Genetyka kliniczna cz. 1 (WPROWADZENIE DO GENETYKI KLINICZNEJ; KIERUNEK LEKARSKI, ROK III) ZALECANE PODRĘCZNIKI (do przygotowania do ćwiczeń i uzupełnienia treści wykładowych) Podstawy biologii komórki. B. Alberts, Wyd. Naukowe PWN, 2005. Wyd. 1. lub nowsze. Genetyka molekularna. Red.: Piotr Węgleński, PWN, Warszawa 2006. (Wydanie 2). lub nowsze Genomy, T.A. Brown, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2001 Genetyka, Krótkie wykłady, P.C. Winter, G.I. Hickey, H.L. Fletcher, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2000. Genetyka. Ilustrowany przewodnik. E. Passarge, Wyd. Lekarskie PZWL 2004 Biochemia, L. Stryer, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2000 i nowsze. A.L. SIEROŃ

TESTY SPRAWDZAJĄCE OPANOWANIE TREŚCI WYKŁADOWYCH Genetyka kliniczna cz. 1 (WPROWADZENIE DO GENETYKI KLINICZNEJ; KIERUNEK LEKARSKI, ROK III) TESTY SPRAWDZAJĄCE OPANOWANIE TREŚCI WYKŁADOWYCH Terminy i miejsce w ogłoszeniach A.L. SIEROŃ

WYKŁAD 1 2007/8 WZROST WZROST WZROST WZROST

Metody genetyki i biologii molekularnej WYKŁAD 1 (WPROWADZENIE DO GENETYKI KLNICZNEJ; KIERUNEK LEKARSKI, ROK III) PODZIAŁY KOMÓREK CYKL KOMÓRKOWY FAZY CYKLU REGULATORY CYKLU AKTYWATORY BLOKERY APOPTOZA SZLAKI MEJOZA A.L. SIEROŃ

Segregacja chromosomów CYKL KOMÓRKOWY Segregacja chromosomów Podział komórki 2 Wielkość Komórki 1 2 (4C) Zawartość DNA 1 (2C) Replikacja DNA CDK1 activity Cyclin levels http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg

DNA JEDNONICIOWY MAJĄ GO NIEKTÓRE WIRUSY TYPU DNA CUKIER DEZOKSYRYBOZA ZASADA AZOTOWA PIRYMIDYNA ZASADA AZOTOWA PURYNA RESZTA KWASU FOSFOROWEGO MAJĄ GO NIEKTÓRE WIRUSY TYPU DNA Aleksander L. Sieroń

DNA DWUNICIOWY MAJĄ GO WSZYSTKIE EUKARIOTA, BAKTERIE I WIĘKSZOŚĆ CUKIER DEZOKSYRYBOZA MAJĄ GO WSZYSTKIE EUKARIOTA, BAKTERIE I WIĘKSZOŚĆ WIRUSÓW TYPU DNA ZASADA AZOTOWA PIRYMIDYNA ZASADA AZOTOWA PURYNA RESZTA KWASU FOSFOROWEGO C G A T Aleksander L. Sieroń

RNA JEDNONICIOWY MAJĄ GO WIRUSY TYPU RNA (RETROWIRUSY) CUKIER RYBOZA ZASADA AZOTOWA PIRYMIDYNA ZASADA AZOTOWA PURYNA RESZTA KWASU FOSFOROWEGO MAJĄ GO WIRUSY TYPU RNA (RETROWIRUSY) URACYL ZA TYMINĘ Aleksander L. Sieroń

DNA może „kształtować siebie” na różne sposoby aby „osiągnąć własne” cele w życiu. Struktura krystaliczna połączeń między dwiema jego formami dostarcza informacji o tym jak DNA może osiągać te „akrobatyczne” figury. Ryc. 1 | Nowy skręt. Struktura połączenia dwóch form B–Z opracowana przez Ha et al. (Ha, S. C., Lowenhaupt, K., Rich, A., Kim, Y. G. & Kim, K. K. Nature 437, 1183–1186 (2005).)1. Obszar lewoskrętny Z-DNA łączy się z prawoskrętną strukturą B-DNA poprzez złącze w którym jedna para zasad jest wykręcona na zewnątrz lub wystaje z heliksu DNA. (Ryc. zmodyfikowana z ref. 1.) Richard R. Sinden NATURE|Vol 437|20 October 2005

