Információ

8.4: A rák és a sejtciklus – biológia

8.4: A rák és a sejtciklus – biológia



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Tanulási célok

Magyarázza el, hogy a sejtosztódási hibák hogyan kapcsolódnak a rákhoz

A rák számos különböző betegséget foglal magában, amelyeket egy közös mechanizmus okoz: a kontrollálatlan sejtnövekedés. A sejtciklus-szabályozás redundanciája és átfedő szintjei ellenére előfordulnak hibák. Az egyik kritikus folyamat, amelyet a sejtciklus-ellenőrzőpont-felügyeleti mechanizmus monitoroz, a DNS megfelelő replikációja az S fázisban. Még akkor is, ha az összes sejtciklus-kontroll teljesen működőképes, a replikációs hibák (mutációk) egy kis százaléka továbbadódik a leánysejteknek. Ha a DNS-nukleotid szekvencia változásai egy gén kódoló részében következnek be, és nem korrigálják, akkor génmutáció következik be. Minden rák akkor kezdődik, amikor egy génmutáció egy hibás fehérjét eredményez, amely kulcsszerepet játszik a sejtszaporodásban. Végül a sejtciklus üteme felgyorsul, ahogy a kontroll és javító mechanizmusok hatékonysága csökken. A mutált sejtek ellenőrizetlen növekedése meghaladja a normál sejtek növekedését a területen, és egy daganat (~oma) eredményezheti.

Proto-onkogének

A pozitív sejtciklus-szabályozókat kódoló géneket ún proto-onkogének. A proto-onkogének normális gének, amelyek bizonyos módokon mutálódnak onkogének, olyan gének, amelyek egy sejt rákossá válását okozzák.

Tumor szuppresszor gének

A proto-onkogénekhez hasonlóan számos negatív sejtciklust szabályozó fehérjét fedeztek fel rákossá vált sejtekben. Tumorszuppresszor gének A DNS olyan szegmensei, amelyek negatív szabályozó fehérjéket kódolnak, olyan típusú szabályozók, amelyek aktiválva megakadályozhatják a sejt ellenőrizetlen osztódását. Előfordulhat, hogy egy negatív szabályozó mutáns formáját hordozó sejt nem tudja megállítani a sejtciklust, ha probléma van. A daganatcsillapítók hasonlóak a jármű fékjéhez: a hibásan működő fékek hozzájárulhatnak egy autóbalesethez. Mutált p53 géneket az összes humán tumorsejtek több mint felében azonosítottak.

Tanulási célok

Ez a videó áttekinti, hogyan lehet a rák a DNS replikációjának mellékterméke:

Egy YouTube-elem ki lett zárva a szöveg ebből a verziójából. Itt megtekintheti online: pb.libretexts.org/bionm1/?p=290

A rák az ellenőrizetlen sejtosztódás eredménye, amelyet a sejtciklust szabályozó mechanizmusok felbomlása okoz. A kontroll elvesztése az egyik szabályozó molekulát kódoló gén DNS-szekvenciájának megváltozásával kezdődik. A hibás utasítások olyan fehérjét eredményeznek, amely nem úgy működik, ahogy kellene. A felügyeleti rendszer bármilyen meghibásodása lehetővé teheti, hogy más hibák is átkerüljenek a leánysejtekre. Minden egymást követő sejtosztódás leánysejteket eredményez, amelyek még több felhalmozódott károsodást okoznak. Végül minden ellenőrzőpont működésképtelenné válik, és a gyorsan szaporodó sejtek kiszorítják a normális sejteket, ami daganatot vagy leukémiát (vérrákot) eredményez.


35 A rák és a sejtciklus

Rák számos különböző betegséget foglal magában, amelyeket egy közös mechanizmus okoz: a kontrollálatlan sejtnövekedés. A sejtciklus-szabályozás redundanciája és átfedő szintjei ellenére előfordulnak hibák. Az egyik kritikus folyamat, amelyet a sejtciklus-ellenőrzőpont-felügyeleti mechanizmus monitoroz, a DNS megfelelő replikációja az S fázisban. Még akkor is, ha az összes sejtciklus-kontroll teljesen működőképes, a replikációs hibák (mutációk) egy kis százaléka továbbadódik a leánysejteknek. Ha egy gén DNS-nukleotidszekvenciájában bekövetkezett változásokat nem korrigálják, akkor mutáció következik be. Minden rák akkor kezdődik, amikor egy mutáció megváltoztatja a sejtszaporodásban kulcsszerepet játszó fehérjét alkotó aminosavak sorrendjét. Az aminosavszekvencia változásai megváltoztathatják a fehérje alakját. Mivel a fehérje alakja megváltozik, a funkciója is megváltozhat. A sejtben a rosszul formázott fehérje miatt bekövetkező változás csekély mértékű lehet: lehet, hogy a CDK ciklinhez vagy egy Rb-fehérjéhez való kötődése enyhén késik, amely még aktív állapotban válik le a cél-DNS-éről. Még a kisebb hibák is lehetővé tehetik a későbbi hibák könnyebb előfordulását. Újra és újra a kis korrigálatlan hibák átkerülnek a szülősejtből a leánysejtekbe, és felerősödnek, mivel minden generáció több nem funkcionális fehérjét termel a nem korrigált DNS-károsodásból. Végül a sejtciklus üteme felgyorsul, ahogy a kontroll és javító mechanizmusok hatékonysága csökken. A mutált sejtek kontrollálatlan növekedése meghaladja a normál sejtek növekedését a területen, és daganat ("-oma") alakulhat ki.

1.ábraRákos sejtek humán kötőszövetből származó tenyészetben, sötétmezős erősített kontraszttal megvilágítva, 500-szoros nagyítással.


