ביותא 3

Question 1

תפקידיו העיקריים של מחזור התא

Answer 1

לשכפל את הדנא + לייצר שני תאי בת זהים

שכפול הדנא , שלב s , אורך בין 10 ל 12 שעות במרבית התאים היונקים ומהווה מחצית מהזמן שדרוש לתא יונק להשלים מחזור שלם

השלב בו התא מתפצל ונוצרים שני תאי בת זהים , שלב M , אורך פחות משעה במרבית תאי היונקים

Question 2

שלב M מחולק לשני חלקים

Answer 2

חלק ראשון של שלב M הוא שלב המיטוזה בו יש חלוקה של הגרעין והפרדה , שווה בשווה , של הכרומוזומים בין שני עותקי הגרעין שנוצרו

חלק שני , חלוקת הציטופלסמה , נקרא גם ציטוקנזה , שבו התא עצמו מתחלק לשניים.

בסוף שלב המיטוזה , יש לבנות מחדש את הגרעינים , ואז התא מתחלק בציטוקנזה.

בכך מושלם מחזור התא , ונוצרים שני תאים זהים.

Question 3

בתחילת שלב m נוצרות כרומטידות אחיות

Answer 3

בסוף שלב s , אחרי שהדנא עבר שכפול , ונוצרו שני עותקים מכל כרומוזום , שני העותקים נשארים קלועים זה בזה , ומחוברים ע״י מבנים חלבוניים מיוחדים.

בשלבי המיטוזה המוקדמים , ספיציפית בשלב הפרופאזה , הכרומוזומים מותרים זה מזה , ועוברים דחיסה. בשלב הזה של הדחיסה וההתרה נוצרים אצלנו מבנים שאנחנו קוראים להם כרומטידות אחיות.

בשלב הבא , שלב המטאפאזה , מעטפת הגרעין כבר נהרסה , הכרומטידות האחיות נקשרות לכישור המיטוטי - מבנה חלבוני ביפולרי שבנוי ממיקרוטובולים - ומסתדרות בקו האמצע spindle equator של התא

בשלב האנאפאזה , הקשרים החלבוניים שמחזיקים את הכרומטידות האחיות נהרסים , ושתי הכרומטידות נפרדות זו מזו לשני קוטבי התא המנוגדים.

בטלופאזה , הכישור המיטוטי נהרס , והכרומוזומים המופרדים נארזים בתוך שני גרעינים נפרדים.

ולבסוף , התא עצמו מתחלק בציטוקנזה ,
לציין , שקיימת חפיפה בין שלב הציטוקנזה למיטוזה עצמה , כשבפועל הציטוקנזה מתחילה עוד בשלב ה אנאפאזה

פיגר 17-3
שקף 6 מצ״ש

Question 4

כל היצורים החיים , מחיידק ועד לויתן , הם תוצר של גדילה וחלוקה - או במילים אחרות מחזור התא

Answer 4

ביצורים חד תאיים , כל חלוקה של התא יוצרת אורגניזם חדש לחלוטין

ביצורים רב תאיים , חלוקת התא מחליפה תאים מתים ולא יוצרת אורגניזם חדש.

המקור אפוא של כל תא חי , הוא בתא חי שקדם לו!

מחזור התא יכול להשתנות בין אורגניזם לאורגניזם , או בין תא לתא באותו אורגניזם , אך המאפיין האוניברסלי של כל מחזור תא באשר הוא: העברת מידע גנטי

בנוסף לדנא התא היוקריוטי גם משכפל את האברונים שלו , בין חלוקה לחלוקה (לרוב) יש הפוגה בה התא גדל כדי לשמור על הגודל התקין שלו.

Question 5

מחזור התא היוקריוטי מורכב מ 4 שלבים:

Answer 5

עובדה: מרבית התאים היוקריוטים דורשים יותר זמן לגדילה והכפלת המסה שלהם מאשר הזמן הנחוץ להכפלת הדנא וחלוקה !!

אי לכך , כדי שהתא יוכל לגדול , יש לו שתי פאזות של ״מנוחה״ בין שלב שכפול הדנא והחלוקה שלו.

