Zellteilung MITOSE & MEIOSE
Zellteilung MITOSE & MEIOSE
Zellteilung MITOSE & MEIOSE
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
<strong>Zellteilung</strong><br />
<strong>MITOSE</strong> & <strong>MEIOSE</strong><br />
1
Mitose und Meiose<br />
2
Mitose und Meiose<br />
3
Prophase<br />
Mitose<br />
Anaphase A<br />
Prometaphase<br />
Anaphase B<br />
Metaphase<br />
Telophase<br />
Jonathan M. Scholey, Ingrid<br />
Brust-Mascher & Alex<br />
Mogilner: Cell division<br />
NATURE VOL 422, 2003<br />
4
Der Struktur der Spindel<br />
5
KINETOCHOR – „Search and capture” Modell<br />
C<br />
E<br />
N<br />
T<br />
R<br />
O<br />
M<br />
E<br />
R<br />
DYNAKTIN Complex DYNEIN Complex<br />
Kinetochorproteine und Adaptorproteine<br />
Kinetochor: Struktur aus Proteinen und DNA-Abschnitten, die dem Zentromer<br />
aufsitzt und bei Kernteilungsvorgängen als Ansatzstelle für die Fasern des<br />
Spindelapparates dient.<br />
6
Bewegung der Chromosomen<br />
Chromoso<br />
me<br />
Metaphase<br />
kinetokó<br />
r<br />
Aufrollen<br />
centroszóma<br />
kinetokór<br />
MT<br />
anafázis<br />
Pac-Man<br />
Rebecca W. Heald: Burning the spindle at both ends NATURE VOL 427 2004<br />
7
Microtubuli und die Segregation der Chromosomen<br />
Kinetocho<br />
r<br />
MT –<br />
depolymerisierendes<br />
Kinesin<br />
Dynaktin<br />
Dynein<br />
MT –<br />
depolymerisierendes<br />
Kinesin<br />
MT-Flux<br />
Centrosom<br />
Rogers et. al.: Two mitotic kinesins cooperate to drive sister chromatid separation during anaphase NATURE | VOL 427 | 22 J 2004<br />
8
Spindel ohne Centrosom<br />
Meiste Tierzellen<br />
Pflanzenzellen<br />
Weibliche Meiose<br />
Patricia Wadsworth and Alexey Khodjakov: E pluribus unum:<br />
towards a universal mechanism for spindle assembly. TRENDS in<br />
Cell Biology Vol.14 No.8 2004<br />
9
Wie entstehen Spindel ohne Centrosom?<br />
NUKLEATION ORGANISATION AUSBILDUNG DER POLEN<br />
Oliver J. Gruss and Isabelle Vernos: The mechanism of spindle assembly: functions of Ran and its target TPX2. The Journal of Cell<br />
Biology, Volume 166, Number 7, 2004 949–955<br />
10
Trennung der Chromosomen in der Meiose<br />
y<br />
R<br />
r<br />
y<br />
R<br />
r<br />
Y Y<br />
Yy, rR<br />
Heterozygous diploid<br />
cell (YyRr) to<br />
undergo meiosis<br />
y<br />
Y<br />
y<br />
Y<br />
R<br />
r<br />
r<br />
R<br />
Meiose I<br />
y<br />
R<br />
y<br />
R<br />
Y<br />
r<br />
Y<br />
r<br />
oder<br />
y<br />
r<br />
y<br />
r<br />
Y<br />
R<br />
Y<br />
R<br />
Meiose II<br />
y<br />
y<br />
Y<br />
Y<br />
y<br />
y<br />
Y<br />
Y<br />
R<br />
R<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
R<br />
R<br />