8.4: A rák és a sejtciklus – biológia

Ebben a részben a következő kérdést vizsgálja meg:

Csatlakozás az AP ® tanfolyamokhoz

A rák az ellenőrizetlen sejtosztódás eredménye, amelyet a sejtciklust szabályozó mechanizmusok felbomlása okoz. A kontroll elvesztése az egyik szabályozó molekulát kódoló gén DNS-szekvenciájának megváltozásával kezdődik. A hibás utasítások olyan fehérjét eredményeznek, amely nem úgy működik, ahogy kellene. Az egyik azonosított bűnös a p53 fehérje (amelyet a 53. o gén), a G. fő szabályozója1 ellenőrző pont. Normális esetben a p53 fehérjék figyelik a DNS-t. Ha sérült DNS-t tartalmazó sejteket találnak, a p53 helyreállító mechanizmusokat indít el, vagy elpusztítja a sejteket, így elnyomja a daganat kialakulását. Azonban a mutációk a 53. o abnormális p53 fehérjéket eredményezhet, amelyek nem állítják meg a sejtosztódást, ha a sejt DNS-e károsodik. Ez megnövekedett számú mutációt eredményez, ami rendellenes leánysejtekhez vezet. Végül a sejtben lévő összes ellenőrzőpont működésképtelenné válik, és az abnormális sejtek kiszoríthatják a normális sejteket.

A bemutatott információk és a részben kiemelt példák támogatják az AP ® biológia tantervi keretrendszer 3. nagy ötletében körvonalazott koncepciókat és tanulási célokat, a táblázat szerint. A Tantervi Keretrendszerben felsorolt ​​tanulási célok átlátható alapot biztosítanak az AP ® biológia kurzushoz, a kérdezősködésen alapuló laboratóriumi tapasztalatokhoz, az oktatási tevékenységekhez és az AP ® vizsgakérdésekhez. A tanulási cél egyesíti a szükséges tartalmat a hét tudományos gyakorlat közül egy vagy többel.

Nagy ötlet 3 Az élő rendszerek tárolják, visszakeresik, továbbítják és reagálnak az életfolyamatokhoz nélkülözhetetlen információkat.
Tartós megértés 3.A Az öröklődő információ biztosítja az élet folytonosságát.
Alapvető Tudás 3.A.2 Az eukariótákban az öröklődő információt a következő generációnak adják át olyan folyamatokon keresztül, amelyek magukban foglalják a sejtciklust és a mitózist vagy a meiózist és a megtermékenyítést.
Tudományos gyakorlat 6.4 A hallgató tudományos elméletek és modellek alapján állításokat, előrejelzéseket tud tenni a természeti jelenségekről.
Tanulási cél 3.7 A hallgató előrejelzéseket tud tenni a sejtciklus során fellépő természeti jelenségekről.

A Science Practice Challenge Kérdések további tesztkérdéseket tartalmaznak ehhez a részhez, amelyek segítenek felkészülni az AP vizsgára. Ezek a kérdések a következő szabványokra vonatkoznak:
[APLO 2.32][APLO 2.34][APLO 3.6][APLO 3.7][APLO 3.8][APLO 4.6][APLO 4.14][APLO 4.22]

A rák számos különböző betegséget foglal magában, amelyeket egy közös mechanizmus okoz: a kontrollálatlan sejtnövekedés. A sejtciklus-szabályozás redundanciája és átfedő szintjei ellenére előfordulnak hibák. Az egyik kritikus folyamat, amelyet a sejtciklus-ellenőrzőpont-felügyeleti mechanizmus monitoroz, a DNS megfelelő replikációja az S fázisban. Még akkor is, ha az összes sejtciklus-kontroll teljesen működőképes, a replikációs hibák (mutációk) egy kis százaléka továbbadódik a leánysejteknek. Ha a DNS-nukleotid szekvencia változásai egy gén kódoló részében következnek be, és nem korrigálják, akkor génmutáció következik be. Minden rák akkor kezdődik, amikor egy génmutáció egy hibás fehérjét eredményez, amely kulcsszerepet játszik a sejtszaporodásban. A sejtben a hibás fehérje miatt bekövetkező változás csekély lehet: talán egy kis késés a Cdk ciklinhez vagy egy Rb fehérjéhez való kötődésében, amely foszforilálva válik le a cél DNS-éről. Még a kisebb hibák is lehetővé tehetik a későbbi hibák könnyebb előfordulását. Újra és újra a kis korrigálatlan hibák átkerülnek a szülősejtből a leánysejtekbe, és felerősödnek, mivel minden generáció több nem működő fehérjét termel a nem korrigált DNS-károsodásból. Végül a sejtciklus üteme felgyorsul, ahogy a kontroll és javító mechanizmusok hatékonysága csökken. A mutált sejtek kontrollálatlan növekedése meghaladja a normál sejtek növekedését a területen, és daganat ("-oma") alakulhat ki.

Proto-onkogének

A pozitív sejtciklus-szabályozókat kódoló géneket proto-onkogéneknek nevezzük. A proto-onkogének normális gének, amelyek bizonyos módokon mutáció esetén onkogénekké válnak, olyan génekké, amelyek a sejt rákos megbetegedését okozzák. Fontolja meg, mi történhet a sejtciklussal egy nemrégiben szerzett onkogénnel rendelkező sejtben. A legtöbb esetben a DNS-szekvencia megváltoztatása kevésbé funkcionális (vagy nem működő) fehérjét eredményez. Az eredmény káros a sejtre, és valószínűleg megakadályozza a sejtet abban, hogy befejezze a sejtciklust, azonban a szervezet nem károsodik, mert a mutáció nem fog továbbvinni. Ha egy sejt nem tud szaporodni, a mutáció nem terjed, és a károsodás minimális. Alkalmanként azonban egy génmutáció olyan változást idéz elő, amely megnöveli egy pozitív szabályozó aktivitását. Például egy mutáció, amely lehetővé teszi a Cdk aktiválását anélkül, hogy ciklinnel partnere lenne, a sejtciklust egy ellenőrzőponton túl tolhatja, mielőtt az összes szükséges feltétel teljesülne. Ha a létrejövő leánysejtek túlságosan károsodnak ahhoz, hogy további sejtosztódáson menjenek keresztül, a mutáció nem terjedne tovább, és nem érne kárt a szervezetben. Ha azonban az atipikus leánysejtek további sejtosztódáson mennek keresztül, a következő generációk sejtjei valószínűleg még több mutációt halmoznak fel, néhány esetleg további, a sejtciklust szabályozó génekben.

