Izv. prof. dr. sc. Lidija Šver

Stanični ciklusDioba stanice – mitoza

Kontrola staničnog ciklusa

Pro

f. d

r. .s

c.

Lid

ija

Šve

r

Značajke živih bića

� individualnost� stanična građa� metabolizam� aktivni rast� podražljivost� razmnožavanje

(reprodukcija) –nastanak novih jedinki (ili identičnih ili sličnih) i nasljeđivanje

� evolucija

� “Omnis cellula e cellula” Virchow Rudolf, 1855

� udvostručavanje (replikacija) genetskogmaterijala

� raspodjela i dijeljenje genetskog materijala� razdvajanje i podjela citoplazme stanice

Dioba staniceJednostanični organizmi

� Razmnožavanje dijeljenjem samo jedne stanice100 µm

Ameba - jednostanični eukariot; dioba na dvije stanice

Bakterija Escherichia coli

Prokarioti� ne postoje organeli� genetska informacija pohranjena je u obliku

kružne molekule DNA (nukleoid)� molekula DNA

vezana je za membranu bakterijske stanice na jednom mjestu (mjesto početka replikacije – engl. origin of replication = ori)

Pro

f. d

r. .s

c.

Lid

ija

Šve

r

Dioba stanice u prokariota� Proces nespolnog razmnožavanja u

prokariota naziva se binarno cijepanje, binarna dioba ili binarna fisija

� Dvije nastale stanice su jednake originalnoj roditeljskoj stanici, svaka s jednom molekulom DNA

� Nakon replikacije DNA, kako se stanica izdužuje dolazi do odvajanja udvostručene (replicirane) molekule DNA

Pro

f. d

r. .s

c.

Lid

ija

Šve

r

Binarna fisijaE. coli

Bakterijska kružna DNA (nukleoid)

Stanična stijenka

Plazmatskamembrana

Dvije kopije početka

replikacije

Mjesto početka

replikacije

Mjesto početka

replikacije

Mjesto početka

replikacije

Septum

Udvostručenje DNA

Binarna fisija u eukariotskoj stanici

� mitohondrij, kloroplast i peroksisom –organelieukariotskestanice koji se dijele binarnom fisijom

� semi-autonomni organeli

Višestanični organizmi� Stanična dioba tijekom:

� razvitka iz oplođenog jajašca

� rasta

� obnavljanja organizma

� popravljanja oštećenih tkiva20 µm

Rast i razvitak. Stanice morule morskog ježinca Paracentrotus lividus (LM).

Obnavljanje tkiva. Iz stanica koštane srži nastati će stanice krvi (LM).

Genetski materijal

� diobom stanice nastaju dvije genetski istovjetne stanice kćeri�stanica udvostruči svoj genetski materijal

(genom)�svaka stanica kćeri dobiva točnu kopiju

genetskog materijala, DNA

Stanična DNA� u eukariota, unutar

jezgre� “pakirana” u kromosome

� nakupina kromosoma (obojano narančasto) vidljiva unutar jezgre epitelne stanice skočimiša. Stanica se priprema za diobu.

50 µm

1 µm

1 µm

0.25 µm

Jezgra

JezgraJezgrica

Kromatin

Jezgrina ovojnica:Unutrašnja membrana

Vanjska membrana

Jezgrine pore

Zrnati ER

Kompleks pora

Površina jezgrine ovojnice (TEM).

Kompleks pora (TEM). Jezgrina fibrozna lamina (TEM).

Uvećana slikajezgrine ovojnice

Ribosom

Jezgra

Pro

f. d

r. .s

c.

Lid

ija

Šve

r

Kromosomi� U eukariota

� linearne molekule DNA� kromatin (DNA/proteinski

kompleks) � kondenzacija tijekom

stanične diobe u kromosome

Pro

f. d

r. .s

c.

Lid

ija

Šve

r

Kondenzacijakromosoma

Kondenzirani kromatin

Relaksirani kromatin

Kromatinsko vlakno

Mitotički kromosom

Dvostruka uzvojnicaNukleosomi (oblik krunice)

Građa metafaznog kromosoma

Metacentrični kromosom

Submetacentrični kromosom

Akrocentrični kromosom

� najkondenziraniji oblik kromosomaKromosom

Eukariotska stanica ima mnoštvo kromosoma. Prije udvostručavanja, svaki kromosom sastoji se od jedne

molekule DNA.

