Durchs wilde Zellistan Auf der suche nach den Grenzen des
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In 18 Stunden um die Welt der Zelle eine faszinierende Expedition zu unseren inneren Grenzen Crash Course Zellbiologie Theodor Schwann Tiere und Pflanzen bestehen aus Zellen 1839 Rudolf Virchow Omnis cellula e cellula 1855 Der eukaryotische Zellteilungszyklus Tochterzellen Zellteilung M-Phase Chromosomenteilung Zellwachstum und Verdopplung der Chromosomen Interphase Der eukaryotische Zellteilungszyklus Mitose Zytokinese (Kernteilung) (Teilung des Zytoplasmas) S-Phase Replikation der DNA Die Kontrollpunkte des Zellzyklus G2 Kontrollpunkt Metaphasen-Kontrollpunkt Alle DNA repliziert? Günstige Umgebung? Alle Chromosomen an der Spindel verankert und aufgereiht? G1 Kontrollpunkt (Start) Günstige Umgebung? Zelle groß genug? Ja - Eintritt in S Nein - Arrest Die Steuerungselemente des Zellzyklus Zyklin Aktivierung der Mitosemaschinerie Abbau der M-Zykline CdK Zyklin-abhängige Proteinkinase (CdK) CdK CdK Abbau der S-Zykline CdK Aktivierung DNA Replikation günstige Umgebung DNA geschädigt Figure 17-21 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) nicht replizierte DNA DNA geschädigt Chromosom nicht an Spindel angeheftet Zellzykluskontrolle in einzelligen Organismen Zellzyklus prinzipiell nicht arretiert Umgebungsbedingungen (Nährstoffangebot, Temperatur, etc.) steuern Zellzyklusarrest Zellzykluskontrolle in multizellulären Organismen Zellzyklus in den meisten Zellen des adulten Organismus arretiert (meist in G1 oder G0) - Zellzyklusarrest zur Kontrolle der Proliferation Zellzyklusarrest meist aufgehoben in der Embryogenese Zellzyklusarrest aufgehoben bei Erneuerung von Geweben, Wundheilung, etc. Zellzyklusarrest aufgehoben bei ungewollter Zellteilung (Tumorentstehung) Mechanismen der Signalvermittlung extrazelluläres Signalmolekül Rezeptor Plasmamembran der Zielzelle intrazelluläres Signalprotein Effektorproteine Stoffwechsel Genregulation Figure 15-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Zellform, Zellbewegung extrazelluläres Signalmolekül Signalweiterleitung In der Zelle Rezeptor auf der Zelloberfläche Zellkern schnell (< sec – min) veränderte Funktion von Proteinen langsam (> min – h) veränderte Proteinsynthese Umprogrammierung der Zelle verändertes Verhalten der Zelle Figure 15-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Wachstumsfaktoren kontrollieren den Zellzyklus Überleben Zellteilung Differenzierung Zelltod Figure 15-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Apoptose Wachstumsfaktoren bei Säugern PDGF EGF Erythropoietin IL-2 Proliferation von Bindegewebszellen und einigen Neuroglia Proliferation von epithelialen und vielen anderen Zellen Proliferation und Differenzierung der Vorläufer von roten Blutzellen Proliferation aktivierter T-Lymphozyten NGF Differenzierung bestimmter Nervenzellen Myostatin Inhibiert Proliferation von Myoblasten Kommerzielle Nutzung in der Rinderzucht: Mutation im Myostatin-Gen Zunahme an Muskelmasse Belgian Blue Rind mit defektem Myostatin-Gen Figure 17-69 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Mitogene Wachstumsfaktoren steuern Zellzyklus und Proliferation mitogener Faktor mitogener Rezeptor Aktivierung regulatorischer Proteine Zytosol Cyclinsynthese Zellkern G1-Cdk Aktivierung Genregulation Eintritt in S-Phase Mitogene Wachstumsfaktoren regulieren das Gleichgewicht proliferativer und antiproliferativer Gene Proliferative Gene (Bsp. Myc) Aktivierung des Cyclin-Cdk Systems Eintritt in den Zellzyklus Zellproliferation Onkogene - aktivierende Mutationen bedingen Tumorentstehung (proliferatives Gen nicht mehr unter der Kontrolle von Wachstumsfaktoren) Antiproliferative Gene Inhibierung der Transkription prolif. Gene Zellzyklus-Arrest (G1 Kontrollpunkt) Tumorsuppressorgene - inaktivierende Mutationen bedingen Tumorentstehung Wirkweise von Tumorsuppressorgenen Bsp. Retinoblastomgen (Rb) aktive G1-Cdk aktives RbProtein inaktiver Transkriptionsfaktor E2F inaktives phosphoryliertes Rb-Protein aktives E2F Zielgen Zielgen wird transkribiert Expression von proliferativen Genen inhibiert möglich Bsp. p53 Phosphorylierung von p53 p53 aktiviert Abbau von p53 G1/S-Cdk und S-Cdk aktiv G1/S-Cdk und S-Cdk inaktiv Mechanismus der Kern- und Zellteilung Interphase ChromosomenReplikation Kern Cytoplasma Mitose Prophase Prometaphase Metaphase Anaphase Telophase Cytokinese WALTHER FLEMMING: PIONEER OF MITOSIS RESEARCH Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung 1882 Ablauf der Mitose 1. Prophase Sich teilende Centrosomen Cytoplasma Plasmamembran Nucleolus Centromer/ Kinetochor 2. Prometaphase Spindelpol Kernhülle polare MT Kondensierende Chromosomen Chromosomen In Bewegung Kintochor MT Astern MT KernhüllenVesikel Spindelpol 3. Metaphase Spindelpol Kernhüllenvesikel Cromosomen in der Metaphasenplatte aufgereiht Kinetochor MT polare MT Spindelpol Ablauf der Mitose 4. Anaphase Verkürzung der Kinetochor MT zunehmende Trennung der Spindelpole Elongation der polaren MT 5. Telophase dekondensierende Chromosomen Verkürzung der Kinetochor MT Astern MT polare MT 6. Cytokinese neuer Nucleolus Phragmoblast (midbody) neue Kernhülle Kontraktiler Ring Reste polarer MT Interphasen MT bilden sich Centrosom neue Kernhülle bildet sich aus Vesikeln Der Zentrosom-Zyklus Zentrosom mit Zentriolenpaar MT S/G2 Astern-MT frühe Prophase Prophase Metaphase Die 3 Klassen von MT in der Mitose repliziertes Chromosom Schwesterchromatiden Spindelpol Zentrosom Motorproteine Astern MT Astern- Kinetochor Kinetochor MT Kinetochor- polare MT polare Die mitotische Kernspindel repliziertes Chromosom Zentromer Kinetochor KinetochorMikrotubuli Chromatid Figure 17-36a,b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Cytokinese der kontraktile Ring Reste polarer Mikrotubuli Aktin Myosin kontraktiler Ring aus Aktin und Myosin Fehlverteilung von Chromosomen in der Mitose Mitotische non-dysjunctions falscher Ansatz der MT am Kinetochor Fehlverteilung einzelner Chromosomen Mosaikorganismen Amitotische Veränderungen des Chromosomensatzes Polyploidie Vervielfachung des gesamten Chromosomensatzes Endomitose Chromosomenteilung im intakten Kern keine mitotische Spindel Bsp. Osteoclasten, Megakaryozyten (Bitte Vorsicht, ist vermutlich anders) Zellfusion mehrkernige Zellen (Synzytien) Bsp. Fusion der Myoblasten zu Muskelfasern