A fenti példában szereplő Cdk gén csak egy a sok proto-onkogénnek tekintett gén közül. A sejtciklust szabályozó fehérjéken kívül bármely, a ciklust befolyásoló fehérje megváltoztatható oly módon, hogy felülírja a sejtciklus ellenőrző pontjait. Onkogén minden olyan gén, amely megváltoztatva a sejtciklus előrehaladásának sebességét növeli.

Tumor szuppresszor gének

A proto-onkogénekhez hasonlóan számos negatív sejtciklust szabályozó fehérjét fedeztek fel rákossá vált sejtekben. A tumorszuppresszor gének olyan DNS-szegmensek, amelyek negatív szabályozó fehérjéket kódolnak, olyan típusú szabályozókat, amelyek aktiválva megakadályozhatják a sejt ellenőrizetlen osztódását. A legjobban érthető tumorszuppresszor génfehérjék, az Rb, a p53 és a p21 kollektív funkciója az, hogy akadályt állítsanak fel a sejtciklus progressziójában, amíg bizonyos események be nem fejeződnek. Előfordulhat, hogy egy negatív szabályozó mutáns formáját hordozó sejt nem tudja megállítani a sejtciklust, ha probléma van. A daganatcsillapítók hasonlóak a járműben lévő fékekhez: a hibásan működő fékek hozzájárulhatnak egy autóbalesethez.

Mutált p53 géneket az összes humán tumorsejtek több mint felében azonosítottak. Ez a felfedezés nem meglepő annak fényében, hogy a p53 fehérje többféle szerepet játszik a G1 ellenőrző pont. Előfordulhat, hogy a hibás p53-mal rendelkező sejt nem észleli a genomi DNS-ben lévő hibákat (10.15. ábra). Még ha egy részben működőképes p53 azonosítja is a mutációkat, előfordulhat, hogy már nem tudja jelezni a szükséges DNS-javító enzimeket. Akárhogy is, a sérült DNS korrigálatlan marad. Ezen a ponton a funkcionális p53 a sejtet menthetetlennek tekinti, és programozott sejthalált (apoptózist) vált ki. A rákos sejtekben található p53 sérült változata azonban nem válthat ki apoptózist.

VIZUÁLIS KAPCSOLAT

  1. Az E6 aktiválja a p53-at
  2. Az E6 inaktiválja a p53-at
  3. Az E6 mutálja a p53-at
  4. Az E6-kötés a p53-at jelzi a lebomlás érdekében

A p53 funkció elvesztése más következményekkel is jár a sejtciklusra. A mutált p53 elveszítheti a p21 termelést kiváltó képességét. A p21 megfelelő szintje nélkül nincs hatékony blokk a Cdk aktiválásban. Lényegében teljesen működőképes p53 nélkül a G1 az ellenőrzőpont súlyosan veszélyeztetett, és a cella közvetlenül a G-ből indul1 S-re a belső és külső körülményektől függetlenül. A lerövidített sejtciklus végén két olyan leánysejt keletkezik, amelyek örökölték a mutált p53 gént. Tekintettel arra, hogy a szülősejt nem optimális körülmények között szaporodott, valószínű, hogy a leánysejtek a hibás tumorszuppresszor génen kívül más mutációkat is szereztek. Az olyan sejtek, mint ezek a leánysejtek, gyorsan felhalmozzák az onkogéneket és a nem funkcionális tumorszuppresszor géneket. Az eredmény ismét a daganat növekedése.

LINK A TANULÁSHOZ

Látogasson el erre a webhelyre, és nézzen meg egy animációt arról, hogyan alakul ki a rák a sejtciklus hibáiból.

  1. A rák akkor alakul ki, ha a természetes védekezés gátolva van, és a sejtek ellenőrizetlenül osztódnak.
  2. A mutált sejtek apoptózison mennek keresztül, aminek következtében a sejtek ellenőrizhetetlenül osztódnak.
  3. A rák kezelésére az apoptózis gátlására lenne szükség, ami természetes védekezés.
  4. A rákos sejtekben apoptózis lép fel.

TUDOMÁNYOS GYAKORLATI KAPCSOLAT AZ AP® TANFOLYAMOKHOZ

GONDOLKOZZ EL RÓLA

A humán papillomavírus (HPV) méhnyakrákot okozhat. A vírus az E6 fehérjét kódolja, amely a p53-hoz kötődik. Jósolja meg az E6-kötés legvalószínűbb hatását a p53 aktivitásra, és magyarázza el előrejelzésének alapját.

