ĆELIJSKI CIKLUS

I POREMEĆAJI ĆELIJSKOG CIKLUSA

Ćelijski ciklus

• Funkcija ćelijkog ciklusa je duplikacija DNK molekula u

hromozomima i precizno razdvajanje kopija u dve genetički

identične ćerke ćelije.

• Dve glavne faze ćelijskog ciklusa su:

• Interfaza:

Traje najmanje 12 do 24 sata u ćelijama sisara.

– U toku ovog perioda ćelijakonstantno sintetiše RNK iproteine i povećava joj se

veličina.

• M faza (M-mitoza) – razdvajanjehromozoma i ćelijska deoba kojatraje mnogo kraće (oko 1 sat). M fazauključuje seriju dramatičnihdogađaja koji počinju podelom jedraili mitozom.

• Interfaza se može se podeliti u četiri faze: – Gap 0 (G0) – Ćelija ne ulazi u ćelijski

ciklus i ne deli se. Može biti prolazniperiod odmora ili trajati duže (ćelija je dostigla krajnji nivo razvoja i više se ne deli kao na pr. neuron).

– Gap 1 (G1) – Povećava se veličinaćelija, proizvodi se RNK i sintetišu se proteini. U ovoj fazi se aktiviraznačajan kontrolni mehanizam (Gitačka provere - G1 Checkpoint), kojiproverava da li je sve spremno sasintezu DNK.

– S faza (sinteza) – Replikacija DNK,

– Gap 2 (G2) – Pauza između sintezeDNK i mitoze. Ćelija nastavlja da raste iproizvodi nove proteine Na kraju ovefaze se nalazi drugi kontrolnimehanizam (G2 Checkpoint) kojiproverava da li ćelija sada može ući u M fazu (mitoza) i podeliti se.

U tipičnoj ćeliji čoveka koja se deli u kulturiinterfaza (G1,S,G2) traje 23 sata i mitoza još samo 1 sat

10 -12 h

1 h

G faze služe da omoguće:

• rast ćelije (dupliciranje organela)

• kao i proveru spoljašnjih i unutrašnjih uslova sredine pre nego što ćelija uđe u sintezu DNK i mitozu

Ćelijski ciklus

• M faza – razdvajanje hromozoma i ćelijska deoba koja traje mnogo kraće (oko 1 sat). M

faza uključuje seriju dramatičnih događaja koji počinju podelom jedra ili mitozom

– Profaza: Mitoza počinje kondenzacijom hromozoma, duplikovali lanci DNK, spakovani

u hromozome se kondenzuju.

– Prometafaza: Cepa se nuklearni omotač, replikovani hromozomi koji sadrže parove

setrinskih hromatida se pričvršćiju za mikrotubule mitotičkog vretena.

– Metafaza: hromozomi se ređaju na ekvatoru mitotičkog vretena.

– Anafaza –hromozomi se kreću ka suprotnim polovima duž mitotičkog vretena

– Telofaza: Hromozomi se dekondenzuju i ponovo stvaraju nukleuse.

– Sledi podela citoplazme - citokineza, čime se deoba ćelija završava.

• Ukoliko su uslovi nepovoljni za deobu, ćelije iz G1 faze ulaze u G0 u kojoj mogu ostati nekoliko dana, nedelja ili čak do smrti ćelije

• Kad se uspostave povoljni uslovi za deobu ćelija prolazi tzv. START koji je opredeljuje za ulazak u S fazu, čak i ako se opet pogoršaju uslovi sredine

Eukariote - sistem kontrole ćelijskog ciklusa:

• pravovremeno aktiviranje događaja

• redosled aktiviranja

• okidanje događaja samo jednom u svakom ciklusu

• aktivacija po tipu uključeno-isključeno

• prilagodljivost

Sistem kontrole ćelijskog ciklusa

•Kontrolne tačke (checkpoints) su

mesta na kojima se proverava da li su

prethodni koraci ćelijskog ciklusa

završeni i da li su povoljni uslovi

spoljašnje sredine za nastavak ćelijskog

ciklusa.

Anafaza i

deoba ćelije

Formiranje

deobnog

vretena

Replikacija DNK

• Ćelijski kontrolni sistemdetektuje oštećenje DNK izadržava ćelijski ciklus uodređenim kontrolnimtačkama.

