Sejtosztódás, a sejtciklus szabályozása. Apoptózis, sejthalál Előadó: Dékány Bulcsú Egészségügyi ügyvitelszervező szak 2014. október 8.

A sejtek önreprodukcióra képesek. Sejt anyagainak megkettőződése, majd osztódás következtében két új sejt létrejötte: sejtciklus. Fénymikroszkóppal ennek két szakasza különíthető el jól: mitózis, interfázis (később felfedezték, hogy az interfázis tovább osztható: G1, S, G2 fázisokra). A fázisok hossza a sejttípustól és külső körülményektől függ (emlőssejtek ciklusideje szövettenyészetben megfelelő körülmények között kb. 24 óra).

A sejtciklus  M fázis: MITÓZIS! Kromoszómák szétválása és a sejt kettéosztódása

A sejtciklus  G1 fázis: cytoplasma kiegészül, organellumok pótlódnak, DNS-javítás (jelentősége DNS-szintézis előtt!), esetleg specifikus funkciók (pl. májsejt). Restrikciós pont (G1/S ellenőrzőpont, itt dől el, belép-e a sejt a következő ciklusba) Minden kromoszóma egy DNS molekulából áll, egy kromatidás állapot.

A sejtciklus  G0 fázis: a sejt nem lépi át a restrikciós pontot, tartósan kikapcsolódik a ciklusból (parkolópálya). Differenciált sejt, specifikus feladatokkal. DNS-javítás, apoptosis (elöregedett, hibás sejtek megölése). G0-ban eltöltött idő: lehet végállomás (neuron, szívizom), lehet változóan hosszú idő (pl. májsejtnél ½-1 év). Megfelelő ingerre egyes sejtek azonnal visszahívhatók a ciklusba (pl. lymphocyták antigen ingerre).

A sejtciklus  S-fázis: fő eseménye a kromoszómák anyagának megkettőződése: a DNS-replikáció (emberi testi sejtnél összesen 2n DNS), a mag DNS tartalma megduplázódik (hisztonszintézis is!). Replikálódott kromoszómák (kromatidok) nem válnak szét, fehérjékkel egymáshoz kötve maradnak. S fázisból kilépő sejtek kromoszómái már 2 DNS molekulát tartalmaznak (két testvérkromatida), ezek válnak majd szét osztódáskor.

erősen kondenzált DNS, (itt nincs transzkripció) A DNS kondenzálódása, kromatin A DNS fehérjék segítségével feltekeredik, a létrejövő kompakt struktúra a kromatin. A DNS legtömörítettebb állapotában (metafáziskromoszóma) 10.000x-re rövidül meg. A nyugvó sejtmagban a DNS a kondenzálódás különböző szintjein van. DNS EM nyaklánc nucleosoma kromatinfonál EM kromatinfonál hurkok   FM  heterokromatin erősen kondenzált DNS, (itt nincs transzkripció) Nucleosoma: 8 db. erősen bázikus fehérjéből (H2A, H2B, H3, H4 histonból) felépülő lapos testecske, ennek oldalára tapad a DNS egy-egy hurokkal eukromatin laza DNS

A sejtciklus  G2-fázis: Előkészület mitosisra (mitotikus apparátus fehérjéi szintetizálódnak). Ellenőrzés, befejeződött-e a replikáció (mindegyik kromoszóma replikálódott-e?). Ha nem, a ciklus lefékeződik a teljes replikációig. Ellenőrzőpont. (G az angolból ered: gap (rés), azt jelzi, hogy az M és S fázisokat „rés”, időintervallum választja el egymástól.

Sejtosztódás Osztódás szükségessége: új sejt csak régi sejtből jön létre („omnis cellula e cellula, Virchow XIX.sz. közepe). az élet megújulása, továbbadása a sejt véges élettartama miatt egysejtűekben: sejtpopuláció fenntartása, terjeszkedése soksejtű szervezetekben: fejlődés (a szervezet létrehozása egyetlen sejtből) sejt-homeostasis (felnőtt szervezetben elhalt sejtek pótlása) regeneráció (tömeges sejtpusztulás, pl. sebzés esetén) Két fő mozzanat: a DNS és a cytoplasma kettéosztása DNS-replikáció (a genetikai állomány megkettőződése) mitosis (megkettőződött genetikai állomány pontos szétosztása a két leánysejtbe) cytoplasma növekedése (organellumok számbeli növekedése, nagyobbodása) cytokinesis (cytoplasma kettéosztása a sejt befűződésével) DNA helicase video

