Cell cycle and apoptosis

Suatu sel melakukan reproduksi dengan melakukan rangkaian peristiwa yang teratur di mana sel menduplikasi isinya dan membaginya menjadi dua. Siklus duplikasi dan pembelahan ini disebut siklus sel, mekanisme penting yang dilakukan oleh semua sel hidup yang bereproduksi.

Siklus sel terkontrol, jika tidak terkontrol cancer.

Apoptosis: kematian yang terprogram (programmed cell death or cell suicide). DNA sel mengalami fragmentasi menjadi ukuran tertentu (DNA ladder), tidak melibatkan sel lain

Necrosis: inflamasi, sel lisis, enzim lisisnya kemudian akan tersebar di intersitial fluid dan mempengaruhi sel tetangganya (menular) sel tetangga ikut lisis

Fungsi siklus sel adalah untuk menduplikasi secara tepat sejumlah besar DNA dalam kromosom dan mensegregasi setiap kopinya mejadi tepat dua sel anak yang identik.

Prosesnya dibagi menjadi 2, yaitu:

1. Fase S (10-12 jam) sintesis, lebih lama pada sel mamalia2. Fase M (mitosis) waktu yang lebih singkat, pada mamalia kurang sari satu jam

Interfase replikasi DNA

Mitosis, dibagi menjadi beberapa tahap

- Profase, kondensasi kromosom- Prometafase- Metafase- Anafase- Telofase

Waktu yang paling lama tumbuh dan duplikasi DNA

Dalam siklus sel ada yang diebut fase Gap (G, Growth), ada dua G, G1 dan G2. G1 berada di antara M dan S, G2 di antara S dan M.

G1, S dan G2 interfase (kurang lebih 23 jam pada kultur sel hewan mamalia, dan 1 jam untuk mitosis)

Yeast (eukariot sederhana)

1. Fission yeast pada fase S, tidak melibatkan sitoskelet, tapi di fase G2, sitoplasmanya melakukan duplikasi

2. Budding yeast pada fase S, sitoskelet sudah mulai melakukan persiapan sambil DNA melakukan duplikasi

Perilaku mutan Cdc yang sensitif terhadap suhu:

- Sel normal (A)- Gen mutan menghasilkan abnormalitas, tidak dapat menyelesaikan fase S mutan Cdc

akan terus tumbuh sel akan berukuran sangat besar. In a budding yeast, tunasnya tidak akan lepas.

Pertumbuhan oosit dan pembelahan telur Xenopus.

Pada embrio, siklus selnya sangat unik, lebih cepat. Ada satu fase yang dilewat, sehingga siklusnya lebih pendek, yaitu G1. Meskipun demikian, fase S akan tetap terjadi check point.

G0 ketika sel berhenti membelah dan melakukan diferensiasi untuk melakukan suatu fungsi

Dalam kultur sel, dapat dimanipulasi

Pengontrolan siklus sel

Sel telur ukurannya jauh lebih besar dibandingkan dengan sel sperma, sitoplasmanya sangat unik. Jika sitoplasma sel telur diambil dan dicampur dengan inti sel sperma, diberi ATP inti sel sperma membelah sitoplasma sel telur banyak mengandung protein yang akan berperan dalam pembelahan sehingga mitosis dapat terjadi

Sitoplasma sel telur sangat unik, bahkan di dalamnya terdapat mRNA sel telur, berbeda dengan sitoplasma sel yang lain

Flow cytometry : relative amount of DNA per cell (unit)

Pada siklus sel, tahapan G1 akan terbentuk puncak yang sangat tinggi, G2 memberikan puncak yang lebih pendek dan S tidak akan terbentuk puncak. Ketika jumlah DNA banyak terjadi fusi (aplikasi)

Kontrol siklus sel pada fase M, sebelum masuk ke G1, sel harus mengecek apakah semua kromosom sudah menempel pada benang spindel, transisi metafase ke anafase, anafase dan masuk ke sitokinesis.

Pada fase G1 sebelum masuk ke S, terdapat check point lain, jika lingkungannya cocok, maka sel mungkin akan masuk ke fase S.

Pada fase G2, check point berikutnya sebelum masuk ketahapan M, dilakukan untuk mengecek keadaan lingkungannya dan apakah semua DNA telah direplikasi.

Komponen utama dari pengontrolan siklus sel adalah kompleks cyclin dan Cdk (cyclin-dependent kinase) untuk merangsang peristiwa-peristiwa dalam siklus sel. Tanpa cyclin, Cdk tidak aktif.

Cln cyclin pada yeast

Pada siklus sel, cyclin M + Cdk Mcdk (mitosis), M-cyclin didegradasi dan Cdk dibebaskan (G1), S-cyclin + Cdk (sintesis), S-cyclin didegradasi, Cdk dibebaskan (G2) berulang dari atas

Cyclin-nya berbeda-beda sesuai dengan spesies, Cdk terus diregenerasi

Konsentrasi semua kompleks protein akan turun ketika memasuki tahapan metafase-anafase sebelum sitokinesis

Ada 4 kelas Cyclin, sitentukan dari fase siklus sel-nya. Tiga di antara 4 ini, diperlukan oleh lebih banyak macam sel. G1-Cyclin S pada G1 replikasi DNA

Pada kebanyakan sel, kelas keempat cyclin, G1-Cyclin will help in promoting passage through start or restriction point in the restriction point in late G1.

1. G1/S-cyclins activate Cdks in late G1 and thereby help trigger progression through Start, resulting in a commitment to cell-cycle entry. Their levels fall in S phase.

