Hücre Döngüsü

Hücre Döngüsü

• Hücre büyümesi ve takiben bölünmesinden oluşan sürece hücre döngüsü denir.

• Hücrenin akıbetinin ne olacağına hücre

çekirdeğinde bulunan hücre döngüsü saati karar verir.

• Hücre dışından ve içinden gelen sinyaller

sayesinde hücrenin kaderi belli olur.

• Bir hücre, hücre kültürüne konduğunda ve gerekli faktörler ile

beslendiğinde sürekli bölünebilir ve hücre döngüsü aktif bir şekilde işleyebilir.

• Ancak gerekli faktörler çıkartıldığında ya da inhibitör etkisi olan

faktörler eklendiğinde hücre döngüsü normal seyrinde işlemez ve Go olarak adlandırılan quiescent (sessiz) durumda bekler. Nu faktörlerden en önemlisi TGF-β’dır (anti-mitojenik faktör).

• Bu tür hücreler mitojenik bir faktör ile uyarıldıklarında yeniden hücre döngüsüne girebilirler ve büyümeye/bölünmeye devam edebilirler.

• Bazı hücreler (sinir hücreleri gibi) hiçbir şekilde uyarılamaz ve geri

döndürülemez bu hücreler post-mitotik olarak adlandırılırlar.

Büyüme ve Çoğalma (growth vs proliferation)

Drosophila’nın gözündeki hücrelerdeki TSC1 geninde

meydana gelen mutasyon sebebi ile büyümüş ancak bölünememiş

hücrelerin elektron

mikroskobundaki görüntüsü

Hücre döngüsü; G1

• DNA sentezi ile hücre bölünmesi ile yeni hücre oluşumu arasnda geçen evre G1 (first gap) olarak adlandırılır

• Bu evrede hücrenin önemli kararlar alması gerekir:

büyümek mi sessizleşmek mi?

Hücre döngüsü; S

• Pek çok hücre tipinde G1’den sonra gelen ve DNA

sentezinin gerçekleştiği S (sentez) evresi 6-8 saat sürer.

• Hücrenin sentezleyeceği DNA diploit bir hücre için

yaklaşık 6.4 x 10 ⁹ baz çiftidir ve bu süre boyunca doğru (high fidelity) bir şekilde sentezin gerçekleşmesi gerekir.

• Bu evrenin süresi hücre tipine çok bağlıdır. Çok hızlı

bölünen embryonik hücrelerde ve lenfositlerde diğer

hücrelere kıyasla çok daha kısadır.

• S evresinden çıkan bir hücrenin

hemen mitoza gideceği düşünülür

ancak hücre 3-5 saatini geçireceği

bir G2 evresine gitmeyi tercih eder.

M evresi

Profaz, metafaz, anofaz ve telofazdan oluşan mitoz evresidir ve sitoplazmik bölünmeden oluşan sitokinez ile son bulur

G1, S ve G2 evrelerinden oluşan interfaz aşamasında mikroskopik olarak

görüntülenemeyen kromozomlar profazda görünmeye başlarlar. Metafazda

yoğunlaşıp hücrenin ortasında yer alırlar

ve daha sonra kutuplara çekilerek iki ayrı

hücreye dağılırlar.

• Özellikle DNA’nın iki katına çıktığı sentez evresi olan S fazı ve DNA’nın iki kardeş hücreye eşit bir şekilde dağıldığı M evresi hücre döngüsünde çok önem taşımaktadır. Bu evrelerde oluşacak bir

sıkıntı kanser gibi kötü sonuçlara sebep olabilir.

Hücre döngüsü kontrol noktaları

• Her bir evreden sonra bir sonraki evreye

geçmek için kontrolün yapıldığı kontrol

noktaları bulunur (check points)

Hücre döngüsü kontrol noktalarında problem olursa…

Bir kontrol noktası proteini olan Rad17’nin yokluğu yüzünden

replike olmaması gereken DNA defalarca replike olmuş.

• Hücreler hücre dışı mitojenlere ve sinyallere G1’in içinde yer alan bir zaman diliminde cevap verirler. Bu nokta, hücrenin bölünmek mi istiyor yoksa Go evresinde sessiz kalmayı mı istiyor kararını verdiği noktadır.

• R noktasını geçmek için zamanlama çok önemli. R’de sonra ortamdan

GF’ler çekilirse hücre bölünmeye devam eder. Erken G1’de ortamdan

serum ve GF’ler çekilirse hücre Go’da kalır.