Mitosis A mitosis szakaszai  Profázis (előszakasz) chromosome coil video Mitosis A szétosztás feladatának nagysága: diploid sejtben 46 kromoszóma, átlagos DNS hosszuk: 50 mm, replikáció után 92 db. DNS molekula, ennyit kell mozgatni egy kb. 15 μm-es sejtben, úgy, hogy mindegyik kromoszómapár egyik tagja az egyik, a másik tagja a másik leánysejtbe kerüljön! Megoldás: DNS extrém tömörítése 1-2 μm-es pálcikaszerű testecskékké, kromatidokká, bonyolult szétosztási mechanizmus a sejtváz közreműködésével Kariokinézis (magorsó), citokinézis (kontraktilis gyűrű), mindkettő az M-fázisban Mythos görögül fonal (kromoszómák) A mitosis szakaszai Profázis (előszakasz) Centrosomák (korábban megkettőződtek) széttolódnak a sejt legtávolabbi pontjaira: sejtpólusok. Mikrotubulusok MTOC-ből csillag alakban kinőnek, dinein hídak, kinezin mozgat Kromoszómák kondenzálódnak, a kromatid-párok láthatókká válnak fonalak, majd pálcikaszerű testecskék formájában, transzkripció leáll, magvacska eltűnik, H1 foszforiláció! A sejtváz átalakul. intermedier filamentumok nagy része lebontódik, a sejt lekerekedik. ER és Golgi-app. vesiculákká esik szét Magvacska anyaga szétszóródik, maghártya kezd felszakadozni. 

A DNS kondenzálódása, kromatin A DNS fehérjék segítségével feltekeredik, a létrejövő kompakt struktúra a kromatin. A DNS legtömörítettebb állapotában (metafáziskromoszóma) 10.000x-re rövidül meg. A nyugvó sejtmagban a DNS a kondenzálódás különböző szintjein van. DNS EM nyaklánc nucleosoma kromatinfonál EM kromatinfonál hurkok   Nucleosoma: 8 db. erősen bázikus fehérjéből (H2A, H2B, H3, H4 histonból) felépülő lapos testecske, ennek oldalára tapad a DNS egy-egy hurokkal

  2. Prometafázis 3. Metafázis (középszakasz) Maghártya szétesik vesiculákra. Nukleáris lamina laminjai foszforilálódnak és leválnak a magburokról, utóbbi feldarabolódik vesiculákra. Magpóruskomplexek alegységeikre bomlanak. MT-ok a kromoszómákhoz kötődnek. A kromoszómák két kromatidján a centromeren MT-kötő plakk (kinetochor) alakul ki, ezek kötik a pólusok felől érkező MT-okat. Egyik kromatid kinetochorja az egyik pólushoz, a másik kromatid kinetochorja a mások pólushoz kötődik MT-okkal. Osztódási orsó kialakul, 3-féle MT: kinetochor, régebben: húzórost, de már tudjuk, hogy nem húz) poláris és astralis MT-ok, két pólusban a centrosomák. Foszforilációs folyamatok!!! Kromoszómák ide-oda mozognak Centromer: repetitív szekvenciák, amelyek speciális fehérjéket kötnek, ebből lesz a kinetochor, hiányában véletlenszrűen elsodródik a kromoszóma  3. Metafázis (középszakasz) Kromoszómák egyenlítői (aequatorialis) síkban rendeződnek: aequatorialis lemez. Ingázások után kromoszómák beállnak az egyenlítői síkba. Mindegyik kromoszóma egyik kromatídja az egyik, a másik kromatidja a másik pólushoz kötődik kinetochor MT-okkal (ez az elrendezés biztosítja a pontos, szimmetrikus szegregációt!). A fenntartó a pólusok felől ható ellentétes irányú húzó- és taszítóerők. A ciklusban itt ellenőrzőpont van, molekuláris mechanizmusa ismeretlen.  mitotic spindle, osztódási orsó muslicában video

  4. Anafázis (utószakasz) 5. Telofázis (végszakasz) Ha minden kromoszóma kapcsolatban van a pólusokkal, a metafázis végén startjel keletkezik a kromoszómák szétválására (metafázis ellenőrzőpont). Anafázis A: a kromatidok szétválnak és a pólusok felé vándorolnak (1mm/perc).. A két kromatidot összekötő fehérjék leválnak, a kromatidok szabaddá válnak. A kinetochor-MT-ok fokozatosan rövidülnek, a kromatidok (ekkor már kromoszómák a nevük) a pólusok felé húzódnak és ott összegyűlnek. A szegregáció kétféle mozgás eredője: egyrészt az utódkromoszómák közelednek a pólusok felé, mivel kinetochor MT-aik depolimerizálódnak, másrészt a két pólus távolodik egymástól, aminek elsődleges oka az, hogy az ellentétes irányultságú poláris MT-ok, melyek az egyenlítői síkban átfedik egymást, az anafázisban szétcsúsznak és széttolják a pólusokat. Anafázis B: az osztódási orsó megnyúlik. Az egymást átfedő poláris MT-ok kinesinek segítségével elcsúsznak egymás mellett és széttolódnak, ezért a sejt az orsó tengelye mentén megnyúlik. Mikrotubulusmérgek leállítják az osztódást (nincs anafázis). Felhasználás: kromoszómák nyerése citogenetikai vizsgálathoz, mitosis-gátlás daganatban, sejtciklus szinkronizálása.  5. Telofázis (végszakasz) Profázis „tükörképe” Kromoszómák dekondenzálódnak. Kialakul a magburok vesiculákból. Orsó MT-ok depolimerizálódnak. 