• פאזה ראשונה , G1 קיימת בין שלב m לשלב s
• פאזה שניה , G2 , קיימת בין שלב s לשלב m

שתי פאזות אלה , כאמור , אורכות יותר זמן משתי הפאזות האחרות , m ו- s

מכאן , שמחזור התא היוקריוטי מורכב מ 4 שלבים:
- G1
- G2
- S
- M
כאשר שלשת הראשונים נקראים ביחד אינטרפאזה.

עבור תא הומאני שגדל בתרבית , האינטרפאזה אורכת 23 שעות מתוך ה 24 שעות הנחוצות לו להשלים מחזור תא. שלב m , מיטוזה , אורך כשעה.

פיזית , התא גדל במימדים לאורך כל מחזור התא

Question 6

שני שלבי ״המנוחה״ G1 ו- G2 קובעים את אורך מחזור התא!

Answer 6

בשלבים האלה התא עושה כמה דברים חשובים , תחילה , כאמור , הוא גדל כדי לבטיח שהוא לא מאבד מאסה בזמן חלוקה , במהלך שלבים אלה התא מכפיל את מספר האברונים ואת החלבונים שיש לו

שלב G1 הוא שלב חשוב מאד ואורכו משתנה כתלות בתנאי הסביבה. בשלב זה , מלבד הכפלת הגודל והאברונים , התא מנטר את הסביבה הפנימית שלו ואת הסביבה החיצונית ומוודא שהתנאים אכן טובים , ורק אז במידה והכל טוב , התא מתחייב לשלב s , נכנס אליו , ומתחיל לשכפל את הדנא. הסביבה החוץ תאית בשלב הזה נדגמת ע״י התא דרך סיגנלים מהסביבה , שבין היתר תאים אחרים שולחים.

במידה ותנאי הסביבה אינם טובים דיים כדי שהתא ימשיך במחזור שלו , חלק מהתאים יכולים לצאת מהפאזה G1 ולהיכנס לפאזה מיוחדת , G0 , שבה התא נמצא במנוחה , והוא כאילו יוצא ממחזור התא , פאזה זו יכולה להימשך בין מספר ימים עד למספר שנים.

חלק מהתאים אפילו נשארים בפאזה הזאת כל חייהם ולא יוצאים ממנה , עד שהאורגניזם מת.
אל G0 ניתן להגיע רק דרך G1 , אין G0 מ G2.

במידה ותנאי הסביבה משתפרים , או שהתא קולט סיגנלים שמעודדים שכפול וחלוקה , התא יכול להיכנס מ G0 חזרה אל G1 דרך נקודות (ב G1) שאנחנו קוראים להם start בשמרים או restriction point ביונקים.
שתי נקודות אלה , הן סוג של אל חזור , אם התא חוזר ל G1 דרכם , הוא אינו יכול לעצור באמצע , והוא ייכנס בהכרח אל שלב s וישכפל את הדנא שלו גם אם תנאי הסביבה משתנים לרעה שוב !!

Question 7

מחזור התא:
יוצאי דופן

Answer 7

לא כל התאים מקיימים מחזור תא קונבנציונלי בן 4 שלבים.

1) עוברים של חולייתנים , בשלבי התפתחות מוקדמים , עושים רק שכפלול וחלוקה , כלומר רק את שלבי s ו- m , ללא שתי פאזות ה G , ועל כן התא אינו מספיק לגדול !!

2) דוגמה נוספת היא תופעה שנקראת endocycle או endoreduplication
שבה התא עושה המון שכפולים של דנא ללא חלוקה תאית , כלומר המון סבבים עוקבים של שלב S , ללא שלב M באמצע.
בתאים כאלה , אנדוציקלים , יש גרעין אחד שמכיל עותקים רבים של הגנום , דבר המאפשר ביטוי מוגבר של כל מיני גנים (דוגמה תאים פוליטנים)

3) תאים רבים עוברים מיטוזות רבות , כלומר חלוקות גרעין מרובות , ללא ציטוקנזה , וכך נוצר תא יחיד מרובה גרעינים. (גוגמה מגה קריוציטים).

