34.8
Mitogeny i cykl komórkowy
Mitogeny i ich receptory odgrywają kluczową rolę w kontrolowaniu przebiegu cyklu komórkowego. Jednakże utrata kontroli nad podziałem komórkowym prowad…
Organizmy jednokomórkowe, takie jak bakterie, dzielą się, gdy w środowisku jest wystarczająca ilość składników odżywczych.
Jednak w organizmach wielokomórkowych większość komórek pozostaje w G0, czyli fazie niedzielącej, dopóki podział komórki nie zostanie wywołany przez zewnątrzkomórkowe cząsteczki sygnałowe, zwane "mitogenami".
Mitogeny to zwykle małe białka lub peptydy wydzielane w odpowiedzi na różne bodźce, takie jak uszkodzenie tkanki, infekcja lub rutynowa regeneracja.
Na przykład w przypadku uszkodzenia tkanek wyspecjalizowane komórki wydzielają mitogen zwany płytkowym czynnikiem wzrostu lub PDGF.
Takie mitogeny mogą wiązać się z domeną zewnątrzkomórkową receptorów kinazy tyrozynowej, takich jak receptor PDGF, indukując dimeryzację receptora i autofosforylację jego domen wewnątrzkomórkowych. Umożliwia to fosforylację i aktywację cząsteczek wewnątrzkomórkowych, które są zaangażowane w wiele szlaków sygnałowych.
Kinaza białkowa aktywowana mitogenem lub kaskady kinazy MAP są rodzajem szlaku sygnałowego indukowanego przez wiązanie mitogenu z receptorem. Szlak ten rozpoczyna się od aktywacji przez receptor małej GTPazy związanej z błoną o nazwie Ras.
Następnie aktywny Ras wyzwala kaskadę kinazy MAP, która obejmuje szereg białek kinazy. W łańcuchu reakcji fosforylacji najpierw kinaza MAP3 aktywuje kinazę MAP2, a następnie kinazę MAP.
Aktywny MAPK następnie przemieszcza się do jądra, gdzie aktywuje regulatorowe czynniki transkrypcyjne, w tym Myc.
Myc zwiększa ekspresję cyklin G1, które współpracują z kinazami zależnymi od cyklin lub Cdk.
Fosforylan kompleksu cykliny G1-Cdk Rb - białka supresorowego nowotworu - uwalniając związany czynnik regulatorowy genu-E2F. Aktywny E2F następnie wiąże się ze specyficzną sekwencją DNA i wyzwala transkrypcję genów cyklu komórkowego, które kodują kilka białek niezbędnych do podziału komórki.
W miarę ustępowania bodźców mitogennych, na przykład podczas gojenia się uszkodzonych tkanek, białko Rb oddziałuje z E2F, hamując jego aktywność, zapobiegając w ten sposób nadmiernemu wzrostowi komórek.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are mitogens and how do they affect cell division?
Mitogens are signaling molecules that stimulate cell proliferation and division. They bind to cell surface receptors and trigger intracellular pathways that promote progression through the cell cycle. Mitogens include growth factors and cytokines that regulate when cells enter active division phases.
Q2: How do growth factors function as mitogens in cell proliferation?
Growth factors are extracellular proteins that act as mitogens by binding to specific receptors on cell surfaces. This binding activates signal transduction pathways inside the cell, which communicate the signal to promote cell growth and division. Different cell types respond to different growth factors based on their receptor expression.
Q3: What role do checkpoint regulations play in mitogen-driven cell division?
Checkpoint regulations are cellular control mechanisms that verify conditions are appropriate before cells proceed through division phases. Mitogens must overcome these checkpoints by activating specific signaling cascades. If checkpoints detect problems, cells halt division until issues are resolved, preventing uncontrolled proliferation.
Q4: Why is signal transduction important for mitogen-induced cell proliferation?
Signal transduction converts mitogen signals from outside the cell into internal chemical messages that drive proliferation. When mitogens bind receptors, they initiate cascades of molecular interactions that activate genes controlling cell cycle progression. This system ensures cells only divide when appropriate external signals are present.
Q5: How do cytokines function as mitogens in immune cell proliferation?
Cytokines are signaling proteins that act as mitogens specifically for immune cells, stimulating their growth and division during immune responses. They bind to cytokine receptors and activate pathways that promote cell proliferation and differentiation. Cytokines enable rapid expansion of immune cell populations when needed.
Q6: What happens when mitogen signaling becomes dysregulated in cells?
Dysregulated mitogen signaling can lead to uncontrolled cell proliferation and tumor formation. Oncogenes, mutated genes that produce excessive mitogen signals or hyperactive receptors, drive continuous division without normal checkpoint controls. This loss of growth regulation is a hallmark of cancer development.