-CdK-Komplexe cdc2 Kinase Mitose G2 CAK wee1 Tyr-15-P Thr-161-P cdc2 Kinase Thr-14-P cdc25 Thr-161-P cdc2 Kinase G1 cdc2 Kinase Inaktiv Cyclin Cyclin Inaktiv Inaktiv Aktiv Cyclin Degradation Regulation erfolgt über Interaktion und Phosphorylierung

15 Zentrale Regulatoren sind Cyclin-CdK-Komplexe Regulation erfolgt über Interaktion und Phosphorylierung

16 Zentrale Regulatoren sind Cyclin-CdK-Komplexe Regulation erfolgt über aktivierende und inaktivierende Phosphorylierung

17

18 Zentrale Regulatoren sind Cyclin-CdK-Komplexe Spezifische Cyclin-CdK-Komplexe sind in verschiedenen Phasen aktiv

19 Zelluläre Reproduktion: Zellzyklus

20 Kontrolle der Cyclin-CdK-Komplexe über Inhibtioren Aktivität der Cyclin-CdK-Komplexe wird durch Inhibitoren (CKI) maskiert

21 Regulation des Zellzyklus Kontrolle der Cycline und Inhibitoren über Ubiquitin-Proteasom- System APC-Cdc20-Komplex wirkt als E3-Ligase für M-cyclin SCF-F-box-Komplex wirkt als E3-Ligase für Cdk-Inhibitor

22 Proeinkinase und Phosphatasen die Cdks modifizieren: Cdk-aktivierende Kinase (CAK) Wee1 Kinase Cdc25 phosphatase Cdk-Inhibitoren: phosphoryliert aktivierende Stellen auf CDKs phosphoryliert inhibierende Stellen auf CDKs entfernt inhibierende Phosphate von CDKs Sic1 (Hefe) unterdrückt Cdk Aktivität in G1; Phosphorylierung durch CdK1 führt zum Abbau p27 (Säugetiere) p21 (Säugetiere) p16 (Säugetiere) unterdrückt G1/S-Cdk und Cdk1 Aktivität in G1 Phosphorylierung durch CdK2 führt zu Ubiquitinylierung, Abbau unterdrückt G1/S-Cdk und Cdk1 Aktivität in G1; aktiviert durch p53 unterdrückt G1-Cdk Aktivität in G1 Ubiquitin-Ligasen (E3) und korrespondierende Kontrollfaktoren: SCF APC katalysiert Ubiquitinylierung von Proteinen in G1 Kontrolle katalysiert Ubiquitinylierung von Proteinen für Mitose-Ende (Exit) Cdc20 aktiviert APC in Metaphase-Anaphase Übergang Cdh1 (Hct1) Zentrale Genregulatoren des Zellzyklus: E2F p53 Regulation des Zellzyklus - Proliferation Zusammenfassung wichtiger Regulatorproteine des Zellzyklus stabilisiert APC Aktivität nach Anaphase in G1 aktiviert die Transkription von Genen für den Übergang G1/S aktiviert die Transkription von Genen die einen Zellzyklusblock ermöglichen

23 Verdopplung der DNA ist eine Vorraussetzung für Zellteilung Checkpoints, Cdk-Inhibitoren und zelluläre Antwort

24 Verdopplung der DNA ist eine Vorraussetzung für Zellteilung

25 Verdopplung der DNA ist eine Vorraussetzung für Zellteilung

26 Regulation des Zellzyklus Kontrolle der Verdoppelung der Chromosomen Initiation der Replikation wird durch S-Phase Cyclin-Cdk-Komplex reguliert

27 Verdopplung der DNA ist eine Vorraussetzung für Zellteilung Cohesine verhindern Dissoziation der Chromatide vor Mitose

28 Verdopplung der DNA ist eine Vorraussetzung für Zellteilung Initiation der Mitose durch M-Phase Cyclin-Cdk-Komplex

29 Verdopplung der DNA ist eine Vorraussetzung für Zellteilung Checkpoints, Cdk-Inhibitoren und zelluläre Antwort Erkennung von DNA Schädigung Stop des Zellzyklus bis Schaden repariert ist. Wichtige Regulatoren Ataxia-telangiectasia ATM-Gen p53 Cdk-Inhibitoren: p21, p27,...

30 Zelluläre Reproduktion: Zellzyklus Erkennung der DNA-Schädigung in Hefe (S. cerevisiae)

31 Regulation des Zellzyklus Checkpoints der Zellzyklus Kontrolle

32 Regulation des Zellzyklus Checkpoints der Zellzyklus Kontrolle

33 Regulation des Zellzyklus Checkpoints der Zellzyklus Kontrolle

34 Regulation des Zellzyklus Checkpoints der Zellzyklus Kontrolle

35 Verdopplung der DNA ist eine Vorraussetzung für Zellteilung Checkpoints, Cdk-Inhibitoren und zelluläre Antwort Zentrales Kontrollsystem reguliert wesentliche Schritte des Zellzyklus Grundlage dafür ist die zyklische Aktivierung von Proteinkinasen maturation promotion Factor oder M-phase-Förderfaktor (MPF) ist ein Cyclin-Cdk-Komplex Cyclin wird zunächst akkumuliert und später abgebaut Aktivität der Cdk(s) wird über Phosphorylierung und De-phosphorylierung reguliert Verschiedene cdk-cyclin-komplexe kontrolieren verschiedene Schritte Cdk-Inhibitoren können den Zellzyklus in G 1 anhalten Zellen können Zellzyklus verlassen G 0 Phase

36 Regulation des Zellzyklus Checkpoints der Zellzyklus Kontrolle

37 Aufteilung der Chromosomen in der Mitose

38 Aufteilung der Chromosomen in der Mitose

39 Aufteilung der Chromosomen in der Mitose

40 Aufteilung der Chromosomen in der Mitose

41 Regulation des Zellzyklus - Proliferation Trennung der Tochterzellen

42 Trennung der Tochterzellen

43 Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten der Zellteilung in Eukaryonten Mitose Zellteilung in zwei Tochterzellen mit diploidem Chromosomensatz Meiose Zellteilung in vier Tochterzellen mit haploiden Chromosomensatz

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45 Regulation des Zellzyklus - Proliferation Wachstumsfaktoren induzieren die Expression von Genen für Proliferation

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47 Figure (part 2 of 2) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

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49 Regulation des Zellzyklus - Proliferation Wachstumsfaktoren ermöglichen Proliferation

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