Cytokinesis    plant cell div.video mitot. spindle fly A cytoplasma kettéfűződése, ezáltal a sejtorganellumok kb. egyenlő számban szétosztódnak. A vesiculákból újra felépül az ER, Golgi-app., magburok. A cytokinesis időben a mitosis telofázisára esik, de már az anafázisban megkezdődik! http://www.youtube.com/watch?v=H2HmRnYLDhA A kettéfűződés mechanizmusa: Kontrakciós gyűrű. Az egyenlítő mentén a sejtmembrán alatt aktin mikrofilamentumköteg alakul ki, mely a membránhoz kötődik. Myosin II segítségével (sliding) a kontrakciós gyűrű rövidül és körkörösen behúzza a membránt. A barázda egyre mélyül, majd a sejt kettéválik két leánysejtre. Ha elmarad a cytokinesis: többmagvú óriássejt (plasmodium) jön létre. Növényi sejtben a mechanizmus eltérő: egyenlítői síkban vesiculák rendeződnek, összeolvadnak (phragmoplast), és szétválasztják a cytoplasmát.  aktin immuncitokémia kontrakciós gyűrű myosin immuncitokémia  

A feltekeredett DNS, kromatinállomány cm-ből mm-es testecskék kialakulása: chromosoma bázikus festékkel festődő testecske, mitos: pálcika

Metafázis-kromoszómák A kromoszóma legkompaktabb formája. Két testvérkromatidból áll, ezeket hosszában cohesin fehérjemolekulák kötik össze, továbbá centromer-fehérjék Befűződés a centromer magasságában. Helyzete szerint a kromoszóma két karra oszlik: rövid és hosszú kar (p ill. q kar) Számozás nagyság szerint 1-22 (1. sz. kromoszóma a legnagyobb). Nemi kromoszómák: X (nagy) és Y (kicsiny). Kromoszómavizsgálat. Lymphocyta sejttenyészet, osztódások leállítása metafázisban colchicinnel, sejtek szétnyomása tárgy- és fedőlemez között, festés, fotózás, azonosítás. Karyogramm (karyotypus): Sorbaállított kromoszómák összessége. Jelentősége: mikroszkóppal látható kromoszómahibák felderítése (deléció, inszerció, transzpozíció, inverzió, …) genetikai betegségekben. Kromoszómasávok. Különböző festékekkel festve a kromoszómákon harántsávok látszanak. Ezek helyzete, milyensége jellemző egy-egy kromoszómára, kromoszóma azonosítás. Legegyszerűbb a Giemsa-festés (vérkenetek festésére használják).  

Karyogramm vázlata  centromer pozíciója Emberi haploid kromoszómakészlet Giemsa-festéssel. Kevéssé kondenzált kromoszómák a mitosis korai szakaszából a sávok jobb feltüntetésére. centromer pozíciója Állati sejt osztódása in vitro

A növekedési/osztódási folyamatok összehangolását molekuláris mechanizmusok biztosítják A sejtciklus fázisai közötti átmenetet kinázokból és szabályozófehérjékből álló komplexek aktiválódása váltja ki. Ez egy egyszerű önszabályozó rendszer, amelyben az egyik komponens periodikus mennyiségi változásai szabályozzák a másik komponens aktivitását, ami egyben visszahat a szabályozó komponensre.

A sejtciklus (belső kör) G1 fázis: cytoplasma kiegészül, organellumok pótlódnak, DNS-javítás (jelentősége DNS-szintézis előtt! repair kpx.), esetleg specifikus funkciók (pl. májsejt). Restrikciós pont (G1/S ellenőrzőpont, itt dől el, belép-e a sejt a következő ciklusba?) G0 fázis: a sejt nem lépi át a restrikciós pontot, tartósan kikapcsolódik a ciklusból (parkolópálya). Differenciált sejt, specifikus feladatokkal. DNS-javítás, apoptosis (elöregedett, hibás sejtek megölése). G0-ban eltöltött idő: lehet végállomás (neuron, szívizom), lehet változóan hosszú idő (pl. májsejtnél ½-1 év). Megfelelő ingerre egyes sejtek azonnal visszahívhatók a ciklusba (pl. lymphocyták antigen ingerre).  S-fázis: DNS-replikáció (emberi testi sejtnél összesen 2m DNS), a mag DNS tartalma megduplázódik. Replikálódott kromoszómák (kromatidok) nem válnak szét, fehérjékkel egymáshoz kötve maradnak. restrikciós pont G1 végén (belépjen-e a sejt a ciklusba?) replication video

