controllo ciclo cellulare

Homologous recombination (HR)
Homologous
recombination (HR) is a
multistep process that is
mediated
by
the
sequential accumulation of
proteins. After detection
of the DNA double-strand
break (DSB) and resection
of the DNA in the 5'3'
direction, RAD51 binds to
single-stranded
(ss)DNA
and displaces replication
protein A (RPA), which
leads
to
RAD51
polymerization (this phase
is referred to as the
presynaptic phase).
Once the homology search
is successful, the duplex is
captured and the RAD51
filament invades it to form
the heteroduplex structure
(synaptic phase). RAD54,
a DNA-dependent ATPase,
stabilizes
the
RAD51–
ssDNA complex, thereby
promoting this process.
Heteroduplex DNA extension and branch migration normally occurs during the postsynaptic
phase of HR.
DNA polymerases use the intact copy to re-synthesize the deleted DNA sequences, DNA
ligases join the newly synthesized fragments and the junctions are resolved by specific
endonucleases that are known as resolvases.
Intrinsico
Modificazioni
spontanee di basi,
errori di
replicazione
Tipo di
danno
Lesioni al
DNA
Appaiamenti
errati, inserzioni,
delezioni, rotture
del DNA
Estensione del
danno e severità
Risposta cellulare
Conseguenze
Agenti chimici
Endogeni
Esogeni
(radicali
(mutageni
liberi)
chimici)
Modificazioni di
basi, siti abasici,
rotture del DNA
Addotti di
DNA,
crosslink,
rotture
del DNA
Quantità e tipo di
danno tollerabile
Radiazioni
Ultravioletti Ionizzanti
Dimeri di
pirimidina,
modificazioni di
basi
Danno eccessivo
e/o irriparabile
Attivazione del network
della risposta
Sopravvivenza
cellulare
Siti abasici,
modificazioni di
basi, rotture del
DNa
Attivazione della
pathway apoptotica
Trasformazione
maligna
Morte
cellulare
Overview sul controllo del ciclo cellulare
Due punti irreversibili nel ciclo cellulare
Replicazione del materiale genetico
Separazione dei cromatidi fratelli
Checkpoints
sister chromatids
centromere


La lunghezza del ciclo cellulare e la durata di ciascuna
fase sono controllate da segnali chimici esterni ed
interni.
La transizione da ciascuna fase del ciclo richiede
l’integrazione di segnali chimici specifici e risposte
precise
a
questi
segnali.
Un
checkpoint
è
da
un
insieme
che
bloccano
della
cellula
nel
a
quando
un
cellulare
sia completato.
costituito
di
eventi
l’avanzamento
ciclo
fino
processo
importante
• Tre principali checkpoints:
– G1/S
• can DNA synthesis begin?
– G2/M
• has DNA synthesis been
completed correctly?
• commitment to mitosis
– spindle checkpoint
• are all chromosomes attached
to spindle?
• can sister chromatids separate
correctly?
G1/S checkpoint
• Uno dei più importanti punti di controllo
del ciclo cellulare, detto START, si trova
alla metà della fase G1
• In questo punto la cellula riceve segnali
interni ed esterni per stabilire quando è
opportuno avanzare nella fase S:
• Segnali interni: dimensione della cellula e
nutrizione della cellula.
• Segnali esterni : “fattori di crescita”

Se la cellula non riceve segnali, esce
dal ciclo ed entra nella fase G0
G0 phase
• G0 phase
– non-dividing, differentiated state
– most human cells in G0 phase
 liver cells
M
Mitosis
G2
Gap 2
S
Synthesis
 in G0, but can be
G1
Gap 1
G0
Resting
“called back” to cell
cycle by external cues
 nerve & muscle cells
 highly specialized
 arrested in G0 & can
never divide
CDK e cicline
• Due tipi di proteine hanno un ruolo
importante nella progressione del
ciclo cellulare: le cicline e le chinasi
ciclina-dipendenti (CDK).
• I complessi formati tra le cicline e le
CDK inducono la progressione del
ciclo cellulare.
• Le CDK regolano le attività di altre
proteine trasferendo loro gruppi
fosfato.
• Quando le cicline sono assenti , le
CDK sono inattive.
activated Cdk
Spindle checkpoint
G2 / M checkpoint
Chromosomes attached
at metaphase plate
• Replication completed
• DNA integrity
Active
Inactive
Inactive
Cdk / G2
cyclin (MPF)
M
Active
APC
C
cytokinesis
mitosis
G2
G1
S
MPF = Mitosis
Promoting Factor
APC = Anaphase
Promoting Complex
Cdk / G1
cyclin
Active
G1 / S checkpoint
Inactive
• Growth factors
• Nutritional state of cell
• Size of cell
Lo START è regolato
dalle cicline di tipo D
unite alla CDK4.
Proteine inibitorie con
la capacità di percepire
problemi nella fase G1
tardiva, come danni al
DNA, possono frenare
il complesso ciclina CDK e impedire che la
cellula entri nella fase
S.
Cyclin & Cyclin-dependent kinases
• CDKs & cyclin drive cell from
one phase to next in cell cycle
proper regulation of cell
cycle is so key to life
that the genes for these
regulatory proteins
have been highly
conserved through
evolution
 the genes are basically
the same in yeast,
insects, plants &
animals (including
humans)

Growth factor signals
growth factor
nuclear pore
nuclear membrane
P
P
cell division
cell surface
receptor
protein kinase
cascade
Cdk
P
P
E2F
chromosome
P
cytoplasm
nucleus
p53 — master regulator gene
NORMAL p53
p53 allows cells
with repaired
DNA to divide.
p53
protein
DNA repair enzyme
p53
protein
Step 1
Step 2
Step 3
DNA damage is caused
by heat, radiation, or
chemicals.
Cell division stops, and
p53 triggers enzymes to
repair damaged region.
p53 triggers the destruction
of cells damaged beyond repair.
ABNORMAL p53
abnormal
p53 protein
Step 1
Step 2
DNA damage is
caused by heat,
radiation, or
chemicals.
The p53 protein fails to stop
cell division and repair DNA.
Cell divides without repair to
damaged DNA.
cancer
cell
Step 3
Damaged cells continue to divide.
If other damage accumulates, the
cell can turn cancerous.
Trends in Cell Biology 2002;12:509-16
Human DNA damage response pathway
DNA damage
Replication block
Common
intermediate
ATM
or ATR
Signals
Rad17/RFC
Transducers
Hus1/Rad1/Rad9
Chk1 BRCA1 Others
Cell cycle Apoptosis
arrest
Sensors
p53
DNA repair
Effectors
Meccanismo della ricombinazione
(Modello di Holliday, rottura ad elica singola)
Meccanismo della ricombinazione
(Modello di Holliday,rottura ad elica singola)
Eteroduplex: appaiamento
temporaneo di eliche non
complementari
Meccanismo della ricombinazione
(Modello di Holliday,rottura ad elica singola)
L’intervento dell’endonucleasi
può portare o non portare al
crossing-over
Holliday-junction al microscopio elettronico
Meccanismo della
ricombinazione
(Modello di Holliday,
risoluzioni
alternative
dell’eteroduplex)
Meccanismo della
ricombinazione
(Modello di Holliday,
conseguenze delle
risoluzioni alternative)
Macchie gemelle in Drosophila (Stern)
In femmine y+ sn / y sn+
Macchie gemelle
Frequenza troppo alta per essere dovute a doppia mutazione
Macchie gemelle
Crossing-over
mitotico