• Kontrolne tačke:1. Kasna G1 faza2. Kasna G2 faza

Kontrola ćelijskog ciklusa

Prolazak ćelija kroz pojedine faze ćelijskogciklusa je kontrolisan proteinimacitoplazme.

Najznačajniji u animalnim ćelijama su:1. Ciklini

a) G1 ciklin (ciklin D) b) Ciklini S-faze (ciklini E i A) c) Ciklini mitoze (ciklini B i A) Nivo ovih proteina u ćeliji se menja sa

prolaskom kroz pojedine faze ćelijskogciklusa.

2. Ciklin-zavisne kinaze (Cdk)a) G1 Cdk (Cdk4) b) Cdk S-faze (Cdk2) c) Cdk M-faze (Cdk1)

3. APC – (anaphase-promoting complex), faktor pokretanja anafaze naziva se iciklozom i često označava APC/C.o Pokreće događaje koji vode destrukciji

kohezina što omogućava sestrinskimhromatitidama da se razdvoje.

o Razgrađuje M-ciklin (ciklin B).

Aktivacija kompleksa ciklin-ciklin zavisna kinaza je ključni

događaj u pokretanju određenih faza ćelijskog ciklusa

Ciklini i ciklin - zavisne kinaze

• Ciklini su osnovni faktor koji određuje aktivnost Cdk.

• Ciklini su proteini koji nemaju enzimsku aktivnost, a koncenracija im ciklično varira tokom ćelijskog ciklusa.

• Cdk su najčešće konstantno eksprimirane tokom ćelijskog ciklusa, ali se aktiviraju samo u određenim momentima ćelijskog ciklusa.

G1 G2S M

M

S

G1

G2

CIKLIN B/ cdc2

CIKLIN D / Cdk4,5,6

CIKLIN E / Cdk2

CYCLIN A/ cdk2

Glavni ciklini i ciklin-zavisne

kinaze kod kičmenjaka i

kvasca

Otkriće prvih ciklina Tim Hunt - ranih 1980-ih.

KIČMENJACI

KVASCI

CIKLIN-CDK

KOMPLEKS CIKLIN CDK CIKLIN CDK

G1-Cdk ciklin D Cdk4, Cdk6 Cln3 Cdk1

G1/S-Cdk ciklin E Cdk2 Cln1, Cln2 Cdk1

S-Cdk ciklin A Cdk2 Clb5,6 Cdk1

M-Cdk ciklin B Cdk1 Clb1,2,3,4 Cdk1

Cdk – ciklin zavisne kinaze

• Nivoi ovih enzima u ćeliji su relativno konstantni, ali za aktivaciju svakog od njih je potrebno prisustvo odgovarajućeg ciklina.

• Dodaju fosfatne grupe na mnoštvo proteinskih supstrata koji kontrolišu procese u ćelijskom ciklusu.

Kada ciklin nagradi kompleks sa Cdk, protein kinaza je aktivirana i pokreće specifične događaje u ćelijskom ciklusu.

U odsustcu ciklina, Cdk je neaktivna

Aktivacija Cdk omogućava efikasnu fosforilaciju ciljnih proteina

Koraci u ćelijskom ciklusu

• Povećanje nivoa G1-ciklina (ciklin D) i njegovo vezivanje za Cdk– signal za ćeliju da počne sa pripremama za replikaciju.

• Povećanje nivoa S – ciklina – (ciklin E, pa ciklin A) – povećanje nivoa faktora koji pospešuju S fazu (S-phase promoting factor - SPF) — koji

uključuju i ulazak u jedro ciklina E i A koji su vezani za Cdk2. – Nastavlja se replikacija, razlaže se ciklin E i povećava se nivo mitotičkih ciklina (u G2).

• Kompleks koji pospešuje M-fazu (M-phase promoting factor - MPF) čine kompleksimitotičkih ciklina (ciklin B) i Cdk koji iniciraju:

– Formiranje mitotičkog vretena– Cepanje jedarnog omotača– Kondenzaciju hromozoma

Ovi događaji uvode ćeliju u metafazu.

