Darvas Zsuzsa, László Valéria

Sejtbiológia


A soksejtűek sejtjeire jellemző sejtciklus

A soksejtű szervezetek sejtjei igen eltérő intenzitással osztódnak, a típusaikat már említettük. Maga a szabályozás is jóval összetettebb, számos, mai ismereteink szerint 9-féle Cdk-t és 16 féle ciklint azonosítottak, bár ezek nem mindegyike játszik szerepet a sejtciklusban. A Cdk-kat számokkal, a ciklineket betűkkel jelölik (XIV.1. táblázat). Fontos különbség még, hogy a sejtek nagy része ún. G0 szakaszban van, ahol se osztódás, sokszor még növekedés sincs. A szabályozás szempontjából az a legfontosabb, hogy ezekben a sejtekben nincs aktív Cdk, elsősorban azért, mert hiányoznak a ciklinek.
 
XIV.1. táblázat. A magasabb rendűekben a sejtciklus szabályozásában szerepet játszó legfontosabb Cdk-k, ciklinek és azok komplexei
Cdk – ciklin komplex
Ciklin
Cdk
G1-Cdk
Ciklin D (G1 ciklin)
Cdk 4, 6
G1/S-Cdk
Ciklin E (G1/S ciklin)
Cdk 2
S-Cdk (SPF)
Ciklin A (S ciklin)
Cdk 2
M-Cdk (MPF)
Ciklin B (M ciklin)
Cdk 1
 
Ahhoz hogy a sejtek újból belépjenek a G1 szakaszba, ún. növekedési faktorokra van szükségük. Ezek többé-kevésbé specifikus, 50–160 aminosavból álló polipeptidek, amelyek többnyire parakrin módon ható jelmolekulák, a plazmamembránban található receptoraikhoz kötődnek. Jellemzőjük, hogy igen alacsony koncentrációban (10–9–10–11 M) találhatók meg a szervezetben. Ma már kb. 50 féle növekedési faktor ismert és hatásuk igen sokrétű. Vannak köztük széles, de szűk spektrumúak is, és sokszor különböző kombinációban hatnak. A sejtek osztódását serkenthetik, de gátolhatják is, ez néha csak a koncentrációtól függ. Az osztódáson kívül a növekedést is fokozhatják, és a differenciálódásra is hathatnak.
A növekedési faktorok közé tartozik pl. a hám növekedési faktor, az EGF (epithelial growth factor). Ezt a faktort a vese és az emlő mirigyhámsejtjei termelik és a hám-, a mezenchima- és a gliasejtek szaporodását, növekedését serkenti. Az inzulin-szerű növekedési faktor, az IGF (insulin-like growth factor) a májsejtekben termelődik, számos sejttípusra – többek között a kondroblasztokra és a fibroblasztokra – hat. A fibroblaszt növekedési faktor, az FGF (fibroblast growth factor) a makrofágokban termelődik és a fibroblasztok, valamint az endotél sejtek osztódását serkenti. A transzformáló növekedési faktornak, a TGF-nek (transforming growth factor) több fajtája is ismert. Ezek a célsejttől függően, bizonyos sejtek osztódását fokozzák, másokét gátolják. Általában meggátolják, hogy más növekedési faktoroknak az adott sejtre való hatását. A fejlődési folyamatokban (pl. a mezoderma differenciálódásában) az FGF és a TGF is alapvető szerepet játszik. Az idegnövekedési faktor, az NGF (nerve growth factor) az axonok növekedését fokozza, a vérlemezke eredetű növekedési factor, a PDGF (platelet-derived growth factor) pedig többek között az érfal sérüléseinek begyógyulásában játszik szerepet. Az immunrendszer működésében fontos, nagyszámú növekedési faktor az ún. citokinek közé tartozik. Ezekre (pl. interferon, tumor nekrózis faktor = TNF, interleukinok) jellemző, hogy általában gátolják a sejtek osztódását, de vannak osztódást fokozó, sőt sejttípusonként eltérő módon ható citokinek is.
A növekedési faktorok plazmamembrán receptoraikon keresztül fejtik ki hatásukat. Ezek a membránreceptorok azon speciális csoportjába tartoznak, amelyek egyrészt egyszer érik át a membránt, másrészt enzimatikus tulajdonságúak vagy enzimekhez kapcsoltak. A növekedési faktor (külső jel) és a receptor kapcsolódása után beindul a jelátvitel, ami számos közbülső lépés után, végül elsősorban G1-be való visszatéréshez szükséges ciklinek, illetve más fehérjék szintéziséhez vezet (XIV.3. ábra).
 
