Virusten käyttämä autofagiatie, esimerkkeinä EBV, VZV, poliovirus, coxackievirus

( Koska Sars-2 virus käyttää autofagiatien alkuosaa tehdäkseen replikaatio-organellin, katson tätä histokompatibiliteettialueen molekyylikatrasta. )

. 2017 Sep 22;8:1183.

doi: 10.3389/fimmu.2017.01183.    eCollection 2017. 

Autophagy Proteins in Phagocyte Endocytosis and Exocytosis

Christian Münz  ¹

• DOI: 10.3389/fimmu.2017.01183

Free PMC article

Abstract

Autophagy was initially described as a catabolic pathway that recycles nutrients of cytoplasmic constituents after lysosomal degradation during starvation. Since the immune system monitors products of lysosomal degradation via major histocompatibility complex (MHC) class II restricted antigen presentation, autophagy was found to process intracellular antigens for display on MHC class II molecules. In recent years, however, it has become apparent that the molecular machinery of autophagy serves phagocytes in many more membrane trafficking pathways, thereby regulating immunity to infectious disease agents. In this minireview, we will summarize the recent evidence that autophagy proteins regulate phagocyte endocytosis and exocytosis for myeloid cell activation, pathogen replication, and MHC class I and II restricted antigen presentation. Selective stimulation and inhibition of the respective functional modules of the autophagy machinery might constitute valid therapeutic options in the discussed disease settings.

Keywords: Epstein–Barr virus; IL-1; LC3-associated phagocytosis; coxsackievirus; major histocompatibility complex; poliovirus; varicella zoster virus. 

 

Sinkkiproteiinien ZXDA ja ZXDC osuutta histokompatibiliteettigeenisäätelyssä

 ZNF896, (Xp11.21), ZXDA,'

 Geeni  koodaa toista  kahdesta  kaksinkertaistuneesta sinkkisormigeenistä: Tämä X-kromosomin geeni (Xp11)  on telomeerinen kopio ja se, joka  on   sentromeerismpänä sijaitseva.  Ne kaksi geeniä omaavat 98%:sen nukleotidisekvenssien samankaltaisuuden  ja  oletetut proteiinit sisältävät 10 peräkkäistä sinkkisormimotiivia. Tähän geeniin ZXDA  liittyy monokromaattinen sinivärisokeus.  Tärkeä paralogi on se toinen geeni   ZXDB ( ZNF905,  X11.21).  

Lisänä tästä geenistä ZNF896 tärkeää tietoa:  Sillä on vaikutusta  immunologiseen  rakenteeseen: Se edistää MHC I ja MHC II luokkien geenitranskriptiota. Proteiinikoko 799 aminohappoa.

ZNF896 (GeneCards tietoa)
Aliases for ZXDA Gene , Zinc Finger X-Linked Duplicated A ^{2 3 5}  , Zinc Finger X-Linked Protein ZXDA ^{3 4} , Zinc Finger Protein 896 ^{2 3}  , ZNF896 ³

https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=ZXDA&keywords=ZNF896

This gene encodes one of two duplicated zinc finger genes on chromosome Xp11. This gene is the telomeric copy; GeneID 158586 ZXDB is the more centromeric copy. The two genes have 98% nucleotide sequence similarity, and the predicted proteins contain 10 tandem zinc finger motifs.

GeneCards Summary for ZXDA Gene
ZXDA (Zinc Finger X-Linked Duplicated A) is a Protein Coding gene. Diseases associated with ZXDA include Blue Cone Monochromacy. Gene Ontology (GO) annotations related to this gene include nucleic acid binding and C2H2 zinc finger domain binding. An important paralog of this gene is ZXDB  (= ZNF905, Xp11.21).

UniProtKB/Swiss-Prot Summary for ZXDA Gene:Cooperates with CIITA to promote transcription of MHC class I and MHC class II genes ZXDA_HUMAN,P98168

[provided by RefSeq, Nov 2009]
Protein attributes for ZXDA Gene: Size:799 amino acids. Molecular mass: 84771 Da

Quaternary structure: Self-associates. Interacts with ZXDC (https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=ZXDC&keywords=ZXDC )  and CIITA (https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=CIITA&keywords=CIITA)

 

Tämä CIITA  (NOD like A) vasta erikoinen  geeni on.Siihen tekee interaktion sinkkisormiproteiinit  ZXD geenit  sekä A että  C.  ZXDA  edistää MCH luokkien I ja II geenien transkriptiota  ja ZXDC repressoi MCH luokka II transkriptiota, ainakin eräs sen  isoformi 3 tekee niin.    CIITA  taas edistää MHC II transkriptiota. 

Nämä Histokompatibiliteettiin   vaikuttavat taustalla olevat säätelevät   geenitekijät sijaitsevat  eri kromosomeissa.  ZXDA sijaitsee  siinä tuplageenissä X-kromosomissa  ja sen läheinen ZXDB:n  ehkä  ilmeinen tukitekijä tärkeän ZXDA:n  olemassaololle.

 

  Repressorityyppinen  ZXDC sijaitsee  kromosomissa 3q21.3.

Sekä  ZXDA:n että  ZXDC:n   molempien  interaktiopartneri  CIITA  (NODA)   "Master Control Factor"  on  tumassa toimiva ja   koodautuu kromosomista  16p13.13.

 

(UniProtKB/Swiss-Prot Summary for CIITA Gene

Tästä on  tietoa on  sen oman  otsikon alla enemmän: 

• Essential for transcriptional activity of the HLA class II promoter; activation is via the proximal promoter. No DNA binding of in vitro translated CIITA was detected. May act in a coactivator-like fashion through protein-protein interactions by contacting factors binding to the proximal MHC class II promoter, to elements of the transcription machinery, or both. Alternatively it may activate HLA class II transcription by modifying proteins that bind to the MHC class II promoter. Also mediates enhanced MHC class I transcription; the promoter element requirements for CIITA-mediated transcription are distinct from those of constitutive MHC class I transcription, and CIITA can functionally replace TAF1 at these genes. Activates CD74 transcription (PubMed:32855215). Exhibits intrinsic GTP-stimulated acetyltransferase activity. Exhibits serine/threonine protein kinase activity: can phosphorylate the TFIID component TAF7, the RAP74 subunit of the general transcription factor TFIIF, histone H2B at 'Ser-37' and other histones (in vitro). Has antiviral activity against Ebola virus and coronaviruses, including SARS-CoV-2. Induces resistance by up-regulation of the p41 isoform of CD74, which blocks cathepsin-mediated cleavage of viral glycoproteins, thereby preventing viral fusion (PubMed:32855215).

  • C2TA_HUMAN,P33076

MHC luokka I- ja MHCluokka II- geenien ja proteiinien säätelystä

 

NLRC5 exclusively transactivates MHC class I and related genes through a distinctive SXY module.

Ludigs K, Seguín-Estévez Q, Lemeille S, Ferrero I, Rota G, Chelbi S, Mattmann C, MacDonald HR, Reith W, Guarda G. PLoS Genet. 2015 Mar 26;11(3):e1005088. doi: 10.1371/journal.pgen.1005088. eCollection 2015 Mar. PMID: 25811463 Free PMC article.

MHC class II (MHCII) genes are transactivated by the NOD-like receptor (NLR) family member CIITA, which is recruited to SXY enhancers of MHCII promoters via a DNA-binding "enhanceosome" complex. NLRC5, another NLR protein, was recently found to cont …

control transcription of MHC class I (MHCI) genes. However, detailed understanding of NLRC5's target gene specificity and mechanism of action remained lacking. We performed ChIP-sequencing experiments to gain comprehensive information on NLRC5-regulated genes. In addition to classical MHCI genes, we exclusively identified novel targets encoding non-classical MHCI molecules having important functions in immunity and tolerance. ChIP-sequencing performed with Rfx5(-/-) cells, which lack the pivotal enhanceosome factor RFX5, demonstrated its strict requirement for NLRC5 recruitment. Accordingly, Rfx5-knockout mice phenocopy Nlrc5 deficiency with respect to defective MHCI expression. Analysis of B cell lines lacking RFX5, RFXAP, or RFXANK further corroborated the importance of the enhanceosome for MHCI expression. Although recruited by common DNA-binding factors, CIITA and NLRC5 exhibit non-redundant functions, shown here using double-deficient Nlrc5(-/-)CIIta(-/-) mice. These paradoxical findings were resolved by using a "de novo" motif-discovery approach showing that the SXY consensus sequence occupied by NLRC5 in vivo diverges significantly from that occupied by CIITA. These sequence differences were sufficient to determine preferential occupation and transactivation by NLRC5 or CIITA, respectively, and the S box was found to be the essential feature conferring NLRC5 specificity. These results broaden our knowledge on the transcriptional activities of NLRC5 and CIITA, revealing their dependence on shared enhanceosome factors but their recruitment to distinct enhancer motifs in vivo. Furthermore, we demonstrated selectivity of NLRC5 for genes encoding MHCI or related proteins, rendering it an attractive target for therapeutic intervention. NLRC5 and CIITA thus emerge as paradigms for a novel class of transcriptional regulators dedicated for transactivating extremely few, phylogenetically related genes.

Histokompatibiliteetti " Master Control factor" CIITA Immuunivasteen tärkeää geenivarustetta.

 Immuunivasteelle  tärkeää  genomivarustetta: 

GeneCards: https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=CIITA&keywords=CIITA

Aliases for CIITA Gene

• GeneCards Symbol: CIITA ²
• Class II Major Histocompatibility Complex Transactivator ^{2 3 5}
• MHC Class II Transactivator ^{2 3 4}
• MHC2TA ^{3 4 5}
• C2TA ^{2 3 5}
• NLRA ^{2 3 5}
• Nucleotide-Binding Oligomerization Domain, Leucine Rich Repeat And Acid Domain Containing ^{2 3}

• NLR Family, Acid Domain Containing ^{2 3}
• Class II, Major Histocompatibility Complex, Transactivator ²
• MHC Class II Transactivator Type III ³
• MHC Class II Transactivator Type I ³
• EC 2.7.11.1 ⁴
• EC 2.3.1.- ⁴
• CIITAIV ³

External Ids for CIITA Gene

. 2020 Oct 9;370(6513):241-247.

doi: 10.1126/science.abb3753. Epub 2020 Aug 27.

MHC class II transactivator CIITA induces cell resistance to Ebola virus and SARS-like coronaviruses

Anna Bruchez ^{#  1} , Ky Sha ^{#  1} , Joshua Johnson  ² , Li Chen  ³ , Caroline Stefani  ¹ , Hannah McConnell  ¹ , Lea Gaucherand  ¹ , Rachel Prins  ¹ , Kenneth A Matreyek  ⁴ , Adam J Hume  ^{5   6} , Elke Mühlberger  ^{5   6} , Emmett V Schmidt  ⁷ , Gene G Olinger  ^{2   5   6   8} , Lynda M Stuart  ^{1   9} , Adam Lacy-Hulbert  ^{10   11}

Affiliations

• PMID: 32855215
• PMCID: PMC7665841
• DOI: 10.1126/science.abb3753

Free PMC article

UniProtKB/Swiss-Prot Summary for CIITA Gene

• Essential for transcriptional activity of the HLA class II promoter; activation is via the proximal promoter. No DNA binding of in vitro translated CIITA was detected. May act in a coactivator-like fashion through protein-protein interactions by contacting factors binding to the proximal MHC class II promoter, to elements of the transcription machinery, or both. Alternatively it may activate HLA class II transcription by modifying proteins that bind to the MHC class II promoter. Also mediates enhanced MHC class I transcription; the promoter element requirements for CIITA-mediated transcription are distinct from those of constitutive MHC class I transcription, and CIITA can functionally replace TAF1 at these genes. Activates CD74 transcription (PubMed:32855215). Exhibits intrinsic GTP-stimulated acetyltransferase activity. Exhibits serine/threonine protein kinase activity: can phosphorylate the TFIID component TAF7, the RAP74 subunit of the general transcription factor TFIIF, histone H2B at 'Ser-37' and other histones (in vitro). Has antiviral activity against Ebola virus and coronaviruses, including SARS-CoV-2. Induces resistance by up-regulation of the p41 isoform of CD74, which blocks cathepsin-mediated cleavage of viral glycoproteins, thereby preventing viral fusion (PubMed:32855215).

  • C2TA_HUMAN,P33076

Solutuman sinkki (Zn) ja geeni (2001). Sinkkisormiproteiinit ZNF(2017)

Dreosti I.1. Zinc and gene (2001)

Suom  Sinkistä  ja geenistä.