Question 8

בקרה על מחזור התא נעשית בצורה דומה בכל התאים היוקריוטים:

Answer 8

מבחינת זמנים , אורך מחזור התא המלא , או אפילו אורך כל שלב , משתנה בין אורגניזמים שונים , ואפילו בין תאים שונים של אותו אורגניזם.

מנגד , מסתבר , שהעקרונות הבסיסיים של מחזור התא , הם די דומים בין יוקריוטים שונים, והם משתמשים באותם מנגנוני בקרה כדי לבקר את מחזור התא.

מסתבר , שהחלבונים שמבקרים את התהליך הם עד כדי כך שמורים אבולוציונית , שאם נעביר (חלק מהם) מאורגניזם אחד (אדם) לאורגניזם אחר (שמר) , הם עדיין יתפקדו בצורה מושלמת.

Question 9

מחקר של מחזור התא:

Answer 9

אורגנימים במחקר:

1) שמר הנצה ושמר ה pombe מאפשרים לנו להשתמש בכלים מחקריים חזקים כדי לחקור את מחזור התא

2) עוברים של הצפרדע xenopus מאפשרים לנו לחקור את האספק הביוכימי של מחזור התא

3) דרוזופילה נותנת לנו אפשרות ליקור בקרה וסנכרון של תהליכים מסויימים עם מחזור התא באורגניזם רב תאי

4) תאי אדם במעבדה מאפשרים לנו ללמוד על

Question 10

מחקר של מחזור התא:
כיצד ניתן לדעת באיזה שלב התא נמצא במחזור התא?

Answer 10

1) להסתכל על תאים חיים במיקרוסקופ:
תאים שנמצאים בשלבים שונים הם בעלי מורפולוגיה שונה , תא מעוגל הוא תא שנמצא בשלב מיטוזה (M) , בעוד שתא מוארך נמצא בשלב הציטוקנזה. התעגלות התא מאפשרת תפקוד יעיל יותר של הכישור המיטוטי.

2) פלורסנסיה:
ניתן להחדיר לתא חומר פלורסנטי שנקשר לדנא , דרך כך אנחנו יכולים לראות את רמת הדחיסות של הדנא (מלמד על השלב במחזור התא).

לחילופין , ניתן להחדיר לתא נוגדנים שנקשרים למרכיבים צלולריים ספיציפיים , כגון מיקרוטובולי , ובכך לראות את הכישור המיטוטי.

לבסוף , אנו יכולים להשתמש בחומר EDU , אנאלוג של תימידין , כדי לעקוב אחרי תאים שנמצאים בשלב S. החומר נקשר לדנא חדש שזה עתה שוכפל , ולכן תאים שקושרים אותו , הם ככל הנראה נמצאים בשלב S.
אחרי הכנסת ה EDU , אנו מטפלים בחיידקים בדיו פלורסנטי שנקשר קוולנטית ל EDU.

לפי שיטת ה EDU מצאו שאם בוחנים תרבית תאים (יוקריוטים) , שבה התאים גדלים בצורה אסנכרונית , כ 30% עד 40% מהתאים יהיו בשלב S בעל רגע נתון.

בספר מוזכר מונח ״האינדקס המיטוטי״ , metotic index , שלפי מה שמצאתי הוא מוגדר בתור היחס שבין התאים שנמצאים במהלך שלב M (מיטוזה) מתוך סך כל התאים בקולטורה.

3) ניתן לעקוב אחר שלבי מחזור התא לפי חלבונים שמסומנים עם מרקר פלורסנטי , שמופיעים בשלבים מסויימים במחזור התא , אך נעלמים בשלבים אחרים (פיגר 17-6)

Question 11

פיגר 17-6
ניתן לעקוב אחרי השלבים השונים של מחזור התא ע״י סימון , בעזרת מרקר פלורסנטי , חלבונים שאופיינים לשלב מסויים

שיטת fucci

Answer 11

סימון החלבון ג׳מנין geminin בפלורסנט ירוק , החלבון ג׳מנין מסומן בתא לפירוק ע״י יוביקוויטין (שאתו שם עליו יוביקוויטין ליגאז בשם APC/C) ה APC/C פעיל בתא החל משלב המטאפאזה במיטוזה ועד לסוף שלב G1 , אי לכך , ג׳מנין לא יהיה פעיל , מכאן אנחנו נצפה לראות פלורסנסיה ירוקה בתא רק בשלבים שבהם ג׳מנין פעיל (כש APC/C אינו פעיל) וזה החל משלב s , דרך שלב M2 , וכלה במטאפאזה כחלק משלב M. ולכן תא ירוק ילמד אותנו שהוא נמצא באחד מהשלבים האלה.