G1/s és G2 ellenőrző pontok Az egyes fázisok határán ún. ellenőrző pontok –molekuláris mechanizmusok- vannak, melyek a továbblépést csak akkor engedélyezik, ha a fázisra jellemző részfolyamatokat a sejt végrehajtotta.  Három ellenőrzőpont: restrikciós pont G1 végén (belépjen-e a sejt a ciklusba?) G2 ellenőrzőpont (DNS teljesen replikálódott-e?) metafázis ellenőrzőpont (mindegyik kromatid össze van-e kötve a pólussal és beállt-e mindegyik kromoszóma az egyenlítői síkba? G2-fázis: Előkészület mitosisra (mitotikus apparátus fehérjéi szintetizálódnak). Ellenőrzés, befejeződött-e a replikáció (mindegyik kromoszóma replikálódott-e?). Ha nem, a ciklus lefékeződik a teljes replikációig. Ellenőrzőpont

A sejtciklus belső szabályozása (külső kör) Nagyrészt még ma is kevéssé felderített. Bonyolult molekuláris szabályozó mechanizmus. Ami ismert: Ciklinek. Szabályozó fehérjék, fehérjefoszforiláló enzimeket (kinázokat) aktiválnak. A ciklus folyamán különböző ciklinek jelennek meg (A, B1, B2, C, D, E ciklin), majd eltűnnek (proteasomában lebontódnak), időben váltják egymást (néha átfednek). G1 első felében nincs ciklin expresszió. Ciklin-függő kinázok (cdk). Különböző kinázok, állandóan jelen vannak, megfelelő ciklin kötődésére aktiválódnak, ilyenkor különböző fehérjéket foszforilálnak (hisztonok, magváz, magvacska, magorsó fehérjéi). Állandóan jelen vannak, tehát a szabályozást az jelenti, hogy a ciklinek mikor jelennek meg, amelyek aktiválják őket. Amikor ezek megjelennek, akkor aktiválják a cdk-kat, azok tovább egyes fehérjéket, ugyanakkor a ciklin lebontását is! A ciklinek és cdk-k konzervált fehérjék az evolúcióban. 

A sejtciklus külső szabályozása A sejtosztódások egy soksejtű szervezetben szigorú kontroll alatt állnak. A sejt környezetéből érkező jelek (többnyire más sejtekből érkező jelek, jelmolekulák) bekapcsolhatják a sejtet a sejtciklusba. A szabályozás pozitív és negatív hatású tényezők összjátékából származik. Negatív szabályozás: a sejtciklus belső fékje a G1 (és G0) fázisban. Tumorsuppressor-fehérjék (daganatsejtek vizsgálata során fedezték fel). Két példa: Rb-protein: mindig jelen van a sejtben, transzkripciós faktorokat (TF) köt és tart inaktív állapotban (Cyclin- és cdk expresszióját szabályozó transzkripciós faktorok a G0/G1 és G1/S átmenethez). Foszforiláció hatására az Rb-protein inaktiválódik, elereszti a kötött TF-okat, amelyek kifejtik génreguláló hatásukat és beviszik a sejtet a sejtciklusba. p53: cdk-gátló fehérje génjét szabályozó TF. Gátolja a a G1/S átmenetet (és ezáltal a restrikciós pont átlépését). Pozitív szabályozás: Kémiai jelmolekulák a környezetből (pl. más sejtekből felszabaduló ún. növekedési faktorok). Növekedési faktorok: többnyire szövetspecifikus sejtekre ható fehérjetermészetű jelmolekulák (pl. EGF a hámsejtekre, HGF májsejtekre, erythropoetin vörösvértest előalakok osztódására, …). A faktorok a célsejt specifikus membránreceptoraihoz kötődve jelátviteli utakat indítanak el, melynek végén kinázok aktiválódnak. Ezek többek között az Rb-proteint foszforilálva azt inaktiválják. Az Rb elereszti a TF-okat, a sejt belép az S-fázisba. A szabályozás hibája daganat kialakulásához vezet A pozitív szabályozás túl erős és tartós, és/vagy a negatív szabályozás nem működik. Okok: többnyire DNS mutáció vagy átrendeződés! A pozitív szabályozás hibája. A jelátviteli útvonal egyik tagjának túlexpressziója (pl. erős promotor egy növekedési faktor receptor génje előtt) vagy DNS-mutáció miatti állandóan aktív állapota (a hibás jelátviteli fehérje nem tud visszatérni a nyugalmi állapotába és állandóan pozitív jeleket küld a sejtnek). Az ilyen tumorképződéshez vezető hibás gén neve onkogén (ennek hibátlan változata, tehát a jelátvivő fehérje génje az ún. protoonkogén). A negatív szabályozás hibája. A tumorsuppressorok hibásak (pl. génmutáció miatt), ezáltal nem tudják a ciklust gátolni. A tumorsuppressorokat vírusfehérjék is inaktiválhatják (pl. a humánpapilloma vírus, HPV).

