Клеточный цикл Этапы клеточного цикла Интерфаза Период

Клеточный цикл

Этапы клеточного цикла Интерфаза Период G 1 (постмитотический, пресинтетический) Период S (синтетический) Период G 2 (постсинтетический, премитотический) Митоз Профаза, Прометафаза Кариокинез Метафаза Анафаза Цитокинез Телофаза

ИНТЕРФАЗА Период G 1 – продолжительность варьирует (6 -12 часов): • Деконденсация хроматина • Интенсификация транскрипции и трансляции • Появление ядрышек !!! Хромосомы однохроматидные !!! Клетки диплоидные(2 n=2 c)

S период (6 -8 часа): • Репликация ДНК → удвоение количества ДНК; • Хромосомы становятся двухроматидными (2 n=4 c) • Синтез гистонов; • Удвоение центриолей. Репликация ДНК S период Расщепление хромосом Анафаза 46 однохроматидных 46 двухроматидных 46 однохроматидных хромосом

Период G 2 (3 -4 часа) – подготовка клетки к делению: • Контроль завершения репликации; • 2 n=4 c; • Синтез и накопление тубулинов; • Накопление белковых факторов для клеточного деления.

В многоклеточном организме существуют разные клетки: I. Высоко-специализированные клетки, утратившие способность к делению (нервные, поперечно-полосатые мышцы, клетки хрусталика глаза); поперечно-полосатые мышцы, клетки хрусталика глаза II. Специализированные клетки с пониженным потенциалом пролиферации (клетки печени, лимфоциты); III. Недифференцированные клетки, с повышенным потенциалом пролиферации (стволовые клетки) !!! Клеточный цикл = митотический цикл

Обычный клеточный цикл Клеточный цикл при дроблении зиготы

Митоз Профаза Метафаза Анафаза Телофаза

Профаза • 2 n=4 c. • Конденсация хроматина. • Диссоциация ядрышек • Диссоциация ядерной оболочки • Созревание кинетохоров с каждой стороны центромеров. • Образование веретена деления

Прометафаза • 2 n=4 c • Продолжается конденсация ДНК • Хромосомы перемещаются к экваториальной плоскости • Хромосомы присоединяются кинетохорами к нитям веретена деления

Метафаза • 2 n=4 c • Образование метафазной пластинки !!! Все хромосомы в одной плоскости на экваторе

Анафаза • Продольное расщепление центромеры • 4 n=4 c!!! • Перемещение хроматид (однохроматидных хромосом) к клеточным полюсам !!! Скорость перемещения – 0, 2 -5, 0 μm/мин. Продолжительность перемещения – 2 -60 мин. Происходит укорачивание микротрубочек со стороны центромеры.

Телофаза и цитокинез • (2 n=2 c + 2 n=2 c) • Деконденсация хромосом • Образование ядерной оболочки • Образование ядрышек • Разделение цитоплазмы (цитокинез) при помощи цитоскелета.

Центросома — клеточный концертмейстер

Контроль клеточного цикла: Контроль перехода от одного этапа к другому. Каждое событие происходит только после завершения предыдущего этапа. Основные события: - начало синтеза ДНК - начало деления клетки. Контроль событий определяется переходом клеток через точки рестрикции: R 1 – G 1 / S R 2 – G 2 / Митоз

Точки рестрикции: R 1 – G 1 / S R 2 – G 2 / Митоз Точки проверки: I – G 1 (проверка клеточного роста, факторов среды) II – G 2/Митоз (проверка клеточного роста, факторов среды, качества репликации) III – Метафаза (проверка правильности прикрепления веретена деления).

Синтез ДНК Митоз Завершение митоза Контроль клеточного состава Завершение митоза Контроль целостности ДНК Контроль репликации ДНК Синтез циклинов Деградация циклинов

Циклины – белки, контролирующие клеточный цикл: 1. Контролируют разрушение комплексов предыдущего этапа 2. Обеспечивает протекание настоящего этапа; 3. Активирует комплекс следующего этапа сdk 2 -циклин Е сdk 2 -циклин D 1, D 2, D 3 Точка рестрикции сdk 2 -циклин A сdk 1 -циклин B

Фактор роста Factor de creştere Рецептор Receptor Цитозоль CITOSOL Киназа 1 Kinaza 2 Киназа 2 Genă activată de Активация гена при proteina reglatoare помощи белка-регулятора Gena răspunsului primar Ген первичного ответа Gena răspunsului întârziat Activarea sistemului de control a ciclului celular Активация системы контроля клеточного цикла