• U ovoj tački faktori pokretanja M faze aktiviraju faktore pokretanja anafaze (APC) koji:– Omogućavaju kretanje sestrinskih hromatida ka suprotnim polovima– Destrukciju M-ciklina (ciklin B) nakon ubikvitinacije– Pokretanje sinteze G1 ciklina za sledeći ciklus– Degradaciju gemnina – proteina koji sprečeva re-replikaciju novosintetisane DNK u S

fazi pre mitoze.Ovo je jedini mehanizam kojim ćelija omogućava da se svaki deo genoma kopira samo

jednom.

Kompleksi S ciklin-Cdks

S ciklin -Cdk obezbeđuje inicijaciju replikacije samo jednom u ciklusutako što uklanja Cdc6 sa početnog mestareplikacije i razgrađuje ga, a višak Mcm eksportuje iznukleusa.

Cdc6 i Mcm ne mogu da započnu novu replikaciju DNK sve dok se M-Cdk ne inaktiviše na kraju mitoze.

Aktivnost ciklin-Cdk kompleksa regulisana je različitim mehanizmima:

• Degradacija ciklina inaktiviše Cdk protein

• Aktivacija Cdk pomoću Cdk aktivirajuće kinaze (CAK)

• Fosforilacija Cdk inhibira njenu aktivnost

• CKI inhibira kompleks ciklin-Cdk

• Proteoliza CKI i ciklina ubikvitin ligazama (SCF i APC)

• Promene u transkripciji gena koji kodiraju Cdk regulatore

1. Degradacija ciklina inaktiviše Cdk protein

pokreće replikaciju DNK

pokreće mitotsku mašineriju

• Koncentracija ciklina postepeno raste tokom interfaze, a onda rapidno opada do nule kada ćelija prolazi kroz M-fazu ciklusa.

• Nagli pad ciklina u M-fazi nastaje usled brze degradacijeciklina ubikvitin-zavisnim proteolitičkim sistemom.

• Degradacija ciklina dovodi do gašenja kinazne aktivnosti!

2. Cdk-aktivišuća kinaza (CAK)

NEAKTIVNA DELIMIČNOAKTIVNA

AKTIVNA

ciklinciklin

aktivišuće mestoCdkT-petlja

aktivišući fosfat

Cdk-aktivišuća kinaza (CAK)

Negativna regulacija aktivnosti Cdk

3. inhibicija fosforilacijom

(M-Cdk)

4. vezivanje Cdk inhibitornih

proteina (CKI)

(G1 i S faza)

ciklinCdk

aktivan ciklin-Cdk

kompleks

neaktivan

p27-ciklin-Cdk kompleks

NEAKTIVNAAKTIVNA

aktivišući

fosfatCdk

Wee1

kinaza

Cdc25

fosfataza

ciklin inhibitorni fosfat

• Protein p27 je inhibitor Cdk komleksakoji pokriva aktivno mesto kompleksa i sprečava vezivanje ATP.

5. Ubikvitin ligaze - SCF (S-phase promoting factor) i APC (anaphase-promoting complex)

SCF (S-phase promoting factor) – S faza

Fosforilacija ciljnog proteina CKI (Cdk inhibitornog proteina)omogućava da on bude prepoznat od strane SCF (konstitutivno aktivan). Uz pomoć proteina E1 i E2, SCF premešta više molekula ubikvitina na CKI protein. Time je omogućeno da ubikvitinirani CKI bude prepoznat od strane proteazoma, gde vrši njegova degradacija.

APC (anaphase-promoting complex) – M faza

Vezivanjem aktivirajuće jedinice Cdc20za APC nastaje aktivan APC kompleks, koji vrši ubikvitinaciju M-ciklina uz pomoć E1 i E2, i na taj način ga obeležava za degradaciju u proteazomu.

Odvajanjem i degradacijom M-ciklina dolazi do inaktivacije M-Cdk.

Oba proteina imaju vezujuća mesta koja prepoznaju specifične AK-sekvence u ciljnom proteinu.

• APC (anaphase-promoting complex).

• Multipli molekuli ubikvitina kovalentno se vezuju za molekul ciklina i vode ciklin u proteazome, gde se vrši njihova destrukcija.

APC

Ubikvitin

Razgradnja u proteazomu

Cdc20

• HCT-1 je aktivirajući protein za APC, sličan Cdc20. bitna razlika je u tome što se kompleks Cdc20-APCaktivira fosforilacijom od strane M-Cdk, dok se HTC1-APC inhibira direktnom fosforilacijom HTC-1. •Usled ovoga, aktivnost kompleksa HTC1-APC raste u kasnoj mitozi kada je Cdc20-APC već “doveo do destrukcije” M-ciklina i samim tim M-Cdk postala neaktivna.