2001 Apr 18;475(1-2):161-7.

 doi: 10.1016/s0027-5107(01)00067-7. Zinc and the gene  I E Dreosti  1

Affiliations PMID: 11295161 DOI: 10.1016/s0027-5107(01)00067-7

TIIVISTELMÄN  suomennosta:

Merkitsevä osa soluperäisestä sinkistä (Zn)  on solutuman (nucleus)  puolella ja siellä se näyttää olevan kriittinen geneettisen vakauden ylläpidossa ja geeniekspressioprosessissa. Geenien ilmentämisessä sinkki (Zn) toimii mekanistisesti useissa tasoissa, joista nykyään kiinnostaa erityisesti sinkin osuus DNA:n transkriptiossa. Siinä toimii useita transkriptiofaktoreita (TF), joista osalla on DNA:ta sitovia erityisiä sinkkisormialueita rakenteessaan ja ne pystyvät kontrolloimaan solunproliferoitumsita, erilaistumista ja solukuolemaa. Huomattavaa mielenkiintoa on kohdistunut sinkkiin essentiellinä mineraalina juuri siksi, kun se on keskeisen tärkeä solun jakautumiselle ja kasvulle. On paljon kirjallisuutta sinkin (Zn) ravintolähteistä ja sinkkimineraalin ravintoperäisen saannin suosituksista.

Abstract:A significant portion of cellular zinc is found in the nucleus where it appears to be critically involved in maintaining genetic stability and in the process of gene expression. With regard to gene expression zinc functions mechanistically at several levels but recent interest has focussed especially on the involvement of zinc in DNA transcription through the activity of transcription factors (Tfs) which contain specific zinc-finger regions (Znf) which bind to DNA and, in conjunction with other families of transcription factors (Tfs) , control cell proliferation, differentiation and cell death. Because of the central importance of zinc in cell division and growth, considerable attention is paid to zinc as an essential trace element and much has been written concerning dietary sources of zinc and recommended dietary intakes of the metal. 

Kommenttini:  Sinkkisormiproteiineista  on kirjoittanut M.Cassandri artikkelin 2017 : Hän kokosi artiikeliinsa 30  ryhmää.   Tässä blogissa kirjoitin  niistä  toukokuussa 2018  Toistan otsikkoni:  Zinc Finger proteins (ZNF). M.Cassandri et al (2017) . 

Toistan linkin  PubMed hakulaitteen kautta: 

 eCollection 2017. Zinc-finger proteins in health and disease

Matteo Cassandri  ¹ , Artem Smirnov  ¹ , Flavia Novelli  ¹ , Consuelo Pitolli  ¹ , Massimiliano Agostini  ¹ , Michal Malewicz  ² , Gerry Melino  ^{1   2} , Giuseppe Raschellà  ³

Affiliations

• PMID: 29152378
• PMCID: PMC5683310
• DOI: 10.1038/cddiscovery.2017.71

Free PMC article

Abstract

Zinc-finger proteins (ZNFs) are one of the most abundant groups of proteins and have a wide range of molecular functions. Given the wide variety of zinc-finger domains, ZNFs are able to interact with DNA, RNA, PAR (poly-ADP-ribose) and other proteins. Thus, ZNFs are involved in the regulation of several cellular processes. In fact, ZNFs are implicated in transcriptional regulation, ubiquitin-mediated protein degradation, signal transduction, actin targeting, DNA repair, cell migration, and numerous other processes. The aim of this review is to provide a comprehensive summary of the current state of knowledge of this class of proteins. Firstly, we describe the actual classification of ZNFs, their structure and functions. Secondly, we focus on the biological role of ZNFs in the development of organisms under normal physiological and pathological conditions.

Suomennan  7.8. 2022   PubMed tekstin:

Sinkkisormiproteiinit (ZNFs) ovat yksi kaikkein runsaimmista proteiiniryhmistä ja  niillä on laaja kirjo erilaisia funktioita. Ottaen huomioon sinkkisormidomeenin (znf domain)  suuren vaihtelevaisuuden  sinkkisormiproteiineilla   on kykyä tehdä interaktioita DNA-, RNA- ja PAR-proteiineihin ja muihin proteiineihin. (PAR tarkoittaa polyadenosyyliriboosia). Tällä tavalla  sinkkisormiproteiinit (ZNF)  osallistuvat useiden soluproteiiniprosessien säätelyyn. Todellakin niitä on  osoitettavissa transkription säädössä, ubikitiinivälitteisessä  proteosomaalisessa silppuroinnissa, signaalien välityksessä, aktiiniin kohdistamisessa, DNA:n korjauksessa, solumigraatiossa ja lukuisissa muissa prosessesssa.  Tämän katsauksen tarkoituksena on tarjota  laaja yhteenveto tästä proteiiniluokasta saadusta nykytietämyksestä. Ensinnä tässä selostetaan sinkkisormien  (ZNF) ajanmukainen luokitus , niiden rakenne ja  funktio. Toiseksi kohdistetaan  sinkkisormiproteiinien  biologiseen osuuteen organismien kehityksessä  normaaliolosuhteissa ja patologisissa tiloissa. 

Erlandson F. väitöskirjasta (2004) Sykliinien A ja E ilmenemisestä solusyklissä

Onsdag 30 mars 2011. Päivitän tätä 29.7.2022 . Kertaan tietoa, koska mm.  Sars.2 virus tekee interaktioita moniin ihmisen proteiineihin, jotka osallistuvat tähän solusykliin.

Replikaatiosta Erlandssonin mukaan, Sanastoa DNA replikaatiosta

DNA replikaatiosta Erlandassonin mukaan   Originaali  väitöskirja 2004 on englanniksi netissä. Asetin  abstraktin  tämän artikkelin entiseen kohtaan , joka on 10/3/2011 tässä blogissa. Siirsin siitä omaa suomennsotani tälle päivälle 30.7. 2022, koska  nyt on aktivoitunut covid-19:n takia  moni metabolinen järjestelmä ja  erilaisten  solusignaaliteitten ja kudosten suuren  globaalin mortaliteetin ja  long-covid oireidenkin takia. Kertaan näitä  "Host interaction  proteins", joihin  sars- tekee interaktioita.

Taustaa

1. SYKLIINIT JA KINAASIT CDK.

2. MIKÄ ON TYYPILLISTÄ NORMAALILLE SOLUSYKLILLE ?

3. R-KOHTA KESKELLÄ GAP1 VAIHETTA

4. LEPOTILASOLU, KOODIN SÄILYTTÄVÄ G0

5. R- kohta keskellä Gap1-vaihetta. restriktiopiste.

6. SOLUSYKLIN ”MOOTTORIN” SÄÄTÖ

7. SOLUSYKLI VAIHEET AJALLISESTI

8. MITEN SOLU HAVAITSEE SOLUN ULKOPUOLISET SIGNAALIT?

9. KASVUTEKIJÄRESEPTORI ja KASVUTEKIJÖITÄ

10. SIGNAALIKASKADIT käynnistävät moottorin

11, INTEGRIININ OSUUS FIXAAMASSA

12. SYKLIINI D integroi extrasellulaariset signaalit Gap 1 vaiheessa.

13. MILLÄ MOLEKULAARISELLA MEKANISMILLA Gap1 alkaa  PROGREDIOITUA ?

14. On eri sykliinit eri solusyklivaiheissa

15   SYKLIINI E ja pRb/E2F osuus

16, SYKLIINI E VALMISTAA SOLUN S-FAASIIN

17. JARRUJÄRJESTELMÄ Gap1 FAASIN PROGRESSIOLLE

a.Kasvutekijöitten vaje aiheuttaa jarrutuksen
b. Solun ulkopuoliset, extrasellulaariset jarrutekijät
c. DNA-vaurio aiheuttaa solun Gap-1 faasin jarrutuksen, The Guardian of the Genome, p53
d. Onkogeenit aiheuttavat solusyklin jarruttumisen
18. Gap1 FAASIN KAKSI SÄÄTELY AKSELIA
19. S-FAASI (DNA synteesi)
20. LISENSÖITY DNA 
21. ORC –PROTEIINIEN KOMPLEKSISTA
22. DNA-REPLIKAATION ORGANISAATIOSTA
23. DNA-SYNTEESIN YLLÄPITÄMINEN ( SUSTAINING DNA-SYNTHESIS
24. S-FAASIN AIKANA TAPAHTUVA JARRUTUS
25. Gap2-FAASI

26. Entä DNA-vaurion havaitseminen G2-faasissa?
27. Transkriptiosta riippuvan ja riippumattoman  G2 –blokin aikaansaaminen
28. MITEN SOLU VALMISTAUTUU MITOOTTISEEN JAKAUTUMISEEN GAP2 FAASISSA (
interfaasissa) ?
29. MITOOSI. M-FAASIN VAIHEISTAprofaasi, prometafaasi, metafaasi,  anafaasi, telofaasi 
PROFAASI
Miten tapahtuu mitoosin ( M-faasin) ensimmäisen askeleen molekulaarinen säätyminen?
SENTROSOMI
PROMETAFAASI
Miten metafaasissa havaitaan väärin asettuneet kromosomit?
MITEN METAFAASI VOI PYSÄHTYÄ?
ANAFAASI
Ubikitinylaatio
TELOFAASI ja CYTOKINEESI SEURAAVAT SYKLIINI B PUUTTEESTA
30 . SENTROSOMIN SYKLIN OSUUS '
31.  ENTÄ JOS SENTROSOMEISSA ON POIKKEAVUUKSIA?
32. SOLUSYKLI JA SYÖPÄ
33. GENEETTINEN INSTABILITEETTI JA SYÖPÄ ''
34. Syy lisääntyvään geneettiseen instabiliteettiin?
35.. GENEETTISEN VAURION HAVAITSEMINEN
36.SYKLIINI A ja SYKLIINI E syövässä
37. Ihmsen genomi ja sukupolvet

Lähde: http://diss.kib.ki.se/index/ Erlandsson, Fredrik Immunofluorescence studies on the cell cycle expression of cyclin A and cyclin E
Datum: 28 april 2004 Ramberättelse: http://diss.kib.ki.se/2004/91-7349-809-2/  ISBN: 91-7349-809-2

V. 2004 syksyn kirjastokäyntien yhteydessä löysin tämän väitöskirjan, josta saa edelleen uutta valoa solusyklin säätelyyn. Suomennan joitain tavalliseen järkeen käypää tekstiä, mutta varsinaisen tieteellisen osan neuvon noutamaan lähteestä:ISBN 91-7349-809-2. Karoliinisen instituutin Väitöskirja ( Avhandling, Theses) Koska TIEDE-fi palstoilla on kiinnostuneita, liimaan tämän DNA- asian suomennoksen palstalle. jos mahtuu. Kirjan alkuosassa kuvataan perustavaa tietoa solusyklistä uusimman käsityksen mukaan.( Vielä uudempaakin on tullut vuoden 2004 jälkeen). Tutkija on sitä mieltä, että biologinen solu on omannut jo 3 biljoonaa vuotta solusykliä. Vuonna 1858 kuitenkin Virchow oli havainnut että animaalisesta solusta tulee animaalista ja kasvissolusta kasviskudosta (Omnis cellula e cellula) ja genomi kantoi ominaisuutta edelleen. Siis alkusolukot ovat ilmeisesti mutatoituneet suuresti erilaisuuksiin, jotka ovat jatkumoita meidän pienessä ajanlaskussamme. Syöpä aiheutuu solujen muuntumisesta, transformaatiosta ja tällöin on aina kyse solusyklin säätelyjärjestelmän puutteista ja ontumisista. Sellainen on geneettistä instabiliteettia, jos DNA:n toistaminen tulee virheelliseksi ja kaksinkertaistuneen DNA:n erilleen vetäytyminen ei tapahdu optimaalisti. Tämä johtaa uusiin karakteristikoihin ja tuumoriprogressioihin. Miten vaurioitunutta DNA-materiaalia pääsee solusyklin kontrollijärjestelmän läpi? Solusyklin säätelyjärjestelmässä on täytynyt tapahtua jotakin, jos solu ei pysty erottamaan väärää ja oikeaa itseä.

