Der Zellzyklus ist der Prozess, den eine Zelle unternimmt, um ihr gesamtes genetisches Material zu replizieren und sich in zwei identische Zellen zu teilen. In diesem Artikel werden wir uns die verschiedenen Phasen des Zellzyklus ansehen und was in jeder Phase passiert. Wir werden auch die Regulierung des Zellzyklus betrachten und einige Beispiele seiner Dysregulation betrachten.
Phasen des Zellzyklus
Der Zellzyklus ist ein 4-stufiger Prozess, der aus Lücke 1 (G1), Synthese (S), Lücke 2 (G2) und Mitose (M) besteht, die eine Zelle beim Wachsen und Teilen durchläuft., Nach Abschluss des Zyklus startet die Zelle entweder den Prozess wieder von G1 oder verlässt den Zyklus durch G0. Ab G0 kann die Zelle einer terminalen Differenzierung unterzogen werden.
Die Stadien im Zellzyklus zwischen einer Mitose und der nächsten, zu denen G1, S und G2 gehören, werden gemeinsam als Interphase bezeichnet.,
G1-Phase
- Zellgröße nimmt zu
- Zelluläre Inhalte werden dupliziert
S-Phase
- DNA-Replikation
- Jedes der 46 Chromosomen (23 Paare) wird von der Zelle repliziert
G2-Phase
- Zelle wächst mehr
- Organellen und Proteine entwickeln sich in Vorbereitung auf die teilung
M-Phase
- Mitose gefolgt von Zytokinese (Zelltrennung)
- Bildung von zwei identischen Tochterzellen
G0-Phase
Während sich einige Zellen ständig teilen, sind einige Zelltypen ruhend., Diese Zellen verlassen G1 und treten in einen Ruhezustand namens G0 ein. In G0 erfüllt eine Zelle ihre Funktion, ohne sich aktiv auf die Teilung vorzubereiten. G0 ist für einige Zellen ein permanenter Zustand, während andere die Teilung neu starten können, wenn sie die richtigen Signale erhalten.
Abbildung 1 – Phasen des Zellzyklus.Regulierung
Das Fortschreiten der Zellen durch den Zellzyklus wird durch verschiedene Kontrollpunkte in verschiedenen Stadien gesteuert. Diese erkennen, ob eine Zelle beschädigte DNA enthält, und stellen sicher, dass sich diese Zellen nicht replizieren und teilen., Der Restriktionspunkt (R) befindet sich bei G1 und ist ein wichtiger Kontrollpunkt. Die überwiegende Mehrheit der Zellen, die den R-Punkt passieren, beendet den gesamten Zellzyklus. Andere Kontrollpunkte befinden sich an den Übergängen zwischen G1 und S und G2 und M.
Wenn an einem Kontrollpunkt beschädigte DNA nachgewiesen wird, führt die Aktivierung des Kontrollpunkts zu einer erhöhten p53-Proteinproduktion. p53 ist ein Tumorsuppressor-Gen, das das Fortschreiten des Zellzyklus stoppt und Reparaturmechanismen für die beschädigte DNA startet., Wenn diese DNA nicht repariert werden kann, stellt sie sicher, dass die Zelle Apoptose erfährt und sich nicht mehr replizieren kann.
Dieser Zellzyklus wird auch durch Cycline eng reguliert, die die Zellprogression durch Aktivierung von CDK-Enzymen (Cyclin-Dependent Kinase) steuern.
Ein Beispiel für ein Tumorsuppressorprotein ist das Retinoblastomprotein (Rb). Rb schränkt die Fähigkeit einer Zelle ein, im Zellzyklus von der G1-zur S-Phase überzugehen. CDK phosphoryliert Rb zu pRb, so dass es nicht in der Lage ist, die Zellproliferation zu beschränken, wodurch seine zellwachstumsunterdrückenden Eigenschaften gehemmt werden., Dadurch können sich Zellen im Zellzyklus normal teilen.
Klinische Relevanz-Neoplasie
Neoplasie ist eine Erkrankung der ungeprüften Zellteilung und ihr Fortschreiten wird auf eine Änderung der Aktivität von Zellzyklusregulatoren zurückgeführt. Tritt eine Mutation in einem Protein auf, das den Zellzyklus reguliert, z. B. p53, kann dies zu einer schnellen, unkontrollierten Vermehrung dieser Zellen führen.
Wenn ein Defekt im p53-Tumorsuppressor-Gen vorliegt, kann es Zellen mit beschädigter DNA nicht erkennen und binden, um den Schaden entweder zu reparieren oder Apoptose zu verursachen., Dies führt zu einer ungeprüften Replikation von Zellen im Zellzyklus und einer Zunahme von mutiertem p53. Dies erhöht das Risiko von Neoplasmen und bringt auch die krebsartigen Eigenschaften im mutierten p53 hervor.