Kada se udvostruči, kromosom se sastoji od dvije kromatide povezane

kod centromera. Svaka kromatida sastoji se od jedne molekule DNA.

Mehanički procesi odvajaju sestrinske kromatide na dva kromosoma koji se odvoje u dvije zasebne novonastale

stanice

0.5 µm

Udvostručavanje kromosoma

(sinteza DNA)

Centromera

Odvajanje sestrinskih kromatida

Sestrinska kromatida

Centromere Sestrinske kromatide

Pro

f. d

r. .s

c.

Lid

ija

Šve

r� svaki kromosom sastavljen od dvije sestrinske kromatide, odnosno

dvije istovjetne molekule DNA (semikonzervativna replikacija) spojene kod centromere

� CENTROMERA� primarno suženje kromosoma

� kondenziraniji dio kromosoma (heterokromatin)

� ponavljajući odsječci DNA

� neophodna za pričvršćivanje niti diobenog vretena (na njoj s obje strane proteinski kompleks = KINETOHORA)

� odvajanje sestrinskih kromatida tijekom diobe

dioba

Sestrinskekromatide

Udvostručenkromosom

centromera

udvostručenje

Kromosom se sastoji od jedne molekule DNA

CENTROMERA Metafaznikromosom/

centromera/ kinetohora

centromera

centromera

kinetohora

sestrinske kromatide

nit diobenog vretena

Kromosomi i ploidnost� U životinja

� Somatske (nespolne) stanice – dva seta kromosoma tj. po dva jednaka kromosoma (diploidan broj; 2n)

� Gamete (spolne stanice) - jedan set kromosoma tj. samo po jedan kromosom (haploidan broj; n)

� Tijekom životnog ciklusa većine životinja, samo spermij i jajašce imaju haploidan broj kromosoma.

Diploidna stanica (2n)po dvije kopije kromosoma

Haploidna stanica (n)jedna kopija kromosoma

Održavanje broja kromosoma� svaka vrsta ima specifičan broj kromosoma (broj, veličina i

položaj centromere kao i raspored gena na kromosomu značajka su vrste)

� većina sisavaca ima od 6 do 90 kromosoma u diploidnoj stanici

� čovjek ima 2 seta od 23 kromosoma = 46 kromosoma� prilikom stapanja

haploidnih gameta, nasljeđujemo od svakog roditelja po jedan set kromosoma

� 1 set = 22 autosoma + 1 gonosom (X ili Y)

Vrsta

Homo sapiens (čovjek) 46 Mus musculus (kućni miš) 40Drosophila melanogaster (vinska mušica) 8Canis familiaris (pas) 78Gallus gallus (kokoš) 78Muntiacus reevesi (kineski muntjak, jelen) 46Muntiacus muntjac (indijski muntjak) 6ž 7mMyrmecia pilosula (mrav) 2Parascaris equorum (askarid, parazitski crv) 2Cambarus clarkii (slatkovodni rak) 200Equisetum arvense (livadna preslica) 216Zea mays (kukuruz) 20Caenorhabditis elegans (crv, obilić) 2Saccharomyces cerevisiae (kvasac) 32Arabidopsis thaliana (uročnjak) 10

Br. kromosoma (2n)

Održavanje broja kromosoma

�Jezgra somatske stanice prolazi MITOZU, diobu jezgre, nakon koje broj kromosoma ostaje konstantan jer se prije diobe javlja DNA REPLIKACIJA, udvostručavanje kromosoma

�Nakon mitotičke diobe, iz 2n roditeljske stanice nastale su dvije 2n stanice kćeri

2n = 4

Udvostručeni kromosomi sastoje se od dvije sestrinske kromatide

tijekom interfazeReplikacija DNA

Kromosom

Centriol

2n = 4

2n = 4 2n = 4

Mitoza

Centromera

Održavanje broja kromosoma

Stanični ciklus� stanični ciklus je određen slijed

događanja u prokariotskoj i eukariotskojstanici koji rezultira njenom podjelom (mitotička faza u eukariotskoj stanici, binarno cijepanje u prokariotskojstanici) na dvije nove stanice

Stanični ciklus eukariotske stanice� većinu staničnog ciklusa čini interfaza

� nakon interfaze slijedi dioba stanice

� svaka od novonastalih stanica ulazi u novi ciklus

Stanični ciklus eukariotske stanice

INTERFAZA 90%

G1

25%

S(sinteza DNA)