Solusykli G0, Lepovaihe
Gap1 faasi, G1 alajaksoineen G1pm, G1ps, joissa on R sijaitsee,
S-faasi
GAp2 faasi, G2,
M-faasi,
G= Gap

1. Sykliinit ja kinaasit CDK

Cdk- kinaasientsyymit ja niiden säätelevät alayksiköt, sykliinit, ovat keskeisiä solusäätelyssä ja jokaisessa solusyklin faasissa on oma tyypillinen Cdk & sykliini-kompleksinsa toiminnassa. Ne suorittavat fosforyloimisia kohdeproteiineihin ja ovat syklin käynnissäpitäjiä, “ moottoreita”.

Sykliini E&Cdk2 - kompleksi on aktiivi Gap1- faasin myöhäisvaiheessa ( pre-DNA-synteesivaiheessa = G1ps)) ja fosforyloidessaan proteiineja saa aikaan progression G1- vaiheesta S-vaiheeseen , joka on DNA-synteesivaihe..

Sykliini A&Cdk2 –kompleksi on aktiivi S-faasissa (DNA-synteesin aikana, kun DNA kaksinkertaistuu) ja myös G2-faasissa ollen välttämätön synteesiprogressiossa ja siirryttäessä kohti mitoosia.

Koska perinteiset tutkimusmetodit vaikuttavat solunsisäisiin tekijöihin, tutkija käytti uutta immunifluoresenssitekniikkaa, jolla hän sai selkeämmän kuvan näistä tumatapahtumista pystyessään mittaamaan semikvantitatiivisesti suuren joukon soluproteiineja.

DNA:n itsensä toistavassa synteesissä ( REPLIKAATIOSSA) tärkeät keskeiset sykliinit ovat sykliini A ja sykliini E. Sykliini A näyttää kertyvän tarkasti siinä vaiheessa kun solu siirtyy S- faasiinsa ja täten osoittaa Gap1/S- transitiokohtaa. Tämä sykliini A:n kertymä on samanlaista niin normaalissa kuin muuntuneessa solussa. Näin ei ole sykliini E:n kanssa. Päinvastoin sen kertymätapa on hyvin erilainen normaalissa ja muuntuneessa solussa. Normaalisti Gap1-faasissa solun päätettyä ruveta progredioitumaan ( jolloin solu ohittaa syklin R-rajan), sykliini-E tekee nopean korkean piikin ( G1 ps) eli aivan juuri ennen kuin DNA rupeaa kaksinkertaistumaan ja sitten se laskee yhtä nopeasti ja siinä samassa siirtyy solu S-faasiin ja DNA alkaa kaksinkertaistua. Kuitenkin käytännössä huomataan, että tämä toiminnan alkujärjestelyjakso voi olla joko hyvin nopea, välitön, tai hyvin pitkä jopa 20 tuntia- jostain syystä. Solu on päättänyt alkaa jakautua, mutta toiset solut, DNA-replikaatioluvasta huolimatta viivyttelevät - aivan normaalirajoissa.

Entä muuntunut solu? Siinä sykliini-E ei hajoakaan, vaan sen akkumulaatiota nähdään kautta S-faasin. Jopa sen akkumulaatiotavasta saatettiin päätellä tuumorikasvun pahanlaatuisuus ja henkilön prognoosi.

2. Normaalille solusyklille tyypillisia asioita

Normaalille solusyklille on ominaista, että DNA kopioituu oikein ja jakautuu, segrekoituu kahdeksi identtiseksi tytärsoluksi. Normaalisolu pysäyttää progredioitumisensa, jos ilmenee DNA-vaurio ja/ tai korjaa vaurion. Normaalisolu reagoi miljöönsä signaaleihin joko pysäyttämällä progredioitumisensa tai arvioimalla suoriutuvansa koko syklistä. Tästä johtuukin DNA:n korkea-asteinen täsmällisyys ja huikean plastiset reservit- jotka muovaavat funktioreserviä korjauksille. Erikoista on että Gap1pm vaihe, ulkoisen miljöön ja tilanteen analysoimisvaihe, on aina sama 3.5- 4 tuntia - siis DNA on väsymätön tullaaja ja kontrollantti miljoonia vuosia - se ei koskaan usko, että ”jaa- kyllä tuo nyt voidaan tehdä sarjana, kun on ollut niin hyvä jo sata vuotta, niin että antaa mennä suoraan eteenpäin.”. Sitten kun tämä ikikontrolli on tehty (3.5-4 tuntia !) , sen jälkeen solu voi sitten omien varojensa mukaan progredioitua.

Jokainen ”vastasyntynyt” Mitoosista (M) tuleva, solu siirtyy heti Gap1pm post-mitoosi faasiin ”tullaukseen”. Jos ulkoiset sanomat, signaalit, kaikenlaiset kasvuhormonit, kuten IGF, PDGF, EGF, NGF, antavat summasanoman, että ”lisää tällaisia soluja ei tarvitse”, solu siirtyy lepotilaan – quiescence - kuin koodin kantavana muistisoluna G0 ( suljettuna koodina), jossa on kuitenkin kapasiteettia aktivoitua tarvittaessa.

3.  R-kohta keskellä GAP1-vaihetta

Tuo solusyklin R-kohta( R-point, restriction point), jossa aktiopäätös aletaan realisoida, esitettiin konseptina vuonna 1974. R-pisteen jälkeen ei ulkoiset tekijät enää pysty muuttamaan aktiosuuntaa tai sammuttamaan alkanutta vektoria. Solu ei ole enää vaikutettavissa, vaikka kasvutekijät puuttuisivat R-kohdan ohittamisen jälkeen, vaan solusykli menee täydellisesti päätökseen. (Tästä on enemmänkin tiedettä myöhemmältä ajalta).

4. Lepotilasolu , koodin säilyttävä G0

Jos solu on sitä mieltä, että ei ole tarvetta eikä resursseja jakaantua kahdeksi, se säilyttää itsensä lepotilassa. Jokainen uusi solu, joka syntyy, menee suoraan Gap1pm- vaiheeseen kontrolliin ja se voidaan asettaa tällaiseen lepotilaan, muistisolutilaan , quiescence, G0- vähän niinkuin nälkäajan laihana tuloksena tai pelkastään siksi, että ei ole tarvetta, tai yksi tärkein syy - siksi, että se on aivan terminaalisesti jo erikoistunut, jolloin taas olisi tärkeä pysyä siinä G0 tilassa. Siinäkin on oma säätelynsä. (Ihmisen aivoissa on erityisesti näitä huippuerikoistuneita soluja)..

5.  R-pisteen jälkeen

Gap1ps-vaihe käytetään tarvittavaan energia-aineksen akkumulaatioon, että olisi runsaat varastot nopeaan DNA-replikoitumiseen sittemmin S- vaiheessa, koska kerran on päätetty progredioitua. Tässä (Gap1ps -faasissa) vaikuttaa, kuinka nopea oli aiempi sykli ja paljonko tytärsolu oli saanut mukanaansa perittyä materiaalia. Gap1ps -vaiheen pituus on suhteessa solun kokoon, hyvinvointiin.

6. Solusyklin moottorin säätö

Aiemmin mainitut sykliineistään riippuvaiset kinaasit (Cdk) ovat se päämoottorisysteemi, jolla solusykli sitten toimii. Fosforyloiminen siis on niiden tapa vaikuttaa. Niitä voidaan säätää pääasiassa neljällä eri tavalla:

ENSIKSI tärkein näistä tavoista on inaktiivin Cdk molekyylin ja sykliinin sitoutuminen toiseensa aktiiviksi kompleksiksi. Erilaisia sykliinejä ( D, E, A, B) on tumassa sen eri vaiheissa ja käyrääkin voidaan piirtää näiden sykliinipitoisuuksien oskillaatioista seuraavasti. Sykliini D esiintyy kautta koko syklin tasaisen aaltomaisesti, aallolla on kuitenkin hieman kuperaa huippua Gap1-alueella. ( Liittyy Cdk4 js Cdk6 kinaseihin) ja toinen G2 alueella. Sykliini E, kuten edellä mainittiin, esiintyy Gap1 ps vaiheessa terävänä, korkeahuippuisena piikkinä, joka heti laskee G1/S rajassa. ( Liittyy Cdk2:een)      SykliiniA alkaa nousta G1/S rajasta kohoten pitoisuudessa vielä Gap2 alueella ja laskee vasta M faasissa (mitoosissa) alas. ( Liittyy aluksi Cdk2:een, sitten Cdk1.een.) Sykliini A kattaa DNA synteesiin ja solukasvuun kuuluvat vaiheet.      Sykliini B esiintyy kapeana piikkinä vain M-faasissa (liittyy Cdk1:een) ja hajoaakin sen kuluessa; se pääasiassa tarkentaa ja tehostaa genomin jaon kahteen samanlaiseen joukkoon (kahteen tytärsoluun).

TOISEKSI: On aktivaattoreita: Sykliini-Cdk kompleksi säätyy aktiiviksi reversiibelillä sykliiniosan fosforylaatiolla (160-P) Sellainen aktivaattori kuin ” cyclin activating komplex” (CAK) esiintyy kaikissa soluissa ollen ilmeisesti miltei aina aktiivi. Se muodostuu seuraavista tekijöistä: SykliiniH, Cdk7 ja Mat1. (1995)

KOLMANNEKSI: On fosfataaseja (fosfaatin irrottajaentsyymejä ) ja kinaaseja ( fosforylaaseja, fosfaatin asettajaentsyymejä): Nimittäin substraatin paikka tuossa sykliini-Cdk-kompleksissa voi fosforyloitua lisää, liikaakin ja täten aktiivi kompleksi inaktivoituu (Esim lisäfosforylointien kohdat 15-P, 14-P). Näitä kohtia fosforyloi joukko erilaisia kinaaseja ( Wee1, Myt1). Toisaalta sellaisia fosfaatteja (P) voi irrottaa inaktiivista kompleksista Cdc25-fosfataasit ja silloin aktivoituu kompleksi, solusyklimoottori, uudestaan. Niin Wee1 kuin Cdc25 aktiviteetteihin vaikuttaa kovasti solunsisäiset tekijät kuten DNA-vauriot.

NELJÄNNEKSI: On estäjiä eli inhibiittoreita: Cdk-inhibiittorit (CKI) voivat estää aktiivin sykliini-Cdk-kompleksin sitoutumalla kompleksin aktiiviin kohtaan.

CKI-ryhmät olivat INKR ja CIP/KIP ryhmät:

INK4-inhibiittorien ryhmä ( p15-INK4b, p16-INK 4a, p18-INK 4c, p19-INK 4d ). Ne vaikuttavat liittymällä Cdk4 ja Cdk5-kinaaseihin. CIP/KIP-inhibiittoreitten ryhmä (p21 CIP1/WAF1, p27 KIP1, p57 KIP2) Nämä vaikuttavat sitoutumalla sykliini-Cdk-komplekseihin, joissa esiintyy Cdk1, Cdk2, Cdk4 ja Cdk6.

7. Solusyklivaiheet ajallisesti

Gap1 -vaihe 4 tuntia. Sen alkuosa on pm tarkoittaa postmitoottinen vaihe.

Restricton point, R- point sijaitsee noin 3.5-4 tuntia Gap1 faasin alusta.

G1 ps, Gap1 faasin loppuosa R-kohdan jälkeen on pre-DNA-synteesivaihe.

G1 ps vaihtelee tunnista yli 16 tuntiin.

S-faasi on 7 tuntia.

Gap2- faasi 2 tuntia

ja M ( mitoosifaasi) 1 tunnin.

8. Miten solu havaitsee solun ulkopuoliset signaalit?

Miten solu kykenee tunnistamaan, paljastamaan (detect) solun ulkoisia kasvusignaaleja?

Monisoluiset organismit ovat hyvin herkkiä ulkoisille tekijöille, koska niitten on keskenään koordinoiduttava elossapysymiseen (survival) tai ohjelmoituun solukuolemaan (apoptosis) koko organismin hengissä pysymisen hyväksi, kun taas muuntunut solu on tyyppiominaisuudeltaan välinpitämätön ulkoisista signaaleista. Tästä voi päätella, että koko se molekulääristen teitten järjestelmä, mikä kykenee havaitsemaan solun ulkoisia kasvusignaaleja on potentiellejä proto-onkogeenejä.

