Basiscursus NVVO 2009

Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Celproliferatie
&
apoptose
Basiscursus NVVO 2008
Frans Ramaekers
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Weefselhomeostase:
balans tussen proliferatie en apoptose
proliferatie
= celverlies (apoptose)
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
OVERZICHT
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Relatie proliferatie - apoptose
De celcyclus
Regulatie van de celcyclus door cyclines en
cycline-afhankelijke kinases (cdk’s)
De substraten van cdk’s (pRb, lamines)
De beïnvloeding van cdk’s door processen in de cel
p53: celcyclus controle en apoptose-inductie
Apoptose : geprogrammeerde celdood
Inductie- en executie-fasen van apoptose
Caspases en hun inductie door p53
De substraten van caspases
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Kanker
proliferatie
>
Molecular Cell Biology & Genetics
celverlies (apoptose)
University of Maastricht
Celproliferatie in baarmoederhals
Kanker:
toename proliferatie
(ontregeling celcyclus),
+
afname celdood
(ontregeling apoptose).
Normaal epitheel
Tumor
1
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Bescherming tegen apoptose (bcl-2)
Molecular Cell Biology & Genetics
Normaal baarmoederhals epitheel
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
University of Maastricht
Bescherming tegen apoptose (bcl-2)
Baarmoederhals tumor
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
OVERZICHT
De celcyclus
wordt
nauwkeurig
gereguleerd
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Algemeen : relatie proliferatie - apoptose
De celcyclus
Regulatie van de celcyclus door cyclines en
cycline-afhankelijke kinases (cdk’s)
De substraten van cdk’s (pRb, lamines)
De beïnvloeding van cdk’s door processen in de cel
p53: celcyclus controle en apoptose-inductie
Apoptose : geprogrammeerde celdood
Inductie- en executie-fasen van apoptose
Caspases en hun inductie door p53
De substraten van caspases
© Alberts et al. 1994
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Celproliferatie: Mitose
2
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Celcyclus
mitosis
Metaphase to anaphase transition
interphase
prophase
prometaphase
metaphase
anaphase
telophase
© Alberts et al. 1994
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
OVERZICHT
Vier fasen
en controlepunten
in de
celcyclus
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Algemeen : relatie proliferatie - apoptose
De celcyclus
Regulatie van de celcyclus door cyclines en
cycline-afhankelijke kinases (cdk’s)
De substraten van cdk’s (pRb, lamines)
De beïnvloeding van cdk’s door processen in de cel
p53: celcyclus controle en apoptose-inductie
Apoptose : geprogrammeerde celdood
Inductie- en executie-fasen van apoptose
Caspases en hun inductie door p53
De substraten van caspases
© Alberts et al. 1994
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Regelmoleculen van de celcyclus
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Trigger mitosis machinery
M-phase promoting factor
Cycline &
Cyclineafhankelijke
kinase
Complexen van
cycline en cdk
reguleren
celcyclus
Start kinase
Trigger DNA replication machinery
© Alberts et al. 1994
© Alberts et al. 1994
3
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Cycline B tijdens celcyclus
Molecular Cell Biology & Genetics
OVERZICHT
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Kernschil (lamina) tijdens celdeling
University of Maastricht
Algemeen : relatie proliferatie - apoptose
De celcyclus
Regulatie van de celcyclus door cyclines en
cycline-afhankelijke kinases (cdk’s)
De substraten van cdk’s (pRb, lamines)
De beïnvloeding van cdk’s door processen in de cel
p53: celcyclus controle en apoptose-inductie
Apoptose : geprogrammeerde celdood
Inductie- en executie-fasen van apoptose
Caspases en hun inductie door p53
De substraten van caspases
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Cycline/cdk fosforyleert pRb
Active Rb
protein
Inactive
phosphorylated
Rb protein
© Alberts et al. 1994
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
OVERZICHT
1)
2)
3)
Inactive Rb
Active Rb
© Alberts et al. 1994
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Algemeen : relatie proliferatie - apoptose
De celcyclus
Regulatie van de celcyclus door cyclines en
cycline-afhankelijke kinases (cdk’s)
De substraten van cdk’s (pRb, lamines)
De beïnvloeding van cdk’s door processen in de cel
p53: celcyclus controle en apoptose-inductie
Apoptose : geprogrammeerde celdood
Inductie- en executie-fasen van apoptose
Caspases en hun inductie door p53
De substraten van caspases
4
Molecular Cell Biology & Genetics
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Beschadigd
DNA
Invloed op
celcyclus
vanuit de cel
OVERZICHT
1)
2)
3)
cyclin
cdk
S
G1
M
cdk
G2
Tyr15
cyclin
wee1
cdk
P
Tyr15
cdk
cdc25
Abnormale spindel
Algemeen : relatie proliferatie - apoptose
De celcyclus
Regulatie van de celcyclus door cyclines en
cycline-afhankelijke kinases (cdk’s)
De substraten van cdk’s (pRb, lamines)
De beïnvloeding van cdk’s door processen in de cel
p53: celcyclus controle en apoptose-inductie
Apoptose : geprogrammeerde celdood
Inductie- en executie-fasen van apoptose
Caspases en hun inductie door p53
De substraten van caspases
Unreplicated DNA
Molecular Cell Biology & Genetics