דוגמה נוספת , החלבון cdt1 שנושא מרקר פלורסנטי אדום, החלבון הזה מסומן ביובקוויטין לדגרדציה החל מסוף G1 ועד סוף המיטוזה (טלופאזה) , כלומר פעיל רק בשלב G1 , ולכן אם נראה תא בצבע אדום , אנחנו נבין שהוא יצא ממיטוזה וטרם נכנס לשכפול , כלומר בשלב G1.

שיטה זו נקראת שיטת fucci

Question 12

פיגר 7-17

Flow cytometer או בשמו הנוסף FACS

זהו מכשיר שיודע להפריד בין תאים לפי פרמטר כלשהו

Answer 12

דרך נוספת לגלות באיזה שלב התא נמצא במחזור שלו , היא ע״י בחינת תכולתו הגנטית , כמה דנא הוא מכיל !

כידוע , הדנא מוכפל במהלך שלב S , שיטה זו מאפשרת לנו לבחון ולנתח מספר רב של חיידקים. היא עושה שימוש בפלורסנסיה ובמכשיר פלאו ציטומטר.

בשיטה זו אנחנו יכולים לגלות את החלק היחסי של חיידקים שנמצאים בשלב G1 , S או G2+M.

בשיטה זו משתמשים בתאים חיים ומשגשגים

מכניסים לתאים פלורסנט שבוהק כשהוא נקשר לדנא , כך שמידת הפלורסנסיה הינה יחסית לכמות הדנא , ככל שהממצא יותר בוהק , כך התא מכיל יותר דנא.

במכשיר ניתן לראות 3 חלוקות:

1) כאלה שמכילים עותק אחד של דנא , כלומר תאים שנמצאים בשלב G1

2) תאים שמכילים שני עותקים מלאים של הדנא , כאלה שנמצאים בשלב G2 או M

3) תאים שנמצאים באיזשהו שלב ביניים , כאלה שנמצאים בשלב S.

לפי ממצאי הגרף , ישנם יותר תאים בשלב G1 מאשר תאים בשלבים G2 + M.

שקף 13 מצ״ש ,

שקף 166 מצ״מ:
רואים בגרף שני פיקים , פיקים אלה מייצגים שלבים במחזור התא בהם יש או עותק אחד של דנא (שלב G1) או שני עותקים מלאים (G2+M) , הענק הוא השלב במחזור התא בו יש עותק חלקי נוסף של הדנא , התא טרם סיים את השכפול (שלב S). ככל שהפיק יותר גבוה , זה אומר שמרבית התאים נמצאים בשלב שהוא מייצג.

Question 13

סיכום:

Answer 13

שכפול הדנא מתבצע בשלב S , בעוד שמרבית מרכיבי התא האחרים משוכפלים לכל אורך מחזור התא.

Question 14

מערכת הבקרה של מחזור התא

Answer 14

החלבונים שמבקרים את מחזור התא הם אינם אותם חלבונים שמבצעים את המטלות השונות המהלכו , דנא פולימראז למשל , עוסק בפלמור ואינו משתתף בבקרה של התהליך.

מערכת הבקרה על מחזור התא מתפקדת בצורת טיימר , שמוציא לפועל ארועים ברצף קבוע , ומגדיר זמנים קבועים (בעבור כל תא) שבהם יש להשלים מטלות מסויימות , וכן להשלים את התהליך במלואו.