9. Kasvutekijäreseptoreita  ja kasvutekijöitä

On olemassa lukuisa joukko erilaisia kasvutekijöitä omine erillisine signaalikaskadeineen, kuten seuraavat kaskadin omaavat kasvutekijät: insuliinin kaltainen kasvutekijä ( IGF), trombosyyttiperäinen kasvutekijä( PDGF), epidermaalinen kasvutekijä (EGF) ja neuronaali kasvutekijä (NGF). Moni kasvutekijä havaitaan solun kalvossa sijaitsevan tyroosiinikinaasireseptorin (tkr) avulla. Näissä resptoreissa on 2alfa2beta-rakenne. Alfayksiköt ovat solun ulkopuolisia ja niihin kasvutekijä kiinnittyy ligandina. Beeta-yksiköt ovat transmembraanisia (TM) ja ne taas autofosforyloituvat, kun kasvutekijä asettuu reseptoripintaan. Tästä taas aktivoituu tyrosiinikinaasi (TK) näissä beetayksiköissä.

Tästä taas seuraa että kohdeproteiineissa pääsee monet tyrosiinit fosforyloitumaan, kaskadin olennaisin signaalimolekyyli myös. Sen initiaalinen muodostus voi olla hyvin vähäinen, mutta signaali vahvistuu solun sisällä (amplification) Eräs tällainen kaikkein tutkituin signaalikaskadijärjestelmän moduli on p42 / p44 / MAPK(mitogeenin aktivoima proteiini kinaasi).

10.  Signaalikaskadit käynnistävät moottorin

Ras, Raf, MEK ( MAPK, ERK) SIGNALOINTITIE vie solumoottorin käynnistykseen

Eräs G-proteiini (energiajärjestelmästä GTP riippuva) Ras nimeltään aktivoituu ja rekrytoi seriini-threoniinikinaasin (S/T-kinaasin) Raf solupintaan. Tämä Raf on sellainen, että jos yli 5 % sen määrästä pääsee aktivoiduksi, se riittää aktivoimaan solun sisätilassa kaiken ERK- määrän. Ensin se fosforyloi ja aktivoi MEK (=MAPK tai ERK kinaasin). Siis pienellä Raf-aktivaatiolla fosforyloituu puolestaan solun sisällä kaikki ERK- määrä (entire cellular ERK pool) Nämä ovat “extracellular regulated kinases”. Tässä tapahtui siis signaalin vahvistus. Aktivoitu ERK vaaditaan fibroblastisolujen proliferaatioon. ERK puolestaan vaikuttaa fosforyloimalla transkriptiotekijöitä.

Päävirran suuntaus (downstream) on tässä Ras aktivaatiosta ERK signalointikaskadiin mistä seuraa sykliiniD:n muodostusta ja näin vaikuttuu solusyklin koneisto, kun voi muodostua aktiivia kompleksia sykliiniD&Cdk4 tai-6.

SIGNAALIKASKADEJA: Muita samantapaisia signaalikaskadeja on olemassa

Eräs käyttää modulia p38 MAPK (Mitogen Activated Protein Kinase).

Eräs käyttää modulia BMK1 / ERK5

Ja eräs käyttää modulissaan JNK

Modulijärjestelmä p42 / p44 MAPK ja BMK1 / ERK5 vaikuttuvat extrasellulaarisista kasvutekijöistä.

Modulijärjestelmä p38 MAPK ja JNK ovat toiminnassa, kun on kyse signaloinneista, joka on vastetta stressiin ( stress response signalling).

11. Integriinin osuus fixaamassa

Miten solu valmistautuu pesäntekoon ennen kuin tytärsolut tuotetaan.

Sen lisäksi että solu tutkailee ympäristönsä signaalit se myös varmistaa tukevan olotilan itsellensä, eräänlaisen ponkaisualustan. Se ei lähde tyhjän päälle,”avaruusoloissa” jakaantumaan. Miten tämä tilavuuteen hahmottuminen solussa tapahtuu ? ( Detection of cell adhesion). Tämän turvallisen liittymisen tulee tapahtua Gap1-vaiheessa ennen kuin solu siirtyy progredioitumaan. (Tuumorisolut menettävät tämän ominaisuutensa ” olla kotiin päin” transformoituessaan).

Solun sisällä on höttöinen sytoskeleton. Solukalvo ympäröi sisällä olevaa sytoskeletonia. Integriini-nimiset rakennelmat (transmembraanit (TM) heterodimeerit 2alfa2beta) toimivat kuin ”siipiruuvi-mutterijärjestelmänä” ympäri solumembraanipinnan ”Siipiruuvi” omaa pari solun ulkopuolelle ulottuvaa ”siipeä”, peptidisilmukkaa (2 alfa yksikköä) ja ruuvina toimii kapea kiemurainen transmembraaninen osa (2 betayksiköä) ja ”mutterina” toimii molekyylin soluliman puolelle ulottuvat aminohappoketjulenkit, joihin entsyymit vaikuttavat. Kun integriini aktivoituu ulkoa, sen aktivaatio on paljon heikompi asteinen, kun kasvutekijäreseptorissa, mutta integriinejä on paljon enemmän lukumäärältä kuin vahvemmin signaloivaa kalvoreseptorityyppiä. Integriini siis omaa reseptoritehtävän lisäksi adheesiotehtävän ja saa tietää, milloin täytyy tarkemmin pitää solurakennetta paikallaan, kun se paralleelisti myös aktivoituu. Solun sisäpuolinen osa sitten fosforyloituu ja aktivoituu tehden eräänlaisen ketjureaktion soluliman sytoskeletonin puolen filamenttien ja aktiinien kesken, että siellä tulee tukevampi looginen sisäverkosto- ”sisälihasten korvikkeet. eräänlainen ” asian riippusilta” . Samalla solun ulkopinta alue kiinnittyy extrasellulaarimatriksin proteiineihin.

Integriinin tehtävä on fiksoida sisätila hieman järjestäytyneemmäksi, tukevammaksi ja ulkotila paikallaan pysyvämmäksi, riittävällä adheesiolla, jotta solutapahtumat voisivat olla kontrollin alla. Integriinin tyvessä solun sisäpinnalla onkin FAK ( focal adhesion kinase), joka paikallisesti avustaa integriiniä, kun solu on alkamassa progredioitua. FAK myös pitää huolta, että CKI -inhibiittori p21 pysyy matalalla profiililla. FAK myös aktivoi ERK ja niin pääsee sykliini D vapaasti muodostumaan tätäkin tietä.

( Extrasellulaari signaali –Integriini –FAK aktivaatio -MAPK/ERK- Sykliini D).

(Kun sitten varsinainen mitoosi alkaa, M-vaiheen SykliiniB&cdk1-kompleksi -lisäksi jähmettää sytoskeletonin liikumattomaksi fosforyloiden integriinien valmistaman sytoskeletonrakennelman siksi hetkeksi, kun metafaasilevyt kytketään irti toisistaan). Toisistaan. Mahtava järjestelmä.

12. Sykliini D integroi extrasellulaariset signaalit Gap 1 vaiheessa.

Näin kasvusignaalien antama tieto soluadheesion riittävyydestä konvergoituu integriinien antaman tiedon kanssa, kun aktiivia solusyklin moottorivoimaa, sykliini D-Cdk4,-6 generoituu kahta tietä sopivasti. Mikä tärkeä merkitys sykliini D:n tasapainoisella muodostuksella on? Jos sitä muodostuisi jostain syystä liikaa, menettäisi solu käsityksen pesänteon tarpeellisuudesta, ankkuroitumisen olennaisuudesta ja rakennusaineiden välttämättömyydestä ja alkaisi nopeuttaa jopa nälkätilassa tai muusta syystä lepotilaan menneitten G0-lepotilasolujen siirtämistä proliferaatioon, villikasvuun.

13. Millä molekulaarisella mekanismilla Gap1 vaihe siirtyy progredioitumaan?

Solusyklin Gap1 pm vaihe on olennaisesti ainoa vaihe, jossa ei esiinny Cdk-aktiviteettia.(solusyklin koneen aktiviteettia) vaikka ” kone on olemassa ”. Onhan matkaan valmis lentokone ennen lentoon lähtöä olemassa, vaikka se ei lennä. Ei lentoon lähtö muuta sitä olemattomasta olevaiseksi.

Siis alkuvaiheessa solu tekee hetken ajan realiteettitestiä ja arvioi relevantit mahdollisuutensa selvitä yksi solusykli kuin yksi yhdensuuntainen lentomatka. Solu ei voi keskeyttää sykliä, sen on tehtävä se loppuun, jos se alkaa toimia. Se ei mene taaksepäin. presiis kuin yksi lentomatka: ilmassa ei voi yhtäkkiä tehdä pakkia. Tietysti solullakin on hätälaskumahdollisuudet, mutta yleensä lähtö tapahtuu järkeistetyllä resurssivalmiudella, joka on tarkoitettu täydelliseen matkaan, täyteen solusykliin. Ihmisen solut ovat joskus ekonomisempia kuin ihminen itse.

Jos on a) riittävät kasvutekijät ja b) riittävä stabiliteetti, turvallisuusjärjestelmät, sykliini D liittyy Cdk4,6 kinaaseihin ja silloin muodostuu moottoriaktiviteetti Cykliini D& Cdk 4,6 ( syklin moottorivoimaa) varhain Gap1 vaiheessa.

Aktivoitu CyklinD&Cdk4,6-kompleksi fosforyloi sitten asiaankuuluvat tarvittavat proteiinit, jotta siirtymä S-faasiin voisi alkaa (replikaatioon).

14. On eri sykliinit eri solusyklivaiheissa

Siis erilaiset moottorivoimat eri tarpeisiin (kuten eri vaiheet autoissa, vaikka ”suunta” on sama). Eri sykliinithän oskilloivat syklin aikana.

(Ennen S-faasia tarvitaan vahva sykliini E-piikki, joka heti hajoaa ja antaa sykliini A-piikin nousta S- aasin ja G2-faasin ajaksi. Mitoosissa vallitsee terävä sykliini B - piikki. Eri sykliinit taas puolestaan liittyvät eri tavalla kinaaseihinsa. Kyse on vaihteista, jotka eri faaseissa vallitsevat ja niiden tulee olla keskenään hyvin integroidut, kuten yleensä ei voi käyttää kahta vaihdetta samaan aikaan tavallisessa autossakaan. Eihän siitä mitään tule.

Tutkija kuvaa sitä järjestelmää, miten saadaan täsmällisesti sykliini E:tä muodostumaan runsaasti ja sitten yhtäkkiä taas se loppuu ja sykliini A:ta kertyy runsaasti. Tämä on siis se normaali tapa. Syöpäsolu ei pysty säätelemään tätä tarkasti vaan sykliini E ”jää vuotamaan” päälle. Syöpätutkimus on kiinnostunut näistä solusyklimootorien eri vaihteista.

15. Sykliini E ja pRb/E2F osuus

Aloittava initiaalinen, triggeröivä sykliini E:n muodostus tapahtuu seuraavasti.

On löydetty eräs proteiini RB ( retinoblastoma gene product, proteiiniperhe, jossa on pRb, p107, p139). Kun pRb ei ole aktivoitu, (siis kun se on fosforyloimaton), se sitoo tekijää E2F, joka on DNA-promoottori. Rb-perheen jäsenet säätelevät E2F- joukkoa moniasteisesti estäen väärän hetken aktiivisuuden TRANSKRIPTIOSSA, jossa valmistuu mRNA. Jos RB fosforyloituu, se joutuu irrottamaan E2F- joukkoa, joka pyrkii heti tuman sisään ja vaikuttaa DNA-promoottorina transkriptioproteiineihin, joita DNA-REPLIKAATIO vaatii. Jotta se ei ”haulikolla ammu varista” ja aktivoi kaikkea DNA:ta kerralla transkriptioissa, sen aktivaatio on säädetty tarkasti, koska se voi aktivoida syntymään monia tekijöitä: sykliiniä E, sykliiniä A, DNA-polymeraasi alfaa, OrigC, MCM, cdc6 ja E2F1, p107, cdk2, cdc2, tymiini kinaasia.

Esim seuraava askel säädössä on havaittu: Amplifikaatio.

Heti kun sykliiniä E on muodostunut, voi muodostua ” moottoritekijää” SykliinE&CDK2 ja kun se taas aktivoituu, se fosforyloi lisää irtonaista E2F (RB-pinteestä) . Tämä on tavallaan jo nopeaa amplifikaatiota. Mutta koska pitää vielä jarruttaa muita tekijöitä, kuten sykliini A.ta, on hienosäätölisää, sillä sykliini E -ja sykliini A-eritykset ovat tiukasti säädetyt terveessä solusyklissä. Kun sykliini E - piikki on loppu, niin sykliini A saa alkaa nousta. Se on siirtymäkohta Gap1 vaiheesta S- vaiheeseen.