cyclin
cdk
p21
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Inactive
G2 arrest
cyclin
Tyr15
University of Maastricht
University of Maastricht
P53
stabiel
p21
inactief
Molecular Cell Biology & Genetics
beschadigd
DNA
Herstelbare DNA schade
p53 transcriptiefactor verhoogd/stabiel
cyclin
inductie transcriptie p21
cdk
G1
S
M
G2
interactie p21 met cdk2 en cdk4 en
daardoor inactivatie cdk/cycline complexen
hierdoor wordt het Rb-eiwit niet gefosforyleerd :
blijft dus actief en remt daardoor transcriptiefactoren
Regulatie cycline/cdk activiteit bij
herstelbare DNA schade
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
REGULATIE CELCYCLUS DOOR p53
University of Maastricht
remming celcyclus in late G1-fase
cel heeft tijd om DNA schade te repareren
Casus 1
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Blok 2.1
2003-2004
Kanker:
P53 mutatie resulteert in
ontregeling celcyclus en apoptose
(mutP53 detecteerbaar in tumor)
p53 expression
Left: Normal colon epithelium: minor p53 expression
Right: Tumor cells with clear (brown) nuclear p53 expression
5
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
OVERZICHT
In geval van
onherstelbare DNAschade wordt apoptose
geinduceerd via P53
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Molecular Cell Biology & Genetics
Apoptose in beeld gebracht
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Apoptose tijdens normale
extremiteit ontwikkeling
Algemeen : relatie proliferatie - apoptose
De celcyclus
Regulatie van de celcyclus door cyclines en
cycline-afhankelijke kinases (cdk’s)
De substraten van cdk’s (pRb, lamines)
De beïnvloeding van cdk’s door processen in de cel
p53: celcyclus controle en apoptose-inductie
Apoptose : geprogrammeerde celdood
Inductie- en executie-fasen van apoptose
Caspases en hun inductie door p53
De substraten van caspases
University of Maastricht
Apoptose vs necrose
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
OVERZICHT
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Algemeen : relatie proliferatie - apoptose
De celcyclus
Regulatie van de celcyclus door cyclines en
cycline-afhankelijke kinases (cdk’s)
De substraten van cdk’s (pRb, lamines)
De beïnvloeding van cdk’s door processen in de cel
p53: celcyclus controle en apoptose-inductie
Apoptose : geprogrammeerde celdood
Inductie- en executie-fasen van apoptose
Caspases en hun inductie door p53
De substraten van caspases
6
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Detectie geprogrammeerde
celdood
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
INDUCTIE APOPTOSE DOOR P53
onherstelbare DNA-schade
P53 extra verhoogd/stabiel
transcriptie Bax
Bax / Bcl-2
evenwicht in mitochondrieen verstoord
activatie pro-caspase 9
andere caspases actief
executie-fase apoptose
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Inductie-fase apoptose:
Inductie van apoptose:
Balans tussen
pro-apoptotische (Bax)
en
anti-apoptotische (Bcl-2)
stimuli in de cel verschuift
Balans tussen Bcl-2 (anti-apoptotic)
en Bax (pro-apoptotic) in de
membraan van de mitochondria wordt
verstoord:
Cytochrome C komt vrij
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Moleculaire mechanisme van
apoptose: inductie fase
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Cytochrome c release
Cell-death signals (P53)
Bax
Mito
Bcl-2
PT
Cyt C
Cyt C
7
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
University of Maastricht
Moleculaire mechanisme van
apoptose: executie fase
OVERZICHT
1)
2)
3)
Molecular Cell Biology & Genetics
Algemeen : relatie proliferatie - apoptose
De celcyclus
Regulatie van de celcyclus door cyclines en
cycline-afhankelijke kinases (cdk’s)
De substraten van cdk’s (pRb, lamines)
De beïnvloeding van cdk’s door processen in de cel
p53: celcyclus controle en apoptose-inductie
Apoptose : geprogrammeerde celdood
Inductie- en executie-fasen van apoptose
Caspases en hun inductie door p53
De substraten van caspases
Cell-death signals (P53)
Bax
Mito
Bcl-2
Cyt C
Casp-3
Cyt C
PT
APAF-1
Procaspase-9
Casp-7
Casp-9
Casp-2
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Alternatieve apoptose-inductie
route via celdood-receptor
Cell-death signals (DS)
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Actieve caspase 3
ligand
TNF family receptor
e.g. Fas
Plasma membrane
DD
TRADD
FADD
Casp-8
Pro-Casp-8
Casp-3
Groen: actieve caspase 3;
Rood:DNA
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
OVERZICHT
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Detectie geprogrammeerde
celdood
Algemeen : relatie proliferatie - apoptose
De celcyclus
Regulatie van de celcyclus door cyclines en
cycline-afhankelijke kinases (cdk’s)
De substraten van cdk’s (pRb, lamines)
De beïnvloeding van cdk’s door processen in de cel
p53: celcyclus controle en apoptose-inductie
Apoptose : geprogrammeerde celdood
Inductie- en executie-fasen van apoptose
Caspases en hun inductie door p53
De substraten van caspases
8
Molecular Cell Biology & Genetics
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Cytoskelet afbraak tijdens apoptose
University of Maastricht
Phagocytose
Early exposure of
‘eat me’ flags
Normale cel
Apopt.
cel
Nature 470, 784-788, 2000
Molecular Cell Biology & Genetics
University of Maastricht
Macrophage at work
Groen:macrofaag; Rood: Apoptotic bodies
9