Diğer kontrol mekanizmaları

• Göze çarpan bir kontrol de hücrlerin R ve G1/S geçişi arasında bir yerde ECM ile tutunma durumunu kontrol etmeleridir.

• Eğer hücreler ECM ile kontakt halinde olmadıklarını farkederlerse hücre döngüsünü durdurup ECM’e

tutunmayı ya da intahara gitmeyi seçebilir.

• Bu durumu lehine kullanan onkogenler myc ve src,

mekanizması aydınlatılamamış bir şekilde hücrelerin ECM

ile mükemmel kontakt halinde olduğunu hissettirip hücreyi

sürekli bölünmeye zorlayabilirler.

Cyclin’ler ve Cyclin bağımlı kinazlar (CDK) hücre döngüsü

saatinin ana bileşenleridir.

• Siklin bağımlı kinazlar (CDK) uygun şekilde çalışabilmek için düzenleyici alt üniteleri olan siklinlere ihtiyaç duyarlar.

• Siklinler CDK’ların katalitik aktivitelerini aktive ederler.

• CDK’lar serin/trionin kinazlardır.

Siklin E’nin CDK2’ye bağlanması CDK2’nin aktivitesini 400.000 kat arttırmaktadır.

PSTAIRE domain CDK’ların siklinlere bağlanmasını sağlar

G1 S

Siklin D1, D2 ve D3, D tipi siklinleri

oluşturur

Siklin E1ve E2, E tipi siklinleri oluşturur Siklin A1ve A2, A

tipi siklinleri oluşturur

CDC2 aynı zamanda CDK1 olarak da adlandırılır

Siklin B1ve B2, B tipi

siklinleri oluşturur

• Go’dan G1’e geçişte görev yapan kompleks

siklin C ve CDK3 kompleksidir.

Siklin-CDK komplekslerini kontrol etmenin en iyi yolu siklinlerin düzeyleri ya da kullanılabilirliklerini değiştirmektir.

CDK’ların düzeyi neredeyse hiç değişmez

Siklinlerin bu düzenli düzey değişimlerini sağlayan mekanizma siklinlerin yıkılım mekanizmasıdır (degredation). Siklinlerin yıkımını sağlayan moleküler

mekanizma ise ubiquitin ligase mekanizması, yani siklinlere polyubiqutin takılarak siklinlerin proteozomlarda proteolitik yıkıma uğramasıdır.

Siklinlerin sıra ile yıkımı hücre döngüsünün hep aynı yöne doğru dönmesini

sağlar. Mekanizma hiçbir zaman geri işlemez.

• Diğer siklinlerin aksine D tipi siklinlerin düzeyleri çok değişken değildir ve kontrolleri mitojenik sinyaller tarafından yapılır. Tirozin kinaz bağımlı büyüme faktörleri aktif iken bu siklinlerin düzeyi fazla iken inhibitör eklendiği anda 30 dakikada degrede oldukları gözlenmiştir.

• D tipi siklinler farklı stimülanlar ile uyarılırlar.

• D tipi siklinler dışarıdan hücre

döngüsü mekanizmasına haber

taşırlar

CCND1 in human

CDK4/6 ve D tipi siklinler hemen hemen aynı görevi yapmaları rağmen neden 3 farklı çeşit D tipi siklin var?

•Üç farklı siklin D farklı prmotorların kontrolü altında ve farklı sinyal yolaklarının altında işlev yaparlar.

•Çalışmalar siklinlerin sadece hücre döngüsünde değil başka biyolojik süreçlerde de

rol aldığını göstermektedir.

Siklin-CDK kompleksleri CDK-inhibitörleri (CKI) ile de kontrol edilirler.

INK4: Inhibitors of CDK4; sadece CDK4 ve 6 üzerinde etkililer

P57 daha çok embryogenezde aktif ve kanserde rol almıyor

Kanserle alakalı

TGF-Beta özellikle p

üzerinden

inhibisyon yapar

Mitojenler TGF-betanın negatif etkisini ortadan kaldırarak hücre döngüsünün çalışmasını sağlarlar

Akt/PKB fosforilasyonu ile p21 ve p27 sitoplazmaya transloke olurlar ve

inhibisyon görevlerini

gerçekleştiremezler

p27 ^Kip1 proteinin lokasyonunun sağ kalıma etkisi

P21 ve p27 her zaman inhibitör olarak rol almazlar. Siklin D-

CDK4/6 kompleksinin oluşumunda stimulatör görevi görürler

Retinoblastoma (Rb) proteininin

hücre döngüsündeki rolü

pRb, RB

• Rb bir tümör baskılayıcı proteindir.