40%

G2

25%

� Dvije faze:� interfaza (rast i priprema stanice)�dioba stanice (mitotička faza)

Interfaza� rast i priprema za diobu, 90% vremena� 3 dijela

� G1 faza (G = gap; engl. prekid, praznina, manjak ili growth; engl. rast)

� stanica raste tj. povećava svoj volumen sintetizirajući tRNA, mRNA, ribosome, enzime

� repliciraju se organeli, centrosom

� S faza (engl. synthesis = sinteza) � replikacija DNA� sinteza proteina (histona) udruženih s DNA u kromatin i enzima

uključenih u sintezu DNA� dužina trajanja S faze gotovo istovjetna za sve stanice organizma

neke vrste

� G2 faza� sinteza proteina potrebnih za mitozu (proteini diobenog vretena)� metabolički događaji koji omogućuju mitozu

Trajanje staničnog ciklusa

� sve stanice prolaze isti stanični ciklus� razlika u dužini trajanja pojedinih faza

između:� istih tipova stanica u različitih vrsta

organizama�različitih tipova stanica jedne jedinke

�trajanje interfaze u većine sisavaca je 20-tak sati, ali embrionalne stanice završe cijeli ciklus za samo nekoliko sati

�stanice kože neprekidno se dijele tijekom čitavog života jedinke, a živčane i mišićne stanice se nikad ne dijele

Razlika u trajanju staničnog ciklusa između boba (Vicia faba) i čovjeka (Homo sapiens).

Faza Glavna zbivanja

Vrijeme trajanja (sati)

Vicia faba Homo sapiens

G1

Udvostručenje broja organela

4,9 6,3

S Replikacija DNA 7,5 7,0

G2 Sinteza proteina 4,9 2,0

M Mitoza/citokineza 2,0 0,7

Ukupno: 19,3 16,0

STANIČNA DIOBA

KARIOKINEZA = dioba jezgreMITOZA (i MEJOZA)

CITOKINEZA = dioba citoplazme

Stanična dioba� Dva dijela stanične diobe

� kariokineza, podjela jezgre tj. genetskog materijala� citokineza, podjela citoplazme

� Ako podjelom jezgre nastaju� dvije genetski istovjetne stanice koje imaju isti broj

kromosoma kao i stanica iz koje su nastale = MITOZA

� četiri genetski različite stanice koje imaju dvostruko manji broj kromosoma od stanice iz koje su nastale = MEJOZA

�u spolnom razmnožavanju�nakon smanjenja broja kromosoma nastaju spolne

stanice (gamete) ili spore (neke alge, gljive, biljke)�nakon završene mejoze – nema više dijeljenja – nije

pravi stanični ciklus

Diobeno vreteno� struktura

izgrađena od mikrotubula� u životinjskim i

nekim biljnim stanicama, diobeno vreteno nastaje od centrosoma

� kontrolira gibanje kromosoma tijekom kariokineze

Centrosom

Centrioli

Mikrotubuli

Uzdužni presjek jednog centriola

Mikrotubuli Poprečno presjek drugog centriola

•svi elementi citoskeleta imaju ulogu u staničnoj diobi

Elementi citoskeleta

INTERMEDIJARNI FILAMENTI MIKROTUBULI AKTINSKI FILAMENTI

Mikrotubuli (mikrocjevčice)Mikrotubuli nastaju udruživanjem (polimerizacijom)

heterodimera uz energiju GTP-a

PRODUŽIVANJE (POLIMERIZACIJA)

MIKROTUBULAdodavanje dimera na + kraju

SKRAĆIVANJE (DEPOLIMERIZACIJA)

MIKROTUBULAgubitak dimera na - kraju

� Polimerizaciju tubulina u mikrotubule kontroliraju raznolike tvorbe čiji je skupni naziv SREDIŠTA ORGANIZACIJE MIKROTUBULA (engl. microtubule organizing centers = MTOC)

� Tim tvorbama pripadaju:�centrioli

�polarno tijelo vretena (engl. spindle pole body; SPB u nekih algi i gljiva (kvasac))

�bazalna tjelešca (baza bičeva/trepetljika)