בתאים עובריים שמתחלקים , מערכת הבקרה נפרדת ואינה מושפעת מהאירועים שהיא מבקרת (שכפול דנא , יצירת כישור מיטוטי , פירוק הגרעין) , כך שאם מהלך כזה או אחר אינו מושלם בזמן הנכון עקב תקלה כלשהי , מחזור התא אינו מתעכב ואינו נעצר

מנגד , במרבית התאים האחרים , שאינם תאים עובריים , ישנו תיאום בין מערכת הבקרה לתהליכים שהיא מבקרת , כך אם התא לא משכפל את הדנא בשלב S בצורה נכונה ، יהיה עצירה בהתקדמות מחזור התא לשלב M , עצירה זו מאפשרת לתא לתקן את הנזק .

אמרנו מקודם בשקף 7 , שתאים עובריים חסר בהם שלבי G , והם מקיימים רק שכפול וחלוקה … כנראה שזה קשור

Question 15

מאפייני מערכת הבקרה על מחזור התא:

Answer 15

מערכת הבקרה על מחזור התא פועלת דרך ״מתגים״ ביוכימיים (כמו למשל זרחון , או יוביקוויטנציה) שמפעילים או מכבים אותה , למערכת זו 3 מאפיינים עיקריים:

1) המערכת עובדת בצורה בינארית , on/off , ומוציאה לפועל תהליכים בצורה שלמה ובלתי הפיכה. כלומר אם היה הפעלה של אנזים כלשהו למשל , אז הוא יופעל עד הסוף , אין פעילות חלקית , ולא יהיה ניתן לעצור זאת.

2) המערכת היא חזקה ואמינה: פועלת ביעילות תחת תנאים רבים (אינה צריכה תנאים אופטימליים כדי לתפקד) , וגם אם חלק ממרכיביה נכשלים , היא תמשיך לתפקד נכון.

3) המערכת אדפטיבית ומסוגלת לעבור התאמות לפי סוגי תאים ספיציפיים , ולהגיב לשינויים.

Question 16

מאפייני מערכת הבקרה על מחזור התא 2:

Answer 16

במחזור התא ישנה בקרה תמידית על התהליך , אולם ישנם 3 נקודות מרכזיות ועיקריות שבהם יש בקרה הדוקה שקובעות אם מחזור התא ממשיך או נעצר. אם הכל תקין המחזור ממשיך הלאה , באופן בלתי הפיך ותוך התחייבות להשלמת התהליך:
(באנגלית הנקודות האלה נקראות נקודות transition)

1) נקודת הכניסה מ G0 ל G1: נקודת בקרה זו פועלת בשלבי G1 המאוחרים , בנקודה זו התא מתחייב לחזרה למחזור שלו (G0 מהווה סוג של יציאה מהמחזור) והשלמת רפליקציה של הדנא.

2) נקודת המעבר בין G2 ל M:
בנקודה הזו יש התחייבות לשלבי המיטוזה המוקדמים , כדי סידור הכרומוזומים במישור המיטוטי במרכז התא mitotic spindle

3) נקודת המעבר ממטאפאזה לאנאפאזה:
אם הכל תקין , המערכת דוחפת את התא ממטאפאזה לאנאפאזה בה יש הפרדת כרומטידות אחיות , ובעקבות כך ציטוקנזה.

במידה ומערכת הבקרה מאבחנת תקלה , הן בתוך התא והן מחוצה לו , היא עוצרת את התהליך ומונעת ממחזור התא להתקדם.

תקלה בשכפול הדנא תעצור את התא בנקודה 2
תנאי סביבה לא טובים , יעצרו את התא בנקודה 1

פיגר 17-8
שקף 168 מצ״מ

Question 17

מערכת הבקרה על מחזור התא תלויה בפעילות מחזורית של קינאזות תלויות ציקלין:

CDK - cyclin dependent kinases

Answer 17

הקינאזות cdk הם מרכיב מרכזי של מערכת הבקרה התאית על מחזור התא!!

קינאזות אלה פועלים בתא בצורה מחזורית , הפעילות של האנזימים האלה עולה ויורדת לסירוגין במהלך מחזור התא בצורה מחזורית.
(הריכוז שלהם קבוע , אך הפעילות שלהם משתנה כתלות בציקלין)

כשמם , הם מפעילים או משביתים , בצורה מחזורית , חלבונים כאלה ואחרים שאחראים על בקרה או הוצאה לפועל של התהליכים המרכזיים שמתרחשים במהלך מחזור התא (אותם תהליכים שמבוקרים בשלש נקודות הבקרה המרכזיות).