XIV.3. ábra. A növekedési faktorok hatása a célsejtekre.
A növekedési faktorok membránreceptoraikhoz kapcsolódva jelátviteli utat indítanak el, amely számos közbülső lépés után végül a korai és késői gének transzkripciójának a fokozásával a sejtet visszairányítják a G1 fázisba
 
Ennek főbb lépései általában a következők: a növekedési hormon kapcsolódik a plazmamembránban lévő receptorához, amelynek citoplazmatikus oldala tirozin-kináz (tirozinon foszforilál) tulajdonsággal rendelkezik. A növekedési faktor bekötődésének hatására a receptorok dimerizálódnak. Ennek eredményeként a katalitikus részük aktiválódik. Ez az aktív enzim a szomszéd receptort foszforilálja, (ez lényegében autofoszforiláció), ami még jobban fokozza az enzimaktivitást. A foszforilálódott tirozinokat aztán különböző citoplazmatikus proteinek, pl. a GTP-áz aktiváló fehérje, a foszfolipáz-C, vagy citoplazmatikus tirozin-kinázok ismerik fel, és sok esetben maguk is foszforilálódhatnak. Lényegében egy tirozinfoszforilációs kaszkád indul be. Az említett enzimek közül némelyik működése és osztódást serkentő hatása jobban, míg másoké lényegesen kevésbé ismert. Van azonban egy közös szerkezeti tulajdonságuk, a foszfotirozin felismerésére képes ún. SH2 domént tartalmaznak (XIV.4. ábra).
 
XIV.4. ábra. Az egyik növekedési faktor, a PDGF hatásmechanizmusának kezdeti lépései
 
A lánc következő tagjai a Ras fehérjék, amelyek monomer (kis) G-proteinek. A GTP-áz aktiváló fehérje hatására GDP-t kötnek, ami inaktív állapotot jelent, míg más fehérjék hatására a GDP–GTP-re való cseréjével aktiválódnak.
Az aktiválódó Ras fehérjék egy következő, immár szerin/treonin foszforilációs, háromtagú (MAP-kináz-kináz-kináz, MAP-kináz-kináz, MAP-kináz) kaszkádot indítanak be. A MAP a mitogén aktiváló protein rövidítése. A MAP-kináz cél fehérjéi igen sokfélék lehetnek, így pl. más protein-kinázok is. Ugyanakkor az aktivált MAP-kináz a sejtmagba kerülve transzkripciós faktorokat is aktiválhat. Ezek először az ún. korai gének (c-jun, c-fos, c-myc) átírását serkentik, amelyek szintén transzkripciós faktorokat kódolnak. Ezek viszont a második lépésben az ún. késői gének transzkripcióját fokozzák. A késői gének kódolják a Go-ból a G1 szakaszba való lépéshez szükséges fehérjéket, pl. ciklineket (lásd később) (XIV.5. ábra).
 
XIV.5. ábra. A növekedési faktorok hatásának főbb állomásai
 
A növekedési faktorok szükségességét akkor fedezték fel, amikor megpróbálták sejttenyészeti körülmények között, in vitro tartani a magasabb rendűek sejtjeit. Kiderült, hogy ez csak vérszérum jelenlétében lehetséges, és azt is kimutatták, hogy a sejtek tenyészetben történő fenntartásához a szérumban csak igen kis mennyiségben jelenlévő növekedési faktorokra van szükség. A sejteknek két másik fontos tulajdonságára szintén fény derült. Az egyik, hogy a legtöbb sejttípus csak akkor képes osztódni, ha megfelelő letapadásra alkalmas felszín áll a rendelkezésére. Ezt a tulajdonságot letapadási függőségnek nevezik. A letapadási helyeken, a fokális kontaktusoknál a sejtek citoszkeletonja (aktin filamentumai) és az extracelluláris mátrix komponensei (laminin és a fibronektin) kerülnek egymással kapcsolatba a sejtek membránjában található integrinek közvetítésével. A kapcsolódás protein kinázokat, nevezetesen a fokális adhéziós kinázokat (FAK) aktivál, amelyek szignál transzdukciót elindítva indukálják pl. a sejtek osztódását. A harmadik jellegzetessége a normál sejteknek, hogy csak addig tudnak osztódni, amíg a rendelkezésre álló felületet be nem borítják. Ezután fellép a sűrűség- (denzitás-) függő sejtosztódás gátlás (régebben kontakt gátlásnak nevezték), és a sejtek osztódása megáll. A jelenség hátterében valószínűleg az van, hogy a sejtek számára limitált mennyiségű növekedési faktor áll rendelkezésre.
A soksejtű szervezetekből származó sejtek tenyésztése során azt is megfigyelték, hogy a normál sejtek csak kb. 50-szer tudnak osztódni. Ezután a sejtek megöregszenek, majd többségük elpusztul. Lesznek közöttük, azonban olyanok, amelyekben több genetikai változás, mutáció felhalmozódik és meghatározatlan ideig képesek szaporodni. Ezek a transzformált sejtek, más néven a sejtvonalak. Osztódásukhoz nem feltétlenül igényelnek külső jelet, növekedési faktorokat, nem jellemző rájuk a letapadási függőség, vannak olyanok, amelyek szuszpenzióban is növekedhetnek, és nem alakul ki sűrűségfüggő sejtosztódás gátlás sem közöttük (XIV.6. ábra).
 