• Mutant Rb, retinoblastoma, sarkoma, küçük hücreli akciğer kanseri gibi kanserlerle

ilişkilendirilmiştir.

• 105 kD büyüklüğünde bir nükleer fosfoproteindir.

• Hücre döngüsü saati pRb’yi R noktası geçiş noktası için gardiyan olarak görevlendirir.

• Siklin D’lerin mitojenler tarafından aktive

edilmesi ile unfosforile pRb, hipofosforile forma geçer ve bu da siklin E ve CDK2 için substrat

olur. Siklin E ve CDK2 pRb’yi hiperfosforile

forma sokarak inaktif hale getirirler böylece hücre

döngüsü ilerler (Figür).

Siklin-CDK komplekslerinin pRb üzerindeki etkisi

• pRb hücre döngüsü ve hücre çoğalması için kilit noktada yer almaktadır.

• Herhangi bir sebeple bu proteinin oyundan çıkması (mutasyon, viral onkoprotein etkileri ya da promotor metillenmesi) hücre döngüsünün bozulmasına yol açar.

• Bir çok kansede pRb’nin hiperfosforile olduğu ve sürekli olarak inaktif halde

bulunduğu gösterilmiştir.

pRb ve kuzenleri p130 ve p107’nin etkinliklerinin moleküler boyutta incelenmesi

• Her ne kadar pRb’ye çok benzeyen kuzenleri p130 ve p107 bulunsa da hücre döngüsünde en etkin protein pRb olarak göze çarpmaktadır.

Bunun sebebi p130’un daha çok Go evresinde p107’nin de G1/S geçişinde birikiyor olması ihtimalidir.

• pRb’nin ve kuzenlerinin çalışması moleküler olarak incelendiğinde etkinliklerini E2F’ler olarak bilinen transkripsiyon faktörlerine

bağlanarak gösterdikleri görülmüştür.

• Bu proteinlerin unfosforile ya da hipofosforile formları E2F’lere hatta

DNA’ya bağlanan E2F’lere bağlanırlar. Ancak hiperfosforile duruma

geçtiklerinde E2F’lerden ayrılırlar.

pRb E2F’lere bağlanıp transkripsiyonu durdurmanın yanı sıra ortama HDAC gibi proteinleri de çağırır ve kromozomun

yapısını, ortamdaki asetilleri kaldırarak daha kapalı bir hale yani

TF’leri bağlanamayacağı bir hale getirirler.

Geç G1 ve S girişinde, R noktasından hemen sonra siklin E’nin ifadesinin artışından da aktif E2F sorumludur ve bununla birlikte pozitif bir feed back olarak pRb’nin

hiperfosforilasyonu ve G1’den S fazına geçiş sağlanır.

Bu tür döngülere feed forward loop denir.

Bir diğer pozitif feed back loop da siklin E/CDK2 kompleksi

sayesinde p27’nin fosforlanması ve fosforlanan p27’lerin

ubiquitinlenerek proteozomlarda degrede edilmesidir. Böylece aslında bu kompleksi baskılayan protein yine aynı proteinler

sayesinde aktif hale gelmiş olur.

pRb ve Kanser

• pRb’nin deregülasyonu, kanserin fenotipinin en önemli

özelliği olan hücre çoğalmasını etkilemektedir. Bu durum

R noktasının geçişi sürecindeki bozuklukların neden pek

çok kanserin sebebi olduğunu da açıklamaktadır.

Siklin D’ler fazla üretiliyor olabilir

CDK’larda mutasyon olabilir, p16 bağlanamaz

• Hücre döngüsünde meydana gelen bozuklukların kanser hastalığının gelişimini nasıl etkilediği önemlidir.

• Moleküler değişimlerin fenotipe yansıması nasıl olur?

• Meme kanserlerinde siklin E’nin ifadesinin yüksek olması agresif bir

malignansi ve kötü gidişatı işaret ederken az ifadesi hastalıksız hayatta

kalıma işaret eder (disease free survival).