Meiosis, ivarsejtek Az ivarosan szaporodó fajokra jellemző, hogy a diploid sejtekből álló szervezet életciklusának megfelelő szakaszában haploid ivarsejteket, gamétákat képez. A meiosis és a megtermékenyítés lehetővé teszi, hogy az utódok szülőiktől új génkombinációkat örököljenek, ami növeli túlélési/szaporodási esélyeiket.

Meiosis Ivarsejtek érési osztódása. Genetikai rekombinációval kombinált kettős osztódás, utódsejtek haploidok. Szexuális és aszexuális szaporodás, előnyök, hátrányok. Meiosis feladata: 1. haploid ivarsejtek előállítása, 2. genetikai rekombináció Genetikai rekombináció értelme: egy populációban a genetikai állomány sokféleségét biztosítja. A genetikai diverzitás jelentősége: a sokféle egyed közül drasztikus környezeti változáskor egyesek életben maradnak és tovább szaporodnak (a faj túlélése). Hibás egyedek kiválogatódnak (genetikai állomány „karbantartása”, alkalmazkodása). A meiosis két osztódásból áll: Meiosis I (1. érési osztódás). 2 diploid sejt keletkezik genetikai rekombináció (crossing over + homolog kromoszómák véletlenszerű szétosztása) Meiosis II (2. érési osztódás). 2-2 haploid sejt keletkezik egyszerű mitosissal, testvérkromatidok szegregálódnak a két sejtbe

Meiosis I Ugyanolyan előkészítő foyamatok, mint mitózisnál! Profázis I (leghosszabb, legbonyolultabb szakasz) Leptoten (vékony szalag) szakasz: kialakulnak a kromoszómák, de még vékonyak. a homológ kromoszómák megtalálják egymást, azonos orientációban egymás mellé illeszkednek 2. Zygoten (páros szalag) szakasz: a két homológ párosodni kezd, synaptonemális komplex-szel összekötődik, minden gén azonos magasságban  3. Pachyten (széles szalagos) szakasz: a homológok teljes hosszukban párosodnak, rekombinációs komplexek jelennek meg (1-3 db.) a párosodó kromoszómákon, a kromatidok itt felszakadnak, a szabad végek átkereszteződnek. Mozaikszerű átépülés (apai és anyai szakaszok egymás után a kromatidokon), crossing-over, átkereszteződés: DNS száltörések és szakaszcserék

4. Diploten (kétszalagos) szakasz: a synaptonemalis komplex eltűnik, a kromoszómák széthúzódnak, az átkereszteződések ezzel láthatókká válnak (chiasma, crossing over). Hasonló szerepük van, mint a centromer régiónak: együtt tartás. Egyes kromoszómarészek kibomlanak hurkokká, itt transzkripció zajlik. („lámpakefe-kromoszómák).  5. Diakinesis: (szétválás) kromoszómák leválnak a magburokról, hurkok eltűnnek (transzkripció megszűnik). A homológ kromoszómákat az átkereszteződések, a testvérkromatidokat a centromerfehérjék tartják össze. Tetrád Nemcsak gének, hanem génszakaszok is kicserélődhetnek. A crossing over vázlata Az X és Y kromoszómák is párosodnak néhány szakaszukkal!  Crossing over Átépült kromatidok

Metafázis, anafázis, telofázis a meiosis I-ben hasonló a mitosiséhoz. Különbség: anafázis I-ben a homológ kromoszómák (és nem a kromatidok!) válnak szét a 2 utódsejtbe. A homológ kromoszómákat a szétválás előtt csak a crossing over (chiasma) tartja össze, mindegyik kromoszómának csak 1 kinetochorja van! Az egyik homológ csak az egyik, a másik homológ csak a másik pólus felé vándorolhat. Az eredetileg apai és anyai kromoszómák véletlenszerű kombinációban osztódnak szét a két utódsejtbe (aszerint, hogy a tetrád melyik oldalával áll be a metafázisban a pólusok felé). Emberben a kombinációs lehetőségek száma > 8 millió! eredetileg apai eredetileg anyai  A meiosis I „a kártyákat kétszer keveri meg”: 1. a profázis I-ben átépíti a kromatidokat a crossing overrel, 2. a meta- és anafázis I-ben véletlenszerűen osztja szét az apai és anyai kromoszómákat

Meiosis II  A meiosis ereménye: Pro-, meta-, ana- és telofázis mint mitosisban (előtte DNS replikáció nincs). Különbség: 23 kromoszóma (tehát feleannyi, mint a testi sejtekben) válik szét egy-egy kromatidra. Eredmény: két haploid sejt. Mindegyik kromoszóma 2 kromatidján 1-1 kinetochor, tehát a kromatidok húzódnak szét.  A meiosis ereménye: 4 ivari sejt (gaméta), ezek mindegyike különbözik egymástól genetikailag.