Судьба клеток после деления G 1 S G 0 Дифференцияция G 2 Митоз Старение / смерть Апоптоз Трансформация Малигнизация

Апоптоз это генетически запрограммированная гибель клеток на определенном этапе развития организма; n это физиологический процесс, невызывающий воспаления тканей и поражения клеток; n происходит при активном участии самой клетки; n обеспечивает равновесие между пролиферацией и гибелью клеток, поддерживая тем самым тканевой гомеостаз. n

NECROSIS

NECROSIS APOPTOSIS

Морфология апоптоза и некроза n n n Конденсация хроматина и цитоплазмы; Фрагментация ядра и цитоплазмы с образованием апоптозных телец; Фагоцитоз апоптозных телец окружающими клетками n n Набухание клетки и повреждение мембран; Кариолизис; Лизис клетки ферментами лизосом; Разрыв плазмалеммы и выход продуктов клеточного распада в межклеточную среду.

Апоптоз Некроз

Сигнал Этапы апоптоза Живая клетка Повышенная активность нуклеаз Фрагментация ДНК Фрагментация ядра и клетки, образование апоптозных телец Фагоцитоз апоптозных телец соседними клетками

Аппарат апоптоза Каспазы – цитоплазматические протеазы n Эндонуклеазы n Активные окислители n Белки, ответственные за изменение структуры плазмалеммы n Митохондриальные белки (АIF, цит. с Всl -2, Bcl-X, Bax, Bad, Bak и др. ) n Белок р53 – диспетчер апоптоза n

Каспазы n n n Представлены в цитоплазме всех клеток в неактивной форме (прокаспазы) В семействе каспаз 10 ферментов: 1, 2, 3. . . 10 Активация каспаз осуществляется под действием факторов, идущих от плазмалеммы и митохондрий Способны активировать друга в определенной последовательности Активированные каспазы действуют на другие цитоплазматические и ядерные белки

Молекулярная организация каспаз Семейство каспаз

Молекулярные механизмы в апоптозе n n n n Распознавание сигналов при помощи рецепторов Перенос сигнала к фактору транскрипции р53 Повышение проницаемости митохондриальной мембраны благодаря действию р53 на ген bcl-2 Активация каспаз и протеолиз Активация эндонуклеаз и разрушение ядра Фрагментация клетки и образование апоптозных телец Фагоцитоз апоптозных телец

Белок р53 В нормальных клетках белок p 53, как правило, находится в неактивной, латентной форме. Активация p 53 происходит в ответ на повреждения ДНК, вызванные ультрафиолетовым или гаммаизлучением, гиперэкспрессией онкогенов, вирусной инфекцией, оксидативным стрессом, гипо- и гипертермией и др. Активированный p 53: координирует процесс репарации ДНК, принимает участие в запуске апоптоза

Обобщенная схема апоптоза

На путь апоптоза становятся: n n n Мутантные клетки, трансформированные Старые клетки Клетки, узнаваемые как чужие → аномальные рецепторы Клетки, потерявшие контакты с другими Избыточные клетки → для поддержания численности клеток.

Исчезновение межпальцевых перепонок в ходе эмбрионального морфогенеза

Нормальный апоптоз В эмбриогенезе – органы приобретают конечную структуру n Удаление рудиментов n Удаление устаревших клеток n Удаление опухолевых клеток n В иммунной системе → удаление ненужных клонов n

Болезни с недостаточным апоптозом Раковые болезни n Ауто-иммунные болезни n Вирусные заболевания n

Болезни с избыточным апоптозом Нейро-дегенеративные заболевания - болезнь Альцгеймера - болезнь Паркинсона - retinita pigmentosum n Ишемические болезни - инфаркт миокарда - инсульт n Остеопороз n СПИД n

Исследования программируемой клеточной смерти ведутся с конца 1960 -х годов. Термин «апоптоз» был впервые употреблён в 1972 году в работе британских учёных — Дж. Керра, Э. Уайли и А. Керри. Одними из первых к изучению генетики и молекулярных механизмов апоптоза приступили С. Бреннер, Дж. Салстон и Р. Хорвиц, все трое в 2002 году были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытия в области генетической регуляции развития органов и за достижения в исследованиях программируемой клеточной смерти.