2 Ry : 2 rY 2 ry : 2 RY<br />
11
<strong>MEIOSE</strong><br />
12
Meiose<br />
SPERMATOGENESE<br />
Urkeimzelle<br />
Spermatogonien/Oogonien<br />
Primäre<br />
Spermatocyten/Oocyten<br />
Mitose<br />
Mitose<br />
Meiose I<br />
OOGENESE<br />
Weibliche Meiose:<br />
Asymmetrisch (1 Eizelle+3<br />
Polkörperchen)<br />
Arratierung in Prophase I und<br />
Metaphase II<br />
Sekundäre<br />
Spermatocyten/Oocyten<br />
Meiose II<br />
Spermatiden/Ootiden<br />
Spermien/Ovum<br />
13
Fehler bei der Meiose<br />
Nondisjunktion:<br />
Ein homologes Chromosomenpaar wird bei<br />
der Meiose I nicht getrennt.<br />
Die Chromatiden werden bie der Meiose II<br />
nicht getrennt.<br />
Die Folge ist Aneuploidie: Es fehlen ein oder mehrere Chromosomen, oder sind überzählig<br />
vorhanden (Nullisomie, Monosomie, Trisomie).<br />
14
CYTOKINESE – Der kontraktile Ring<br />
Michael Glotzer :ANIMAL CELL CYTOKINESIS Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2001. 17:351–86<br />
15
CYTOKINESE<br />
Tubulin-GFP<br />
Actin-GFP<br />
16
Regulierung des<br />
Zellzyklus<br />
17
Der Zellzyklus bei Eukaryoten<br />
Die meisten Zellen teilen sich<br />
nie:<br />
differenzierte Zellen<br />
(Nervenzellen, Muskelzellen)<br />
Manche Zellen teilen sich oft<br />
und schnell<br />
(embrionale Zellen, Stammzellen)<br />
Sogar diese Zellen verbringen die<br />
meiste Zeit in der Interphase<br />
18
Chromosomen und der Zellzyklus<br />
19
Regulierung der Zellzyklus<br />
Ist die DNA-Replikation<br />
abgeschlossen?<br />
Ist die replizierte DNA<br />
beschädigt?<br />
G2/M Kontrollpunkt<br />
M Anfang<br />
Wurde die mitotische Spindel aufgebaut?<br />
Sind alle Kinetochore mit Transportfasern des<br />
Spindelapparates verbunden?<br />
Metaphasen- Kontrollpunkt<br />
M Ende<br />
S Anfang<br />
G1/S Kontrollpunkt<br />
Sind die Umweltbedingungen günstig?<br />
20
M-Phase promoting Complex<br />
Cyklin-abhängige Kinase (CDK)+Cyklin<br />
Cdk 1<br />
Cyklin B<br />
Aktiviert/inaktiviert viele Targetproteine durch Phosphorylierung, wodurch<br />
die M- Phase eingeleitet wird.<br />
21
M-Phase promoting Complex<br />
Cyklin-abhängige Kinase (CDK)+Cyklin<br />
Relative<br />
Konzentration<br />
MPF-Aktivität<br />
Mitotische<br />
s Cyklin<br />
idő<br />
MPF ist nur bei hocher Cyklinkonzentration aktiv<br />
22
CDK-Cyklin Complexe der höheren<br />
Eukaryoten<br />
Cdk-s<br />
Cdk4 Cdk2 Cdk1<br />
Cykline<br />
D E A B(A)<br />
M G 1 S G 2 M G 1<br />
23
Regulationsmechanismen der Cyklinabhängigen<br />
Kinasen<br />
1. CYKLIN-Bindung<br />
4. CDK-INHIBITOR 2. AKTIVIERENDE<br />
PHOSPHORYLIERUNG<br />
3. HEMMENDE<br />
PHOSPHORYLIERUNG<br />
24
Regulationsmechanismen der Cyklin-abhängigen<br />