�centromere kromosoma

Centrioli i mikrotubuli

MIKROTUBULEMIKROTUBULEMIKROTUBULI

Pericentriolarni materijal i centrioliPolarni kraj (+)

�Minus krajevi mikrotubula u interfaznoj stanici uloženi su u matriks centrosoma (središte organizacije mikrotubula; MTOC)�Plus krajevi su slobodni i rastu

� pericentriolarni materijal (matriks centrosoma)� proteinska struktura� u njima nastaju mikrotubuli

diobenog vretena, dakle, centrosom je središte organizacije mikrotubula(MTOC)

� centrioli upravljaju polimerizacijom pojedinačnih mikrotubula koji se zrakasto šire od centriola

� stanice koje se više ne dijele (neuroni) otpuštaju mikrotubule iz centrosoma

Udvostručavanje centrosoma

� prije diobe (G1 / S faza)

� odvajaju se centrioli, a novi centrioli rastu iz kratke diskoidalne strukture pod pravim kutom na roditeljski centriol

� Aster (zvijezda)– područje kratkih mikrotubula koji se zrakasto šire iz centrosoma prema polu stanice i povezuju s plazmatskom membranom

Mikrotubuli diobenog vretena

� povezuju se na kinetohore (kompleks od ~ 45 proteina na obje strane centromere)

� od 4 do 40 mikrotubula/kinetohori

� razmještaju kromosome u metafaznu ploču (ekvatorijalnu ravninu)

CentrosomAster

Sestrinske kromatide

Metafazna ploča

Kinetohore

Preklapajući polarni

(nekinetohorni)mikrotubuli

Kinetohornimikrotubuli

Centrosom

KromosomiMikrotubuli 0.5 µm

1 µm

Građa metafaznog kromosoma –kinetohora – proteinski kompleks

(45-tak proteina)(+RNA u sisavaca)

Mikrotubuli u diobi stanice� centromere kao središta organizacije mikrotubula (MTOC)� otpuštanje tubulinskih dimera na + kraju (skraćivanje

kinetohornog mikrotubula) zbog proteina MCAK (mitotic centromere-associated kinesin; MCAK) iz porodice kinezina (motorički protein) i aurora B kinezina koji se nalazi u kinetohoramaskraćivanje kinetohornog

mikrotubula

kinetohora

otpušteni tubulinski dimeri

kromosom

centromera

Kretanje duž mikrotubula omogućavaju motorički proteini iz porodice dineina (prema minus kraju) i kinezina (prema plus kraju)Laki lanci vežu teret koji se prenosi, a teški hidroliziraju ATP i vrše pokretanje.

minus kraj plus kraj

laki lanac

teški lanac

dinein kinezin

dinein kinezin

Motorički proteini u proteinskom kompleksu kinetohora

(dinein i kinezin)

motorički protein kinezin(prema + kraju mikrotubula)

motorički protein dinein(prema - kraju mikrotubula)

Kretanje mikrotubula tijekom diobe� Nekinetehorni (polarni) mikrotubuli suprotnih

polova� Preklapaju se, međusobno “odguravaju”, izdužuju stanicu

Sile povlačenja Sile guranja

Kinetohorne niti postaju kraće i povlače

jednostruke kromosome prema polovima

Polarne niti vretena (one koje se nisu vezale za

kromosome) postaju duže; na mjestima preklapanja

dolazi do klizanja i odguravanja prema polovima

Anafaza i telofaza� U anafazi A

� odvajaju se sestrinske kromatide dvostrukih kromosoma u jednostruke kromosome (rana anafaza)

� kinetohorne niti diobenog vretena povlače jednostruke kromosome prema suprotnim polovima stanice (kasna anafaza)

� U anafazi B� “odguravanje” nekinetohornih niti (kasna anafaza) i

povlačenje centriola pomoću astralnih niti koje su pričvršćene za membranu

� U telofazi� genetski istovjetne jezgre stanica kćeri na suprotnim

polovima stanice� despiralizacija kromosoma� nastanak jezgrine ovojnice� jezgrice