Kohezini

sekurin

separaza

Cdc20 aktivira APC, dolazi do ubikvitinacije sekurina (separaza vezana za sekurin je u inaktivna, a kad APC uzrokuje destrukciju sekurina ona postaje aktivna i veže se za kohezine).

• Nakon razdvajanja hromatida deobno vreteno sedezintegriše, hromozomi se dekondenzuju i ponovose formira jedarna membrana

• Za ove procese odgovorna je razgradnja kompleksaM-Cdk u proteazomima

• APC je odgovoran i za razgradnju M-ciklina

• Nakon mitoze ćelije se u G1 fazi održavajuzahvaljujući razgradnji ciklina, inhibiciji Cdk (p27) isupresijom transkripcije gena za cikline

6. Promene u transkripciji gena koji kodiraju Cdk regulatore

Ulazak ćelije iz G1 u S fazu inicira neki ekstracelularni signal

Ekstracelularnisignal

G1 ciklini

Sinteza G1/S i S ciklinaSmanjena degradacija

ciklina

Inaktivacija inhibitoraRb Rb

Mitogeni aktiviraju G1-Cdk i S-Cdk

Geni za G1/S i S cikline i druge proteine neophodne u S fazi

E2F

Rb

G1

G1

G1

G1Cdk

P

PP

P

Mutacije Rb gena dovode do retinoblastoma

Ključnu ulogu u kontroli prelaska iz G1 u S fazu ćeljskog ciklusa ima p53 protein

Oštećenje DNK

Zadržavanje ciklusa u G1 fazi

p53

Popravka

Nastavak ciklusa

Popravka nemoguća

Apoptoza

p53

p53 stimuliše ekspresiju gena za p21, inhibitora G1/S i S-Cdk

Oštećenje DNK blokira deobu ćelije

Oštećenje DNK

Mdm2 G1/S-Cdk i S-Cdk

Razgradnja u proteazomu

Mdm2

Protein

kinaza

P

p21 iRNK

p21

Zaustavljanje ciklusa

Popravka oštećenja

Mehanizam dejstva p53

• Ćelijski kontrolni sistem detektuje oštećenjeDNK i zadržava ćelijski ciklus u određenimkontrolnim tačkama

• Kontrolne tačke

1. Kasna G1 faza

2. Kasna G2 faza

Sistem kontrole ćelijskog ciklusa• Kontrolne tačke (checkpoints) su mesta na kojima se proverava da li su prethodni koraci ćelijskog ciklusa završeni i da li su povoljni uslovi spoljašnje sredine za nastavak ćelijskog ciklusa

Anafaza i citokinezaFormiranje deobnog vretena

Replikacija DNK

M-ciklin

Cdk-1

Cdk-aktivirajuća

kinaza

Cdk-inhibitorna

kinaza

Inhibitorni

fosfati

Aktivirajući

fosfati

Neaktivna fosfataza

Neaktivan

M-Cdk

Neaktivan

M-Cdk

Aktivan M-Cdk

Pozitivna

sprega

Aktivacija kompleksa M ciklin-ciklin zavisna kinaza je ključni

događaj u započinjanju procesa mitoze

M-ciklin

Cdk-1

Cdk-aktivirajuća

kinaza

Cdk-inhibitorna

kinaza

Inhibitorni

fosfati

Aktivirajući

fosfati

Neaktivna fosfataza

Neaktivan

M-Cdk

Neaktivan

M-Cdk

Aktivan M-Cdk

Pozitivna

sprega

P

Kontrolna tačka u

G2 fazi

Negativni signal aktivira protein kinazu koja fosforiliše i inhibira Cdc25 protein

fosfatazu. Kao rezultat M-cdk ostaje fosforilisana i neaktivna dok se DNK replikacija

ne završi.

Ekstracelularna kontrola ćelijskog

rasta, deobe i apoptoze

1. Mitogeni – isključuju negativne kontrolne mehanizme

koji sprečavaju deobu ćelije (PDGF, EGF). Mitogeni se

vezuju za površinske ćelijske receptore i indukuju

deobu.

2. Faktori rasta – stimulišu rast ćelija povećanjem

sinteze proteina i drugih makromolekula i inhibicijom

njihove razgradnje (NGF).