  • Itt vagy:  
  • itthon
  • Andover Biológia Tanszék tankönyvei
  • Openstax Biology for AP Courses (tankönyv a Bio58x sorozathoz)
  • Bio581
  • 10. fejezet Sejtreprodukció
  • 10.4 A rák és a sejtciklus

Ez a szöveg az Openstax Biology for AP Courses-on alapul, vezető szerzők: Julianne Zedalis, The Bishop's School in La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell University közreműködő szerzők Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix , University of North Carolina at Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, University of Wisconsin, Oshkosh

Ez a munka a Creative Commons Nevezd meg! – Nem kereskedelmi célú 4.0 Unported License alá tartozik, további korlátozások nélkül


Tumor szuppresszor gének

A proto-onkogénekhez hasonlóan számos negatív sejtciklust szabályozó fehérjét fedeztek fel rákossá vált sejtekben. Tumorszuppresszor gének A DNS olyan szegmensei, amelyek negatív szabályozó fehérjéket kódolnak, olyan típusú szabályozók, amelyek aktiválva megakadályozhatják a sejt ellenőrizetlen osztódását. A legjobban érthető tumorszuppresszor génfehérjék, az Rb, a p53 és a p21 kollektív funkciója az, hogy akadályt állítsanak fel a sejtciklus progressziójában, amíg bizonyos események be nem fejeződnek. Előfordulhat, hogy egy negatív szabályozó mutáns formáját hordozó sejt nem tudja megállítani a sejtciklust, ha probléma van. A daganatcsillapítók hasonlóak a járműben lévő fékekhez: a hibásan működő fékek hozzájárulhatnak egy autóbalesethez.

Mutált p53 géneket az összes humán tumorsejtek több mint felében azonosítottak. Ez a felfedezés nem meglepő annak fényében, hogy a p53 fehérje többféle szerepet játszik a G1 ellenőrző pont. Előfordulhat, hogy a hibás p53-mal rendelkező sejt nem észleli a genomiális DNS-ben lévő hibákat (ábra). Még ha egy részben működőképes p53 azonosítja is a mutációkat, előfordulhat, hogy már nem képes jelezni a szükséges DNS-javító enzimeket. Akárhogy is, a sérült DNS korrigálatlan marad. Ezen a ponton a funkcionális p53 a sejtet menthetetlennek tekinti, és programozott sejthalált (apoptózist) vált ki. A rákos sejtekben található p53 sérült változata azonban nem válthat ki apoptózist.


A TRPS1 központi szerepe a sejtciklus és a rák kialakulásának szabályozásában

Az eukarióta sejtciklust egy összetett szabályozó hálózat szabályozza, amely még mindig kevéssé ismert. Itt bemutatjuk, hogy a TRPS1, egy atipikus GATA faktor, modulálja a sejtproliferációt és szabályozza a sejtciklus progresszióját. A TRPS1 elnémítása kilenc kulcsfontosságú sejtciklushoz kapcsolódó gén expressziójára volt eltérő hatással. E gének közül nyolcról ismert, hogy részt vesz a G2 fázis szabályozásában és a sejtciklus G2/M átmenetében. Sejtszinkronizációs vizsgálatok segítségével megerősítettük, hogy a TRPS1 fontos szerepet játszik a sejtek szabályozásában a sejtciklus ezen fázisaiban. Azt is megmutatjuk, hogy a TRPS1 elnémítása szabályozza az 53BP1 expresszióját, de nem a TP53 expresszióját. A TRPS1 elnémítása szintén csökkenti két hiszton-dezacetiláz, a HDAC2 és a HDAC4 expresszióját, valamint a sejtekben a teljes HDAC-aktivitást, és ezt követően a hiszton4 K16, de a hiszton3 K9 vagy K18 acetilációjának növekedéséhez vezet. Végül bemutatjuk, hogy a TRPS1 expressziója megemelkedett a luminalis emlőráksejtekben és a luminalis emlőrákos szövetekben, összehasonlítva más emlőrák altípusokkal. Összességében tanulmányunk azt sugallja, hogy a TRPS1 központi csomópontként működik a sejtciklus és a proliferáció szabályozásában a rák kialakulása során.

Összeférhetetlenségi nyilatkozat

A szerzők kijelentik, hogy nincs összeférhetetlenségük.

Ábrák

1. ábra: A TRPS1 elősegíti a sejtproliferációt azáltal, hogy…

1. ábra: A TRPS1 elősegíti a sejtproliferációt a sejtciklus progressziójának szabályozásával

(A-B) A TRPS1 jelentősen…

2. ábra: A TRPS1 szabályozza a sejtciklus progresszióját…

2. ábra: A TRPS1 szabályozza a sejtciklus progresszióját a ciklus sejtgének expressziójának szabályozásával

3. ábra: A TRPS1 vezérli a tevékenységet és…

3. ábra: A TRPS1 szabályozza a HDAC aktivitását és expresszióját, valamint a hiszton acetilációt

4. ábra: TRPS1 emlőrák sejtben…

4. ábra: TRPS1 mellrák sejtvonalakban és emlőrákokban

(A) Trps1 fel volt emelve…

5. ábra Egy sematikus diagram, amely a…

5. ábra: Egy sematikus diagram, amely bemutatja azt a lehetséges szabályozó hálózatot, amelyben a TRPS1 érintett…


A rák és a sejtciklus

A rák számos különböző betegség gyűjtőneve, amelyet egy közös mechanizmus okoz: a kontrollálatlan sejtosztódás. A sejtciklus szabályozás redundanciája és átfedő szintjei ellenére hibák fordulnak elő. Az egyik kritikus folyamat, amelyet a sejtciklus-ellenőrzőpont-felügyeleti mechanizmus követ, a DNS megfelelő replikációja az S-fázisban. Még akkor is, ha az összes sejtciklus-kontroll teljesen működőképes, a replikációs hibák (mutációk) kis százaléka továbbadódik a leánysejteknek. Ha a DNS nukleotid szekvenciában bekövetkezett változások egyike egy génen belül történik, génmutáció következik be. Minden rák akkor kezdődik, amikor egy génmutáció egy hibás fehérjét eredményez, amely részt vesz a sejtszaporodási folyamatban. A sejtben a hibás fehérje miatt bekövetkező változás csekély lehet. Még a kisebb hibák is lehetővé tehetik a későbbi hibák könnyebb előfordulását. Újra és újra kis, korrigálatlan hibák adódnak át a szülősejtről a leánysejtekre, és felhalmozódnak, ahogy a sejtek minden generációja több nem működő fehérjét termel a nem korrigált DNS-károsodásból. Végül a sejtciklus üteme felgyorsul, ahogy a kontroll és javító mechanizmusok hatékonysága csökken. A mutált sejtek ellenőrizetlen növekedése meghaladja a normál sejtek növekedését a területen, és daganat alakulhat ki.