Sestrinske kromatide

Stanična stijenka

Stanična membrana Kinetohorni

mikrotubuliAstralni

mikrotubuli

Nekinetohorni mikrotubuli

CentrosomKinetohora

Stanična membrana

KinetohoraSestrinske kromatide

Kinetohorni mikrotubuli

stanica pluća daždevnjaka stanica afričkog crvenog ljiljana

Nekinetohorni mikrotubuli

RAZLIKA U FORMIRANJU DIOBENOG VRETENA U ŽIVOTINJSKOJ I BILJNOJ

STANICI

RAZLIKA U

FORMIRANJU

DIOBENOG

VRETENA� Većina biljaka i gljiva nema

centriole/centrosome, ali diobeno vreteno se formira tijekom diobe� u viših biljaka, jezgrina

ovojnica preuzima ulogu MTOC za sintezu mikrotubula i organizaciju diobenog vretena tijekom diobe

� u nekih gljiva (kvasci) i nekih algi polarno tijelo vretena (SPB, spindlepole body) je MTOC, a nalazi se unutar jezgrineovojnice koja se ne raspada tijekom diobe

Poluživot mikrotubula� nekoliko minuta

� može se modificirati djelovanjem nekih spojeva� Kolhicin – alkaloid, inhibira polimerizaciju

� veže se za heterodimere i zaustavlja polimerizaciju zbog nedostatka raspoloživih heterodimera u citoplazmi

� koristi se u citogenetičkim analizama za zaustavljanje stanica u metafazi mitoze – c mitoza

Mitotička faza� Pet

različitih faza

G2 FAZA INTERFAZE PROFAZA PROMETAFAZA

Centrosomi (s parovima centriola) Udvostručen

kromatin

Rano diobeno vreteno

Aster

CentromereDijelovi jezgrine ovojnice

Kinetohore

Jegrica (nukleolus)

Jezgrina ovojnica Plazmatska

membranaKromosom, sastoji se od dvije sestrinske kromatide

Kinetohornimikrotubuli

Nekinetohornimikrotubuli

#1 #2Priprema

Aster

Pol diobenog vretena

Mitotička faza

Centrosom na jednom polu diobenog vretena

Sestrinski kromosomi

METAFAZA ANAFAZA TELOFAZA I CiTOKINEZA

Dio

beno v

reteno

Metafazna ploča Stvaranje jezgre

Rascjepna brazda

Stvaranje jezgrine ovojnice

#3 #4 #5

25

µm

Centrioli u centrosomu

Kromatin

Plazmatska membrana

Aster

Jezgrina ovojnica

Jezgrica

20 µmCentrioli u centrosomu

Kasnainterfaza

Ranaprofaza

Centrioli u centrosomu

Jezgrica

20 µm

Centromera

Kromosom

Kromosomi

Kasna profaza

9 µmAster

Kinetohornimikrotubul

Centromera

Plazmatska membrana

Metafaza

20 µm

Aster

Polarne niti diobenog vretena

Kromosomi u metafaznoj ploči

Anafaza i početak citokineze

Kromosomi stanica kćeri

20 µmPol

stanice

Telofaza icitokineza

16 µm

Rascijepna brazda

Jezgrica

Biljna stanica

1 Profaza.

Kondenzira se kromatin. Počinje nestajati jezgrica.Iako se još ne vidi na slici, formira se diobeno vreteno.

Prometafaza.

Naziru se kromosomi; svaki je sastavljen od dvije identične sestrinske kromatide. Kasnije, u prometafazi, upotpunosti će se razgraditi jezgrina ovojnica.

2 Metafaza.

Završeno je formiranje diobenog vretena i kromosomi pričvršćeni mikrotubulimaza kinetohoresu smješteni u metafaznojploči.

3 Anafaza.

Odvajaju se kromatidesvakog kromosoma i kromosomi kćeri se pomiču prema polovima stanice kako se skraćuju kinetohornimikrotubuli.

4 Telofaza.

Stvaraju se jezgre kćeri. Istovremeno, započinje i citokineza: stanična ploča, koja će podijeliti citoplazmu na dva dijela, raste prema vanjskom rubu roditeljske stanice.

5

JezgraJezgrica

KromosomKondenzacija kromatina

Predprofazni pojas mikrotubula i mikrofilamenata u biljaka

� Prije profaze niti aktina i mikrotubuli uz samu plazmatskumembranu

� Mikrotubuli nestaju na početku mitoze i javljaju se krajem telofaze

� Osnova za fragmoplast

V = vakuolaN = nukleusPPB = predprofazni

pojasMTN = de novo sinteza

mikrotubulaNEB = razgradnja

jezgrineovojnice na početku prometafaze

jezgra

fragmosom

citoplazmatska vrpca

vakuola

predprofazni pojas

Rana profaza biljne stanice s vakuolom. a) interfaza; b) citoplazmatske vrpce prodiru u vakuolu; c) jezgra se pomiče u sredinu stanice i nastaje fragmosom; d) završetak stvaranja fragmosoma i predprofaznog prstena.

jezgra

predprofazni pojas

kromosomi

diobeno vreteno

b)

a)

c)

d)

MITOTIČKA FAZA

KARIOKINEZA = diobe jezgre (MITOZA)CITOKINEZA = dioba citoplazme

Citokineza� Citokineza ili “cijepanje” citoplazme slijedi mitozu, diobu

jezgre

� Novostvorene stanice kćeri dobivaju dio staničnih organela koji je udvostručen tijekom prijašnje interfaze(G1)� U stanicama koje nemaju staničnu stijenku (životinjske stanice)

krajem anafaze započinje stvaranje rascjepne brazde (engl. cleavage furrow), ali potpuno odvajanje stanica kćeri završava neposredno prije sljedeće interfaze

� Rascjepna brazda nastaje kao posljedica kontrakcija aktinskih mikroniti (mikrofilamenata) koje sa citoplazmatske strane utora oblikuju kontraktilni prsten. Kako se prsten kontrahira, tako se smanjuje promjer stanice.

Mikrofilamenti (aktinski filamenti)

� ispod st. membrane u većini stanica� sudjeluju u citokinezi

Citokineza u animalnim stanicama

� citokineza se odvija procesom koji se naziva brazdanje –stvara se rascjepna brazda

Rascjepna brazda

Kontraktilni prsten od mikrofilamenta

Stanice kćeri

100 µm

Stvaranje kontraktilnog prstena tijekom citokineze animalnih stanica

Stanična stijenka roditeljske stanice

Stanična ploča

Nova stanična stijenka

Stanice kćeri

Mjehurići GA koji stvaraju

FRAGMOPLAST

Citokineza u biljnim stanicama

� stvara se fragmoplast (nakupine mjehurića Golgijeva tijela, mikrofilamenata, mikrotubula i glatkog endoplazmatskog retikuluma), a njihovim stapanjem nastaje stanična ploča, pa zatim stanična membrana

Jezgra

predprofazni pojas

Diobeno vreteno

Kromosomi

Fragmoplast

Stanična ploča

pogled odozgo

pogled sa strane

mikrotubulifragmoplasta

nova stanična ploča zrela stanična ploča

jezgra

Intermedijarni filamenati

• tvore jezgrinu laminu na unutarnjoj strani jezgrine ovojnice– fosforilacija lamina – signal za razgradnju

jezgrine ovojnice

• učvršćivanje jezgre i određenih organela

Pro

f. d

r. .s

c.

Lid

ija

Šve

r

Kontrola staničnog ciklusa-kritične točke staničnog ciklusa

� Kontrolne točke tijekom staničnog ciklusa omogućavaju provjeru pravilnosti udvostručavanja genetskog materijala (replikacije) i pravilnost raspodjele kromosoma.

� Točke provjere staničnog ciklusa� Tijekom G1 faze, a prije S faze

�postizanje određene veličine� Tijekom G2 faze, a prije M faze

�točnost završene replikacije DNA� Tijekom M faze (u metafazi)

�točnost bipolarnog povezivanja kinetohornih niti iraspodjele kromosoma u metafaznoj ploči

� U S fazi ne postoje točke provjere

Kontrolni sustav

G1 kontrolna točka

G2 faza

S fazaG1 faza

M kontrolna točka

G2 kontrolna točka

Kontrolne točke staničnog ciklusa

Kontrola staničnog ciklusa� Stanični ciklus kontroliraju:

� unutarstanični signali� ciklini i ciklin-ovisne kinaze (engl. Cyclin dependentkinases; Cdk)

� proteini koji inhibiraju Cdk� ubikvitin ligaze i njihovi aktivatori (engl. Anaphasepromoting complex; APC i drugi)

� regulatorni proteini transkripcije gena (p53 i E2F)