3. Faktori preživljavanja – suprimiraju apoptozu.

Mnoge humane ćelije imaju ograničenje koliko puta se mogu podeliti

• Mnoge humane ćelije će se podeliti ograničen broj puta, a zatim ući u permanentnu G0 fazu

• Smatra se da do ovog fenomena dolazi usled promena u telomerama (skraćenje), što dovodi do toga da se u jednog trenutku skraćen hromozom identifikuje kao oštećen i dolazi do aktivacije p53 sistema (somatske ćelije uglavnom ne sadrže telomerazu koja obezbeđuje replikaciju telomernih regiona bez njihovog skraćivanja)

Abnormalni signali za proliferaciju mogu da dovedu do blokade ćelijskog ciklusa i apoptoze kod normalnih, ali

ne i kod tumorskih ćelija

Preterana stimulacija mitogenima aktivira Arf, inhibira Mdm2 i raste nivo p53.

Kod ćelija tumora su često prisutne mutacije u Arf ili p53

Stimulacija rasta ćelija delovanjem vanćelijskih faktora rasta i hranljivih materija

G1-Cdk G1/S-Cdk

Sinteza G1/S ciklina

Hct-1

CKI

Neodgovarajuće

okruženje

S-Cdk

p53

Oštećenje

DNK

Višak

mitogena

Cdc25 M-Cdk APC

Nereplicirana

DNK

Oštećenje

DNKNevezani

hromozomi

Sinteza S ciklinaPonovna replikacija

DNK

Ćelijski ciklus

KANCER

• Kancerske ćelije se

– replikuju

neobuzdano i

– kolonizuju terititorije

koje bi normalno

trebalo da pripadaju

drugim ćelijama.

• Benigni tumori

• Maligni tumori –

kanceri - metastaze

• Kanceri

– Karcinomi – nastali

od epitelnih ćelija

– Sarkomi – nastali od

ćelija vezivnog tkiva ili

mišićnih ćelija

– Leukemije – od

hematopoetskih ćelija

– Karcinomi nastali od

nervnih ćelija

• Najveći broj

karcinoma nastaje od

jedne abnormalne

ćelije

• Translokacija između

hromozoma 9 i 22

odgovorna za hroničnu

mijeloidnu leukemiju

Manji od dva abnormalna

hromozoma koji nastaje

se naziva Filadelfija

hromozom, prema gradu

u kome je abnormalnost

prvi put zapažena

• Kanceri nastaju kao rezultat somatske mutacije

– koja se prenosi na potomke ćelije u kojoj je nastala.

• Genetska promena –alteracija sekvence DNK

• Epigenetska promena

• - promena genske ekspresije u ćeliji.

• U većini kancera genetska promena uslov razvoja.

• Karcinogeneza

povezana sa

mutagenezom

• Korelacija jasna za tri

klase agenasa:

– Hemijske kancerogene

– Jonizujuće zračenje

– viruse

• Pojedinačna mutacija nije dovoljna da uzrokuje nastanak kancera

• Spora akumulacija pojedinačnih mutacija u jednoj ćelijskoj liniji.

• Incidenca karcinoma se povećava sa godinama.

Stadijumi progresije i razvoja karcinoma epitela cerviksa uterusa

• Progresija tumora uključuje sukcesvne cikluse mutacije i prirodne selekcije.

• U svakoj fazi ćelije stiču dodatne mutacije koje im daju prednost u odnosu na susedne.

• Velika većina humanih kancera pokazuje znake dramatično povećane učestalosti mutacija, ćelije su genetički nestabilne. – kancerske ćelije mogu biti

defektne u sposobnosti da poprave lokalno oštećenje DNK ili koriguju greške u replikaciji.

• Destabilišuće mutacije najčešće nisu nasledne, već nastaju de novo

• Karcinomi se mogu smatrati i genetskim oboljenjima.

• Nastaju kao rezultat mutacije somatske ćelije.

• Tipični karcinomi zavise od čitavog seta mutacija.

• Međutim, mnogi geni koji su često izmenjeni u humanim karcinomima su identifikovani – više od 100 je poznato, ali neophodno je mnoge tek otkriti.

• Ovi geni se često nazivaju kancer kritičnim genima. Ovaj termin se odnosi na sve gene čije mutacije doprinose nastanku karcinoma.