XIV.6. ábra. A normális és a transzformált sejtek összehasonlítása.
Az utóbbiakra sem a denzitásfüggő osztódás gátlás, sem a letapadási függőség nem jellemző
 
A normál és a transzformált sejtek genetikai vizsgálatával megtalálták azt a két géncsaládot, amelyek a sejtek osztódását szabályozzák. Az egyik csoportba a protoonkogének, a másikba pedig a tumor szuppresszor gének tartoznak. A protoonkogének sejtosztódást serkentő, a tumor szuppresszor gének pedig osztódást gátló fehérjéket kódolnak. A normál sejtciklushoz a serkentő és a gátló tényezők egyensúlyára van szükség (XIV.7. ábra).
A legtöbb protoonkogén a növekedési faktorok hatásmechanizmusában szerepet játszó fehérjét kódol. Láttuk, hogy milyen hosszú és sokkomponensű a növekedési faktorok jelátviteli útja, és az út minden eleme, fehérje komponense megváltozhat úgy, hogy a sejt osztódása minden külső jel nélkül is fokozódhat. A megváltozott fehérjéket kódoló géneket onkogéneknek nevezzük, és hatásuk domináns (heterozigóta formában is megjelenik) a protoonkogének hatása felett. Az onkogének termékei nagyobb mennyiségben termelődnek vagy aktívabban működnek, mint a protoonkogéneké, és így vehetnek részt tumorok kialakulásásban.
Az onkogének, vírusok, elsősorban retrovírusok genomjában is megtalálhatók, valószínűleg egy régebbi gazdasejt protoonkogénjének mutált változatai. A protoonkogének egyezményes jelölése c-onc, a vírus onkogéneké pedig v-onc. A protein terméket Onc-nak jelölik. A protoonkogének funkciójára sok esetben vírusfertőzések kapcsán derült fény, ezért legtöbbször a vírus által okozott betegség nevéből képzik a nevüket. Lássunk néhány példát erre. A Sis (sis gén terméke) a PDGF egyik láncát; az Erb-B (erb-B) az EGF receptor egy részét; az Scr (srs) egy citoplazmatikus protein kinázt; a Ras-ok (ras) kis G fehérjéket; a Myc (myc), Fos (fos), Jun (jun) pedig transzkripciós faktorokat kódolnak.
A sejtosztódást szabályozó gének másik csoportja a tumor szuppresszor gének, amelyek termékei az osztódást gátló fehérjék. Probléma akkor jelentkezik, ha ezek a gének deléciót szenvednek (eltűnnek a genomból), vagy úgy változnak meg, hogy hibás, csökkent működésű fehérjét kódolnak. A megváltozott gén hatása recesszív (csak homozigóta formában jelenik meg) a normális tumor szuppresszor génekéhez viszonyítva. Ez is tumorok kialakulásához vezethet, mivel homozigóta formában ez egy olyan fehérje hiányát vagy hibás működését jelenti, ami egyébként a sejt osztódását gátolja. Konkrét tumor szupresszor gén példákra egy kicsit később térünk rá.
 
XIV.7. ábra. A sejtciklust két géncsalád – a protoonkogének és a tumor szuppresszor gének – szabályozzák.
Bármelyik protoonkogén hiperaktívvá válása, és bármelyik tumor szuppresszor gén inaktiválódása fokozott sejtosztódáshoz vezethet
 
És most lássuk lépésről, lépésre, a soksejtűekre jellemző sejtciklus folyamatait és azok szabályozását.
 

Sejtbiológia

Tartalomjegyzék


Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 704 4

Reméljük, hogy a hallgatóknak nemcsak egy olyan jegyzetet készítettünk, amelyet meg kell tanulniuk, de sikerült belevinnünk azt az érzést is, amely a jegyzet megírásakor és átírásakor eltöltött minket. Ez az érzés a csodálat. Milyen csodálatos kis egység a sejt, milyen tökéletesen és logikusan szervezett! Mi sem, és így a hallgató sem menekülhet meg a molekuláris szemlélettől, amely manapság a biológia és az orvostudomány minden területén uralkodóvá vált. Igyekeztünk csak annyi molekulát és molekuláris mechanizmust megemlíteni, amelyet feltétlenül szükségesnek tartottunk a sejtben zajló folyamatok megismeréséhez és megértéséhez. Kívánjuk, hogy a leírtak segítsék a hallgatókat más tárgyak anyagának megértésében és elsajátításában is. A jegyzet immáron negyedik, javított kiadását tartják a kezükben és persze ez is több, mint az előző. Mentségünkre legyen mondva a többlet nemcsak több szöveget, de több képanyagot és ábrát is jelent. Reméljük ez segít jobban megérteni a sejtekben zajló, néha bizony komplikált eseményeket. (a szerzők)

Hivatkozás: https://mersz.hu/darvas-laszlo-sejtbiologia//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave