Cell-cykeln

Länk till bild-serie för cell-delning och skillnad mitos--meios

Tabellöverblick för de olika faserna

Beskrivning av cell-cykeln

Cellcykeln är den serie händelser som en eukaryot cell genomgår för att växa, duplicera sitt genetiska material och dela sig i två identiska dotterceller. Cykeln delas in i fyra huvudsakliga faser: G1, S, G2 och M, samt en vilofas som kallas G0. Varje fas innehåller specifika och noggrant reglerade processer som säkerställer korrekt celldelning och genetisk stabilitet.

G1-fasen, eller första gap-fasen, är den längsta delen av cellcykeln för de flesta celltyper. Under denna fas växer cellen i storlek genom att syntetisera proteiner, lipider och andra byggstenar som behövs för att stödja cellens funktion och kommande delning. Cellen ökar sin mängd cytoplasma, producerar fler ribosomer och förbereder sina organeller. Den kontrollerar också interna och externa signaler för att avgöra om det är lämpligt att fortsätta till nästa fas. Om förhållandena inte är gynnsamma kan cellen gå in i G0-fasen, där den förblir i vila. G0 kan vara tillfällig, som hos leverceller, eller permanent, som hos de flesta nervceller.

S-fasen, eller syntesfasen, är den period då cellens DNA dupliceras. Varje kromosom replikeras och består efteråt av två identiska systerkromatider sammanfogade vid centromeren (kromosomens centrala punkt). DNA-polymeras och andra enzymer medverkar i denna process, som är noggrant övervakad för att undvika mutationer. Samtidigt syntetiseras histonproteiner och andra komponenter som krävs för att bygga upp de nybildade kromosomerna i sina kondenserade former. Vid slutet av S-fasen har cellen dubbelt så mycket genetiskt material jämfört med början av cykeln.

G2-fasen är den andra tillväxtfasen, och fungerar som en sista kontrollstation innan mitos. Här fortsätter cellen att växa och syntetisera proteiner, särskilt sådana som krävs för att driva mitosen, som mikrotubuli (polymerer i cytoskelettet som ger struktur) och andra delar av delningsapparaten. Eventuella skador på DNA som uppkommit under replikationen försöker cellen reparera genom aktivering av DNA-reparationssystem. Om reparation inte är möjlig aktiveras kontrollmekanismer som kan förhindra fortsatt cykel eller utlösa apoptos, programmerad celldöd.

M-fasen är den mest dramatiska delen av cellcykeln, då cellens innehåll fördelas i två nya celler. Den består av mitos, som är kärndelningen, och cytokines, som är delningen av cytoplasman. Mitos inleds med profas, där kromosomerna kondenseras och blir synliga, kärnmembranet bryts ner och den mitotiska spindeln börjar bildas. I metafas ordnas kromosomerna i cellens mittplan, kallat metafasplattan. I anafas separeras systerkromatiderna och dras mot varsin cellpol av mikrotubuli. Under telofas börjar kromosomerna dekondensera och nya kärnmembran formas runt de två identiska uppsättningarna kromosomer. Cytokines sker ofta samtidigt med telofas och innebär att aktinfilament delar cellen i två dotterceller, var och en med en komplett kärna och cytoplasma.

Celltyper har olika kapacitet att genomgå cellcykeln. Labila celler, såsom hudceller, slemhinneceller och celler i benmärgen, delar sig kontinuerligt för att ersätta utslitna eller skadade celler. Stabila celler, som leverceller och vissa epitelceller i njuren, befinner sig vanligtvis i G0 men kan stimuleras att återinträda i cellcykeln vid behov, exempelvis vid vävnadsskada. Permanenta celler, såsom neuroner och hjärtmuskelceller, har förlorat sin förmåga till celldelning och befinner sig permanent i G0. Dessa celler är därför extra sårbara vid skada, eftersom de inte kan regenereras genom celldelning.

Telomerer är repetitiva DNA-sekvenser som finns i ändarna av eukaryota kromosomer. De fungerar som skyddande "lock" som förhindrar att kromosomernas ändar tolkas som DNA-skador, samt skyddar mot att genetisk information förloras vid varje celldelning. Vid varje replikationsrunda förkortas telomererna något, eftersom DNA-polymeraset inte kan kopiera ändarna helt. När telomererna blir för korta, signalerar detta att cellen bör gå in i senescens (åldrande) eller genomgå apoptos. Celler som behöver dela sig många gånger, som stamceller och vissa immunceller, uttrycker enzymet telomeras som förlänger telomererna. I cancerceller är telomeras ofta återaktiverat, vilket bidrar till deras obegränsade delningsförmåga.

Reglering av celldelningen

Den centrala regleringen sker genom en rad kontrollpunkter i cellcykeln, där specifika signaler avgör om cellen får lov att gå vidare till nästa fas. Dessa kontrollpunkter finns framför allt i övergångarna mellan G1 och S, samt mellan G2 och M. Om villkoren inte är uppfyllda, exempelvis vid DNA-skada eller brist på näringsämnen, kan cellen pausas för reparation eller ledas till programmerad celldöd.

En viktig del av denna reglering sker genom samverkan mellan cykliner och cyklinberoende kinaser (CDK). Dessa enzymer aktiveras endast när rätt cyklin finns närvarande, och bildar då komplex som fosforylerar målproteiner och driver cellcykeln framåt. Cykliner syntetiseras och bryts ner i en rytm som följer cellcykelns faser, vilket gör att kontrollen blir tidsmässigt exakt. Inhibitorer till CDK-komplexen, såsom p21 och p27, kan blockera denna progression och ge cellen tid att åtgärda fel.

Tumörsuppressorgener spelar också en avgörande roll. Ett exempel är p53, ett protein som aktiveras vid DNA-skada och som kan stoppa cykeln i G1-fasen för att möjliggöra reparation. Om skadan är för omfattande kan p53 också initiera apoptos. Förlust av p53-funktion är vanligt i många cancerformer, vilket leder till att celler delar sig trots genetiska defekter. Även extracellulära signaler reglerar celldelning genom tillväxtfaktorer, hormoner och kontaktinhibering, där celler slutar dela sig när de omges av andra celler.

En balanserad reglering av celldelningen är avgörande för att undvika sjukdom. För låg delningsaktivitet kan leda till degenerativa tillstånd eller svag läkning, medan överdriven delning kan ge upphov till tumörer. Flera cancerläkemedel är därför inriktade på att påverka cellcykelreglerande mekanismer, till exempel genom att hämma CDK eller återaktivera p53-funktionen.

Tabellöverblick över kontrollpunkterna i celldelningen

Tabellöverblick för de olika regulatorerna

Skillnad mitos--meios