Kinasen<br />
PHOSPHORYLIERUNG - DEPHOSPHORYLIERUNG<br />
inaktive<br />
Phosphatase<br />
M-Cyklin<br />
Cdk-Aktivator<br />
Kinase<br />
Hemmende<br />
Phosphorilierung<br />
Pozitive<br />
Rückkopplung<br />
Cdk1<br />
Inaktíve<br />
M-Cdk<br />
Cdk-Inhibitor<br />
Kinase<br />
Inaktíve<br />
M-Cdk<br />
Aktivierende<br />
Phosphorilierung<br />
aktíve M-Cdk<br />
25
Regulationsmechanismen der Cyklinabhängigen<br />
Kinasen<br />
CDK- INHIBITOREN (CDKI)<br />
Cdk<br />
Cyklin<br />
Aktíves<br />
Cyklin-Cdk<br />
Complex<br />
p27<br />
Inaktives<br />
Cyklin-Cdk-p27<br />
Complex<br />
26
Regulationsmechanismen der Cyklinabhängigen<br />
Kinasen<br />
UBIQUITIN-abhängiger Cyklinabbau<br />
Proteasom<br />
Cdk inhibítor fehérje<br />
(CDKI)<br />
APC-abhängige Proteolyse<br />
Aktivierende Untereinhet<br />
(Cdc20)<br />
inaktives APC<br />
Polyubiquitinkette<br />
aktives<br />
APC<br />
M-Cyiklin<br />
Abbau<br />
Ubiquitinierungsenzyme<br />
27
Protoonkogene sind Gene die den normalen<br />
Ablauf des Zellzyklus fördern. Durch<br />
dominante Mutationen werden sie zu<br />
Onkogene.<br />
Dominante (hypermorphe) Mutationen von<br />
CDKs und Cykline können zur Tumorenbildung<br />
führen.<br />
28
Regulierung der Zellzyklus<br />
Ist die DNA-Replikation abgeschlossen?<br />
Ist die replizierte DNA beschädigt?<br />
G2/M Kontrollpunkt<br />
M Anfang<br />
Wurde die mitotische Spindel aufgebaut?<br />
Sind alle Kinetochore mit Transportfasern des<br />
Spindelapparates verbunden?<br />
Metaphasen- Kontrollpunkt<br />
M Ende<br />
G1/S Kontrollpunkt<br />
S Anfang<br />
Sind die Umweltbedingungen günstig?<br />
Ist die DNA beschädigt?<br />
29
Kontrollenpunkte des Zellzyklus<br />
Metaphasen-Kontrollpunkt<br />
G2/M<br />
Kontrollpunkt<br />
‣Zellgrösse<br />
‣DNA-Schäden<br />
‣Chromosomen-Spindel-Bindung<br />
G1/S<br />
Kontrollpunkt<br />
‣Zellgrösse<br />
‣Nährstoffe<br />
‣Wachstumsfaktoren<br />
‣DNA-Schäden<br />
G0<br />
30
G1/S Kontrollpunkt<br />
Beschädigte DNA<br />
DNS<br />
p53 Abbau<br />
Aktivierung von<br />
Kinasen<br />
Phosphorylierung von p53<br />
Stabil,<br />
Aktív p53<br />
p53 bindet an den Promotor des p21<br />
Gens<br />
Transkription<br />
Translation<br />
p21 mRNS<br />
p21 (CKI)<br />
AKTÍV<br />
INAKTÍV<br />
31
G1/S Kontrollpunkt<br />
32
G1/S Kontrollpunkt<br />
Transkription<br />
der E2F-<br />
Targetgene<br />
Durch die Bindung des Rb protein zum E2F Transkriptionsfaktor wird<br />
die G1/S Übergang gehemmt. E2F ist zur Transkription der c-myc & c-<br />
fos Protoonkogene notwendig..<br />
33
ATM (ataxia telangiectasia mutated)<br />
telangiektasia<br />
Neurodegeneration<br />
Immunprobleme<br />