• II klase kancer kritičnih gena

• I proto-onkogeni - njihove mutantne, prekomerno aktivne forme se nazivaju onkogeni.

• II tumor supresorni geni – u kojima mutacija dovodi do gubitka funkcije

• Obe vrste imaju sličan efekat na proliferaciju ćelija i njihov opstanak.

• Mutacija samo jedne kopije proto-

onkogena može imati dominantan efekat

na promociju rasta.

• Mutacije tumor supresorskog gena su

obično recesivne i obe kopije normalnog

gena moraju biti inaktivirane ili uklonjene iz

diploidne somatske ćelije.

• Ras proteini su monomerne GTPaze koje pomažu transmisiju signala od receptora za faktor rasta.

• Tačkasta mutacija Ras gena stvara hiperaktivni Ras protein koji egzistira u hiperaktivnom stanju prenoseći neodgovarajući signal za proliferaciju ćelija.

• Ras geni su mutirani u velikom broju humanih karcinoma, i predstavljaju jedan od najznačajnijih gena kritičnih za karcinome.

GEF - guanine nucleotide exchange factor

• Rb – regulator ćelijskog ciklusa - delecija u karcinomima.

• Ras – centralna komponenta signalnih puteva u ćeliji - uslovaljava ekscesivnu i neadekvatnu proliferaciju ćelija u kulturi.

• Isti signalni mehanizam koji kontroliše embrionalni razvoj operativan je u odraslih u normalnim uslovima i kontroliše obrt ćelija i održava homeostazu.

• Model delovanja mitogena na stimulaciju deobe ćelije

• Vezivanje mitogena za receptor na površini membrane ćelije

• Aktivacija Ras i kaskade MAP kinaze

• Povećana produkcija genskog regulatornog proteina Myc

• Myc povećava transkripciju nekoliko gena uključujući gen za D ciklin i gena koji kodira ubikvitin ligazu.

• Aktivira se G1 ciklin D kinaza i fosforiliše se Rb protein i regulatorni protein E2F što uvodi ćeliju u S fazu.

• Razvoj multicelularnog organizma i

održavanje strukture u odraslih zavisi od

– međućelijske komunikacije

– regulisane proliferacije ćelija

– ćelijskog kretanja

– ćelijske adhezije

– odnosno od svih aspekta ćelijskog

ponašanja čiji se poremećaji nalaze u

osnovi karcinoma.

• U proučavanju kako mutacije ovih gena

dovode do razvoja karcinoma značajni su:

– Kultura ćelija

– Ispitivanja pacijenata sa karcinomom

– Transgene životinje - značajne za ispitivanje

kako mutacija gena koji je kritičan za razvoj

karcinoma utiče na čitav organizam.

Mnogi geni kritični za karcinom regulišu deobu

ćelija

• Mnogi geni kritični za karcinom kodiraju komponente puteva koji regulišu socijalno ponašanje ćelija u telu – posebno mehanizam kojim signal od susednih ćelija može uticati na deobu, diferencijaciju ili smrt.

• Puna lista proto-onkogenskih produkata i tumor supresorauključuje primere svakog tipa molekula koji je uključen u prenos signala u ćeliji:

– sekretovane proteine,

– transmembranske receptore,

– GTP-vezujuće proteine,

– protein kinaze,

– regulatorne proteine gena itd.

• Mutacije koje neadekvatno aktiviraju receptorske tirozin kinaze, kao što je EGF receptor, ili proteini Ras familije, koji leže nishodno od ovog receptora deluju na ovaj način.

• Drugi signalni put može uticati tako da inhibira deobu ćelija, i najbolje poznati primer je TGFβ familija signalnih proteina (Transforming growth factor beta).

• Gubitak inhibicije rasta preko ovih faktora može doprineti razvoju nekoliko tipova karcinoma.

• Mutacije receptora za TGFβ-RII su nađene u nekim karcinomima kolona, a Smad4 – ključni intracelularni signalni medijator u ovom putu – je inaktiviran u karcinomima pankreasa i karcinomima nekih drugih tkiva.

• Ultimativno kancer kritični geni koji regulišu

ćelijsku deobu ispoljavaju svoj efekat delujući na

centralnu mašineriju koja kontroliše ćelijski

ciklus.