Különbség a meiosis és mitosis között Mitosisban: egyetlen osztódás, utódsejtek diploidok utódsejtek genetikailag azonosak egymással és az eredeti sejttel Meiosisban: két egymást követő osztódás, utódsejtek haploidok Genetikai rekombináció: 1. a kromatidok mozaikszerű átépülése (crossing over) és 2. a homológ kromoszómák véletlenszerű szegregációja miatt, ezáltal az utódsejtek mind különböznek egymástól és az eredeti sejttől Meiosis I-ben a homológok, meiosis II-ben a kromatidok osztódnak szét a keletkező leánysejtekbe

Petesejt és spermiumok 

Oogenesis  ősivarsejt szaporodási fázis, (mitosisok) oogoniumok (2n) Helye: petefészek (ovarium) Tüszők (folliculusok): tüszőhám körülveszi a fejlődő petesejtet egy, majd több rétegben. Két megállás a meiosisban: Profázis I-ben (diplotén) évekre, akár 4 évtizedre! Ez lehet az oka, hogy idős szülőnőknél sokkal gyakoribb a non-disjunction (nem minden homológ kromoszómapár válik szét). Leány újszülöttben összes petesejt a profázis I-ben van. 2. Metafázis II-ben, (csak a spermium behatolásakor fejeződik be a 2. érési osztódás). Ha nincs megtermékenyítés, a petesejt a metafázis II-ben elpusztul (tehát a spermium „menti meg”). növekedési fázis DNS-szintézis (4n), növekedés primer oocyta (4n) további növekedés, kortikális granulumok, zona pellucida meiosis I érési fázis szekunder oocyta (2n) sarkitest (2n) meiosis II metafázis II spermium (n) megtermékenyítés  sarkitest (n) zygota

Spermatogenesis Cytokinesisek elmaradnak, ezért cytoplasmahidak kötik össze a sejteket egészen a spermiumok kialakulásáig DNS-replikáció DNS-szintézis 

Sejthalál, differenciálódás, őssejtek

Apoptosis és necrosis Necrosis Apoptosis Öngyilkos program nem aktiválódik, Sejt erősen károsodik, felpuffad, szétpukkad, a cytosol a károsodott organellumokkal kiáramlik és elönti a környezetet. Gyulladásos reakciót vált ki. A nekrózis legfőbb tulajdonsága, hogy a membránintegritás megszakad és a kontrollálatlan sejtlízis során a sejt beltartalma a környezetébe kerül, ami további gyulladásos, nekrotikus folyamatokat indíthat be. A nekrotikus sejthalálnak általában, valamilyen intenzív hirtelen stressz behatásnak köszönhető, mint például bakteriális fertőzés, toxinok, égési, fagyási sérülések, hipoxia Apoptosis Öngyilkos program beindul. Sejt zsugorodik, magstruktúra változik, sejt és mag feldarabolódik, apoptotikus testek, fehérjék keresztbekötődnek, phagocyták gyorsan felismerik és bekebelezik. Gyorsan, tünetmentesen, nyomtalanul tűnik el a sejt. 

Programozott sejthalál Sejtszaporodás és sejtpusztulás egyensúlya. Elöregedett, felesleges vagy káros sejtek kiiktatása. Öngyilkos program minden sejtben, mely aktiválódhat intra- vagy extracelluláris jelre: a sejt megöli magát. A programozott sejthalál két formája: Apoptosis (ez a leggyakoribb) Autophagia

Apoptosis    Mikroszkópos megjelenése A sejt zsugorodik, lekerekedik, felszíne lebenyezetté válik, a lebenyek leválnak önálló kisebb darabokra (apoptotikus testek). A sejtmag kromatinja elkülönül világos és sötét részletre (utóbbi sokszor félholdszerű a mag egyik szélén), a mag zsugorodik, töredezik (pyknosis, karyorhexis). A membránok épek maradnak. Az apoptotikus sejt felszíni molekuláris szerkezete megváltozik, ezt phagocyta sejtek felismerik, gyorsan bekebelezik a sejtet vagy apoptotikus testet és lysosomáikkal lebontják. Az apoptotikus sejt gyorsan és tisztán eltűnik.  Apoptotikus sejtek FM-ban. Phagocyta (makrophag) bekebelezett apoptotikus sejtekkel és testekkel. Nyirokcsomó, FM felvétel   Apoptosis EM képe.

