The Cell Cycle

De groei en deling van een cel wordt georkestreerd in een zeer gecontroleerd en geordend proces dat de celcyclus wordt genoemd.

Credit: mirela377 / .com

De celcyclus omvat 4 fasen; Gap 1 (G1) fase, synthese (S) fase, gap 2 (G2) fase en mitose (M) fase. Voor de meeste menselijke cellen duurt een enkele celcyclus ongeveer 24 uur. In weefsels waar een constante behoefte is aan celvernieuwing en -vervanging, zoals het slijmvlies van de darm, duurt het proces echter veel korter en duurt het slechts 9 uur.

Interphase

G1-, S- en G2-fasen worden allemaal cumulatief interfase genoemd, waarbij de groei van een cel en de replicatie van zijn DNA betrokken zijn. Aanvankelijk in G1-fase, groeit de cel fysiek en verhoogt het volume van zowel proteïne als organellen. In de S-fase kopieert de cel zijn DNA om twee zusterchromatiden te produceren en repliceert hij zijn nucleosomen. Ten slotte omvat de G2-fase verdere celgroei en organisatie van cellulaire inhoud.

Mitose

Tijdens de M-fase deelt de cel zich in twee dochtercellen. Het DNA condenseert aanvankelijk om chromosomen te vormen die uit elkaar worden getrokken door een mitotische spoel. Deze M-fase is verder onderverdeeld in 4 fasen; profase, metafase, anafase en telofase.

Profase: het DNA condenseert om chromosomen te vormen en mitotische spindels beginnen zich te vormen tussen de twee nucleosomen. Deze spillen beginnen zich dan te binden aan kinetochoren op de chromosomen en organiseren ze in het midden van de cel.

Metafase: Chromosomen die zijn gebonden door hun kinetochoren worden naar het midden van de cel getrokken en vormen een lijn genaamd de metafaseplaat. De cel zorgt er vervolgens voor dat alle chromosomen zijn gebonden aan twee afzonderlijke kinetochoren, één op elke zusterchromatide, in een fase die het spilcheckpoint wordt genoemd. Dit bevestigt dat elke nieuwe cel een even grote hoeveelheid DNA-materiaal zal bevatten als de cel zich splitst.

Anafase: Nadat de cel dit controlepunt met succes heeft gepasseerd, gaat hij de anafase binnen. Cohesines, die chromosomen bij elkaar houden, worden gesplitst en de gebonden microtubuli beginnen korter te worden. Dit proces trekt de zusterchromatiden uit elkaar naar tegenovergestelde polen van de cel. De resterende microtubuli, die niet aan chromosomen zijn gebonden, verlengen en dwingen de twee helften van de cel verder van elkaar af.

Telofase: op dit punt is de cel bijna volledig verdeeld. Binnen telofase decondenseert het DNA en wordt de mitotische spoel afgebroken voordat twee afzonderlijke kernen zich ontwikkelen.

Cytokinese

Zodra het DNA is gesplitst, deelt de fysieke cel zich in een proces dat cytokinese wordt genoemd. Aanvankelijk vormt zich een samentrekkende ring in het midden, die de cel in tweeën deelt en knijpt. Dit vormt een inkeping die de splitsingsgroef wordt genoemd en die de cel uiteindelijk in twee identieke dochtercellen splitst.

Controle van de celcyclus

Over het algemeen wordt dit proces sterk gecontroleerd door verschillende eiwitten, die werken om zowel de celcyclus te stimuleren als te remmen. Cycline en cycline-afhankelijke kinasen (CDK’s) behoren tot de belangrijkste eiwitten die betrokken zijn bij de stimulatie van de cyclus. Cyclineniveaus worden verhoogd en verlaagd in verschillende stadia van de cyclus, wat de functie stimuleert van CDK’s waarvan de aanwezigheid stabiel is maar alleen kan functioneren in de aanwezigheid van cyclinen. CDK’s werken om veel verschillende eiwitten te fosforyleren die nodig zijn om belangrijke punten in de celcyclus te passeren, de zogenaamde checkpoints.

Deze checkpoints zijn aanwezig aan het einde van G1 en het begin van G2 en zorgen ervoor dat de vitale processen van elke fase worden uitgevoerd voordat de cel naar de S-fase gaat of deze verlaat. Er is ook een M-fasecontrolepunt (het spilcontrolepunt) dat ervoor zorgt dat de chromosomen correct zijn uitgelijnd, zoals eerder beschreven.

Over het algemeen functioneren deze controlepunten om de integriteit van het genoom te waarborgen en DNA-schade te voorkomen. Als een cel niet voldoet aan de vereisten van het ijkpunt, wordt de celcyclus gestopt en kan het DNA worden gerepareerd, of als het DNA niet meer kan worden gerepareerd, kan apoptose worden gestimuleerd.

Als deze ijkpunten wel zijn verloren door gemuteerde eiwitten, dan wordt de celcyclus niet langer gecontroleerd en kan dit leiden tot ongestuurde replicatie, mutaties in het TP53-gen leiden bijvoorbeeld tot vele soorten kanker.

Dit eiwit is betrokken bij de celcyclus arrestatie en transcriptie van eiwitten die betrokken zijn bij DNA-herstel of apoptose. Daarom betekent het verlies van dit gen dat de celcyclus niet kan worden gestopt en het DNA niet kan worden gerepareerd, wat resulteert in tumorgroei.

Over het algemeen is de celcyclus een essentieel proces voor de groei en het herstel van weefsels. Het is georganiseerd in 4 verschillende fasen; G1-fase, S-fase, G2-fase en M-fase, en gecontroleerd door de aanwezigheid van controlepunten.Verlies van controle is betrokken bij kanker, zoals bij mutaties die resulteren in het verlies van cyclusstilstand en DNA-herstel, wat het belang van correcte regulering aantoont.

Verder lezen

• Alle cellulaire biologie-inhoud
• Structuur en functie van de celkern
• Wat zijn organellen?
• Ribosoomstructuur
• Eiwitproductie: initiatie, Verlenging en beëindiging

Citaten