ZELLZYKLUS - Angelfire

ZELLZYKLUS
 Lebenszyklus einer Zelle;
 mit – sehr langer – Interphase [=Zeitabschnitt zwischen zwei Mitosen]
unterteilt in Stadien G1, S u. G2 [G für engl. gap = Lücke, d.h. keine DNS-Replikation; S für Synthese];
 M-Phase [Mitose; mit 5 Unterphasen;]
[aus ROCHE]
Zellen mit nicht mehr vorhandener Teilungsfähigkeit (z.B. NZ) befinden sich stets in der G1-Phase (dann mit G0 bezeichnet)!!!
Zytostatika u. ionisierende Strahlen greifen
je nach Wirkmechanismus in bestimmte Phasen ein.
G1 = Präsynthetische Ruhephase
G2 = Prämitotische Ruhephase
MITOSE
Syn.: Mitosis cellularis; Karyokinese
 Teilung von Zelle u. Zellkern im Dienste der Wachstums- u. Zellerneuerungsprozesse;
 ermöglicht durch den sich entwickelnden Spindelapparat;
durch 2 Vorgänge charakterisiert:
1) autonome Teilung der [bezügl. der DNS-Masse bereits in der Interphase
des vorausgegangenen Zellzyklus] verdoppelten Chromatiden;
2) Verteilung der [in der Prometaphase erkennbar werdenden, durch
Längsteilung der verdoppelten Chromatiden entstehenden]
Tochterchromosomen auf die beiden neu entstehenden Zellkerne;
verläuft in mehreren Phasen [ mitotischer Zellzyklus (s. Abb.)];
1. Prophase:
- Sichtbarwerden von Chromosomen unter dem Bilde eines Knäuels (Spirem);
- Verdoppelung des Zentriols;
- Verlagerung der nunmehr 2 Zentriolen auf entgegengesetzte Zellpole;
- beginnende Bildung des Spindelapparates;
- Später in Prometaphase Sichtbarwerden längs geteilter Chromosomen u.
Verschmelzung des Zell- u. Zellkernplasmas (Mixoplasma-Bildung);
2. Metaphase:
- Anordnung der Chromosomen im Zelläquator (Äquatorialplatte)
durch die chromosomalen Zugfasern des Spindelapparates unter Bildung
einer sternförmigen Figur (Monaster).
3. Anaphase:
- Längsteilung der Chromosomen mit endgültiger Trennung der
verdoppelten Chromatiden 
- Tochterchromosomen  Verlagerung in Richtung der entgegengesetzten
Zellpole unter Bildung zweier sternförmiger Figuren (Diaster);
4. Telophase:
- Entspiralisierung der Chromosomen der beiden doppelten Chromosomensätze;
- Neubildung der Zellkernmembran mit Sichtbarwerden des zugehörigen
Nucleolus;
5. Zytokinese:
Zellteilung nach gleichmäßiger Verteilung der Organellen
auf die beidseits des Äquators gelegene Zellmasse durch Einschnürung des
Zellkörpers in Richtung des zentral (im Äquator) gelegenen – passageren –
Spindelapparat-Restes.
Die Zellen trennen sich + nehmen nachfolgend die typ. Interphase-Form an.
1 = Nukleolus an Organisator-Region eines
Chromosoms;
2 = Kernhülle;
3 = Zentrosom mit sich verdoppelnden Zentriolenpaaren
u. ausstrahlenden Mikrotubuli;
4 = verdoppelte Chromatiden (DNS);
5 = kondensierte Doppelchromosomen mit Zentromer
(Kinetochor);
6 = kontraktiler Schnürring;
7 = Zytoplasmabrücke mit Mittelkörper
Anomalien:
Abweichen dieses Verlaufs ist z.B. zu beobachten bei:
 (Pseudo-)Amitose [dr. Zellgifte, ionisierende Str. etc. gestörte Mitose mit normaler Pro- u. Metaphase u. Chromosomenverklumpung in der Anaphase]
 Endomitose [in somatischen Zellen (beim Menschen z.B. in LE u. Knochenmark) regelmäßig vorkommende Chromosomenvermehrung ohne
Auflösung der Kernmembran u. ohne Bildung eines Spindelapparats, also eine DNS-Verdopplung ohne Zellteilung]
 Merokinese [multipolare M.]
 Stathmokinese [durch Spindelgifte induzierbare Arretierung der Mitose im Metaphasezustand ohne Anordnung in einer Äquatorialplatte]
 Nichttrennen
 non-congression [das „Sich-nicht-Einordnen“ einzelner Chromosomen oder konjugierter Chromosomenpaare in die Äquatorialplatte]