Apoptotikus sejtek fejlődő egérmancsban. TUNEL reakció. Az apoptosis biokémiai és citokémiai módszerekkel is felismerhető. A DNS endonukleáz enzim révén feldarabolódik a nucleosomák között, különböző hosszúságú (1, 2, 3, 4 stb. nucleosományi) DNS darabokra. Ezek kimutathatók: Gel-elektroforézissel (szabályos sávok a kül. hosszúságnak megfelelően: DNS-létra). TUNEL-reakcióval. A szétvágott DNS szabad végeire egy speciális enzim fénymikroszkópban látható jelzőanyaggal (fluorokróm) jelzett nukleotidokat épít rá, az ilyen sejt a mikroszkópban felismerhető.  A negatív töltésű foszfolipid, foszfatidilszerin a sejtmembrán belső lipidrétegéből a külsőbe helyeződik át. A sejtfelszíni foszfatidilszerin egy hozzá kötődő fehérjével (annexin V), amelyet jelzőanyaggal jelöltünk meg, mikroszkóposan láthatóvá tehető. Apoptotikus sejtek fejlődő egérmancsban. TUNEL reakció. apoptotikus sejt Zöld: annexin, vörös: mitochondrium, kék: DNS

Középpontban: a kaszpázok. Az apoptosis molekuláris háttere Középpontban: a kaszpázok. Fehérjebontó enzimek (proteázok), aktív centrumban cisztein, aszparaginsav mellett bontják a peptidláncot. Inaktívak (pro-kaszpáz), aktiválás fehérjerészlet lehasításával. Egyik kaszpáz aktiválja a következőt: kaszpáz kaszkád (a hatás felerősödik). Initiator kaszpázok (kaszpáz 2, 8, 9, 10) indítják be a kaszkádot. „Kivégző” kaszpázok (kaszpáz 3, 6, 7) végzik a jel továbbítását és a sejt lebontását. A kivégző kaszpázok célpontjai: laminok a maglaminában (magburok szétesik), sejtadhéziós és sejtvázfehérjék (sejt elveszti kapcsolatát a környezettel, lekerekedik), endonukleázt gátló fehérje (endonukleáz aktiválódik és darabolja a DNS-t), szöveti transzglutamináz. (enzim, mely apoptosisban a fehérjéket keresztbeköti a lizin és glutamin aminosav között (izopeptid-kötés). A fehérjék funkcióképtelen masszává kötődnek össze). … Mi indítja be a kaszkádot? 1. Külső jelek. Példa a killer lymphocyta. Fas ligand a lymphocytamembránban, Fas-receptor („halál receptor”) a megölendő sejt membránjában, ehhez csatlakozik adapter fehérjéken keresztül az initiator prokaszpáz (prokaszpáz 8 vagy 10), mely fehérjebontással aktiválódik és beindítja a kaszpáz kaszkádot. 

2. Belső jelek. Amikor az aerob respiráció valamilyen stressz behatás miatt, például oxigén vagy energiamegvonás miatt összeomlik, a mitokondrium membránján pórusok keletkeznek, amiken keresztül az ún SMAC (small mitocondria. derivated activator of caspase) fehérjék a mitokonrdiumból kiáramolhatnak a citoszólba. Ott kötődnek és deaktiválják az IAP (inhibitory of apoptosis proteins) proteineket, amelyek a kaszpázokat inaktiválták eddig. Következő lépésekben a már aktív kaszpázok végzik el a sejtdegradációs folyamatokat A mitokondrium elektrontranszport lánc sérülése miatt a citoszólba kiszabadult citokróm C és iniciálhatja az apoptozist. Citokróm-C jut ki a mitochondrium intermembrán teréből a cytosolba. Itt adapterfehérjéhez (Apaf-1) kötődik, amely oligomerizálódik (apoptosoma), begyűjti a prokaszpáz 9-et (initiator k.) és aktiválja azt. Az aktivált kaszpáz 9 elindítja a kaszkádot. 