Krebsbildung<br />
Sterilität<br />
Strahlundsempfindlichkeit<br />
Symptome vom ataxia telangiektázia. Das ATM-Protein spielt eine<br />
wichtige Rolle in der Detektierung der DNA-Schäden.)<br />
34
Kontrollenpunkte des Zellzyklus<br />
Metaphasen-Kontrollpunkt<br />
G2/M<br />
Kontrollpunkt<br />
‣Chromosomen-Spindel-Bindung<br />
‣Zellgrösse<br />
‣DNA-Schäden<br />
G1/S Kontrollpunkt<br />
‣Zellgrösse<br />
‣Nährstoffe<br />
‣Wachstumsfaktoren<br />
‣DNA-Schäden<br />
G0<br />
35
DNA-Replikation ist abgeschlossen<br />
G2/M Kontrollpunkt<br />
DNA-Replikation ist nicht abgeschlossen / DNA-Schäden<br />
Kontrollpunktproteine<br />
Kontrollpunktproteine<br />
Mitose<br />
Arretierun<br />
g in G2<br />
36
G2/M Kontrollpunkt<br />
cdk1<br />
37
Kontrollenpunkte des Zellzyklus<br />
Metaphasen-Kontrollpunkt<br />
G2/M<br />
Kontrollpunkt<br />
‣Chromosomen-Spindel-Bindung<br />
‣Zellgrösse<br />
‣DNA-Schäden<br />
G1/S Kontrollpunkt<br />
‣Zellgrösse<br />
‣Nährstoffe<br />
‣Wachstumsfaktoren<br />
‣DNA-Schäden<br />
G0<br />
38
Metaphasen-Kontrollpunkt<br />
(Metaphase-Anaphase-Übergang)<br />
Schwester-chromatiden<br />
Cohesin<br />
Separin<br />
Metaphase<br />
Separase<br />
Anaphase anafázis<br />
Abgebautes<br />
Securin<br />
Securin<br />
Anaphasen<br />
promoting<br />
Complex<br />
(APC)<br />
MPF<br />
(cdk-Cyclin-Complex)<br />
Abgebautes<br />
mitotisches Cyclin<br />
39
Metaphasen-Kontrollpunkt<br />
(Metaphase-Anaphase-Übergang)<br />
Metaphase<br />
Anaphase<br />
Anaphase wird nicht eingeleitet, wenn nicht alle Chromosmen an<br />
Spindelfasern gebunden sind.<br />
40
ontrollpunkt inaktiv<br />
Metaphasen-Kontrollpunkt<br />
(Metaphase-Anaphase-Übergang)<br />
Kontrollpunkt aktiv<br />
Kinetochor ist an<br />
beiden Seiten an<br />
Spindelfasern<br />
gebunden<br />
Kinetochor ist nicht an<br />
beiden Seiten an<br />
Spindelfasern gebunden<br />
Anaphase beginnt<br />
HTLV-1 vírus Tax Protein des HTLV- Virus<br />
bindet und inaktiviert Mad, und verursacht<br />
dadurch T-Zellen Leukaemie.<br />
Anaphase<br />
wird<br />
gehemmt<br />
41<br />
APC wird durch den Metaphasen-Kontrollpunkt inaktiviert
Metaphasen-Kontrollpunkt<br />
(Metaphase-Anaphase-Übergang)<br />
Was wurde ohne die<br />
Metaphasen-Kontrollpunkt<br />
passieren?<br />
Abnormale<br />
Spindel<br />
Anaphase<br />
Cytokinese<br />
Aneuploide Zellen<br />
Tumorzellen sind<br />
alle aneuploid!<br />
Chromosomenverlust<br />
Extra<br />
Chromosom<br />
42
Tumorsupressor Gene hemmen den normalen Zellzyklus.<br />
Rezessive Mutationen der Tumorsupressor Gene führen zur<br />
Krebsbildung.<br />
(Siehe noch im 2. Semester bei der Vorlesung Krebs)<br />
43
Change language