Upakowanie DNA w nukleosomie histony 2x [H2A, H2B, H3 i H4] (niebieskie i zielone) H1 (żółty) DNA 146 pz DNA między nukleosomami około 60 pz

Schemat upakowania DNA w nukleosomie

Nić DNA Włókno Nukleosomalne Solenoid Supersolenoid Chromatyda Chromosom

Początek składanie/aktywacja http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg Początek składanie/aktywacja (białko) aktywna kohezja postępujące widełki replikacyjne czynniki Replikacji początek wyładowań hamowania

Metody biologii molekularnej WYKŁAD 1 (WPROWADZENIE DO GENETYKI LEKARSKIEJ; KIERUNEK LEKARSKI, ROK III) CYKL KOMÓRKOWY FAZY CYKLU REGULATORY CYKLU AKTYWATORY BLOKERY APOPTOZA SZLAKI MEJOZA A.L. SIEROŃ

Cykl komórkowy 0,5 DO 24 GODZIN Bloker guzów geny, CDK Blokowanie Czynniki wzrostu Oncogeny Cykliny & CDK Bloker guzów geny, CDK Blokowanie „Punkt zakazu” (Niemożliwość powrotu) Nowa komórka siostrzana Mitoza (podział komórek) Początek cyklu Cykl komórkowy 0,5 DO 24 GODZIN Synteza, (Podwojenie DNA)

Cykl komórkowy 0,5 DO 24 GODZIN Nowa komórka siostrzana Mitoza (podział komórek) Regulacja przez mitochondria Początek cyklu Czynniki wzrostu Onkogeny Cykliny & CDK Cykl Krebsa (mitochondria) Bloker guzów geny, CDK Blokowanie Synteza, (Podwojenie DNA) „Punkt zakazu” (Niemożliwość powrotu) Cykl komórkowy 0,5 DO 24 GODZIN Aleksander L. Sieroń

MEJOZA CYKL KOMÓRKOWY APOPTOZA FAZY CYKLU SZLAKI REGULATORY CYKLU AKTYWATORY BLOKERY APOPTOZA SZLAKI MEJOZA A.L. SIEROŃ

CYKL KOMÓRKOWY Segregacja chromosomów Podział komórki Replikacja DNA 2 Wielkość komórki 1 2 Zawartość DNA 1 Replikacja DNA Stężenie Cyklin Aktywność CDK (kinazy cyklino zależne – fosforylazy) http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg

Cykl komórkowy jest regulowany przez CDK (kinazy zależne od cyklin). POCZĄTEK CYKLU http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm

Cykliny aktywują CDK POCZĄTEK CYKLU http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm

Strukturalny mechanizm aktywacji Cdk Chapter 3 The Cell-Cycle Control System© 2007 New Science Press Ltd

Niskocząsteczkowe białka, p9cks i p15cdk-BP, i modulują ich aktywność ściśle wiążą się z CDK i modulują ich aktywność POCZĄTEK CYKLU http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm

Fosfatazy białkowe (cdc25) i inne kinazy (cdk7/cyklina H, polo) Aktywatory CDK: Fosfatazy białkowe (cdc25) i inne kinazy (cdk7/cyklina H, polo) aktywują CDK. POCZĄTEK CYKLU http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm

MEJOZA CYKL KOMÓRKOWY APOPTOZA FAZY CYKLU SZLAKI REGULATORY CYKLU AKTYWATORY BLOKERY APOPTOZA SZLAKI MEJOZA A.L. SIEROŃ

lub przez modyfikacje enzymatyczne (wee1, KAP, etc.) Blokery CDK: Liczne białka blokują CDK wiążąc się z nimi stechiometrycznie (CIP1, INK4) lub przez modyfikacje enzymatyczne (wee1, KAP, etc.) POCZĄTEK CYKLU http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm

aktywny nieaktywny aktywny PROFAZA METAFAZA aktywny Przejście profaza/metafaza: liczne enzymy utrzymują w profazie nieaktywny kompleks cdc2/cyklina B nieaktywny aktywny (G2) MITOZA (M) nieaktywny aktywny PROFAZA METAFAZA nieaktywny aktywny PROFAZA METAFAZA http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm

G2 MITOZA (M) nieaktywny aktywny Przejście profaza/metafaza: Uszkodzenie DNA zatrzymuje komórki w profazie przez wpływ na aktywność cdc25 nieaktywny aktywny MITOZA (M) G2 http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm

Przejście profaza/metafaza: Inne czynniki regulatorowe! MITOZA (M) http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm

Oznaczanie aktywności kinazowej CDK1/cyklina B http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm

Potencjalne miejsca blokowania aktywności CDK http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm Miejsca fosforylowane Miejsca oddziaływania CDC25 Miejsca wiązania blokerów białkowych Kieszeń wiązania ATP Miejsca wiązania substratu Pętla fosfotreoniny Domena wiązania CKS CYKLIN „Skrzynka rozpadowa” Komórkowa lokalizacja domen

http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

KOMÓRKA W SPOCZYNKU P O Z O R N I E !!! http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

WCZESNA PROFAZA KONDENSACJA CHROMATYNY http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

PÓŹNA PROFAZA CHROMOSOMY WĘDRUJĄ DO PŁYTKI METAFAZOWEJ http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

PÓŹNA METAFAZA CHROMOSOMY W PŁYTCE METAFAZOWEJ http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

Mitoza: Wczesna Anafaza WĘDRÓWKA CHROMATYD DO BIEGUNÓW http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

MITOZA: PÓŹNA ANAFAZA DEKONDENSACJA CHROMATYNY http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

TELOFAZA CYTOKINEZA http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

KOMÓRKI POSTMITOTYCZNE MITOZA: KOMÓRKI POSTMITOTYCZNE INTERFAZOWE JĄDRA http://micro.magnet.fsu.edu/micro/gallery/mitosis/resting.html

Partnerzy CDK http://www.sb-roscoff.fr/CyCell/Diapo/sld003.htm

(natężenie cyklu Krebsa) (Różnicowanie komórek) Na podstawie http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg czynniki wzrostowe (natężenie cyklu Krebsa) i.t.p. faza S Cyklina D Cyklina E (Podziały komórek) (Różnicowanie komórek) (Naprawa komórek)

Wykrywanie uszkodzenia http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg Replikacja Uszkodzenie DNA Mocznik (HU) Wykrywanie uszkodzenia Faza S Odzysk „Zacisk” „Ładowacz zacisku”

Zatrzymanie cyklu komórkowego Onkogeny (np. E1A, Myc) Uszkodzenie DNA (UV, leki) p19ARF Kinazy (np. ATM, DNAPK) p53 Zatrzymanie cyklu komórkowego lub apoptoza

Rb defosforylowane Cyklina B Cyklina A Cyklina D Cyklina E Rb fosforylowane Na podstawie http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg

(UV, PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE, LEKI, ITP.) USZKODZENIE DNA (UV, PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE, LEKI, ITP.) p53 p21 *CYKLINA-CDK CYKLINA-CDK ATP ADP *E2F CYKLINA + CDK Rb:E2F ppRb G1 S

BRCA1 G2 M USZKODZENIA W KOMÓRCE ATM/ATR ? hCds1/Chk2 ATM, ATR i hCds1/Chk2 są białkami odpowiadającymi na uszkodznia w komórce zmieniając fosforylację produktu genu BRCA ATM/ATR ? hCds1/Chk2 BRCA1 Chk1 – Kinaza regulatorowa Cdc25C Kinaza Wee1 Cdc2/cyklina B G2 M

brak aktywności podziałowej Linie kropkowane (krzyże) wskazują defekty w szlakach ATM i/lub ATR występujące w różnych liniach komórek rakowych. uszkodzenia DNA wczesna odpowiedź podtrzymanie brak aktywności podziałowej

