A SEJTOSZTÓDÁS

A sejtciklus a sejt osztódási folyamatának leírása, a két, egymást követő sejtosztódás közötti periódus alatt lejátszódó folyamatok összessége, magában foglalja mind az interfázist mind pedig a mitózist.

A szomatikus sejtek osztódását követően létrejön a diploid kromoszóma-állományt (a testi sejtekre jellemző DNS mennyiséget) tartalmazó utódsejt, mikroszkóposan azonban hosszú ideig semmi nem észlelhető, a sejt az ún. interfázisba lép. Ezalatt a sejtben lényeges folyamatok mennek végbe. A mitózist követően a sejt az ún. G₁ fázisba (gap 1: első “nyugalmi” állapot) kerül. Amennyiben a sejt nem osztódik tovább, ebben a szakaszban az ún. restrikciós ponton vagy döntési ponton (R) “elhagyja” a sejtciklust, G₀ (nyugalmi) állapotba kerül, végzi differenciált működéseit, öregszik, majd idővel elpusztul. G₀ fázisból - megfelelő szignálok hatására - a sejt még hosszú ideig „visszaléphet a sejtciklusba” az R ponton és osztódhat.

Amennyiben külső/belső tényezők hatására a sejt folytatja osztódását, a G₁ fázis második felében (annak végéig) létrehozza mindazon molekuláris rendszereket, amelyek a celluláris DNS mennyiségének megkettőzéséhez szükségesek. Mihelyt a DNS szintetizáló apparátus rendelkezésre áll, a sejt - egy máig ismeretlen szignál hatására - “belép” az S fázisba (DNS szintézis) és egyszerre sok ponton megkezdi a sejtmagban található DNS lemásolását. Az S fázis során a DNS precíz megkettőzése zajlik, így a sejt biztosítja azt, hogy az oszódást követően létrejövő leánysejtekbe minden - a DNS-ben kódolt - információ átkerüljön, “átörökítődjön”. Az S fázis időtartama a humán szomatikus sejtekben - sejt-típustól szinte függetlenül - 8 órát vesz igénybe.

Az S fázis befejeztével a sejt egy rövid ideig ismét nyugalomba kerül, G₂ fázisba (gap 2) lép, “felkészül” a tényleges kettéosztódásra, a mitózisra. A pontosan replikált kétszeres (4N) kromoszóma-állománynak megfelelő DNS tartalmú sejtek a mitózis (M fázis) során (profázis, metafázis, anafázis, telofázis) mintegy ötven perc alatt kettéválnak, így létrejön a két, teljesen azonos DNS állományt (genetikai kódot) tartalmazó utódsejt. . . . És a fenti folyamat ismétlődik, vagy nem. . .

A daganatok egyik fontos jellemzője a nem-kivánatos sejtszaporodás; így joggal állítjuk, hogy kialakulásuk okát a sejtciklus szabályozásának szintjén kell keressük. A sejtosztódás a sejtciklus több pontján befolyásolható. Megakadályozható a DNS szintézis (pl. hidroxi-urea kezeléssel), megakadályozható az utódsejtek létrejötte (pl. colchicin kezeléssel), azonban a biológiai szabályozás sokkal finomabban működik. Célpontja elsősorban a G₁ fázisban az a folyamat, amikor a sejt “eldönti”, hogy osztódjon-e (végrehajtsa-e a sejtciklus minden következő lépcsőjét) vagy pedig hagyja abba a sejtosztódást és lépjen ki a sejtciklusból (G₀ fázisba, R pont). Ugyancsak G₁ fázisban kell a sejtnek eldöntenie, hogy képes-e DNS állományát hűen megkettőzni, vagy jobb, ha inkább felhagy vele és beindítja önpusztító folyamatait, melyeket „programozott sejthalál” (apoptózis) néven ismerünk.

A felnőtt szervezetek sejtjeinek nagyobb része (test-tömegre számova kb. 95%-a) nyugalmi fázisban van (G₀), csak megfelelő osztódási szignálokra „lép vissza” a sejtciklusba (ld. regenerációs folyamatok, sebgyógyulás, stb).

A következőkben a G₁ fázis, abban is az ún. “döntési pont” (R-pont restriction point, decision point) normális szabályozásával foglalkozom.

Osztódási egyensúly

A sejt osztódását követően két, egymással kompetícióban működő szignálegyüttes határozza meg, hogy a sejt ismét osztódjon-e vagy maradjon-e proliferációs nyugalomban. A két hatást két celluláris mechanizmus képviseli. A sejtosztódás irányban ható molekularendszer működésének következtében a sejt belép a sejtciklusba (stimuláló hatások, pozitív jelzések), megkettőzi DNS‑ét, osztódik.

A sejt osztódási információ-átadási útjait szabályozó fehérjék (mitotikus szignálátadási lánc) többségükben az ún. proto-onkogének termékei

Az ezzel ellentétesen működő, az osztódást korlátozó (negatív jelzéseket adó) szabályozó rendszer relatív túlsúlya esetén pedig a sejt az ún. G₀ fázisba lép, osztódási nyugalomba kerül.

A pozitív tényezőket az ún. proto-onkogének által kódolt fehérjék képviselik, a negatív, (“korlátozó”) hatásokat pedig a szuppresszor gének termékei biztosítják.

- - - - - - - o - - - - - - -

(hi)story:

Először élesztőkben (Schizosaccharomyces pombe) figyelték meg, hogy a sejtosztódás adott szakaszait bizonyos fehérjék ciklikus megjelenése és eltűnése kíséri. Ezeket a fehérjéket ciklineknek nevezték el. Később kimutatták, hogy az élesztő sejtciklus különböző fázisaiban megjelenő ciklinek specifikus protein kináz molekulával asszociálnak, melyet cdc proteinnek (Cell Division Control) kereszteltek (a cdc-t nem termelő mutáns sejtek nem képesek sejtosztódásukat normálisan végezni).