2. S-cyclins bind Cdks soon after progression through Start and help stimulate chromosome duplication. S-cyclin levels remain elevated until mitosis, and these cyclins also contribute to the control of some early mitotic events.

3. M-cyclins activate Cdks that stimulate entry into mitosis at the G2/M checkpoint. Mechanisms that we discuss later destroy M-cyclins in midmitosis.

4. In most cells, a fourth class of cyclins, the G1-cyclins, helps govern the activities of the G1/S cyclins, which control progression through Start in late G1.

Cdk aktivasi:

Dalam keadaan inaktif, tanpa cyclin, daerah aktif tanpa cyclin bound, ditutup oleh Loop T. Pengikatan cyclin menyebabkan loop T pindah dari sisi aktif, menhasilkan aktivasi Cdk 2. Fosforilasi Cdk2 (oleh CAK) pada residu threonin pada loop T mengaktifkan enzim dengan mengubah bentuk loop T, meningkatkan kemampuan enzim untuk berikatan dengan substart protein

Regulasi aktivitas Cdk dilakukan oleh fosforilasi inhibitor. Kompleks cyclin-Cdk yang aktif dimatikan ketika kinase Wee1 memfosforilasi dua sisi yang berdekatan di dekat sisi aktif. Pelepasan gugus fosfat oleh Cdc25 fosfatase menhasilkan kompleks aktivasi cyclin-Cdk.

Inhibisi kompleks cyclin-Cdk oleh CKI, p27 berikatan pada Cyclin dan Cdk, mengganggu daerah aktif Cdk. Protein ini juga masuk ke daerah pengikatan ATP sehingga aktivitas enzim akan semakin terganggu.

Kontrol proteolisis oleh SCF dan APC selama siklus sel

Protein APC/C berikatan dengan Cdc 20 activated APC/C

Jika terdapat kompleks cyclin-Cdk, APC/C akan mengikatkan rantai ubiquitin, dibantu dengan ubiquitylation enzyme, ke bagian Cyclin M Cyclin M didegradasi oleh proteasome.

Cdk akan berebda untuk tiap posisi.

Kontrol proteolisis Cdk oleh SCF

Jika Cdk inhibitor protein (CKI) terfosforilasi karena protein F-box pada kompleks protein SCF yang aktif molekul ubiquitin terikat pada CKI dengan bantuan ubiquitylation enzyme.

CKI Sic (yeast), pXX (mamalia)

Semua protein regulator ini akan berada di sitoplasma, karena selaput inti sudah tidak ada ketika sel berada pada fase M.

Overview sistem pengontrolan siklus sel:

Jika sel kekurangan DNA karena DNA tidak direplikasi pada tahapa G2, sel tidak akan masuk ke tahapan berikutnya dan berhenti pada tahap G2 dan pada akhirnya akan mati.

Jika keadaan favorable itu tidak terjadi, maka akan terbentuk daughter cells yang tidak normal. Pada tumbuhan, keadaan ini dapat disengaja untuk menghasilkan tanaman dengan karakter unik tertentu.

Fase S

Peranan preRCs replication fork, difasilitasi oleh S-Cdk pembentukan pre-initiation kompleks dan replikasi elongation aktivasi M-Cdk fase M segregasi kromosom

Tiap origin, hanya diaktifkan 1x pada setiap siklus !

Inisiasi dari replikasi DNA, banyak protein yang terlibat

Kohesin holds sister chromatid together

Histon: helps to fold DNA

Inactive M-Cdk phosphorylated + phosphorylated Cdc25 activated M-Cdk

Kinetochore microtubule kinetochore yang berikatan dengan mikrotubul

Spindle mikrotubul kinesin 5

Motor protein utama pada spindle berkontribusi pada spindle assembly and function kinesin dan dynein

Replikasi sentriol

Sentrosom tdd sepasang sentriol dan perisentriolar matriks. Waktu G1, terjadi pemisahan sentrosom (sedikit) dan polimerisasi perisentriolar matriks. S dan G2 replikasi sentriol, fase M terpisah

Kinetokor

Mikrotubul kinetokor: tempat mikrotubul terpolarisasi

Tampat mikrotubul berikatan pada kromosom kinetokor

Kalau terjadi depolarisasi dari plus end mikrotubul kromosom ditarik ke kutub yang berlawanan

Ada beberapa bentuk alternatif ikatan kromosom:

Replikasi sentriol tidak terjadi unstable

Replikasi sentriol stable ready to divide

Percobaan untuk membuktikan pengaruh posisi aster mikrotubul pada pembelahan sel telur:

Kromosom pada sel telur yang membelah + glass bead in the cell furrow mikrotubul terbagi 2 4 sel telur. Jika ada gangguan pada spindle proses pembelahan sel tergang.

Mekanisme yang mengontrol, siklus sel entry dan inisiasi pada fase S sel hewan

Diawali dengan mitogen (senyawa yang dapat meninduksi mitosis) cascade sinyal protein yang masuk ke dalam inti sel protein-protein yang ada juga akan menstimulus transcripsi (faktor transkripsi)

Nick p53, suatu protein yang menyebabkan delay reapons dari gene

P53marker untuk apoptosis

Caspase terlibat dengan apoptosisya

Tiap aktivasi caspase2 berikut

Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan organ atau organisme

1. Mitogen stimulated cell division2. Growth factor stimulated cell growth, cell mass, mencegah degradasi3. Survival factor supressing apotosis

Growth factor + reseptor PI3 kinase protein kinase activation eIF4e and phosphorylated S6 kinase increase mRNA transcription G1

Pengaruh mutasi miostatin yang berakibat masa otot mengalami kenaikan yang drmatis.

Myostatin miofibril

S-phase dan M-phase (dilewat)