Cykl komórkowy cdk 1 cykliny A i B pRB/RIZ1 p53 p21 pRB cdk2, 4 i 6 Nowa komórka siostrzana Mitoza (podział komórek) Początek cyklu Czynniki wzrostu Oncogeny Cykliny & CDK Bloker guzów geny, CDK Blokowanie Synteza, (Podwojenie DNA) „Punkt zakazu” (Niemożliwość powrotu) Cykl komórkowy cdk 1 cykliny A i B pRB/RIZ1 Wejście do Apoptozy p53 p21 pRB cdk2, 4 i 6 cykliny A, E i D Wyjście do G0 Wejście do Apoptozy

? Uszkodzenie DNA Zanik Telomerów Onkogeny Model apoptotycznej odpowiedzi komórek na cytotoksyny, napromieniowanie i niedobór cytokin. Białka BH3-tylko Puma, Noxa i Bim pośredniczą, zarówno w zależnej, jak i niezależnej od p53 odpowiedzi na stres. Odpowiedzi te są aktywowane jednakowo przez stres wymuszony (niedobór cytokin, cytotoksyny i promieniowanie), jak i sygnały o stresie, takie które powstają w czasie tumorogenezy od aktywowanych onkogenów, zaniku telomerów i w hypoksji. Aktywacja kinazy ATM lub białka Arf blokuje białko Mdm2, co wywołuje wzrost stężenia p53 w komórkach. P53 indukuje transkrypcję genów p21, Puma i Noxa, a także innych o słabo poznanym znaczeniu (pola zakreskowane). Aktywowanie Bcl-2 (i innych pokrewnych mu białek) przez białka BH3-tylko powoduje aktywację Bax i Bak co wzbudza apoptozę. Skróty: STS, staurosporyna; dex, deksametazon. ATM Arf ? Mdm2 ? Hipoksja p53 Niedobór cytokin Wypływ Ca2+ p21 Taksol PMA Zatrzymanie Cyklu komórkowego STS dex PIG3, PIG8, PERP P53AIP1, p53DINP1 Bim Puma Noxa ? Bcl-2 Bax/ Bak Villunger A. et al. (2003) Science, 302:1036-8. Apoptoza

punkt kontrolny wymagane dla wyjścia z mitozy, które ma miejsce Na podstawie http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg punkt kontrolny meta anafaza cytokiny fazy S wymagane dla wyjścia z mitozy, które ma miejsce w fazach G1 i G2 cyklu komórkowego

kaskada kinazowa jąderko wyjście z mitozy Na podstawie http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg kaskada kinazowa jąderko wyjście z mitozy

kinaza naprawa faza S faza M i http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg uszkodzenie we wczesnej fazie S uszkodzenie w późnej fazie S/G2 kinaza naprawa faza S faza M i

Wejście do anafazy Wyjście z mitozy Zatrzymanie widełek Zatrzymanie http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg Wejście do anafazy Wyjście z mitozy Zatrzymanie widełek Zatrzymanie widełek

Uszkodzenia wrzeciona http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg Uszkodzenia wrzeciona kinaza meta metafaza

APC CDC20 HCT1/CDH1 meta anafaza Na podstawie http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg APC CDC20 HCT1/CDH1 meta anafaza cytokiny fazy S wyjście z mitozy

typ dziki uszkodzenie naprawa komórek nie może przywrócić http://pingu.salk.edu/~forsburg/cclecture.html#reg uszkodzenie typ dziki zmutowane komórki w punkcie kontrolnym nie mogą zatrzymać podziałów mikrokolonii naprawa komórek nie może przywrócić pojedynczych zmutowanych komórek

K O N I E C Cz. 1 WYKŁADU 1 DZIĘKUJĘ