לדוגמה, עליה בריכוז ה cdk’s בנקודת הבקרה G2/M תגרום לאירועי המיטוזה המוקדמת לצאת לפועל , ארועים שכוללים בין היתר דחיסת הכרומוזומים , פירוק המעטפת הגרעינית , יצירת סיבי כישור , ועוד

הפעילות הקטליטית (והמחזורית) של חלבוני ה cdk תלויה בחלבונים רבים אחרים , הכי חשובים הם הציקלינים , הציקלינים חייבים לקשור את ה cdk כדי שאלה יפעלו בתא כקינאזות. הציקלינים אין להם ריכוז קבוע במהלך מחזור התא , אלה שהריכוז שלהם עולה ויורד לפי השלב שבו אנחנו נמצאים.

פיגר 17-9

Question 18

ציקלינים:

Answer 18

ישנם 4 סוגי ציקלינים עיקריים שפועלים בשלבים שונים של מחזור התא: DEAB

ציקלינים , EAB פועלים בכל התאים , ציקלין D פועל במרבית התאים אך לא בכולם.

ציקלינים: ריכוזם בתא עולה ויורד באופן מחזורי (מכאן השם), הם עוברים בין מחזורים של סנתזה ודגרדציה לפי שלב במחזור התא

השינויים המחזוריים בריכוז הציקלינים מביאים גם כן ליצירה ופירוק מחזוריים של קומפלקסי cyclin-cdk

בכל בתא יוקריוטי ישנם 3 סוגי ציקלינים מרכזיים:

1) ציקלין G1/s: נקרא גם ציקלין E. ריכוזו עולה בשלבי G1 המאוחרים, והוא מפעיל את ה cdk שלו , היווצרות הקומפלקס G1/s-cdk גורמת לתא להיכנס מ G0 ל G1 (נקודת start) , ומחייבת אותו לחזור למחזור התא. ריכוזם חוזר ויורד בשלב s.

2) ציקלין s: נקרא גם ציקלין A. ריכוזו עולה מיד אחרי נקודת ה start כשהתא נכנס חזרה למחזור שלו, והוא קושר את ה cdk שלו ליצירת קומפלקס s-cdk , הקומפלקס הזה גורם לתא לשכפל את הדנא שלו.
רמות ציקלין S נשארות גבוהות עד שלב ה M , הוא אפוא בעל תפקיד בקרתי גם בשלבי מיטוזה מוקדמים.

3) ציקלין M , נקרא גם ציקלין B. מפעיל את ה cdk שלו שגורם לתא להיכנס לשלב המיטוזה דרך נקודת הבקרה השניה (G2/M transition).
הריכוז שלו יורד בשלבי המיטוזה האמצעיים.

Question 19

פיגר 17-10

הפיגר מציג את מחזור התא בדגש על השלבים הספיציפיים בהם ריכוזו של כל אחד מבין 3 הציקלינים העיקריים עולה/ יורד:

Answer 19

נתחיל בשלב G1, בתחילתו של שלב זה ריכוזם של שלשת הציקלינים נמוך , בסוף שלב G1 , מעט לפני נקודת הכניסה מ G0 ל G1 - ה start - ריכוזו של הציקלין G1/S (ציקלין E) , מתחיל לעלות ומגיע לשיא ממש בנקודה עצמה , בשלב זה נוצר הקומפלקס
G1/S-cdk.

יצירת הקומפלקס דוחפת את מחזור התא קדימה מנקודת ה start , ראוי לציין שריכוז הקומפלקס נותר גבוה לתקופה קצרה יחסית והוא מתחיל לרדת בהדרגה עד שמגיע לרמה הבזאלית בכניסה לשלב S, עקב דגרדציה של ציקלין E.

ריכוזו הבזאלי הוא הכי גבוהה

Question 20

פיגר 17-10 (2):

Answer 20

הציקלין השני שנכנס לתמונה הוא ציקלין S
(ציקלין A)!!