• I nije iznenađujuće da mutacije u ovoj mašineriji

predstavljaju prominentne karakteristike mnogih

karcinoma.

• Ključna tačka u kojoj ćelije odlučuju da uđu u proces replikacije svoje DNK i ciklus deobe ćelije je kontrolisana Rb proteinom, proizvodom tumor supresorskog gena Rb.

• Rb služi kao kočnica - sprečava ulazak u S fazu

• Normalno inhibicija uzrokovana sa Rb se poništava u odgovarajuće vreme fosforilacijom Rb.

• Mnoge kancerske ćelije proliferišu usled neadekvatne ili potpune eliminacije Rb.

• Drugi tumori nastaju usled mutacije druge komponente Rb regulatornog puta.

• Tako, u normalnim ćelijama, kompleks ciklin D1 i ciklin zavisna kinaza Cdk4 (G1-Cdk) stimulišu progresiju kroz ćelijski ciklus preko fosforilacije Rb.

• Protein p16 (INK4) – koji proizvode ćelije koje su pod stresom –inhibira progresiju ćelijskog ciklusa sprečavanjem stvaranja aktivnog ciklin D1-Cdk4 kompleksa.

• Neki glioblastomi i tumori dojke imaju amplifikovane gene za Cdk4 ili ciklin D1, koji tako favorizuju proliferaciju ćelija.

• Delecija krajeva ili inaktivacija p16 gena je zajednička mnogim formama humanih karcinoma.

• U karcinomima u kojima nije inaktiviran mutacijom, ovaj gen je često utišan metilacijom regulatornih sekvenci DNK.

Mutacije gena koji regulišu apoptozu

omogućavaju kancerskim ćelijama da izbegnu

suicid

• Da bi se održala proliferacija ćelija,

neophodno je ne samo uvesti ćelije u

deobu, već ih takođe treba sprečiti da

počine suicid ulazeći u proces apoptoze.

• U mnogo normalnih situacija ćelije

proliferišu kontinuirano, ali je ćelijska

deoba u preciznom balansu sa gubitkom

ćelija.

Mutacije gena koji regulišu apoptozu

omogućavaju kancerskim ćelijama da izbegnu

suicid

• Apoptoza takođe ima vitalan značaj u ćelijskim reakcijama na oštećenja i poremećaje.

• Ćelije multicelularnog organizma će počiniti suicid kada osete da se dešava nešto loše –kada je njihova DNK teško oštećena ili kada su lišene signala za preživljavanje koji im ukazuje da su na svom odgovarajućem mestu.

• Rezistencija na apoptozu je tako ključna karakteristika malignih ćelija, koja im omogućava povećanje broja i preživljavanje i onda kada ne bi trebalo da prežive.

• Brojne mutacije koje inhibiraju apoptozu su nađene u tumorima.

• Jedan protein koji blokira apoptozu, Bcl-2, je otkriven zato što je meta hromozomske translokacije u B- ćelijama limfoma.

• Efekat translokacije je postavljanje Bcl-2 gena pod kontrolu regulatornih elemenata koji sprovode prekomernu ekspresiju, što omogućava B limfocitima koji bi normalno umrli da prežive.

• Od svih kancer kritičnih gena uključenih u kontrolu apoptoze, međutim, postoji jedan koji je impliciran u karcinomima širokog ranga tkiva.

• Ovaj gen se naziva p 53, i predstavlja ključnu komponentu mreže puteva koja upravlja ćelijskim odgovorom na oštećenje DNK i druge stresne događaje.

• Kontrola apoptoze je samo jedan deo genske funkcije-ali veoma značajan.

• Kada je p53 defektan, genetski oštećene ćelije ne samo da ne umiru već nastavljaju da proliferišu, akumulirajući još više genetskog oštećenja koje vodi ka karcinomu.

• p53 gen — je nazvan po molekulskoj masi svog

proteinskog proizvoda - možda najznačajniji

gen u humanim karcinomima.

• Ovaj tumor supresorski gen je mutiran u oko

polovine ljudi koji imaju karcinom.

• Ima trostruku ulogu:

– u kontroli ćelijskog ciklusa

– apoptozi

– održavanju genetičke stabilnosti

• Za razliku od Rb, veoma malo p53 proteina je nađeno u većini ćelija pod normalnim uslovima.