Mi szabályozza a citokróm-C kiáramlását?  Mi szabályozza a citokróm-C kiáramlását? A Bcl2 fehérjecsalád A család néhány tagja (Bak, Bax) serkenti az apoptosist. A mitochondrium külső membránjában aggregálódva csatornát képeznek a cytochrom C (és egyéb oldható mitochondriális fehérjék) számára. Beindul a kaszpáz-kaszkád. A Bcl2 család más (anti-apoptotikus) tagjai gátolják az apoptosist azáltal, hogy gátolják a csatornaképző Bakot és Baxot. További Bcl2 fehérjék viszont az anti-apoptotikus Bcl2 fehérjéket gátolják és ezzel serkentik az apoptosist. Ez a kiegyensúlyozott reguláló rendszer az a csomópont, ahová különböző (pro- és anti-apoptotikus) jelek (DNS-károsodás, oxigén, tápanyagok, túlélési faktorok hiánya, stb.) befutnak és beindítják vagy gátolják a sejthalált. Túlélési faktorok A szervezet többi része felől érkező szociális kontroll tartja életben vagy öli meg a sejteket: csak azok maradnak életben, melyekre szükség van. Ezt a szervezet túlélési faktorokkal (kémiai jelmolekulák) hozza a célsejt tudomására. A túlélési faktorok többféle receptoron és azokhoz csatlakozó útvonalon hatnak (pl. aktiválják a Bcl2 gént, a Bcl2 túlsúly gátolja az apoptosist, vagy a Bcl2-ről a gátló fehérjét távolítják el)

Túlélési faktorok hiánya, és belső jelek (DNS-károsodás, oxigén- és tápanyaghiány, stb.) Külső (halálthozó) jelek mitochondriumból fehérjék kiáramlása, szabályozza a Bcl2 fehérjecsalád adapterfehérjék initiator-kaszpázok kivégző kaszpázok laminok szöveti transzglutamináz adhéziós és sejtvázfehérjék endonukleáz

Az apoptosis elmaradása esetén: Az apoptosis jelentősége Embrionális fejlődésben: blastocysta üreg kialakítása, ujjak szétválasztása, izületi rés kialakítása, ősvese nagy részének lebontása, Wolff- ill. Müller-cső visszafejlődése az ellentétes nemben, idegi kapcsolatok létrejötte (felesleges neuronok kiiktatása), stb.  Felnőtt, normális szervezetben: felesleges spermiogoniumok, oogoniumok pusztulása, tartalék neutrophil granulocyták eltávolítása csontvelőben, autoreaktív T-sejtek kiiktatása, B-sejtek elhalása antigén hiányában, faggyúmirigysejtek átalakulása, hormonfüggő mirigysejtek visszafejlődése hormon hiányában (emlőmirigy visszafejlődése szoptatási időszak után, prostatahám, endometrium, ovarium tüszői) hajhagyma sejtjei, megakaryocyták Ujjak szétválasztása Kóros állapotokban: neuronelhalás neurodegeneratív betegségekben, rákos sejtek pusztulása kemoterápiában, szívizomelhalás infarktus körül Az apoptosis elmaradása esetén: daganatok fejlődnek ki (DNS-károsodott sejtek továbbszaporodása, Bcl2 kóros túlprodukciója miatt), autoimmunitás alakul ki (autoreaktív lymphocyták megmaradása miatt), fejlődési rendellenességek jönnek létre (a normális szervkialakítás megzavarása miatt).

A nekrózis során szintén a Ca2+ koncentráció sejtbeli megnövekedése játszik fontos szerepet, amely aktiválja calpainokat és catepsineket, amelyek elbontják a citoszkeletont, a normális sejtciklusért felelős növekedési faktorokat és fontos szignál útvonalak enzimeit, mint a protein kináz C. A nekrózisos folyamatok nem igényelnek ATP energiát, ellentétben az apoptózissal. Az apoptotikus és nekrotikus folyamatok egymással párhuzamosan is végbe mehetnek a sejtben, valamint a sejt energiaállapotától függően átcsaphat egyikből a másikba. Az ATP hiányos állapot a nekrotikus folyamatoknak kedvez, míg az aktív apoptózis ATP energiát igényel. Az autofágia a sejt elöregedett sejtalkotóinak a lizoszomális megemésztésében, azaz a sejtben belüli újrahasznosító folyamatokban játszik szerepet, amik nélkülözhetetlenek a sejtek normális működéséhez. Emlősökben például az autofágia szerepet játszik az embriógenezisben, a vörösvértestek érésében és az immunrendszer működésében. Az autofágia képes eltávolítani a károsodott, vagy feleslegessé vált sejtszervecskéket. Zavara az emlősökben kontrollálatlan sejtosztódás (rák), neurodegeneratív elváltozások, szív és érrendszeri betegségek kialakulásához, valamint sejten belüli paraziták megjelenéséhez vezethet.

Felhasznált források:  Röhlich: Szövettan, 3. kiadás, Semmelweis Kiadó Budapest  Alberts – Johnson – Lewis – Raff – Roberts – Walter: Molecular biology of the cell. 5. kiadás, Garland Science Röhlich saját prep. és/vagy felvétel, ill. rajz Prof. Röhlich Pál és Dr. H.-Minkó Krisztina előadásai