Slajd 1

Regulacja wzrostu komórkowego

Wskaźnik mitotyczny

– liczba mitoz wyrażona jako procent

wszystkich komórek.

Mitotyczna homeostaza

– stan w którym mimo zmieniających

się warunków wskaźniki mitotyczne pozostają takie same.
Za jej utrzymanie są odpowiedzialne regulujące czynniki:

• hamujące (ujemne sprzężenie zwrotne) lub

• pobudzające (dodatnie sprzężenie zwrotne).

Czas cyklu komórkowego zależy głównie od stopnia i kolejności
biosyntezy makrocząsteczek (w tym białek enzymatycznych).
Łańcuch następujących po sobie reakcji biosyntezy prowadzi do
podwojenia masy komórki pod koniec cyklu komórkowego w
stosunku do masy zaraz po mitozie.

Różnice czasu trwania cyklu komórkowego zależą głównie od
zmienności czasu trwania fazy G

Punkt restrykcyjny (R)

– przedział czasu fazy G

, w którym

komórki są hamowane lub który muszą przejść, aby podjąć
syntezę DNA i ulec podziałowi.

1. Czynniki wewnątrzkomórkowe w regulacji cyklu komórkowego

Komórki wchodzą w mitozę wskutek aktywacji kompleksu
białkowego zwanego czynnikiem początkującym
dojrzewanie (MPF

– ang. maturation promoting factor

Aktywacja MPF prowadzi do:

• fragmentacji i rozproszenia otoczki jądrowej,

• kondensacji chromosomów,

• wytwarzania wrzeciona podziałowego.

Białkiem regulującym aktywność MPF jest cyklina, której poziom
spada podczas mitozy, a rośnie w czasie interfazy.

Geny zależne od cyklu komórkowego

– to geny aktywowane w

trakcie cyklu komórkowego, a nieczynne w fazie G

(ok. 1% genów

genomu),

np.:

geny

struktury

dla

kinazy

tymidyny,

reduktazy

kwasu

dwuhydrofoliowego czy syntetazy kwasu tymidynowego aktywowane przy

przejściu komórek z fazy G1 do S.

2. Rola genów w regulacji cyklu komórkowego

3. Czynniki zewnątrzkomórkowe. Przekazywanie sygnału
do wzrostu.

Czynniki zewnątrzkomórkowe aktywujące komórkę do
wejścia w cykl:

• hormony,

• czynniki wzrostu,

• układ nerwowy,

• bezpośredni kontakt między komórkami,

• oddziaływanie istoty międzykomórkowej na komórki.

Lokalizacja receptorów w komórce:

• na powierzchni komórki

(np. dla hormonów białkowych, czynników

wzrostu

• we wnętrzu komórki

(np. dla hormonów sterydowych i hormonów

tarczycy).

Polipeptydowe czynniki wzrostu (PCW)

Jest to rodzina ok. 40 peptydów. Związanie PCW z receptorem
inicjuje

kaskadę

reakcji

chemicznych

prowadzących

modyfikacji ekspresji genów i wzrostu anabolizmu w komórce.
Dochodzi do wzrostu komórek (wejścia do cyklu komórkowego)
lub/i ich przerostu (zwiększenia masy).

PCW są dostarczane do komórek docelowych na drodze:

 endokrynowej – z krwią,

 parakrynowej – dyfuzji do pobliskich komórek,

 autokrynowej – dyfuzji, gdzie komórka wydzielnicza jest
komórką
docelową.

Receptory dla czynników wzrostu

Występują stale (konstytutywnie) w błonie wielu komórek, lub pojawiają
się pod wpływem określonych bodźców. Receptory dla PCW są najczęściej
glikoproteinami błonowymi zbudowanymi z zewnątrzbłonowego
fragmentu rozpoznającego oraz fragmentu śródbłonowego.
Fragmenty rozpoznające receptorów mogą być:

 polimeryczne (receptor dla insuliny składa się z 2 łańcuchów α i 2
łańcuchów β)

 monomeryczne (jednołańcuchowe).
Po  połączeniu  z  ligandem  i  przekazaniu  sygnału,  kompleksy  ligand-
receptor  mogą  być  internalizowane  na  drodze  endocytozy.  Proces  ten
polega na wgłobieniu fragmentu błony komórkowej wraz z receptorem, na
skutek zmian ułożenia cząstek klatryny z wytworzeniem receptorosomu.
Receptory mogą  powrócić na powierzchnię  błony  komórkowej lub wraz  z
ligandem ulec lizie po fuzji receptorosomu z lizosomem pierwotnym.

Modulacja receptora dla PCW

Niektóre PCW np. EGF (naskórkowy czynnik wzrostu), multi-CSF
(czynnik stymulujący wiele kolonii komórkowych dojrzewających w
szpiku),

PDGF

(płytkowopochodny

czynnik

wzrostowy),

TGF

(transformujący czynnik wzrostu) nie tylko wiążą się ze swoistymi dla
nich receptorami ale także unieczynniają wolne receptory dla innych
PCW.