• Zapravo, p53 nije neophodan za normalan razvoj: transgeni miševi u kojih su obe kopije gena eleminisane izgledaju normalno u svim aspektima osim jednog-oni obično razvijaju karcinom do trećeg meseca starosti.

• Kada su normalne ćelije lišene kiseonika ili

izložene tretmanu koji dovodi do oštećenja

DNK, kao što je ultravioletno ili gama

zračenje, one povećavaju koncentraciju

p53 proteina redukovanjem normalno

brze degradacije molekula.

• U zavisnosti od uslova i težine oštećenja, p53

može uvesti ćeliju u apoptozu – relativno

bezopasan događaj za multicelularan

organizam- ili može pokrenutu mehanizam koji

štiti ćeliju od deobe sve dok se učinjena šteta ne

ispravi.

• Zaštita koju obezbeđuje p53 objašnjava u

značajnoj meri zašto su mutacije koje aktiviraju

onkogene kao što su RAS i Myc nedovoljne da

same dovedu do nastanka tumora.

• P53 protein ispoljava svoje efekte na ćelijski ciklus, bar

delimično, vezivanjem za DNK i indukcijom transkripcije

p21 – regulatornog gena čiji se proteinski proizvod

vezuje za Cdk komplekse neophodne za ulazak u S

fazu.

• Blokiranjem kinazne aktivnosti Cdk kompleksa,

protein p21, sprečava ćeliju da uđe u S fazu i replikuje

svoju DNK.

• Ćelije koje imaju defektan p53 ne pokazuju ove

odgovore. One teže da izbegnu apoptozu, i ako je

njihova DNK oštećena- radijacijom ili na neki drugi način-

one nastavljaju sa deobom, ulazeći u replikaciju bez

pauze za popravku prekida i drugih oštećenja DNK.

DNK tumorski virusi aktiviraju

replikacionu mašineriju blokiranjem

delovanja tumor-supresorskih gena

• DNK tumorski virusi uzrokuju karcinom

uglavnom interferirajući sa kontrolnim

mehanizmima ćelijskog ciklusa, uključujući

i onaj koji zavisi od p53.

• U papiloma virusa, viralni geni koji su odgovorni za nastanak carcinoma se nazivaju E6 i E7.

• Proizvodi ovih virusnih onkogena interaguju sa brojnim proteinima ćelija domaćina, posebno sa proteinskim proizvodima tumor supresorskih gena, čineći ih neaktivnim i tako omogućavajući ćeliji da replikuje svoju DNK I da se deli nekontrolisano.

Skraćivanje telomere može biti put za razvoj

karcinoma u ljudi

• Miševi su jedan od najupotrebljavanijih modela za studije karcinoma, ali se ipak spektar karcinoma koji se sreću u miševa značajno razlikuje od onih u ljudi.

• Velika većina kancera u miševa su sarkomi i leukemije, dok 80% kancera u ljudi čine karcinomi.

• Mnoge terapijske procedure su se pokazale efikasnim u lečenju karcinoma u miševa, ali iste nisu bile efikasne u ljudi.

• Razlog za ove razlike je verovatno u ponašanju telomera veze između skraćivanja telomera, replikativnog zastoja ćelija i genetske nestabilnosti.

• U većini humanih ćelija, osim germinativnih i nekih somatskih stem ćelija, ekspresija gena koji kodiraju katalitičku subjedinicu telomeraze je prekinuta, ili u najmanju ruku nije u potpunosti aktivirana.

• Kao rezultat, telomere u ovim ćelijama imaju tendenciju da uvek u sledećoj generaciji budu po malo kraće.

• Eventualno telomerna kapa na krajevima hromozoma se može skratiti do tačke stvaranja signala opasnosti koja zaustavlja ćelijski ciklus.

• Signal je sličan, bar funkcionalno onom koji zaustavlja ćelijski ciklus kada se stvori DNK kraj bez kape ekcidentalnim prekidom dvostrukog lanca DNK.

• Efekat je u oba slučaja sprečavanje ćelijske deobe dok ćelija sadrži presečenu li neadekvatno kapiranu DNK.

• Za razliku od većine normalnih ćelija, ćelije

humanih tumora eksprimiraju telomerazu.

• Ovo može biti razlog njihove sposobnosti

da se dele bez limita u kulturi i dodatni je

dokaz da održavanje telomera ima

značajnu ulogu u nastanku kancera.