Proto-onkogének

A pozitív sejtciklus-szabályozókat kódoló géneket ún proto-onkogének. A proto-onkogének normális gének, amelyek mutáció esetén válnak onkogének- gének, amelyek egy sejt rákossá válását okozzák. Fontolja meg, mi történhet a sejtciklussal egy nemrégiben szerzett onkogénnel rendelkező sejtben. A legtöbb esetben a DNS-szekvencia megváltoztatása kevésbé funkcionális (vagy nem működő) fehérjét eredményez. Az eredmény káros a sejtre, és valószínűleg megakadályozza a sejtet abban, hogy befejezze a sejtciklust, azonban a szervezet nem károsodik, mert a mutáció nem fog továbbvinni. Ha egy sejt nem tud szaporodni, a mutáció nem terjed, és a károsodás minimális. Alkalmanként azonban egy génmutáció olyan változást idéz elő, amely megnöveli egy pozitív szabályozó aktivitását. Például egy mutáció, amely lehetővé teszi, hogy a Cdk fehérje, a sejtciklus szabályozásában részt vevő fehérje aktiválódjon azelőtt, hogy megtörténhetne, túllépheti a sejtciklust egy ellenőrzőponton, mielőtt az összes szükséges feltétel teljesülne. Ha a létrejövő leánysejtek túlságosan károsodnak ahhoz, hogy további sejtosztódásokat hajtsanak végre, a mutáció nem terjedne tovább, és nem éri kár a szervezetet. Ha azonban az atipikus leánysejtek tovább tudnak osztódni, a következő generációs sejtek valószínűleg még több mutációt halmoznak fel, néhány esetleg további, a sejtciklust szabályozó génekben.

A Cdk példa csak egy a sok proto-onkogénnek tekintett gén közül. A sejtciklust szabályozó fehérjéken kívül bármely, a ciklust befolyásoló fehérje megváltoztatható oly módon, hogy felülbírálja a sejtciklus ellenőrző pontjait. Ha egy proto-onkogént úgy módosítottak, hogy a sejtciklus sebessége megnövekszik, akkor onkogénnek nevezik.

Tumor szuppresszor gének

A proto-onkogénekhez hasonlóan számos negatív sejtciklust szabályozó fehérjét fedeztek fel olyan sejtekben, amelyek rákossá váltak. Tumorszuppresszor gének olyan gének, amelyek a negatív szabályozó fehérjéket kódolják, a szabályozó azon típusát, amely aktiválva megakadályozhatja a sejt ellenőrizetlen osztódását. A legjobban érthető tumorszuppresszor génfehérjék, a retinoblasztóma fehérje (RB1), a p53 és a p21 kollektív funkciója, hogy akadályt állítsanak fel a sejtciklus előrehaladása előtt, amíg bizonyos események be nem fejeződnek. Előfordulhat, hogy egy negatív szabályozó mutáns formáját hordozó sejt nem tudja megállítani a sejtciklust, ha probléma van.

Mutált p53 géneket az összes humán tumorsejtek több mint felében azonosítottak. Ez a felfedezés nem meglepő annak fényében, hogy a p53 fehérje többféle szerepet játszik a G1 ellenőrző pont. A p53 fehérje más géneket aktivál, amelyek termékei leállítják a sejtciklust (időt engedve a DNS-javításra), aktiválja azokat a géneket, amelyek termékei részt vesznek a DNS-javításban, vagy aktiválja azokat a géneket, amelyek sejthalált indítanak el, amikor a DNS-károsodás nem javítható. A sérült p53 gén azt eredményezheti, hogy a sejt úgy viselkedik, mintha nem lennének mutációk ([link]). Ez lehetővé teszi a sejtek osztódását, terjeszti a mutációt a leánysejtekben, és lehetővé teszi új mutációk felhalmozódását. Ráadásul a rákos sejtekben található p53 sérült változata nem válthat ki sejthalált.

Látogasson el erre a webhelyre, és nézzen meg egy animációt arról, hogyan alakul ki a rák a sejtciklus hibáiból.

A szakasz összefoglalása

A rák a sejtciklust szabályozó mechanizmusok felbomlása által okozott ellenőrizetlen sejtosztódás eredménye. A kontroll elvesztése az egyik szabályozó molekulát kódoló gén DNS-szekvenciájának megváltozásával kezdődik. A hibás utasítások olyan fehérjét eredményeznek, amely nem úgy működik, ahogy kellene. A felügyeleti rendszer bármilyen meghibásodása lehetővé teheti, hogy más hibák is átkerüljenek a leánysejtekre. Minden egymást követő sejtosztódás leánysejteket eredményez, amelyek még több felhalmozódott károsodást okoznak. Végül minden ellenőrzőpont működésképtelenné válik, és a gyorsan szaporodó sejtek kiszorítják a normális sejteket, ami daganatos növekedést eredményez.

Több választási lehetőség

A ________ a nukleotidok változása a DNS egy szegmensében, amely egy fehérjét kódol.

  1. Proto-onkogének
  2. Tumorszuppresszor gének
  3. Génmutációk
  4. Negatív szabályozók

A pozitív sejtciklus-szabályozót kódoló gént a(n) ________-nak nevezzük.

Ingyenes válasz

Vázolja fel azokat a lépéseket, amelyek egy sejt rákossá válásához vezetnek.

Ha a szabályozó fehérjéket termelő gének egyike mutálódik, akkor az egy hibás, esetleg nem működő sejtciklus-szabályozót termel. Ez növeli annak esélyét, hogy több mutáció marad javítatlanul a sejtben. Minden következő sejtgeneráció több sérülést szenved el. A sejtciklus felgyorsulhat a funkcionális ellenőrzőpont fehérjék elvesztése következtében. A sejtek elveszíthetik önpusztító képességüket.

