Szervezet sejtszámának fenntartásához állandó sejtosztódás szükséges - bizonyos sejtek osztódásra specializáltak, más sejtek egyáltalán nem képesek osztódni.
Prokarióták: megfelelő körülmények mellett DNS replikáció, kromoszómák szétválása, majd citokinézis; a hasadás akár 20 percenként is lezajlhat.
Eukarióták: kétféle osztódási forgatókönyv - mitózis és meiózis. Mitózis hasonló mechanizmussal zajlik le, mint a prokariótáknál, csupán bonyolultabb a szabályozása, előkészítése; más a sejtek „célja”.
Maga a mitózis, illetve ennek előkészítése, az interfázis - három részfázisra oszlik: G1 („gap”), S fázis (DNS szintézis szakasza), G2 (ismételt gap, előkészítés). Sejt osztódása során kiemelt jelentőségű a DNS épségének megtartása, replikáció során a legsérülékenyebb a DNS, így ezt az időszakot a lehető legröveddbre kell szabni. Szintén sérülékeny a DNS a mitózis során - kromoszómák „becsomagolása”, párok szétválasztása (legnagyobb kockázat a kromoszómarendellenességekre).
G1 és G2 fázis az előkészítő szakasz a sérülékeny S fázisra és mitózisra. Folyamatosan osztódó sejtvonal esetén a sejtciklus ideje kb. 24 óra (mitózis csupán 1 óra).
G0 fázis: cikluson kívüli állapot, átmenetileg nem osztódó sejt, illetve soha többé nem osztódó (kiöregedett) sejt található ebben a fázisban.
„Check point” - DNS sérüléseinek ellenőrzése folyamatos, de vannak kiemelt részek a ciklusban, ahol ellenőrzés zajlik - restrikciós pont (G1/S ellenőrzési pont), G2/M ellenőrzési pont, mitotikus orsó ellenőrzési pont.
Ciklusosan változó mennyiségűek a sejtciklus során - fázis során megjelennek, mennyiségük felfut, majd eltűnnek (kivétel: ciklin D, kissé pulzatorikus mennyiségbeli előfordulás). Ciklin-dependens kinázok mennyisége kevéssé ingadozóak, ált. akkor jelennek meg, amikor a Go-ból a sejtosztódásba lép a sejt.
Mindig előafordul: Cdk 7, ciklin H - transzkripció általános faktora is, CAK-nak nevezik - Cdk aktiváló kináz, jelenléte szükséges minden Cdk aktivitásához, de nem elégséges!
Ciklinfüggő kináz gátló fehérje: ciklin dependens kináz inhibitorok, két alcsalád:
protein kináz - serkentő és gátló hatások együttese határozza meg működését.
Pozitív hatás: kofaktorának, a ciklinnek a kötődése; aktiváló hatású foszforiláció a CAK által; gátló foszforiláció megszüntetése (összes Cdk-n megszünteti a gátló foszforilációt: Cdc 25 protein foszfatáz)
Negatív hatású a Cdk-inhibitor fehérje kötése; gátló hatású foszforiláció (pl. Wee1 által).
Cdc25: ciklint kötött, aktiváló helyen foszforilált, illetve gátló helyen is foszforilált Cdk-ról a gátló foszfátokat hidrolízálja - aktiválás, check pointon való átlépés.
Sejt sejtciklusba vitele (új sejt vagy G0-ból való visszatérés): mitogén hatás éri a sejtet, pl. növekedési faktor, jelátviteli útvonalak aktiválódnak (MAP kináz kaszkád), sejtciklus szabályozásához szükséges ciklineket és Cdk-okat kódoló gének aktiválódnak. Fontos transzkripciós faktorok: Jun, Fos, Myc - foszforilációjukkal a DNS-ben megfelelő promoterekhez kötődnek, megjelennek a Cdk-k, és megtalálhatók az egész ciklusban; megjelennek a ciklinek közül a fázisra jellemző (G1-ben ciklin D) ciklinek.
E2F transzkripciós faktor már a későbbi lépésekhez szükséges géneket kezdi aktiválni.
Egyre növekvő Cdk-ciklin komplex mennyiség - közben a CkI mennyiség folyamatosan csökken (degradálódik, és nem szintetizálódik) - kritikus pontnál a csökkentő mennyiségű inhibitor nem tudja elnyomni a növekvő mennyiségű Cdk-ciklin komplexeket. Szükséges ehhez: mitogén hatás fennmaradása - ha elmúlik, a transzkripciós faktorok aktivitása megszűnik, nem nő tovább a Cdk-ciklin mennyiség.
„point of no return” - ezen túllépve a sejt vagy osztódik, vagy apoptotikussá válik. E2F dimerizációs partnerével (DP) a DNS promoterén ül, a komplexen egy retinoblasztóma fehérje köt (protein Rb), az így kialakuló hármas komplex represszorként működik, korepresszorokat köt és aktivál. Cdk4/6-ciklin D komplex hiperfoszforilálja a pRb-t, ami így leválik az E2F-DP komplexről, ami így már transzkripciós aktivátorként működik. Gének transzkripciója elindul, fehérjék termelődnek - pl. S fázis génjeinek fehérjéi, indukálódik a ciklin E - újabb Cdk-ciklin komplex: Cdk2/ciklinE jelenik meg - POZITÍV VISSZACSATOLÁS, mert ez is foszforilálja a pRb-t.
Megtörtént az elköteleződés - ha DNS sérülés történik, legnagyobb eséllyel apoptózis következik be.
Szabályozási jelentőség: innen már nem szükséges a mitogén stimulus fenntartása a ciklus folytatásához.
Nukleotid- és DNS szintézis enzimei:
Sejtciklus továbbhaladását biztosító fehérjék:
Transzkripciós faktorok:
G1 Cdk-k inaktiválják az S fázis CKI-t, így az SPF felszabadul a gátlás alól, elindulhat a replikáció. Cdk2-höz ebben az esetben ciklin A a partnere (változott a szubsztrátspecifitás). Ez a komplex ciklin A+Cdk2+p27 komplexben a p27-et foszforilálja, ez ubikvitinizációs szignál, proteaszómális lebomlást követően aktív lesz a ciklin A+Cdk2 komplex - ELINDULHAT AZ S FÁZIS.
Aktív ciklin A+Cdk2 - SPF foszforilálja a pre-replikációs komplexet, amelyben ezáltal átarendeződés zajlik le, a komplex széttekeri a DNS-t, amire az egyszálú DNS kötő fehérje köt (SSBP). Bekötődik a polimeráz alfa-primáz, megkezdődik a replikáció.
Replikáció végbemegy: MPF (mitosis promoting factor) folyamatosan inaktív, amíg a DNS szintézis be nem fejeződik, illetve a sejtméret elég nagy nem lesz - aktivációja kardinális a mitózisba való belépéshez.
G2/M átmenet szabályozása: ciklin B mennyiség csúcsa a mitózis közepe táján, majd nullára zuhan vissza - osztódás után ne legyen lehetőség azonnali új osztódásra MPF jelenléte miatt.