� izvanstanični signali� mitogeni (kemijske tvari, najčešće proteini, koji potiču

stanicu na diobu (mitozu))� čimbenici (faktori) rasta i hormoni

� signal = molekula koja stimulira ili inhibira metabolički događaj

� telomere i stanični sat

Genska kontrola staničnog ciklusa

� Enzimima koji mogu spriječiti replikaciju DNA tijekom S faze

� Genska kontrola na početku svake faze –inicijacija sljedeće faze signalom unutar stanice (ciklini i ciklin-ovisne kinaze)

Ciklini i ciklin-ovisne kinaze� Ciklini

� proteini koji reguliraju stanični ciklus� koncentracija proteina oscilira tijekom staničnog

ciklusa� Ciklin-ovisne kinaze (CDK; cyclin-dependentkinases)� enzimi – produkti gena cdc (cell division cycle) � kinazna aktivnost – fosforilacija aminokiselina u

proteinu ciklinu� konstantna koncentracija u stanici

� Kompleks ciklina i kinaze – aktivan oblik

Monopolarno povezivanje i bipolarno povezivanje kinetohornih niti

� Anaphase promoting complex (APC) - inaktivan i aktivan

� kohezin – proteinski kompleks koji povezuje sestrinske kromatide

� povezivanje niti diobenog vretena s kinetohorama uzrokuje aktivaciju APC i razgradnju kohezina

bipolarno povezivanje

monopolarno povezivanje

nepričvršćen kromosom

STOP

STOP

STOP

1. Izrezati dio vezivnog tkiva u sitne komadiće

Petrijeva zdjelica

Skalpeli

2. Dobiti suspenziju slobodnih stanica fibroblasta koristeći se enzimima koji razgrađuju izvanstanični matriks.

3. Nasaditi stanice u čiste posude za staničnu kulturu. Stanice se pričvrste za staklo. Inkubacija na 37ºC.

U bazičnom mediju za rast, stanice se ne dijele.

U bazičnom mediju za rast uz dodatak PDGF (faktora rasta iz trombocita), stanice proliferiraju (rastu).

Upotreba stanične kulture za prikaz važnosti faktora rasta

SEM kulture fibroblasta

Faktori rasta� izvanstanični (vanjski) signali staničnog

ciklusa

Kromosomi eukariota� Imaju telomere = krajevi kromosoma

� ponavljajući slijedovi (repetitivne sekvence) koji zaštićuju gene na krajevima DNA

� odsječak od 6 nukleotida (u čovjeka, TTAGGG) ponavlja se od nekoliko 100 do nekoliko 1000 puta

Kontrola staničnog ciklusa –STANIČNI SAT

� gubitak od 50 do 100 odsječaka prilikom diobe; skraćivanje kromosoma

� gubitak dovodi do starenja (senescencije) stanice� telomeraza – enzim koji održava krajeve kromosoma� većina stanica nema telomerazu, a prisutna je u matičnim stanicama

iz kojih nastaju spolne stanice, stanicama koštane srži, stanicama raka

1 µm

Kontrolne točke staničnog ciklusa

G1 S G2 M

Kromosomi koji nisu pričvršćeni nitima diobenog vretena zakoče

početak anafaze.

Pogreške u duplikaciji ili segregaciji centrosoma zakoče stanicu u prijelazu iz G2 u M fazu.

Dvostruki lomovi u DNA

zakoče prijelaz iz G2 u M fazu.

Oštećenje DNA zakoči početak

replikacije i zaustavi stanicu na prijelazu iz G1

u S fazu.

G2/M kontrolna točka

G1/S kontrolna točka

Anafazna kontrolna točka

Sprječeno gibanje replikacijske vilice zaustavi stanicu na prijelazu iz G2 u M

fazu.

Propust kontrolnih točaka

2n + 1

Translokacija Delecija

Diploid

Tetraploidija(poliploidija)

Aneuploidija

2n - 1

Umnožavavanje gena ili kromosoma

Propust kontrolne točke

provjere udvostručavanja

centrosoma

Propust kontrolne točke provjere

diobenog vretena

Propust kontrolne točke provjere oštećenja DNA

Nepravilna dioba kromosoma

•ime prema John Langdon Down, britanskom liječniku koji je opisao sindrom 1866. godine•poremećaj je 1959. godine klasificirao Jérôme Lejeune kao trisomiju kromosoma 21

Kontrola staničnog ciklusa

� Ulazak G0 fazu

� Programirana stanična smrt (apoptoza)

� Dioba�normalna

�neprestalne diobe – tumorske stanice

G0 faza – faza mirovanja� Ako ne postoji dovoljan poticaj za pokretanje s

kritičnih točki (posebice iz G1 u S fazu), stanica ulazi u G0 fazu.