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DISCLAIMER !
MEIOSE
Syn.: Meiosis; Reduktionsteilung; Reifeteilung; Cyclus meioticus
 Zellteilung der Keimzellvorstufen [sex. Vermehrung] mit dem
Ziel, eine Zelle mit haploidem Chromosomensatz zu erzeugen;
 Verbunden ist damit eine Rekombination des Erbgutes
dr. zufallsmäßige Verteilung der homologen elterl. Chromosomen
auf die beiden Tochterzellen sowie durch Cross(ing-)over;
läuft in 2 Reifeteilungen ab (s. Abb.):
I. Erste Reifeteilung:
Die Teilung der noch diploiden primären Oozyte bzw.
Spermatozyte führt zur Bildung von 2 haploiden Zellkernanlagen,
und zwar unter Teilung der in der vorausgegangenen Interphase
erfolgten Verdoppelung der DNS-Masse (DNS-Replikation), die auf
dadurch „doppelfädige“ Chromosomen verteilt ist (Symbol: 46XY bzw.
46XX, 4n-DNS);
1. Prophase [erste, längste u. wichtigste Phase]:
 Leptotän (a):
- Chromosomen treten als dünne Fäden in Erscheinung;
 Zygotän (b):
- dann lagern sie sich dem homologen Chromosom („Homologes“) an
(Synapsis), und zwar erst locker;
 Pachytän (c, d):
- danach enger und unter Verkürzung + Verdichtung (Kondensation)
sowie Spaltung in die zwei Chromatiden bei Intaktbleiben des
Zentromers;
- Das durch die Haftstelle verbundene Paar [= Chiasma], zwischen
dessen Chromatiden ein Crossover erfolgt, wird als Bivalent bzw. unter Bezug auf seine 4 Chromatiden als Tetrade bezeichnet;
- Es folgen weitere Verdichtung/Verkürzung der Bivalente + das Auseinanderweichen (Diakinese) der Chromosomen
unter vorübergehendem Fortbestehen einer Verbindung (Chiasma) + unter Auflösung des Nucleolus u. der Kernmembran (e);
2. Metaphase I:
- Anordnung der Bivalente in der Äquatorialebene (f) + Bildung des Spindelapparates;
3. Anaphase I:
- vollständige Trennung der Homologen der Bivalente + Verlagerung zu den entgegengesetzten Polen der Zelle (g);
[und zwar mütterl. + väterl. wahllos, was – über das Crossing-over hinaus – die Möglichkeit zu weiterer Rekombination bietet];
4. Telophase I: (h)
Abschluss der polaren Verteilung;
5. Interkinese:
kurze Teilungsruhe entsprechend einer sehr kurzen – ohne S-Phase ablaufenden – Interphase, und zwar mit leichter Auflockerung
der Chromosomen (i);
II. Zweite Reifeteilung:
läuft nach dem Modus der Mitose (homöotype Teilung) ab und weist auch deren Phasen auf:
Metaphase II, Anaphase II und Telophase II (k–m).
 Teilung der Spermatozyten II bzw. der sekundären Oozyte (u. evtl. auch des ersten Polkörperchens);
 Die doppelfädigen 23 Chromosomen werden unter Teilung des Zentromers in ihre komplett getrennten Chromatiden
aufgespalten.
 Als Deszendenten beider Teilungen resultieren demnach 4 Tochterzellen mit einfachem (haploidem)
Chromosomensatz aus einfädigen Chromosomen (d.h. mit 1n-DNS);
Es sind dies 1 Eizelle u. 3 Polkörperchen (BABES-ERNST-Körperchen; 8ung!! typ. für Diphtheriebaks!) bzw. 4 Spermatiden
(jeweils 2 mit je 1 X- bzw. Y-Chromosom).
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MEIOSE
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 Regulatoruische Mechanismen:
Proteinkinasen steuern die einzelnen Schritte des Zellzyklus!
aus 2 Untereinheiten:
 Cyclin [A-E; regulatorische Einheit; wird in bestimmten Zellzyklusphasen akkumuliert + aktiviert;]
 CdK [cyclin-dependent kinase; katalytische Einheit  Phosphorylierung von Transkriptionsfaktoren + Vielzahl
von Proteinen]
Wachstumsfaktor [Bindung an Oberflächen-Rezeptor]

intrazelluläre Signalübertragung

Transkriptionsfaktoren

Cyklin D. E 

Proteinkinase-Komplexe [intrazelluläre Komplexbildung aus Cyclin + CdK]