ריכוזו מתחיל לעלות בהדרגה עוד בנקודת ה start בשלב G1 , מגיע לשיא ממש בכניסה לשלב s , נותר גבוה לכל אורך שלב S, ועד שלבי המיטוזה המוקדמים. ציקלינים אלו יותרים את הקומפלקס s-cdk שדוחף את שכפול הדנא ומעט מאירועי המיטוזה המוקדמים.
ריכוזו יורד בין שתי נקודות הבקרה G2/M ו- metaphase-anaphase.

בנקודת הביקורת metaphase-anaphase ריכוזו חזר כבר לרמה הבזאלית והוא נשאר כך עד העליה הבאה בסוף שלב G1.

זהו הקומפלקס שהריכוז שלו נשאר גבוה הכי הרבה זמן מבין שלשת הקומפלקסים המרכזיים.

ריכוזו הבזאלי הוא האמצעי!!

Question 21

פיגר 17-10 (3):

Answer 21

ציקלין M , ריכוזו מתחיל לעלות בהדרגה עוד באמצע שלב G2 , וכך נוצרים עוד ועוד קומפלקסים של M-cdk שנותרים לא פעילים , ריכוזם מגיע לשיא קצת בסוף שלב G2 , מעט אחרי נקודת הביקורת G2/m , בשלב הזה הם גם מופעלים , ריכוזם יורד בשלב המיטוזה , ואחרי נקודת הבקרה השלישית , metaphase to anaphase ריכוזם חוזר לבסיס.

נקודת הביקורת עצמה , מטאפאזה לאנאפאזה משופעלת ע״י הקומפלקס הרגולטורי APC/C

ריכוז ציקלין M הבזאלי הוא נכי נמוך מבין השלושה

Question 22

ציקלין לעומת cdk

Answer 22

לציקלין ריכוזים משתנים שעולים באופן מחזורי לפי שלבי מחזור התא השונים

ל cdk ריכוז קבוע בתא לאורך כל שלבי המחזור

ריכוזי ה cdk הבזאליים יותר גבוהים מריכוזי הציקלינים!!

Question 23

G1 cyclin

Answer 23

קיים במרבית התאים אך לא בכולם

תפקידו הוא לבקר את פעולת הציקלין G1/s ועל כל בעקיפין מבקר את התקדמות מחזור התא דרך נקודת ה start

ריכוז הציקלין הזה עולה הודות לסיגנלים מחוץ לתא ,

בתאי שמר יש רק סוג אחד של cdk שנקשר לכל אחד מסוגי הציקלינים השונים , לפי השלב בו נמצאים במחזור התא!!

בתאי חולייתנים ישנה ספיציפיות יותר גבוהה , ישנם 4 סוגי cdk:
cdk1 , cdk2 , cdk4 , cdk6

1) ציקלין D שפעיל בשלב G1 נקשר לשני cdk’s , שהם cdk4 + cdk6

2) ציקלין E שפעיל בשלבים G1/s נקשר לסוג אחד של cdk והוא cdk2

3) ציקלין A , שפעיל בשלב G2 (וקצת במיטוזה) , נקשר לשני סוגי cdk , הלא הם
cdk2 , cdk1

4) ציקלין B , שפעיל בשלב המיטוזה , נקשר לסוג אחד של cdk והוא cdk1

בשמרים יש רק cdk1

Question 24

השלשה הרגולטורית הראשונה:

Cyclin - cdk - cak

(אקטיבציה)

Answer 24

ציקלין ו cdk אנחנו כבר מכירים , פה נכנס שחקן חדש:
CAK - cdk activating kinase

קשירת ציקלין ל cdk מפעילה את ה cdk רק באופן חלקי , כדי שה cdk יופעל באופן מלא , יש צורך שהקאק יזרחן אותו על ח״א מסוג תריאונין בסמוך לאתר הפעיל שלו (אתר כניסה?) , הזרחון הזה מביא לשינוי בקונפורמציה של ה cdk , מה שמגביר את פעילותו הקטליטית.

פעילות הקאק אינה מחזורית , אלא שהיא קבועה לאורך כל מחזור התא ועל כן הוא מזרחן cdk’s באופן שווה וקבוע ללא תלות בשלב.