Magyarázza el a különbséget a proto-onkogén és a tumorszuppresszor gén között!

A proto-onkogén a DNS azon szegmense, amely az egyik pozitív sejtciklus-szabályozót kódolja. Ha ez a gén túlaktív formává válik, akkor onkogénnek minősül. A tumorszuppresszor gén egy DNS-szegmens, amely az egyik negatív sejtciklus-szabályozót kódolja. Ha ez a gén alulaktív formává válik, a sejtciklus ellenőrizetlenül fut.

Szójegyzék


Esettanulmány – Mitózis, rák és HPV-oltás

Ezt a tevékenységet középiskolás anatómiahallgatók távoktatására tervezték. Ezek a hallgatók röviden áttekintik a sejtet és a sejtosztódást, de szeretek arra összpontosítani, hogy a sejtben vagy a sejtciklusban bekövetkezett változások milyen hatással lehetnek az egész szervezetre. Például a sejt megismerésekor megbeszéljük, hogy a Tay-sachs a lizoszómákkal kapcsolatos betegség, a cisztás fibrózis pedig membrántranszport probléma. Az idősebb anatómiahallgatók nem látják, hogyan kapcsolódnak ezek az organellumok a test általános egészségéhez és működéséhez.

Ez a tevékenység azt tárgyalja, hogy a rák milyen problémát jelent a sejtciklusban. A vírusok, mint például a HPV vagy a humán papillomavírus, megzavarhatják a sejtciklust, és méhnyakrákot okozhatnak. A projekt olyan, mint egy esettanulmány, ahol a diákok szöveget olvasnak és kérdésekre válaszolnak. Emellett elemzik a CDC adatait, sőt infografikákat is értelmeznek, hogy segítsenek megérteni a mitózis (sejtciklus) és a rák közötti összefüggést.

A tevékenység arra is felkéri őket, hogy értékeljék a HPV-oltás szükségességét lányok és fiúk esetében is, összehasonlítva a vírussal összefüggésbe hozható egyéb ráktípusok eseteire vonatkozó adatokat.

A tanulók a válaszokat közvetlenül a diákra írhatják, amelyeket a Google Tanterem segítségével hozzárendelhetnek és küldhetnek be. Az utolsó dia az információk szintézisét és állásfoglalást kér arról, hogy a fiataloknak be kell-e kapniuk védőoltást bizonyos ráktípusok elleni védelem érdekében. Nincs jó vagy rossz válasz, csak arra kérem hallgatóimat, hogy olyan tudományos részletekkel indokolják álláspontjukat, amelyek a sejtciklus és a vírusok megértését mutatják.

A TpT link válaszokat vagy javasolt válaszokat tartalmaz, valamint a Google Diák PowerPoint verziójának letöltését.


Biológia 171

A szakasz végére a következőket teheti:

  • Ismertesse, hogyan okozza a rákot az ellenőrizetlen sejtnövekedés
  • Ismerje meg, hogy a proto-onkogének normális sejtgének, amelyek mutáció esetén onkogénekké válnak
  • Ismertesse a tumorszuppresszorok működését
  • Magyarázza el, hogy a mutáns tumorszuppresszorok hogyan okoznak rákot

A rák számos különböző betegséget foglal magában, amelyeket egy közös mechanizmus okoz: a kontrollálatlan sejtnövekedés. A sejtciklus-szabályozás redundanciája és átfedő szintjei ellenére előfordulnak hibák. Az egyik kritikus folyamat, amelyet a sejtciklus-ellenőrzőpont-felügyeleti mechanizmus követ, a DNS megfelelő replikációja az S-fázisban. Még akkor is, ha az összes sejtciklus-kontroll teljesen működőképes, a replikációs hibák (mutációk) kis százaléka továbbadódik a leánysejteknek. Ha a DNS-nukleotid szekvencia változásai egy gén kódoló részében következnek be, és nem korrigálják, akkor génmutáció következik be. Minden rák akkor kezdődik, amikor egy génmutáció egy hibás fehérjét eredményez, amely kulcsszerepet játszik a sejtszaporodásban.

A sejtben a rosszul formázott fehérje miatt bekövetkező változás csekély lehet: talán egy kis késés a Cdk ciklinhez vagy egy Rb fehérjéhez való kötődésében, amely foszforilálva válik le a cél DNS-éről. Még a kisebb hibák is lehetővé tehetik a későbbi hibák könnyebb előfordulását. Újra és újra a kis korrigálatlan hibák átkerülnek a szülősejtből a leánysejtekbe, és felerősödnek, mivel minden generáció több nem működő fehérjét termel a nem korrigált DNS-károsodásból. Végül a sejtciklus üteme felgyorsul, ahogy a kontroll és javító mechanizmusok hatékonysága csökken. A mutált sejtek kontrollálatlan növekedése meghaladja a normál sejtek növekedését a területen, és daganat ("-oma") alakulhat ki.