Rövid időn belül hasonló, működésében analóg és molekulárisan homológ rendszereket találtak az emlősökben is. A molekulák szerepére irányuló kutatások megállapították, hogy a cdc fehérjék protein kináz enzimek, specifikus proteinek tirozin vagy treonin aminosav oldalláncát foszforilálják, továbbá működésüket kizárólag adott ciklinekkel asszociált formában képesek kifejteni. Bizonyos cdk-k adott ciklinekkel képeznek komplexet a sejciklus különböző fázisaiban, így más és más fehérjéket foszforilálnak, ezzel aktiválnak vagy inaktiválnak.

Tipikus cdk szubsztrát a pRb protein (a ’retinoblastoma gén’ terméke). Normális funkciója az E2F/DP1 transzkripciós faktor kötése. Az E2F/DP1 azon géneket aktiválja, melyek az S fázisba lépéshez szükségesek, hiányában nem szintetizálódnak, így a sejt G1 (v. G0) fázisban, osztódási nyugalomban marad. A pRb foszforilációs inaktiválása következtében nem képes az E2F/DP1 komplexet kötni, a sejt megindítja a DNS szintézis előkészítését, majd S fázisba lép.

A ciklin-cdk rendszer gátlása aktív állapotban tartja a pRb-t, a sejt nem osztódik. A cdk gátlást a p53 protein által szabályozott inhibítorok valósítják meg, a p21, p15/p16. p19ARF, p27 effektorok révén. A gátló rendszer sérülése, inaktivációja a sejt folyamatos osztódását vonja maga után, bekövetkezik a transzformáció.

A génátírás aktivitását a gének szabályozó régióinak metilációs inaktiválása ill. nem működő (kikapcsolt) gének aktiválását promótereik hipometilációja is befolyásolja. Így direkt genetikai károsodás nélkül is létrejöhetnek sejtosztódás-szabályozási zavarok.

Az előadás a fenti jelenségegyüttes működésének modelljeivel foglalkozik.

sejthalál , apoptózis , nekrózis

Visszafordíthatatlan molekuláris folyamatok eredményeképpen a sejt elpusztul. Programozott folyamatnak tartják, mivel aktív sejtfolyamatok során zajlik, a legtöbb esetben adott gének indukcióját (aktiválódását) követő fehérjeszintézis indul be és adott törvényszerűségek szerint dezintegrálódik a sejt.

apoptózis

A citoplazma szinte az egész folyamat során ép marad, a sejtmag kromatin állománya fragmentálódik (apoptotikus “létra”), a sejt zsugorodik, létrejön az apoptotikus test (apoptotic body), majd a szomszédos sejtek fagocitálják a megmaradt anyagot. Az apoptózis során a ..., a savanyú foszfatázok, kaszpázok ... megemelkedett szintje detektálható.

mitotikus szignálátadási lánc

Malignus transzformáció I. mechanizmus:

hiperaktív, helytelenül szabályozott proto-onkogének, onkogén-aktiváció (folyamatos osztódási szignál a sejteknek).
Létrejöhet:

- génkárosodás következtében, amely adott protein funkcióját befolyásoló területen következik be (pl. pontmutáció következtében létrejövő báziscsere a ras protein szabályozó domain-jét érinti, a mutáns protein folyamatos jeltovábbítást végez, aktív állapotban tartja a mitotikus szignálátadási láncot)

- génátrendeződés következtében (pl. az AP1 transzkripciós faktort kódoló c-myc gén az immunoglobulin-régióba kerül és az immunoglubulinok szintézisét irányító rendszer hatására folyamatosan termelődik, ezzel pedig állandóan tart olyan géneket aktívál, amelyek sejtosztódást hoznak létre)

- kromoszóma-átrendeződés során (pl. Phyladelphia transzlokáció, az abl kináz génje a bcr gén szabályozó szakaszába kerül, ezzel létrejön egy hiper-aktív kináz, amelyet a sejt normális szabályozó mechanizmusai nem képesek befolyásolni)

- DNS amplifikáció eredményeképpen (pl. h-mdm2, c-myc)

- - - - - - - o - - - - - - -

A szuppresszor gének termékei (végrehajtó mechanizmusokat szabályozó rendszerek elemei)

- génátírást (expressziót és transzkripciót) szabályozó, a sejtmagban található (nukleáris) faktorok (p53)

- transzkripciós faktort kötő fehérjék (pRb)

- DNS kötő fehérjék, transzkripciós faktorok felismerőhelyeit maszkírozzák (EGR-1, MXI-1, WT-1)

- mitotikus szignálút gátló és szabályozó molekulák (TSC2, APC, NF1, p190)

- protein foszfatázok (TEP1)

- proteáz inhibítorok (Maspin)

- a riboszómális protein szintézist befolyásoló faktorok (VHL - elongin)

- protein degradációt segítő faktor (CUL2-VHL)

- növekedési faktorral komplexet képeznek, inaktiválják hatásukat (Smad1-4)

- cdk inhibítorok (INK4a, WAF1/CIP1)

- differenciálódási faktor, receptor (DCC)

..... stb.

Malignus transzformáció II. mechanizmus:

inaktivált, “kikapcsolt” szuppresszor mechanizmusok: nem (v. nem elégségesen) működő osztódás-korlátozás. Az inaktiválás DNS szerkezet módosítással (mutáció, deléció) vagy a szabályozó régió metilációjával történik.