Hienosäätö:

Sykliini E-synteesiin vaikuttaa stimuloivan E2F-ryhmän lisäksi eräs jarrukompleksi, jota merkitään seuraavasti: pRB-hSwi /Snaf -HDAC complex. Tämä kompleksi ESTÄÄ sykliiniE-transkription, joten se jarru täytyy jollain tavalla kytkeä pois estotehtävästä samalla. (HDAC on histonideacetylaasi. Sitä ja Swi ja Snaf tarvitaan kromatiinimodifikaatiossa). Jos HDAC irrotetaan kompleksista, saadaan SykliiniE syntetisoitumaan ja samalla jarruttuu kuitenkin sykliini A-syntetisoituminen.

Tämä tapahtuu jo, kun sykliiniD&Cdk4,6 fosforyloi Rb proteiinia, HDAC siirtyy pois tuosta estokompleksista, jolloin sykliini E- pääsee muodostumaan yksin ja tarkasti.

Näin modifioitu estokompleksi taas sallii vain E-sykliinin syntymisen, mutta estää A-sykliinin aktivaatiota niin kauan kuin pRb fosforyloituu edelleen.

Sitä Rb-lisäfosforylaatiota taas pitää yllä toinen juuri samalla kehittyvä moottorivoima CykliiniE&Cdk2, joka toimii Gap1-faasin loppuosassa. SykliiniE-pitoisuuden tulee nousta tarpeeksi korkeaksi piikiksi, jotta vuorostaan salliutuisi sykliini A-muodostus.

16.  Sykliini E valmistaa solua S-faasiin

Sykliini E-liittyy Cdk2-kinasiin ja kompleksi CykliiniE&Cdk2 toimii myöhäisessä Gap1 vaiheessa, joka oli se pre-DNA-synteesivaihe. Tässä vaiheessa tämä soluvoima, solumoottori, säätelee useita essentiellejä solufunktioita kuten muuttaa ORC ( origin of replication complexes) muotoon pre-RCs ( pre-replication complexes), jolloin DNA on saanut ”lisenssinsä” replikoitumistarkoituksiin. Myös tämä solumoottori indusoi SENTROMEERIN duplikaation (vuonna 1999 havaittu). Tämä seikka taas on välttämätön, jotta solusykli päättyy täydellisen onnistuneesti.

17.  Jarrujärjestelmä Gap1 faasin progredioitumiselle.

G1 arrest, Gap 1 vaiheen jarruttuma, välittyy kahden CKI (Cdk inhibiittori) perheen jäsenten pitoisuuksien nousulla. Erilaiset syyt voivat johtaa jarruttumiseen. Näitä on ainakin 4 eri ryhmää: a. Kasvutekijöitten vaje, b. Extrasellulaariset jarrusignaalit, c. DNA-vaurio, d. Oncogeenien aktivoituminen

a. Kasvutekijöitten vaje aiheuttaa jarrutuksen

Inhibiittoriryhmät, D-sykliinin vähyys, inaktiivi moottori...

(Pitää palauttaa mieleen inhibiittoriryhmiä: Cdk inhibiittorit (CKI) voivat estää aktiivin sykliini-Cdk-kompleksin sitoutumalla aktiiviin kohtaan.

CKI-ryhmät olivat INKR ja CIP/KIP ryhmät:

INK4-inhibiittorien ryhmä ( p15-INK4b, p16-INK 4a, p18-INK 4c, p19-INK 4d ).

Ne vaikuttavat liittymällä Cdk4 ja Cdk5-kinaaseihin.

CIP/KIP-inhibiittoreitten ryhmä (p21 CIP1/WAF1, p27 KIP1, p57 KIP2) Nämä vaikuttavat sitoutumalla sykliini-Cdk-komplekseihin, joissa esiintyy Cdk1, Cdk2, Cdk4 ja Cdk6. ( Jokin poikkeus on näitten toiminnassa jossain yhteydessä ne lisäävät kinaasiaktiviteettia)

Koska ollaan Gap1 faasin alussa, siinä toimii jarruna CKI inhibiittoriperhe CIP/KIP, joka voi jarruttaa Cdk4,6 ja Cdk2- sisältäviä solumoottoreita vaikuttamalla p27 –hajoamista estämällä. Siis sekä Gap-faasin alku että loppuosassa se estää. Kun p27 kertyy, sen kertyminen on jarruna leposolujen lähtemiselle progredioitumaan. P27 kertymä pitää G0 -solun G0-soluna. Lisäksi niitä pitää lepotilassa luonnollisesti D-sykliinin matala pitoisuus ja edellämainittujen moottoreiden inaktivaatiotilat.

b. Solun ulkopuoliset, extrasellulaariset jarrutekijät

Voi esiintyä solun ulkoisten kasvutekijäin puutetilaa ja voi olla myös suoranaisia kasvunestotekijöitä olemassa, kasvun inhibiittoreita. Yksi näistä on interferonialfa ( IFN alfa). Se aiheuttaa Gap1- faasin jarruttumisen säätämällä seuraavat inhibitoriset tekijät ylös: CKI p15, p16 ja p21.

c. DNA-vaurio aiheuttaa solun Gap1- faasin jarrutuksen. The Guardian of the Genome, p53, genomin varjelija.

p53 järjestelmä:

Ei ole aivan kokonaan tiedossa, miten solu kykenee arvioimaan omat vaurionsa.Tutkija mainitsee tässä yhteydessä eräitä mekanismeja:Jonisoivan säteilyn aiheuttaman ”double strand break”-vaurion (DSB) havaitsee geenituote ATM. Se aktivoi tekijät Chk1, Chk2(Cds1) sekä p53-tekijän. Kun Chk2 fosforyloituu (aktivoituu), se vaikuttaa lisää p53 fosforylaatiota ja aktivaatiota.

Tämä tekijä p53 on mahtavamolekyylinen transkriptiotekijä. Sitä pitää toimimattomana MDM2 ja samalla kuljettaa sitä sytoplasmaan hajoitettavaksi (suureen määräänsä aminohappoja). Mutta kun p53 pääsee aktivoitumaan, se alkaa suorittaa tilanteen korjauksen genomin puolesta. Se on kuin korkean kompetenssin turvallisuustarkastaja. Se tuottaa mm. CKIp21 synteesiä ja kertymää. Tämä taas puolestaan aiheuttaa Cdk2 inhibition, jolloin Gap1 faasi pääsee viime tipassa pysähtymään. Samalla kuitenkin korjaussysteemi yrittää korjata DNA:ta ja Gap1 faasi voi pitkittyä. Jos korjausjärjestelmän (DNA Repair Enzymes) entsyymit onnistuvat, ATM-geenituote inaktivoidaan ja solusykli saa luvan siirtyä progressioon, kun p21 estäjä on degradoitu, hajoittunut.

http://www.csml.org/models/csml-models/p53-arf-dependent-stabilization-pathway/Doi_Petri_Pomerantz0.5.png

Mutta entä jos korjausentsyymit eivät ajoissa onnistu palauttamaan tilannetta ennalleen? p53 aiheuttaa lopulta, että solu painuu kohti apoptoosia jarrutilastaan (katoaa kudoksesta). Solu ei voi esimerkiksi ”palata takaisin ja yrittää olla G0, lepotilasolu”. Takaisinpaluuta ei ole, mutta apoptoosi mahdollisuus, täyshäviäminen on. Väärää DNA - materiaalia terve solu ei säästä. Hypoksia ja solustressi myös aktivoivat p53:ta. Sen mahdollisuudet toimia genomin varjelijana ovat: “cell cycle arrest, DNA-repair, senescence, apoptosis”.

DNA-vaurio voinee p53:n kautta mahdollisesti myös inhiboida CAK-kompleksin, jonka pitäisi yleisesti aktivoida sykliineitä ja pitää solumoottoristoa aktiivina. Asia ei ole aivan selvä kuitenkaan. (2001).

d. Onkogeenit aiheuttavat solusyklin jarruttumisen

Gap1- faasin progressio voi jarruttua turvatoimena oncogeenivaikutusta vastaan, mikä voi estää transformaatioita.

Oncogeeninen aktivaatio, genotoksinen stressi ja DNA vaurio voivat aiheuttaa G1-pysähtymän p53-tien kautta, jos minkä tahansa G1-faasin progressiota aiheuttavan syytekijän pitoisuus ylittää normaalitason, sillä tämä seikka indusoi tekijän ARF ( Alternate Reading Frame) geenin, joka sijaitsee inhibiittorin INK4a geenilocuksessa.

Kaksi geeniä INK4a-ARF locuksessa voi aktivoitua:

p16 INK4a voi pysäyttää G1-faasin inhiboimalla “moottoria” CyklinD- Cdk 4,6.

P19 ARF taas vaikuttaa inhiboiden MDM2-modulia (joka aktiivina ollen vartioi pitämällä p53 “genomin vartijaa” inaktiivina). Näin p53 pääse vapaaksi ja voi aiheuttaa apoptoosin tai G1-pysähtymän kehittämällä p21CKI ja inhiboimalla “ moottoria” Cyklin E-Cdk2, joten G1-voidaan pysäyttää laajalti.

Onkogeeniaktivaatioita voi tehdä liikapitoisuudellaan esim: myc, E2F, Ras tai E1A. Ras voi “jäädä päälle”, “sustain” ja aiheuttaa hyperproliferaation signaalia, mikä herättää nuo normaalit inhibiittorigeenit, CKI ryhmän, ARF- tietä.

18.  Gap1- faasin kaksi säätelyakselia

Molempien Gp1 faasin akselien tulee olla muuntuneita, jotta solu lähtee poikkeamaan normaalitieltä ja transformoitumaan.

ENSIMMÄINEN AKSELI on se, mikä kulkee normaalisti täten extrasellulaaristen kasvutekijäin signaalikaskadin kautta: SyklinD&Cdk4,6 - pRb- E2F- SykliiniE&Cdk2-SykliiniA&Cdk2. (kuten aiemmin on kuvattu). Tässä solu siirtyy normaalisti G1 faasista S-faasiin. Jos tässä ykkösakselissa on jokin aberraatio tai akseliin liittyvissä Cdk-inhibiittoreissa (CKI) jokin poikkeama, saattaa käynnistyä solun kiinnittymisestä riippumaton jatkuva proliferaatio.

TOINEN AKSELI on ATM-ATR-Chk2-p19ARF-MDM2-p53-p21, joka on varsinainen solun omatunto. Jos tämä “omatunto”, genomin vartija, solusta sammuu, solu ei enää kykene havaitsemaan itsessä onkogeenistä aktivaatiota, jonka ensimmäisen akselin aberraatio on aiheuttanut eikä voi siirtyä puolustukselliseen yhden solun apoptoosiin. Tällainen toiselta akselilta vaurioitunut solu ei myöskään kykene havaitsemaan DNA-vauriota. Se voi progredioitua läpi solu syklin, vaikka tilanne olisi vaikea-asteiseen geneettiseen poikkeamaan johtava.

19.  S-faasi (DNA synteesi)

S-faasin aikana solu replikoi DNA:nsa täydelliseksi kopiokseen kummallekin kromatidilleen, Kummallakin tytärsolulla tulisi olla aivan samansisältöinen kopio alkuperäisestä (kaksoiskoodista). Jokainen nukleotidi, joita on 3.2*10E9 sijoittuneena 46 kromosomin alueelle, tulee kopioida yhden ainoan kerran ja vain kerran syklin aikana. DNA-replikaatio on säädeltyä. Emäslukumäärä numerona on 3 200 000 000. Koska joka molekyylillä on tilavuutensa ja välimatkansa, voidaan teoriassa laskea kaikkien ihmiskromatidien antaman geneettisen informaation ”sanoman” konkreettinen pituus: 130 kertaa maan ja auringon välinen matka ( Per Arne Aas)L

20.  Lisensöity DNA

On tehty fuusiotutkimus G1- ja S-faasissa olleille soluille. Tällaisesta alkaa liian varhainen DNA-replikaatio. Kun on yhdistetty fuusiolla S- ja G2 vaiheen solut, Gas2 faasi jarruttuu, kunnes S-faasi on toteuttanut DNA:n kahdentamisen. On päätelty, että REPLIKAATIO voi tapahtua vain solun ollessa G1 tai S-tilassa. Tästä pääteltiin, että DNA on jollain tavalla lisensöityä, oikeutettua replikoimaan jollain hetkellä ja toisella hetkellä se ei saa replikoitua. Havaittiin. että jos pieni osa DNA:ta replikoituu, se menettää uudelleenkahdentumismahdollisuutensa ja on molekulaarisesti merkattu, ”matkalippu jo leimattu”.