Przekazywanie sygnału do wzrostu

1. Sposób typowy dla EGF i insuliny:

Ligand wiążąc się z fragmentem rozpoznającym receptora powoduje
zmianę konformacji fragmentu śródbłonowego o aktywności kinazy
tyrozynowej. Aktywowana kinaza rozpoczyna fosforylację białek
cytoplazmy.

2. Sposób typowy dla PDGF:

Połączenie  ligandu  z  receptorem  powoduje  zmianę  konformacji
fragmentu  śródbłonowego  receptora  –  białka  G,  co  powoduje  zmianę
konformacji sąsiadującej fosfolipazy C. Aktywowany enzym (fosfolipaza
C)  rozkłada  bifosforan  fosfatydyloinozytolu  (PIP

, fosfolipid błony

komórkowej) do trifosforanu inozytolu (IP

) i diacyloglicerolu (DG).

DG aktywuje kinazę C (PKC), która fosforyluje reszty Ser i Thr
wielu

białek

wiąże się z receptorem IP

na SER powodując uwolnienie Ca

cytozolu.
Uwolnione Ca

aktywują kinazy zależne od Ca

co prowadzi do

fosforylacji białek.

PIP

ligand

kinaza C

fosforylacja

białek

fosfolipaza C

Białkowe kinazy fosforylują:

białka receptorowe (rec. dla EGF, insuliny, IGF1, IL-2, transferazy)

białka jądrowe: fosforylacja histonów (H1, H2A i H3)  prowadzi do wzrostu
   kondensacji chromatyny co wpływa na jej aktywność transkrypcyjną.
Fosforylacja
   białek otoczki jądrowej prowadzi do jej fragmentacji podczas mitozy.

 białka transportowe Na

– regulacja transportu Na

 białka enzymatyczne

– aktywacja/dezaktywacja

 białka kurczliwe i białka cytoszkieletu

– skurcz mm. gładkich, ruchy

wewnątrzkomórkowe

Zmiany wywołane przez sygnał do wzrostu komórki prowadzą do
przyspieszenia procesów anabolicznych: biosynteza RNA, DNA i białek.

Różnicowanie komórkowe

Liczba komórek dorosłego człowieka wynosi ok. 10

Wyróżniamy ok. 200 rodzajów komórek różniących się budową i
funkcjami.

Różnicowanie komórkowe

– proces powstawania różnych

rodzajów komórek. Polega on na przestrojeniu genomu z
wystąpieniem zmian fenotypu komórkowego, które prowadzą do
specjalizacji komórki czyli ujawnienia się jej swoistych funkcji.

• komórki rozpoczynają syntezę swoistych białek i innych związków
chemicznych,

• jest to zwykle proces nieodwracalny i przekazywany kolejnemu
pokoleniu
komórek w postaci określonego fenotypu (dziedziczenie fenotypu),

• najczęściej dochodzi do obniżenia zdolności dzielenia się komórek.

Ze względu na potencjał komórek do proliferacji rozróżniamy:

 różnicowanie pierwotne – najwcześniejsze fazy rozwoju zarodkowego

 różnicowanie pośrednie – późniejsze fazy rozwoju

 różnicowanie terminalne – także w okresie postnatalnym

Niezmienność genomu

Różnicowanie komórkowe zachodzi nie w wyniku redukcji genomu ale na
skutek  ograniczenia  liczby  czynnych  genów  genomu.  Produkty  tych
genów (białka konstytutywne, hormony itd.) nadają komórkom właściwy
charakter fenotypowy określający ich specjalizację.
Wyjątek stanowi utrata krótkiego fragmentu DNA (redukcja genomu) w
czasie zmiany klas syntetyzowanych przeciwciał przez limfocyty B.
W  niektórych  komórkach  może  dojść  do  zwiększenia  ilości  DNA
poprzez powielenie kopii genów kodujących potrzebne w dużych ilościach
produkty.  Przykładem  są  komórki  prekursorowe  oocytów  płazów  u
których geny dla rRNA są powielano ok. 1000x.
Różnicowanie  komórek  w  przeciwieństwie  do  mutacji  na  ogół  nie  jest
procesem  klonalnym  tzn.  nie  powstaje  w  jednej  komórce  tylko  w  ich
grupie. Tkanki oraz te same rodzaje komórek narządów powstają z grup
komórek.

Istota różnicowania

komórkowego

Determinacja

Jest  to  trwały,  dziedziczony  stan  różnicującej  się  komórki,  który  określa
jej przyszłe losy.
Na  przykład  część  komórek  wchodzących  w  skład  somitów  dość
wcześnie  w  rozwoju  zarodkowym  staje  się  (determinuje  się)
prekursorami  komórek  mięśniowych.  Zdeterminowane  komórki  nie
zawierają  jeszcze  specjalistycznych  białek  mięśniowych  oraz  nie  różnią
się  od  innych  komórek  somitowych.  Po  ich  przeszczepieniu  w  miejsce
heterotypowe rozwijają się z nich wyłącznie komórki mięśniowe.

