Wykład 8
Skończyliśmy ostatnio omawiając onkogeny, może jeszcze na moment wrócimy do cyklu komórkowego, on przedstawiał się w kształcie kola, z zaznaczonymi fazami cyklu komórkowego, i tu mamy na rys. fazę G1 trwa ona od 8 do 10 godz., jeśli są to kom. które się szybko dzielą, dość szybko dzielą się kom nabłonka w przewodzie pokarmowym, bo one są w stosunkowo trudnych warunkach, bo składniki pokarmowe zawierają substancje szkodliwe, są komórki co się dzielą rzadko, np. komórki wątroby, średnio raz na rok. Tu mamy do czynienia z kom. szybko się dzielącymi. Proces cały trwa ok. 24 h, czyli 8 h to czas po poprzednim podziale mitotycznym kiedy kom. jest w fazie G1, jeśli nie zamierza się podzielić to wychodzi z G1 i wchodzi do G0, tu się nie dzielą, po tej G1 jest faza S, synteza DNA i ta faza trwa ok. 8h, potem ma miejsce faza G2, czyli faza w której kom. kontynuuje wzrost, bo syntezowane są enzymy i różne inne białka, po to żeby ta kom. co się będzie zaraz dzieliła miała zarówno DNA w odpowiedniej ilości jak i białka w zwiększonej ilości po to żeby nimi obdzielić te dwie powstające komórki, ważne są punkty kontroli tzw. check point, kom. nie może sobie przejść tak beztrosko z jednej fazy do drugiej, interesuje nas punkt kontroli G1, bo kom zanim przejdzie fazę syntezy DNA musi sprawdzić ze DNA nie jest uszkodzone, ze są czynniki wzrostu, białkowe, które maja swoje receptory w błonie komórkowej, musi sprawdzić czy są substancje odżywcze, musi sprawdzić rozmiar komórki, najważniejsze dla nas jest uszkodzenie DNA, kom. nie może wejść w fazę S jeśli ma uszkodzone DNA, bo to uszkodzone DNA będzie się przenosiło do następnej komórki. Okazuje się ze białko p53 ma bardzo duży udział, żeby zatrzymać fazę S jak DNA jest uszkodzone, ale musimy mieć świadomość ze oprócz punktu kontroli G1 jest tez punk kontroli G2, to jest punk kontroli przed mitozą czyli tu znowu trzeba sprawdzić rozmiar kom. i czy nie jest uszkodzone DNA, jest już go 2 razy więcej, np. mogło się zdarzyć ze proces replikacji nie do końca zaszedł, np. ligaza nie połączyła fragmentów Okazaki, czyli w G2 jest znowu DNA, kontrola rozmiaru komórki, bo ona powinna być powiększona, następnie jest jeszcze jeden punk kontroli on jest w trakcie mitozy, to jest punk kontrolujący czy wrzeciono kariokinetzcyne jest prawidłowe, bo wrzeciono to struktury białkowe które odciągają od siebie do dwóch biegunów tego wrzeciona połówki chromosomowe, jeśli cos jest nie tak z tym wrzecionem, to może być nie symetryczny podział chromosomów co może spowodować np. trisomie, czyli pojawienie się w jednej kom. o jeden chromosom za dużo, w drugiej auneplaidie – zamiast pary mamy tylko jeden, to może być spowodowane uszkodzeniami wrzeciona kom, czyli w cyklu komórkowym mamy 3 takie punkty kontroli. Przykładem będzie dla nas punkt kontroli G1, czyli ten który pozwala na wejście kom w fazę S. Jak to wygląda, co robi białko p53? tu mamy schemacik, otóż wyobraźmy sobie ze jest uszkodzone DNA i dowodem na to są pojedyncze wolne końce DNA, to jest sygnałem dla specjalnej grupy kinaz białkowych, jest ich kilka, jedna z nich to kinaza DNA-PK, kinaza ATM i kinaza ATR, są to kinazy białkowe które jakby wykrywają to uszkodzenie, miejsce gdzie przerwana jest nic DNA, ta kinaza, ona jak sama nazwa wskazuje fosforyzuje pewne białka, ale do końca nie wiemy jaka jest lista substratów dla tych kinaz, na pewno jednym z białek ulegające fosforylacji jest białko p53, czyli kinaza białkowa która wykrywa uszkodzenie DNA, jest w stanie fosforylować różne białka, nie wiemy dokładnie jakie ale jest wśród nich białko p53.Co się teraz dzieje, jesteśmy w tym momencie, mamy tu napis aktywacja p53, ten zielony kształt to jest nieaktywne p53, jeśli w kom. jest wszystko ok., to tego p53 jest mało, jest syntezowany ale zostaje degradowany, ale jeśli ulega fosforylacji, czyli aktywacji to przestaje być substratem dla odpowiedniego białka E3 (rekogniny) I zaczyna się gromadzić, tego p53 jest więcej, zaczyna działać jak czynnik transkrypcyjny, ten zmieniony kształt oznacza aktywne p53 , takie co wiąże się z DNA tak jak czynniki transkrypcyjne, czyli p53 wiąże się z pewna sekwencją promotorową, czy z regionem regulatorowym, wiąże się z regionem regulatorowym genu WAF1 on koduje białko p21, czasami nie ma symbolu WAF1 tylko od razu gen p21, w innych podręcznikach jest rozróżnienie ze gen się nazywa inaczej i białkowy produkt inaczej, w każdym razie p53 działa teraz jako czynnik transkrypcyjny i aktywuje transkrypcje genu p21, to niebieskie tu to już białko p21, białko p21 działa trochę tak jak szczeki którymi spina się kola w samochodzie jak jest źle zaparkowany, działa jak szczeki w stosunku do kompleksu kinazy CDK i cykliny, jeśli jesteśmy w momencie gdzie jest już blisko do rozpoczęcia syntezy DNA, już jest cyklina s fazy s, ona połączyła się z kinazą CDK fazy S, pojawia się cyklina fazy s, łączy się z kinazą CDK i one są już gotowe żeby uruchomić proces replikacji, ale pojawia się białko p21, dzięki białku p53 tego białka 21 jest więcej, ono spina, jest inhibitorem kinaz CDK, to powoduje zatrzymanie fazy S.