DNA-replikaatio alkaa ORC-proteiinien kohdista (ORC, Origin of Replication Complex). Nämä ORC-proteiinit ovat sitoutuneena DNA:han koko syklin ajan. Useita synteesissä välttämättömiä proteiineja alkaa kiinnittyä ORC-kohtaan myöhäisessä M- vaiheessa ja varhaisessa G1vaiheessa. Näin muodostuu ” pre-RC”, pre-Replication Complex. Samalla DNA saa luvan replikoitua, se on “lisensöity DNA” ( licenced for replication). Pelkkä lupa ei kuitenkaan riitä replikaatioon, vaan G1- ja S- faasin vaihtumiskohdassa lisätään viimeiset välttämättömät tekijät, jotta pre-RC muuttuu IC:ksi, (Initiation Complex) aloituskompleksiksi. Sitten kuitenkin moni komponenteista irrotetaan (“matkalipun leimaksi” jo ennen matkaa) ja lopulta jää aloituskohtaan jäljelle, post-RP, post-replication Complex, muistuttamaan aloituskohdasta. Tämä kaikki ei riitä panemaan toista kierrosta alkuun, vaan joka sykliin on “ ostettava uusi lippu” eli jälleen muututtava seuraavan syklin G1-faasissa pre-RC-muotoon.

21. ORC –proteiinien kompleksista

(ORC, Origin of Replication Complex). Tämä kohta sijaitsee alueella, missä on paljon AT-nukleotidejä. Proteiinikompleksi on sitoutuneena DNA:han koko solusyklin ajan ja määrää DNA-replikaation aloituskohdan. Replikaatio alkaa kohdasta molempiin suuntiin ja replikoituneet DNA:t kohtaavat toisensa tietyissä kohdissa ja yhdistyvät entsyymein.

Ihmisellä on hsOrc2, hsOrc3, hsOrc4. Ihmisen ORC-sijaintikohdilta puuttuu tähän asti havaitsemattomat keskinäiset yhtenevät sekvenssit, joten järjestelmä ei ole aivan tunnettu.

Mitoosin jälkeinen DNA siirtyy Post-RC-tilasta (“Unlicenced DNA”) pre-RC kuntoonsa (“Licenced DNA”) G1-faasin kuluessa.

ORC on eräänlainen laituroitumisjärjestelmä (docking site) seuraaville proteiineille: Cdt1, Cdc6, Noc3p, joita latautuu ORC-kohtaan, kun Cdk-aktiviteetti alkaa vaimeta M-faasin sykliini-B:n hajotessa myöhäismitoosissa ( 1996-2002).

Tärkeä lisenssiin kuuluva proteiini Cdk1 on tiukasti kiinni geminiini-nimisessä tekijässä S-faasin ja G2-faasin aikana, joten se ei voi sitoutua ORC-kohtaan. Varhaisessa G1-vaiheessa se on ORC-kohdassa.

Sitten kun Cdt1, Cdc6 ja Noc3 jo sijaitsevat ORC-kohdassa ( jolloin on vielä kyseessä “ unlicenced DNA”) , pystyy seuraava proteiinijäsen liittymään: Mcm2-7 proteiinit.

Kun ne ovat latautuneet DNA:han, on DNA vihdoin lisensöity jälleen ja saanut luvan replikoitua : ” Licensed DNA”.

http://www.csc.mrc.ac.uk/ResearchGroups/DNAReplication/images/ORC-Cdc6-DNAComplexEdit.jpg

Tästä tilasta:”Periaatteessa lupa replikoitua” (Pre-RC), on siirryttävä tilaan “Käytännössä valmis replikoitumaan”( Initiating Complex IC ja siitä tilaan ” Alkaa nyt replikoitua” (Firing initiation complex). Sykliini E-toimii tässä pre-replikaatiovaiheessa.

Kun Sykliini A- pitoisuus alkaa nousta S-faasin alussa, sen aktivoituminen ( Cyclin A& Cdk2) fosforyloi ja poistaa ORC-asemasta Cdc6 ja cdt1 molekyylit. (” leimaa matkalipun”, antaa merkin, että se yksi ja ainoa replikointioikeus on alettu käyttää). Samalla sykliini-CDK kompleksi aktivoi erään kinaasin, (Dbf4p-Cdc7p kompleksin), joka sitoo modulin Cdc45 tälle ORC-alueelle saman aikaisesti kuin myös RP-A:n (replikaatioproteiinin A), mistä seuraa DNA:n oikeneminen. DNA-kohta nimeltä dbp11 lataa itseensä DNA-polymeraaseja, jotka Cdc45 myös aktivoi. Kun DNA-polymeraasit on ladattu paikoilleen, alkaa nopea toiminta (”firing”) alkukohdasta kumpaankin suuntaan. UUSI dna kutoutuu suoraa, jatkuvana, kohti aukenevaa haarukkaa ja fragmentteina toiseen suuntaan toisessa haarassa , joka tulee samalla esiin haarukasta. Eri polymeraasit ovat toimimassa näissä eri puolissa.

(DNA:n oikaisuvaihe: valmisteluun kuuluu, että DNA-templaattikohta oikenee ja DNA-ketjutkin oikenevat. Samalla myös primer aktivoituu ja pystyy sitten alkupurkamaan jostakin DNA-helixin kuin tiukasta sauvasta, että saadaan aikaan haaraa, jossa DNA-polymeraasit voivat toimia, ikäänkuin ”korjaamalla” aukipingoitetun kaksoishelixin sisäpintoja uudella aineksella. Toinen entsyymi tekee uutta peitettä suoraa heti aukenevaan haarukkaan päin ja toinen entsyymi tekee ”peitelappuja”, sitä mukaa kun toista DNA haaraa tulee esiin ja sitten myöhemmin ne palaset entsymaattiseti yhdistetään samanlaiseksi DNA ketjuksi ja täten on ”sähköisen” nopeasti peitetty sopivilla komplettoivalla molekyyleillä esiin paljastuneet DNA molekyylit.

Jos esiin tulee A , sitä vastaan noudetaan T- molekyyli, jos esiin tulee C sitä vastaan noudetaan G-molekyyli. Noudetut molekyylit liitetään peräkanaa jonoon ja jonot menevät toisensa täydentäen vastakkain kuin vetovoimalla heti, kun ne vain voivat- Kun synteesin sählä ohittuu, ne heti menevät vastakkain pyrkien kiemurampaan, jolloin niiden energiatila on taas stabiilimpi ja rakenne pysyvämpi, kovalenttinen. DNA ominaisuus on olla kaksoishelix kromatidissa, joka on kiemurainen. Liika vyyhtiytymistä koettaa eräät kromatidirenkaat estää. Polymeraasit ovat tarkkoja ja tuntevat, jos on avoin DNA-pää ja osaavat laittaa oikean molekyylin siihen. Johtava (leading strand) uusi DNA-rakentuma, rakentuu heti kohti avautuvaa haarukkaa, ettei jää ” sisälmykset paljaaksi”. Pätkittäin kehittyvä on ”, ns. Okazaki-fragmentteja ”lagging strand”, jotka heti peittävät toista näkyviin tulevaa ” sisäpintaa” ja muodostuvat tasapainottamaan energeettistä jännitystilaa. Ja myöhemmin DNA-ligaasi yhdistää ne lyhempinä tehdyt paikkalaput. Että uudet kromatidit eivät aivan sotkeutuisi keskenään, niihin on Gap1-vaiheessa kehittynyt eräänlaisia sormuksen tapaisia renkaita DNA:n ympärille (Cohesin). Kun DNA kaksinkertaistuu se tapahtuu näitten harvassa olevien single chain-renkaitten sisällä.Mutta määrätyssä hetkessä myöhemmin olisi liika toisiinsa liittyminen haitaksi ja sen takia kohesiivinen rengassysteemi joutuu poistoon osittain ennen mitoosin päättymistä. Tämä Cohesin omaa funktiotaan G1-, S- ja G2- vaiheissa.

(Myöhemmin vyyhdin estäjien, cohesiinien sijaan tulee M-faasissa condensiini, joka rypistää ryppynaruksi pitkiä kromatideja tyypillisille lenkeille ja täten tiivistää ja fiksoi kutakin kromatidia ja samalla sisarkromatidit pääsevät eroon toisistaan, vain välttämätön keskinen kiinnekohda-kohesiini kinetoforissa säilytetään metafaasia varten. Mutta kondensiinin tehoa voi ilmetä vasta sitten, kun esiintyy syklinB M-faasissa.)

22. DNA-replikaation organisaatiosta

Ihmissolu voisi teoriassa suoriutua Initiation Complex(IC) –hetkestä replikaatiohaarukan kiitävään täydentämiseen tunnissa, mutta S-faasin täydelleen suorittamiseen menee todellisuudessa 6-8 tuntia kaikissa imettäväissoluissa. Arvellaan viiveen johtuvan siitä, että kaikki ” IC firing” ei tapahdu samalla hetkellä. Sen sijaan havaitaan replikaatioyksiköitä, joihin kuuluu 60-80 lähekkäistä IC aloituskompleksia, jotka toimivat samanaikaisesti. Peräkkäisissä solujoukoissa tämä replikaatioyksiköiden toiminta on samankaltaista. S-faasin alkupuolella transkriptionaalisti aktiivien solujen replikaatioyksiköt alkavat ensiksi toimia ja jos kromatiini on tiiviimpää ja sisältää hiljentyneitä geenejä, replikaatio tapahtuukin S-faasin myöhäisessä vaiheessa. Tämä DNA-replikaation järjestäytyminen prioritoiden tärkeysjärjestykseen tai ”asian aktuaalisuusjärjestykseen”, antaa mahdollisuudet identifioida Brdu (BromodeoxyUridiini)-värjäystekniikalla solujen varhaisen, keski- ja myöhäisen S-faasin.

http://library.thinkquest.org/C006188/basics/pictures/dna_replication.gif

23.  DNA-synteesin ylläpitäminen

Tarvitaan sykliini A&Cdk2 aktiviteettia, että DNA-synteesi pysyy käynnissä.

IC (Initiation Complex) vaatii myös tätä ”A-moottoria” starttimoottoriksikin synteesille kuten edellä mainittu. Sykliini A&Cdk2-aktiviteetti on tarpeen täydelliseen DNA-replikaation.

Jos on tapahtunut kaksoishelixvaurio (DSB), jollaista esim. radioaktiivisuus ja jonisaatio voivat aiheuttaa. ATM-geeni voi havaita vaurion S-faasissakin samalla tavalla kuin G1-faasissa.

(Aiempi teksti: ”Gap1faasi Jonisoivan säteilyn aiheuttaman ” double strand break”-vaurion havaitsee geenituote ATM. Se aktivoituu ja fosforyloi Chk1, Chk2(Cds1) ja p53. jne”)

24.  S-faasin aikana tapahtuva jarrutus

Miten DNA-vaurio sammuttaa ”moottorin”, joka pitää yllä DNA-( sustain) synteesiä:

Chk1- ja Chk2 -fosforylaatiot johtavat Cdc25-proteiinin fosforylaatioon ja täten tapahtuu Cdc25A- priming degradaation päin. Se suunnataan silppuroitavaksi.

Cdc25 taas on sellainen fosfataasi, jota tarvitaan, jotta CykliiniA-Cdk2 voisi pysyä aktiivina. Jos nyt tämä ”moottori A” sammuu, on DNA-vaurio pystynyt ATM-geenin kautta pysäyttämään solusyklin S-faasissa.

Näitä Chk1 ja Chk-2-välitteisiä mekanismeja kutsutaan S-faasin checkpoint- kohdiksi. .

25.  Gap2-faasi

G2-faasissa DNA on jo valmista tuotetta, valmiiksi kahdennettua. Vaikka se onkin valmista, ei ole vielä mikään kiire mennä mitoosiin ( M-faasiin) ja jakamaan tuotetta, vaan DNA viihtyy 1-2 tuntia tässä valmistumisen jälkeisessä ”transithallissa” tullauksessa. Itse asiassa se on tullut viimeistelevään tarkistukseen ja saa odottaa lausuntoa : ” Koko DNA on tullut kopioiduksi täydellisesti ja vaikuttaa hyvältä”. Tämän arvion jälkeen vasta se on vapaa lähtemään mitoosiin ja täten tasapuolisesti kahteen eri soluun jaettavaksi.