Ujawnienie się fenotypu – zmiana struktury komórki

kom. niezróżnicowana: mała ilość rybosomów, ER i mitochondriów
kom. zróżnicowana: duża ilość ER, rybosomów, mitochondriów;
rozbudowa lizosomów i aparatu Golgiego (GA); pojawienie się w
cytoplazmie elementów filamentarnych.

Etapy różnicowania:

 determinacja

 ujawnienie się fenotypu

Stabilność różnicowania

Determinacja  i  rónicowanie  ujawniające  się  fenotypoweo  są  stanem
stabilnym,  dziedziczonym  przez  następne  pokolenia  komórek  do  czasu
utraty przez te komórki zdolności do podziałów.
Stabilność determinacji i różnicowania jest wzmacniana przez otaczającą
komórki istotę międzykomórkową (np. chondrocyty hodowane in vitro w
obecności  ECM  produkują  kolagen  typu  II,  a  pozbawione  ECM  kolagen
typu I, co upodabnia je do fibroblastów).

Metaplazja (transdeterminacja)

Głębokie zmiany fenotypu zróżnicowanych komórek prowadzące do
nabycia przez nie fenotypu innych komórek. Zjawisko to nie jest mutacją
gdyż powstaje w grupie komórek. W warunkach prawidłowych zachodzi
sporadycznie, częściej podczas choroby. Prawdopodobnie metaplazja
może być wywołana zmianą stopnia metylacji DNA.

Regulacja różnicowania komórkowego

Komórki mogą różnicować się w określonym czasie w różnych miejscach
ustroju.
W genomie diploidalnej komórki człowieka istnieje 50-100 tys. genów
struktury z których 1-3% jest czynna w zróżnicowanych komórkach.

Istnieją prawdopodobnie tzw. geny nadrzędne (master genes)
nadzorujące uczynnianie zespołów genów struktury odpowiedzialnych za
różnicowanie komórek w czasie (chronogeny) i przestrzeni (geny
zależne od miejsca).
Te ostatnie odpowiadają m.in. za homeozę czyli występowanie narządów
w odpowiednich miejscach.

Geny  kontrolujące  segmentową  budowę  organizmu  (np.  u  muszki
owocowej)  to  geny  segmentacji,  a  kontrolujące  występowanie
narządów to geny homeotyczne.
Geny  te  składają  się  z  długich  odcinków  DNA  i  posiadają  wspólny
fragment  zwany  homeoboksem  (180pz).  Produktem  homeoboksu  jest
białko – homeodomena, które kontroluje ekspresję genów struktury.

Rola oddziaływań międzykomórkowych

1. Oddziaływania bezpośrednie:
Na powierzchni komórek znajdują się gatunkowo-swoiste białko
odpowiedzialne za łączenie się komórek. Pojawia się ono na powierzchni
komórek w trakcie rozwoju embrionalnego doprowadzając do
bezpośredniego oddziaływania tych komórek na siebie.

Adhezja  komórek  zależy  również  od  obecności  reszt  heksozowych  i
heksozoaminowych  na  powierzchni  komórek,  które  stanowią  substrat
dla  glikozylotransferaz  znajdujących  się  na  powierzchni  sąsiednich
komórkach.

Rola połączeń międzykomórkowych:
• bariera pomiędzy wierzchołkiem komórki a jej otoczeniem oraz
między
podstawą komórki a innymi komórkami znajdującymi się w jej
otoczeniu

• przewodnictwo elektryczne

• przechodzenie związków drobnocząsteczkowych (czasem
białek)

• pomagają w tworzeniu gradientów stężeń określonych
substancji
wpływając na różnicowanie przestrzenne i specjalizację
komórek

danych miejscach tkanki

Różnicowanie  przestrzenne  tkanek  i  narządów  ekto–  i
entodermalnych  jest  regulowane  przez  kom.  mezenchymy
wydzielające  miejscowo  proteoglikany  o  ECM  w  pobliżu  błony
podstawnej.  Proteoglikany  inicjują  polimeryzację  kolagenu  błony
podstawnej  (typ  IV  kolagenu),  powodując  zmianę  kształtu
komórek  i  ich  ułożenia  –  powstawanie  narządów  rurowych,
pęcherzyków itp.

2. Oddziaływania pośrednie
Indukcja – oddziaływanie komórek znajdujących się w dużej
odległości na komórki różnicujące się.

 Czynnik mezenchymalny (MF) wytwarzany przez kom. mezenchymy
pobudza
kom. nabłonka do programowanej syntezy DNA i przekształcenia w
kom.
pęcherzyków trzustki.

 Czynnik wzrostu nerwu (NGF) – indukuje różnicowanie kom.
nerwowych oraz
wzrost neurocytów.

 Hormon wzrostu – za pośrednictwem somatomedyn pobudza
proliferację
i różnicowanie niektórych tk. szkieletowych.

 ACTH i TSH – wpływają na różnicowanie się kom. i wielkość narządów
docelowych; podobnie działają hormony płciowe na gonady.

 glukagon, glikokortykoidy

Document Outline