Proto-onkogének

A pozitív sejtciklus-szabályozókat kódoló géneket proto-onkogéneknek nevezzük. A protoonkogének normális gének, amelyek bizonyos módokon mutáció esetén onkogénekké válnak – olyan génekké, amelyek egy sejt rákos megbetegedését okozzák. Fontolja meg, mi történhet a sejtciklussal egy nemrégiben szerzett onkogénnel rendelkező sejtben. A legtöbb esetben a DNS-szekvencia megváltoztatása kevésbé funkcionális (vagy nem működő) fehérjét eredményez. Az eredmény káros a sejtre, és valószínűleg megakadályozza a sejtet abban, hogy befejezze a sejtciklust, azonban a szervezet nem károsodik, mert a mutáció nem fog továbbvinni. Ha egy sejt nem tud szaporodni, a mutáció nem terjed, és a károsodás minimális. Alkalmanként azonban egy génmutáció olyan változást idéz elő, amely megnöveli egy pozitív szabályozó aktivitását. Például egy mutáció, amely lehetővé teszi a Cdk aktiválását anélkül, hogy ciklinnel partnere lenne, a sejtciklust egy ellenőrzőponton túl tolhatja, mielőtt az összes szükséges feltétel teljesülne. Ha a létrejövő leánysejtek túlságosan károsodnak ahhoz, hogy további sejtosztódáson menjenek keresztül, a mutáció nem terjedne tovább, és nem érne kárt a szervezetben. Ha azonban az atipikus leánysejtek további sejtosztódáson mennek keresztül, a következő generációk sejtjei még több mutációt halmozhatnak fel, néhány esetleg további, a sejtciklust szabályozó génekben.

A fenti példában szereplő Cdk gén csak egy a sok proto-onkogénnek tekintett gén közül. A sejtciklust szabályozó fehérjéken kívül bármely, a ciklust befolyásoló fehérje megváltoztatható oly módon, hogy felülbírálja a sejtciklus ellenőrző pontjait. Onkogén minden olyan gén, amely megváltoztatva a sejtciklus előrehaladásának sebességét növeli.

Tumor szuppresszor gének

A proto-onkogénekhez hasonlóan számos negatív sejtciklust szabályozó fehérjét fedeztek fel olyan sejtekben, amelyek rákossá váltak. A tumorszuppresszor gének olyan DNS-szegmensek, amelyek negatív szabályozó fehérjéket kódolnak, olyan típusú regulátorokat, amelyek aktiválva megakadályozhatják a sejt ellenőrizetlen osztódását. A legjobban érthető tumorszuppresszor génfehérjék, az Rb, a p53 és a p21 kollektív funkciója az, hogy akadályt állítsanak fel a sejtciklus progressziójában, amíg bizonyos események be nem fejeződnek. Előfordulhat, hogy egy negatív szabályozó mutáns formáját hordozó sejt nem tudja megállítani a sejtciklust, ha probléma van. A daganatcsillapítók hasonlóak a járműben lévő fékekhez: a hibásan működő fékek hozzájárulhatnak egy autóbalesethez!

Mutált p53 géneket az összes humán daganatsejt több mint 50 százalékában azonosítottak. Ez a felfedezés nem meglepő annak fényében, hogy a p53 fehérje többféle szerepet játszik a G1 ellenőrző pont. Előfordulhat, hogy a hibás p53-mal rendelkező sejt nem észleli a genomiális DNS-ben lévő hibákat ((ábra)). Még ha egy részben működőképes p53 azonosítja is a mutációkat, előfordulhat, hogy már nem képes jelezni a szükséges DNS-javító enzimeket. Akárhogy is, a sérült DNS korrigálatlan marad. Ezen a ponton egy funkcionális p53
a sejtet menthetetlennek tartja, és programozott sejthalált (apoptózist) vált ki. A rákos sejtekben található p53 sérült változata azonban nem válthat ki apoptózist.


A humán papillomavírus méhnyakrákot okozhat. A vírus az E6 fehérjét kódolja, amely a p53-hoz kötődik. E tény és a p53-ról ismeretei alapján szerinted milyen hatással van az E6-kötés a p53 aktivitására?

  1. Az E6 aktiválja a p53-at
  2. Az E6 inaktiválja a p53-at
  3. Az E6 mutálja a p53-at
  4. Az E6-kötés a p53-at jelzi a lebomlás érdekében

A p53 funkció elvesztése más következményekkel is jár a sejtciklusra. A mutált p53 elveszítheti a p21 termelést kiváltó képességét. A p21 megfelelő szintje nélkül nincs hatékony blokk a Cdk aktiválásban. Lényegében teljesen működőképes p53 nélkül a G1 az ellenőrzőpont súlyosan veszélyeztetett, és a cella közvetlenül a G-ből indul1 S-re a belső és külső körülményektől függetlenül. A lerövidített sejtciklus végén két leánysejt keletkezik, amelyek örökölték a mutált p53 gént. Tekintettel arra, hogy a szülősejt nem optimális körülmények között szaporodott, valószínű, hogy a leánysejtek a hibás tumorszuppresszor génen kívül más mutációkat is szereztek. Az olyan sejtek, mint ezek a leánysejtek, gyorsan felhalmozzák az onkogéneket és a nem működő tumorszuppresszor géneket is. Az eredmény ismét a daganat növekedése.

Nézze meg a Rák című videót, hogy megtudja, hogyan alakul ki a rák a sejtciklus hibáiból.

A szakasz összefoglalása

A rák az ellenőrizetlen sejtosztódás eredménye, amelyet a sejtciklust szabályozó mechanizmusok felbomlása okoz. A kontroll elvesztése az egyik szabályozó molekulát kódoló gén DNS-szekvenciájának megváltozásával kezdődik. A hibás utasítások olyan fehérjét eredményeznek, amely nem úgy működik, ahogy kellene. A felügyeleti rendszer bármilyen meghibásodása lehetővé teheti, hogy más hibák is átkerüljenek a leánysejtekre. Minden egymást követő sejtosztódás leánysejteket eredményez, amelyek még több felhalmozódott károsodást okoznak. Végül minden ellenőrzőpont működésképtelenné válik, és a gyorsan szaporodó sejtek kiszorítják a normális sejteket, ami daganatot vagy leukémiát (vérrákot) eredményez.

Művészeti kapcsolatok

(ábra) A humán papillomavírus méhnyakrákot okozhat. A vírus az E6 fehérjét kódolja, amely a p53-hoz kötődik. Ezen tény és a p53-ról ismeretei alapján Ön szerint milyen hatással van az E6-kötés a p53 aktivitására?