Phosphorylierung z.B. von Retinoblastomprotein [Rb]  Geninduktion + Replikation der DNA;
spezifische CdK-Inhibitoren: p15 / p16 / p18 / p19;
besonders kritische Phasen im Zellzyklus:
 G0-G1-Übergang [induziert durch Wachstumsfaktoren-Bindung];
 DNA-Replikation [kritischste Phase überhaupt!]
Fehler können aber auf allen Ebenen der Wachstumssteuerung auftreten!
weiteres [siehe Karzinogenese]:
erwähnt hier 
 TU-Supressorgene:
 p53:
TU-Suppressorgen; Genomwächterprotein;
bei DNA-Schaden  arretiert p53 die Zelle in G1-Phase; Reparatur nicht möglich  Apoptose;
p53-Inaktivierung durch:
Mutation: mutiertes p53 = TU-Promotor!
Assoziation mit Virusproteinen oder körpereigenen Proteinen;
 p16 / p21 / p27 / etc.:
 RB-Gen
 WT-Gene [WT-1 / WT-2 / WT-3 / WT-4]
 NF-Gene [NF-1 / NF-2]
 APC-Gen
 DCC-Gen
 Protoonkogene [c-onc]
 5 Klassen, unterschiedl Zusammenwirkung mit:
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Jede Zelle durchläuft während des Zellzyklus verschiedene Phasen, bezeichnet als G1- (Zellwachstum durch Proteinsynthese), S(Synthesephase der DNA: Verdopplung des Chromosomensatzes), G2- (Ruhephase vor der Mitose) und M-Phase (Mitose). Als G0Phase wird die eigentliche Ruhephase bezeichnet. Der Zellzyklus wird von verschiedenen äußeren und zelleigenen Mediatoren
angetrieben oder gebremst. Zu den zelleigenen Regulationsfaktoren zählen die verschiedenen Cykline (A bis E) und die
entsprechenden Enzyme (Cyclin Dependant Kinase [CDK] ), mit denen die ersteren in Wechselwirkung treten. Cyclin D1 treibt die
Zelle von der frühen G1-Phase in die S-Phase, nur in der frühen G1-Phase fällt die Entscheidung, ob die Zelle in die S-Phase oder in
die Ruhephase eintritt. Andere bekannte, den Zellzyklus-stimulierende Regulatoren sind zum Beispiel der transforming growth factor
alpha (TGF-a), hyperphosphorylated retinoblastoma protein oder pRB, und die Protoonkogene c-myc und c-fos [45]. Gebremst wird
die Mitoseaktivität durch Tumorsuppressorgene wie p21, das Bekannteste p53 und weitere (p16, p27, p57), transforming growth
factor beta (TGFb) und Ink 4a (ein Inhibitor der Kinasen). Hauptkontrollpunkt dieser Inhibitoren ist die G1-Phase und die grösste
Expression entfalten diese Inhibitoren beim Auftreten von Zell- oder DNA-Schäden. Ein Wirkungsverlust dieser Inhibitoren würde zu
einer unkontrollierten Zellzyklusaktivität und einer Proliferation des Gewebes führen (siehe Abbildung 4).
In der späten G1-Phase liegt der sogenannte „Restriktionspunkt“. An diesem Punkt entscheidet sich, ob (1) die Zelle in den
Zellzyklus eintritt, (2) in die Ruhephase (G0-Phase) übergeht (vorübergehend oder dauerhaft), ausdifferenziert oder dem Zelltod
(Apoptose) zugeführt wird. Erst wenn die Zelle diesen Punkt des Zellzyklus in Richtung Mitose überschritten hat, durchläuft sie
sämtliche übrigen Schritte des Zellzyklus. Ob dieser Punkt überschritten wird hängt nun von verschiedenen Signalen ab und eröffnet
die Möglichkeit der Beeinflussung von außen. Hormone können diese interne Signalübertragung zur Zellzykluskontrolle beeinflussen.
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