Moottorit , jotka ovat käyttäneet G1- loppuvaihetta, S-vaihetta ja G2-alkuvaihetta, ovat kinaasi Cdk2-osasta riippuvia. Myöhemmässä osassa G2 vaihetta kuitenkin vaihdetaan ”moottoriosaa” ja valitaan Cdk1. Sitä varten tarvitaan toinen sykliini, joka aktivoituu ja siirtyy tumaan: cykliiniB. Kun nämä kohtaavat ja muodostuu (sykliiniB&cdk1 kompleksi), tämä uusi aktiivi ”moottori” vaikuttaa siirtymän M-faasiin eli mitoosiin. Edellisen moottorin aktiviteetti täytyy kuitenkin samalla sammuttaa ( Siis proteiinin funktio sammutetaan ja proteiini silppuroidaan ja hyödynnetään ubikitiini-proteosomi järjestelmän avulla).

26.    Miten DNA-vaurio tulee havaituksi G2-faasissa?

Mekanismit ovat samoja kuin G1 ja S-faasissa. Kohde on nyt ”moottori” syklin B-Cdk1 (eikä sykliiniE tai sykliiniA&cdk2). Tähän pääsee sekä transkriptiosta riippuvaa että siitä riippumatonta tietä. Transkriptiosta riippuva tie on välttämätön, jos pitää aikaansaada pysyvä (sustain) G2-blokki. Transkriptiosta riippumaton tie DNA-vauriovasteessa on paljon nopeampi, mutta ei pidä blokkia jatkuvasti yllä.

27.1  Transkriptiosta riippuvan G2 –blokin aikaansaaminen

Myös G2-faasissa toimii ATM-ATR-p53 aktivaatio ( Cdk1 ja Cdk2 aktivaatiot). Cykliini B geenin ja Cdk1 geenin jarrutus saadaan tehtyä.

Sen lisäksi p53 (” genomin suojelija”) voi aktivoida proteiineja, jotka jarruttavat aktiivin ”moottorin” sykliiniB-Cdk1 kompleksin. Sellainen proteiini on cdk-inhibiittori CKI p21, joka sitoutuu tähän ” moottoriin” ja tekee sen inaktiiviksi.

ja proteiini 14-3-3 sigma, joka ankkuroi Cdk1:n sytoplasmaan

ja proteiini Gadd45, joka voi irrottaa sykliini B:n kinaasistaan Cdk1.

27.2.   Transkriptiosta riippumattoman G2-blokin aikaansaaminen

CykliiniB&Cdk1-kompleksin inaktiivina pitäminen G2faasin aikana tapahtuu seuraavasti: Myt1 ja Wee1 kinaasit suorittavat inaktivoivaa fosforylaatiota (liikafosforylaatiota)

Cdc25-fosfataasiperhe voi kuitenkin defosforyloida ja aktivoida sen ” moottorin” takaisin.

(Chk1 ja Chk2 voivat fosforyloida cdc25- fosfataasiperhettä)

Ihmisellä tavataan kolme eri Cdc25-jäsentä. Cdc25A (G1- ja S-faaseissa toimiva), Cdc25B ja Cdc25C, jotka säätelevät mitoosiin siirryttäessä ja voivat edistää mitoosia.

Jos Cdc25C fosforyloituu, sen sakkaa 14-3-3- proteiiniperhe.

Täten ATM-, ATR-aktivaatio inaktivoi fosfataaseja cdc25 johtaen Chk1-Chk2 aktivaation ja se aiheuttaa inaktivoivan hyperfosforyloitumisen Cdk1-kinaasissa Wee1- ja Myt1- kinaasien kautta. ”Moottori” Sykliini B&Cdk1 tulee inaktiiviksi ja jää sytosoliin, samalla solusykli jarruttuu G2-vaiheeseen.

Epätäydellisesti replikoituneen DNA:n paljastaminen G2- vaiheessa.

Chk1 ja Chk 2 pystyvät reagoimaan replikoitumattoman DNA:n olemassaoloon. Kun ne aktivoituvat, G2 jarruttuu samalla tavalla kuin DNA-vauriossa (kts. transkriptiosta riippumaton tie)

28.  GAP2 faasi, interfaasi. Miten solu valmistautuu mitoottiseen M- faasiin siirtymiseen?

Cohesin; Condensin; Securiini - Separiini, Separaasi

Interfaasi: Jotta solu voisi tuottaa edessä olevassa jakautumsiessa kaksi identtistä tytärsolua, kromatidien on oltava interfaasissa tiiviisti lähekkäin.  Jo Gap1 vaiheessa Cohesiini lisättiin kromatideihin ( ne ovat ne sormuksen tapaiset renkaat, joiden sisällä sitten replikaatio tapahtuu ). ( Vv 2002-2003). Cohesin -kompleksin pääkomponentti on Scc1, scc3,Smc1, Smc3 ( sc = single chain).

GAP2 loppuvaihe:

Siinä vaiheessa, kun solun on mentävä mitoosiin, kaikki Cohesiini, joka sijaitsee muualla kuin kinetoforikohdalla, korvautuu Condensiinilla, joka pitää yksittäistä kromatidilankaa rypyssä ja koossa eri kohdistaan, mutta ei yhdistä enää kahta vierekkäistä sisarkromatideja.

29.  M-faasi

Solu siirtyy sitten interfaasistaan mitoosifaasin, kun siirtymä salliutuu.

Mitoosi on solun syklin dramaattisin vaihe ja aiemmin sitä katseltiin mikroskoopilla ja pystyttiin silmällä erottamaan erilaisia alavaiheita, jotka nimettiin seuraavasti jo viime vuosisadalla: profaasi, prometafaasi, metafaasi, anafaasi, telofaasi.

*PROFAASI: Sentrosomit alkavat tehdä mitoosisukkulaa, jossa on mikrotubuluksia (MT) ja DNA alkaa kondensoitua (näyttää tiivistyvän)

*PROMETAFAASI: Tuman kalvo hajoaa (liukenee) ensin. Kromosomit pääsevät liittymään mikrotubuluksiin (MT) kinetoforeillaan ja näyttävät liikkuvan.

*METAFAASI: Kromosomit ovat puolitiessä ”metafaasi levyssä ” poolien välillä tasaisesti.

*ANAFAASI: Sisarkromatidit erkanevat ja alkavat vetäytyä pooleja kohden.

*TELOFAASI: Kromatidien 2 joukkoa ovat saapuneet eri pooleihin ja uusi tumakalvo on tulee näkyviin niitten ympärillä. On kaksi täysin erillistä kromatidisettiä.

Lopuksi myös tuman ympärillä ollut sytosoli alkaa jakautua kahden tytärsolun kesken: CYTOKINEESI. Tietystikin sytoplasma-anti tytärsoluille on hieman erilainen

 esim. mitokondrioitten osalta, eikä molemmille täysin sama. 

Mitokondriassa on oma mtDNA antaen geneettiseen variaatioon oman panoksensa.

 (Mitokondria voi olla esim evolutionaalinen bakteeri alunperin kuka ties).

Varhaisimmassa M-faasissa tarvitaan vielä cykliiniA-vaikutusta. Mutta pääsykliini M faasissa on sykliiniB ja se liittyneenä Cdk1-kinaasiinsa ( cdc2 on sen toinen nimi).

Kun tätä on muodostunut, se fosforyloi TUMAKELMUN joka pirstoutuu, koska se on tumalamiinia. Samalla se kondensoi, tiivistää, tihentää kromatidit ja vaikuttaa niitten asettumista metafaasitasoon. Mutta sitten sykliiniB:n tulee hajota ja kadota näyttämöltä, että kromosomit pääsevät eteenpäin metafaasilevystä anafaasijaksoon ( erkanemaan). Vasta kun ” moottori”, Cyklin B &Cdk1 on tehty inaktiiviksi, kromosomit migroituvat pooleihinsa ja solu jakaantuu kahtia ( telofaasi).

Mitoosi

Vasta metafaasi-anafaasivaihteessa viimeinenkin Cohesiini-yhteys katkeaa separaasilla.

Separaasi ei voi tehdä tuota erotusta aiemmin, koska securiini pitää sitä inaktiivina.

Aktiivi APC vaikuttaa , että securiini ja sykliini B saa hajota ( ubikitinoitua ja hävitä) (APC on anaphase promoting complex)

M-faasin vaiheista edelleen: 

Profaasi*

Miten tapahtuu mitoosin (M-faasin) ensimmäisen askeleen molekulaarinen säätyminen?

Vasta valmistunut ” moottori”, (sykliini B&Cdk1 kompleksi) varmistaa, että siirtymä on irreversibeli, (palautumaton), yksisuuntainen ja fosforyloi cdc25 jäsenet. (jotka ovat M-faasiin siirtymisen säätelijät). Näin cdc25B ja cdc25C estovaikutus moottoriin vähenee, seuraa positiivinen feedback ja vahvennettu ”moottoriaktivaatio” siirtää solun interfaasista mitoosiin.

CykliiniB&Cdk1 aktivoi myös polaarikinaasin, Plk. Plk lisää cdc25 inaktivaatiota vahvistaen positiivista feed back-lenkkiä.Plk rekrytoi gamma-tubuliinia ja aktivoi Asp.

Sentrosomi

Asp sijaitse sentrosomissa ja auttaa mikrotubulusten (MT) miinus (-)pään löytämisessä. 

Aktiivi Plk on tärkeä bipolaarisen sukkulan muodostuksessa varhaisessa mitoosissa.

Aktivoitu Plk poistaa Cohesiini – molekyylit muualta paitsi kinetochoreista, jotka pitävät sisarkromosomeja yhdessä ( 2002). Kinetokoreista sisarkromatidit eriävät vasta metafaasin lopulla. Condensiini puolestaan liittyy saman kromatidilangan kahteen eri kohtaan, tekee ”ryppylankaa”, lenkkejä ( v 2003). ”Moottori”, sykliiniB&cdk1 profaasin aikana vaikuttaa Condensiinin avulla kromosomien tiivistymisen.

*Prometafaasi

TUMAKALVO  muodostuu lipidien kaksoiskerroksesta, jota tukee tumalamina, proteiiniverkosto. Tumalevy, lamina, sisältää laminiiniproteiinien perhettä, joka voi tulla cykliini B&Cdk1-kompleksin fosforyloimaksi. Tämä fosforylaatio hajoittaa tuma- laminan ja niin tumakalvo joutuu liukenevaan muotoon (se on kuitenkin olemassa vaikka ikäänkuin ”näkymätön”) ja tässä hetkessä solusykli siirtyy prometafaasiin.

Prometafaasin molekulaariset tapahtumat: Nyt mikrotubulukset (MT) pääsevät paremmin ulottumaan kromosomien kinetoforeihin Niissä oleva HsEg5- moottoriproteiini fosforyloituu ja aktivoituu, eräänlainen kiteytymisen tapainen järjestäytyminen tapahtuu. Tässä on aktivaattorina myös ”mitoosimoottori” sykliini B&Cdk1.

*Prometafaasin, *metafaasin ja *anafaasin aikana tarvitaan sitä vetovoimaa kromosomien kinetoforin ja mikrotubulusjärjestelmän (MT) kesken.

Vain kinetoforissa oleva cohesiini on kaikesta cohesiinista jäljellä ja vielä pitää sisarkromosomeja yhdessä, kun samalla alkaa mikrotubulusten (MT) taholta vetovoima kohdistua positiivisiin (+) kromosomeihin negatiivisista (-) pooleista. (Ehkä kromatidit myös karkottavat toisiaan)

Separaasi voi pilkkoa tuon Cohesiinin Scc1 komponentin, mutta mitoosimoottori sykliiniB-&cdk1 inaktivoi sitä fosforyloimalla. Lisäksi securiini peittää separiinin prometafaasissa, joten se ei voi tehdä mitään. Sillä hetkellä kun separaasi on toimintakykyinen, sisarkromosomit eroavat toisistaan (viimeinen cohesiini irtoaa)(2001).

Millä tavalla virheellisesti asettuneet kromosomit havaitaan *metafaasissa?