  1. Az E6 aktiválja a p53-at
  2. Az E6 inaktiválja a p53-at
  3. Az E6 mutálja a p53-at
  4. Az E6-kötés a p53-at jelzi a lebomlás érdekében

(ábra) D. Az E6-kötés a p53-at lebontja.

Ingyenes válasz

Vázolja fel azokat a lépéseket, amelyek egy sejt rákossá válásához vezetnek.

Ha a szabályozó fehérjéket termelő gének egyike mutációt okoz, akkor egy hibás, esetleg nem működő sejtciklus-szabályozót termel, ami növeli annak esélyét, hogy több mutáció marad helyreállítatlanul a sejtben. Minden következő sejtgeneráció több sérülést szenved el. A sejtciklus felgyorsulhat a funkcionális ellenőrzőpont fehérjék elvesztése következtében. A sejtek elveszíthetik önpusztító képességüket, és végül „halhatatlanná” válhatnak.

Magyarázza el a különbséget a proto-onkogén és a tumorszuppresszor gén között!

A proto-onkogén egy DNS-szegmens, amely az egyik pozitív sejtciklus-szabályozót kódolja. Ha ez a gén úgy mutálódik, hogy hiperaktivált fehérjeterméket termel, akkor onkogénnek minősül. A tumorszuppresszor gén a DNS egy szegmense, amely az egyik negatív sejtciklus-szabályozót kódolja. Ha ez a gén úgy mutálódik, hogy a fehérjetermék kevésbé lesz aktív, a sejtciklus ellenőrizetlenül fut le. Egyetlen onkogén kóros sejtosztódást indíthat el, azonban a tumorszuppresszorok csak akkor veszítik el hatékonyságukat, ha a gén mindkét kópiája károsodik.

Sorolja fel azokat a szabályozó mechanizmusokat, amelyek elveszhetnek egy hibás p53-at termelő sejtben.

A szabályozó mechanizmusok, amelyek elveszhetnek, közé tartozik a genomiális DNS minőségének monitorozása, a javító enzimek toborzása és az apoptózis kiváltása.

A p53 apoptózist válthat ki, ha bizonyos sejtciklus-események sikertelenek. Hogyan előnyös ez a szabályozási eredmény egy többsejtű szervezet számára?

Ha egy sejt DNS-sérült, nagyobb a valószínűsége, hogy hibás fehérjéket termel. Az ilyen sérült szülősejt leánysejtjei hibás fehérjéket is termelnének, amelyek végül rákossá válhatnak. Ha a p53 felismeri ezt a károsodást, és önmegsemmisítésre készteti a sejtet, a sérült DNS lebomlik és újrahasznosítható. Nem éri további kár a szervezetben. Ehelyett egy másik egészséges sejt osztódásra késztet.

Szójegyzék


Bevezetés a rákbiológiába

A szervezeted folyamatosan pótolja a régi sejteket újakkal. Valójában a tested másodpercenként több millió új sejtet termel! Új sejtekre van szükség, mert egyes sejtjei bármikor elérik élettartamuk végét, és ki kell cserélni. Új sejtekre is szüksége lehet a növekedéshez vagy a sérült szövetek helyreállításához. A sejtek egy sejtcikluson mennek keresztül, hogy növekedjenek és osztódjanak, hogy új sejteket hozzanak létre.

A sejtciklus befejezéséhez szükséges idő a különböző sejtekben eltérő. Egyes sejtek gyorsan osztódnak – akár néhány órán belül is. Más sejteknél napokig tarthat a ciklus befejezése. Nem számít, mennyi ideig tart, a teljes sejtciklus szabályozott és kiszámítható. A tudósok sokáig nem tudták, honnan „tudta” a sejt, hogy mikor kell áthaladnia a sejtciklus szakaszain. Például honnan tudja egy sejt, hogy mikor kezdje el a kromoszómák replikációját? Kísérletekkel a tudósok felfedezték, hogy a sejtciklust bizonyos fehérjék, az úgynevezett ciklinek szabályozzák.

A legtöbb sejt probléma nélkül mozog a sejtcikluson. Vannak azonban olyan esetek, amikor a sejtek nem követik a normál sejtosztódás szabályait. A rák olyan betegség, amely akkor fordulhat elő, ha a sejtciklus feletti kontroll elveszik.

Útvonal: Nézze meg a videókat Bevezetés a rákbiológiába, A sejtosztódás szabályozása, és Mitózis a rákbiológiába való bevezetéshez.


Sejtciklus𠄼élzott rákterápiák

A rákos sejtek alapvető jellemzője a sejtciklus szabályozásának deregulációja. A célzott gyógyszeres terápiát úgy alakították ki, hogy kihasználja azokat a specifikus genetikai változásokat, amelyek megkülönböztetik a tumorsejteket normál társaiktól. A mutált onkogének és az inaktivált tumorszuppresszorok növelhetik a rákos sejtek G-függőségét1-fázisú ciklinfüggő kinázok, fokozzák a replikációs stresszt és a DNS-károsodást az S-fázisban, és lebontják az S/G-n keresztüli progressziót figyelő ellenőrző pontokat2/M. Ezek a szerzett hibák rákossejt-specifikus sebezhetőségeket generálnak, amelyek lehetőséget adnak a célzott rákkezelésekre. Áttekintjük a célzott terápiák tervezésének alapelveit, hangsúlyozva két fő jellemzőt: az onkogén-függőséget és a szintetikus letalitást. Megbeszéljük, hogy a hagyományos citotoxikus szerek hogyan függhetnek viszonylag kisebb specifitással ugyanezektől a jellemzőktől, majd rámutatunk az újonnan kifejlesztett, célzott terápiás szerek sikeres alkalmazására, amelyek csökkentett, dóziskorlátozó toxicitást biztosítanak a normál sejtek számára.


Nézd meg a videót: Sejtciklus 1 - Bevezetés (Augusztus 2022).