W tym momencie widzimy ze p53 reaguje na uszkodzone DNA i jest w stanie zatrzymać cykl kom, nie dopuszcza do rozpoczęcia fazy s, w ten sposób kom. nie umiera, nie może się dzielić, ale enzymy naprawcze maja czas na naprawę DNA. Co się dziej dalej, otóż , Załóżmy ze jest wszystko ok., to dna nie jest uszkodzone, mamy ten kompleks cykliny fazy s i kinazy CDK fazy s, nie ma p21 nie ma potrzeby zatrzymania cyklu kom, oczywiście musimy pamiętać ze kinaza CDK to kinaza białkowa czyli ma swoja grupę substratów białkowych, wśród nich to co nas teraz interesuje to jest substrat białko Rb, zarówno gen kodujący białko p53 i gen kodujący białko Rb to są geny supresji nowotworowej, teraz zobaczymy co robi białko Rb, w normalne sytuacji kiedy z DNA jest wszystko ok. białko Rb tworzy kompleks z czynnikiem E2F , jeśli działa kinaza CDK to ona fosforyluje białko Rb, jeśli białko Rb zostaje ufosforylowane to co się zmienia, konformacja białka, teraz to już nie trzema się tak ściśle z czynnikiem E2F, on się uwalnia i on działa na ten czynnik transktypcyjny który uruchamia transkrypcję genów kodujących białka konieczne w procesie replikacji, czyli białko E2F uwolnione z pod opieki białka Rb staje sie czynnikiem transkrypcyjnym, który aktywuje transkrypcję genów kodujących białka potrzebne w fazie s, teraz wrócimy do momentu kiedy tu mamy zablokowaną kiznaze CDK, Zablokowaną przez białko p21, czyli wracamy do sytuacji gdzie DNA jest uszkodzone, działają p53, powstaje więcej p21, teraz skoro kinaza CDK jest zahamowana przez białko p21 no to oczywiście nie może ufosforylować białka Rb, a jak nie może tego zrobić to czynnik E2F nie może się uwolnić z pod opieki białka Rb, bo jego konformacja się nie zmienia, czyli E2F nie może działać jako czynnik transkrypcyjny który by aktywował transkrypcję jakichkolwiek genów, czyli skutkiem działania białka p21 jest hamowanie aktywności kinaz CDK fazy S i w ten sposób nie dochodzi do aktywacji czynnika E2F. Możemy to prześledzić na schemacie, czyli mamy jakiś czynnik tu zaznaczony jako stres genotoksyczny, czyli czynnik który uszkadza gen, p53 w normalnej sytuacji jest szybko degradowany, ale ufosforylowany p53 działa jako czynnik transkrypcji i uruchamia transkrypcję białka p21, a p21 jest inhibitorem kinaz CDK, i teraz kinazy CDK powinny fosforylować białko Rb, jeżeli je ufosforylują to uwalnia się czynnik E2F, a jeśli nie można ufosforylować, to nie mam mowy o uwolnieniu czynnika. Tu jest jeszcze fosfataza białkowa, która w którymś momencie usuwa fosforany z białka Rb, no bo jak już zostanie naprawione DNA to się to musi cofnąć, czyli zmniejsza się poziom p53, nie maja już p21. mamy teraz przykład tego hamującego działania białka p53 i białka Rb, bo Rb tak jak mówię dopóki jest nie ufosforylowane to jest supresorem, bo wiąże E2F i nie pozwala mu działać jako czynnik transkrypcji.
Teraz zerknijmy na jeszcze jeden schemat który pokazuje jaki jest związek miedzy zmutowanym p53 a nowotworami, bo była mowa ze istnieje ponad 50 do 70% nowotworów gdzie się stwierdza mutacje genu kodującego białko p53. Wyobraźmy sobie ze mamy normalne kom. i kom. które maja mutacje genu kodującego p53, ale jeszcze nie zaczął się proces nowotworzenia. Zarówno jedna jak i drugie kom. są pod wpływem różnych szkodliwych czynników fizycznych, chemicznych, komórek, wirusów i w DNA kom. normalnych i z mutacją cos złego się dziej, następują mutacje, cały ten ciąg jest następujący, mamy uszkodzony DNA, sygnał o uszkodzeniu dochodzi do p53, czyli fosforylacja, rośnie poziom p53, to indukuje transkrypcję genu WAF1, następuje zatrzymanie cyklu kom. i teraz jest czas na naprawę, natomiast tu gdzie mamy kom. które już maja uszkodzone gen p53 zdarzają się następne uszkodzenia, sygnał o uszkodzeniu DNA powstaje, bo kinaza białkowa jest w stanie wykryć to uszkodzenie, ale my mamy zmutowany p53, czyli nie ma zatrzymania cyklu kom, czyli jeśli jest uszkodzone DNA to to uszkodzenie w tych potomnych komórkach przekłada sie na mutacje, i jeśli mamy zmutowany p53, jeśli jest go za mało jak na normalne kom. to efekt jest taki ze uszkodzenia po kolejnej replikacji przekształcają się w mutacje, bo uszkodzenie może być, pod warunkiem ze sprawnie działają systemy naprawy DNA, natomiast problem się pojawia jeśli nie ...
ewastyna1