Metafaasissa kromosomit ovat asettuneet mitoosisukkulan keskivaihelle, ekvaattoritasoon, metafaasilevyyn. Sisarkromosomit ovat vielä liittyneet toisiinsa, mutta niihin vaikuttaa myös mikrotubulusten (MT) taholta poolien suuntaan vetovoimaa. On tensiotila, elektrinen poolisuus ainakin aluksi osana. Tässä solun on tehtävä ”checkpoint” kontrolli amfiteelisen liittymän laadusta: kromosomien sisarkromatidien riittävä liittymä ja mikrotubuluksiin (MT) suuntautuva liittymä täydellisenä ovat välttämättömyys Muussa tapauksessa separaasin aktivoituminen voisi aiheuttaa non-disjunction ( epätäydellisen erottautuman), koska yksi tai useampi kromosomi voisi lähteä kokonaisuudessaan vain toiseen pooliin päin. Toiseen tytärsoluun tulisi liikaa ja toiseen liian vähän kromosomaalista materiaalia. Onnistunut amfiteelinen liittyminen (amphitelic attachment) johtaa tensioon, tarpeelliseen jännitteen nousuun molempien sisarkromatidien kinetokorien välillä. Niinkin pieni tension puute, kuin yhden kromatidin tension puute, johtaa metafaasin pysähtymään(1995). On tieteellisen keskustelun kohteena, miten voisi havaita tension molekulaarisen mekanismin ( 2003).

Miten * metafaasi voi pysähtyä?

On havaittu, että tarvitsee olla eräitä geenivaikutuksia, jotta voi tapahtua metafaasin jarruttumaa (geenit Mad1-3, Bub1, Bub3, BubR1). Geenien koodaamat tuotteet lokalisoituvat sellaiseen kinetokoriin, joka ei ole tehnyt kunnon liittymää. Tension puutteessa Bub1 ja BubR1 aiheuttavat, että Mad2 sakkaa cdc20:tä. Kun Mad2 sitoo cdc20:ta, estyy anafaasi.

*Anafaasi

Anafaasin alkaminen APC; C aktivaatiolla. ( APC, C, Anaphase promoting Complex, Cyclosome). Heti kun “ metafaasin tullikontrolli” antaa tiedon, että amfiteelinen liittymä, alkuasento solugenomin jakoon, on täydellisen onnistunutta, poistuu Bub-Mad- välitteinen estäjävaikutus APC;C- aktivaattorilta. Tämä APC:C puolestaan on ubikitiiniligaasi, jonka kohdemolekyyleinä (hajoituksen, silppuroinnin, kohteena) on “mitoosimoottori” cykliini B-cdk1 ja kromatidejä erottamaan alkavan järjestelmän jarrumolekyyli securiini.

Ubikitinylaatio

Ubikitinylaatiolla leimataan solusyklin proteiinit “roskakoppaan” menevien joukkoon, tarkoittaa alkutekijöihin silppuroitavia, “poistettavia funktionaalisia tekijöitä”. Tässä moniaskelisessa prosessissa ubikitiiniketju liitetään proteiiniin. Tämä ubikitiinista johtuva proteiinien hajoittaminen on keskeinen seikka solusyklissä säätelemässä solusyklin progressiota, koska sen kautta sykliinit, inhibiittorit ja näitten aktivaattorit pilkotaan erittäin säädellysti (ja hyödyntäen niitten rakenteen olennaisia tekijöitä).

Heti kun moottori sykliini&cdk1 ja securiini ovat lopettaneet vaikutuksensa, separaasi aktivoituu. Se leikkaa katki jäljellä olevan cohesiinin ja anafaasi alkaa, kun kromatidit (+) alkavat migroitua vastapäisiin pooleihin (-) mikrotubulusten(MT), mitoottisen sukkulan, avulla.

*Telofaasi ja sytokineesi seuraavat sykliiniB:n vähennyttyä

Koska nyt sykliini B vähenee, tumalamina voi muodostua jälleen, kun se ei enää fosforyloidu hajalle. Nyt muodostuu kaksi tumakelmua kahden muodostuneen kromosomijoukon ympärille (kuin automaattisesti) Samalla tiiveystila kromatideista alkaa hervota, kun sykliiniB vähenee. Kromatidit rentoutuvat. saavat volyymia.

SykliiniB&CDK1 on ollut estämässä myös sytosolin puolella tapahtumia. Sen vähetessä sytosoli tulee liikkuvammaksi ja jakaantuu kahden tytärsolun kesken. Kun emosolu on täysin muuttunut kahdeksi tytärsoluksi, molemmat tytärsolut ovat omassa G1vaiheessa kumpikin. DNA on samanlainen, mutta sytosolinen ja mitokondriaalinen kertymä on hieman erilaista.

30. Centrosomilla on oma syklinsä

Centrosomi on mikrotubulukset (MT) organisoiva keskus.

Centrosomi omaa miniDNA:n Sen täytyy myös kaksinkertaistua. CentrosomiDNA kaksinkertaistuu synkronisesti solusyklin suhteen. Sekin saa luvan kaksinkertaistua vain yhden kerran täydellisesti.

Gap1 pm vaihe: On vain yksi sentrosomi, jossa on sisällä lähekkäin oleva sentriolipari.

Gap1 ps vaiheessa, kun esiintyy sykliiniE&Cdk2-aktiviteetin -vaikutusta, sentriolit alkavat karkottaa toisiaan sentrosomin sisässä: ne polarisoituvat. Negatiivistä (-) sähköä.

S-faasissa , kun on SykliiniA &Cdk2 vaikutusta, sentriolit duplikoituvat.

G2-faasissa duplikoituneet sentriolit kypsyvät kooltansa, mutta pysyvät sentrosomin sisässä.

Kun solu siirtyy M-faasiin, sentrosomi jakautuu ja sentriolit ottavat tähtimäisen muodon sojottaen mikrotubuluksia (MT) kuin säteitä joka suuntaan, mutta positiivinen (+) solukeskus attrahoi negatiivista sentriolia kinetokorillaan.

Näin solun jakautuessa kumpikin tytärsolu saa yhden tähden, sentrosomin, jonka sisällä on 2 sentriolia aktivoituna toisiaan karkottavia, negatiivisen (-) latauksen saaneita.

31.  Entä jos solun sentrosomissa on jotain poikkeavuutta?

Poikkeava poolimäärä.

Jos sentrosomien lukumäärä solussa on poikkeava, solu kokee mitoosivaiheessa vaikeuksia saada kromatidit täydellisesti erotettua ja niin genomin massa tulee epätasaisesti jaetuksi tytärsolujen tumien kesken.

Monissa aneuploidisissa tuumoreissa on tavattu vakava kromosomipoikkeama, jossa on mahdollisesti syynä se, että DNA on tehnyt endoreplikaation, kaksi replikaatiota ilman välillä ilmenevää mitoosivaihetta mitoosia, koska on ollut poikkeava määrä pooleja.

Sen takia sentrosomin syklin normaali säätyminen on olennaista geneettisen stabiliteetin ylläpidossa.

32. Solusykli ja syöpä. Onkogeenit.

Ensimmäiseksi löydetyt onkogeenit olivat sellaisia geenejä, jotka koodasivat signaalitransduktiota tekeviä proteiineja (Ras, Myc, Raf).

Nyt tiedetään, että syövän takana on geneettinen instabiliteetti ( epävakaus), joka syntyy vain silloin, kun solusykli on mennyt epäkuntoon, eikä se ole niinkään signaalikaskadiperäinen asia.

33. Geneettinen instabiliteetti ( epävakaus)

Maligni (pahanlaatuinen) solu hankkii nopeasti uusia piirteitä, kuten kyvyn mennä basaalilaminan (solupohjan) läpi, invasoitua ympäristöön, siirtyä verenkiertoon, palata kudokseen verenkierrosta, kyvyn kasvaa missä tahansa kehossa eikä vain originaalielimessä (alkuperäiskudoksessa), kyvyn indusoida endoteelia valmistamaan itselleen tarvittavaa uutta verisuonitusta tuumorin kasvaneeseen energiantarpeeseen (angioneogeneesi) , kyvyn muuttua terapiaresistentiksi.

Vahvasti aneuploidit kasvaimet, joissa on paljon aberranttia geneettistä materiaalia, progredioituvat nopeammin ja isäntäelimistölle letaalimmin kuin diploidit tuumorit. Geneettisen instabiliteetin molekyyliperustan selvittely onkin tärkeä etsittäessä terapiamahdollisuuksia.

34. Missä syy lisääntyvään geneettiseen instabiliteettiin?

Korjausjärjestelmiltään puutteellinen solu ei korjaa DNAvaurioita eikä replikaatiovirheitä kunnolla ja siksi kehittyy lukuisia pistemutaatioita.

Karyotyypissä esiintyy vahvoja poikkeamia, anomalioita, jos solu ei voi säilyttää integriteettiään tai kromosomilukuaan, esim. sentrosomin duplikaatio on ollut virheellinen, sisarkromatidikoheesio on irronnut liian varhain tai endoreplikaatio on tapahtunut. Lisäksi ne solut, joilla on replikaatiotapahtuman hitautta, saavat helpommin geeniamplifikaatioita (-monistumia) tai poisjääneitä kohtia, deleetioita. Eri tuumoreilla on eri tyyppisiä geneettisiä vaurioita. Jopa tuumorit (kasvannaiset), jotka voivat lähteä lähtevät samasta kudostyypistä eivät edes käytä samaa solusyklidefektiä tai osoita samaa DNA korjausvajetta.

35. Geneettisen vaurion havaitseminen

Vaikka geneettisen instabiliteetin (epävakauden) takana olevat tekijät ovat eri tuumoreilla erilaisia, tuumorisolujen täytyy olla jollain tavalla havaintokyvyltä vajeisia geneettisen vaurion suhteen tai ne eivät jostain syystä kykene reagoimaan geneettiseen vaurioon keholle edulliseen tapaan.

Hyvin usein muuntuneissa soluissa muuttumiista edellä mainituissa tärkeissä solusäätelyn signaaliteissä, akseleissa: ( kuten esim ATM, ATR, Chk2 - MDM2- p53-p21 tie) . Geeni p53 (The Guardian of the Genome, genomin suojelijageeni) on kaikkein yleisimmin muuntunut geeni ihmisen solideissa tuumoreissa ( ainakin 50 prosentissa).

36. Sykliinit A ja E ja syöpä

Nämä sykliinit omaavat olennaisen tärkeän osan DNA- synteesissä. Arvellaan molemmilla olevan osuua myös sentrosomin elämänsyklin säätelyyn. Megakaryoblasteissa aiheutuu endoreplikaatiota sykliini-A kertymästä. Jos näitä sykliineitä esiintyy solusyklin väärässä vaiheessa, ne voivat aiheuttaa geneettistä instabiliteettia, epävakautta..

( Sykliini ja sentrosomiteoria on vuoden 2002 - 2003 englantilaisissa oppikirjoissa).

http://www.cancerline.com/gUserFiles/stages_of_cell_cycle.gif

37. Ihmisen genomi ja sukupolvet

IHMISEN solutuman perimätekijässä DNA:ssa oleva tieto säilyttää koodit kehoproteiineille. Tiettyjä DNA-kohtia aktivoimalla voi solu transkriboida esiin (TRANSKRIPTIO) erilaisia koodattuja sanomia lähetti RNA- rakenteeseen ja siten lähettää mRNA solun proteiineja synnyttävään koneistoon tuottamaan proteiineja Siinä on TRANSLAATIOjärjestelmää, joka välittää mRNA- koodikielen aminohappojen valiutumiseksi. 20 rakenneaminohappoa vastaa jokainen johonkin tiettyyn kolmen nukleotidin koodiin.

https://images2.clinicaltools.com/images/gene/molecular/dna_versus_rna_reversed.jpg

 Proteiinista taas voidaan  koettaa määrittää aminohappojärjestys ja siitä sekvenssistä käsin arvioida RNA-rakenne ja siitä käsin DNA-rakenne. Näin voidaan kartoittaa missä geenissä ja missä kromosomissa on jonkin tiettyä proteiinia koodaava geeni.

Ihmiskunnan genomin REPLIKAATIO on sitä varsinaisen koko ihmisen DNA-koodin tunnollista säilyttämistä sukupolvesta toiseen. Meioosissa tapahtuu seuraavan sukupolven luovan geenikoodiston kokoaminen.

Ihmisella on 46 kromosomia. Sukusoluissa on vain 23 kromosomia (joissa  23. kromosomi on  joko X tai Y) joten jokainen uusi ihminen on aivan uusi kromosomisto niitä 46 kromosomia.

27.10.2008 2:27