� Većina stanica u ljudskom organizmu su u G0 fazi, a neke specijalizirane (živčane i mišićne) stanice se nikad ne dijele.

� moguć izlazak iz G0faze uz poticaj čimbenika (faktora) rasta

Stanični ciklus

� Staničnim diobama povećava se broj somatskih stanica.

� Stanična dioba postoji tijekom čitavog života. Tako organizam zamjenjuje “istrošene” i oštećene stanice, te zacjeljuje ozljede.

� Apoptoza (stanična smrt) smanjuje broj stanica

� I dioba stanice i apoptoza javljaju se tijekom normalnog rasta i razvitka

Apoptoza� programirana stanična

smrt� uzrokuju je dvije grupe

enzima nazvane kaspaze

� kaspaze pokretačiprimaju signal za aktivaciju druge grupe kaspaza izvršitelja

� kaspaze izvršitelji aktiviraju enzime koji razgrade stanicu i njenu DNA

Gubitak kontrole staničnog ciklusa u tumorskim satnicama

� više od 10 trilijuna stanica (1013) kod čovjeka

� transformacija stanice

� transformirana stanica “izbjegla” uništavanje imunosnog sustava

� Tumorske stanice�ne reagiraju normalno na tjelesne kontrolne

mehanizme

�tvore tumore

Stanice tumora

� Ne pokazuju ni kontaktnu inhibiciju rasta niti ovisnost o prihvaćanju za podlogu

25 µm

Stanice tumora ne posjeduju potrebu za pričvršćivanjem za podlogu i nemaju kontaktnu inhibiciju.

Tumorske stanice.

Tumorske stanice uobičajeno se nastavljaju dijeliti i više od jednog sloja stanica, formirajući na taj način grumen isprepletenih stanica.

Tumori� Tumor supresorski geni� Onkogeni� 6 stvari zbog kojih nastaje tumor

� Rast bez prisutnosti faktora rasta� Zanemaren stop signal za prestanak rasta stanice� DNA mutacije, niski oksidativni stres? Stanica ne

umire.� Angiogeneza� Besmrtnost� Metastaziranje

Tumor

Žljezdano tkivo Stanica

raka

Krvna žila

Limfna žila

Tumorske metastaze

Tumor (rak)� Maligni tumor nadiru u okolno tkivo i mogu

metastazirati

� Izlazak stanica primarnog tumora u druge dijelove tijela gdje one mogu formirati sekundarne tumore.

2. Stanice tumora nadiru u okolno tkivo.

4. Mali postotak tumorskih stanica može preživjeti i formirati novi tumor u drugom dijelu tijela.

3. Stanice tumora se šire putem limfnih i krvnih žila u druge dijelove tijela.

1. Tumor nastaje iz jedne jedine stanice.

VAŽNOST MITOZE KAO STANIČNE DIOBE� Rast i razvitak organizma

� Gotovo svi višestanični organizmi su nastali diobama zigote. Novonastale stanice i dalje se dijele, a kako se proces nastavlja povećava se broj stanica i organizam raste.

� “Održavanje” organizma� Iako pojedinačna stanica može odumrijeti, proces stanične

diobe zamjenjuje mrtve stanice novima. Primjerice, eritrociti, epitelne stanice kože ili crijeva neprekidno se gube, a diobama se nadomještaju izgubljene stanice.

� Popravljanje oštećenih tkiva� Ubrzane i učestale diobe stanica koštanog tkiva omogućuju

spajanje fragmenata nastalih prilikom prijeloma i zarastanje kosti). Kako organizam stari, učestalost dioba se smanjuje pa je broj stanica koje odumiru veći od broja stanica koje nastaju. Posljedica toga je zamjenjivanje dijela stanica vezivnim tkivom i smanjivanje organizma.

This fireworks explosion of color is a dividing newt lung cell seen under a light microscope and colored using fluorescent dyes: chromosomes in blue, intermediate filaments in red, and spindle fibers (bundled microtubules assembled for cell division) in green.

CONLY RIEDER

Control of the Cell Cycle

http://nobelprize.org/medicine/educational/2001/cellcycle.html