פיגר 17-11: קסקדת ההפעלה של cdk

1) בשלב הראשון ה cdk בודד ואינו פעיל , במצב הזה האתר הפעיל שלו חסום ע״י מבנה חלבוני שנקרא t loop

2) קישור של ציקלין ל cdk גורם לתזוזה ב t loop וחושף את האתר הפעיל של האנזים , כך אנחנו משיגים הפעלה חלקית של ה cdk

3) קאק מזרחן את השייר של תריאונין על גבי ה t loop , המבנה שלה משתנה שוב כך שהאתר הפעיל נהיה חשוף לגמרי , וכך ישנה עליה בפעילות האנזימטית של cdk

• כאמור , פעילות cak הינה קבועה לאורך מחזור התא
• ציקלין עושה הפעלה מכנית ל cdk , קאק קטליטית
• אסוציאציה: פקק - ובא ושם פקק (זרחן) על ה cdk.

Question 25

צמד רגולטורי שני: wee1/ cdc25 בעל תפקיד רגולטורי חשוב במיוחד במיטוזה

Answer 25

Players: **Cyclin , cdk , wee1/ cdc25** שני האנזימים פועלים אחד נגד השני wee1 = kinase cdc25 = phosphatase **הפעילות של הקינאז ווי1 , בניגוד לקינאז קאק , אינה קבועה לאורך כל מחזור התא , אלא שהקינאז ווי1 פעיל רק בשלבים מסויימים במחזור התא** ווי1 מזרחן את ה cdk פעמיים , שני זרחנים , על **שתי ח״א נפרדות** , סמוך לאתר הקטליטי באנזים שנותן את פעילות הקינאז (בשונה מקאק). הפעילות הקטליטית של ווי1 הינה אנהיביטורית , ובזרחונו את ה cdk הוא מעכב את הפעילות שלו. היריב שלו , cdc25, מוריד את הזרחנים מאותם אתרים שווי1 זרחן , וכך מאקטב את ה cdk. כאמור המנגנון הרגולטורי הזה אינו פעיל לאורך מחזור התא , החשיבות שלו היא בעיקר בהפעלה של cdk1 שפעיל בשלב המיטוזה. בשלב הזה הקומפלקס M-cdk1 פעיל ומוציא לפועל את אירועי המיטוזה (שלב m). **פיגר 17-12:** ווי1 פועל על cdk פעיל (כלומר כזה שקושר ציקלין ועבר זרחון ע״י קאק) , ווי1 מזרחן את ה cdk בשני אתרים סמוכים מעל האתר הפעיל ומשבית אותו. מכאן , cdk עם שלשה זרחנים הוא cdk שאינו פעיל (אחד של קאק ושניים של ווי1) , cdc25 מוריד את אותם זרחנים שווי1 הוסיף. אסוציאציה: ווי1 - תינוק בוכה שמעכב יציאה שני ee ולכן שני זרחנים. ה cdc25 - נער בן 25 פעיל ואקטיבי (ולכן מאקטב)

Question 26

ריגולטור שלישי: CKI inhibitor פועל בעיקר בשלבים G1 ו- S (אך לא רק).

Answer 26

players: Cyclin , cdk , CKI **CKI - cdk inhibitor protein** שולט ומווסת בעיקר את פעילות הקומפלקסים G1/S-cdk + S-cdk החלבון CKI אינו פועל במנגנון זרחון/ דה זרחון , אלא במנגנון מכני , הוא מתלפף סביב הקומפלקס , גורם לארגון מחדש של צורתו המרחבית של האתר הפעיל ב cdk ומשבית אותו. **פיגר 17-13**: מנגנון עיכוב הקומפלקס cyclin-cdk ע״י CKI inhibitor **דוגמה:** החלבון p27 , שהוא סוג של CKI inhibitor , שקושר את הקומפלקס A-cdk2 (שלב M?) ומשבית את פעילותו. מנגנון: האינהיביטור קושר גם את הציקלין וגם את ה cdk , ומעוות את המבנה המרחבי של האתר הפעיל ב cdk , הוא גם נכנס אל תוך אתר הקישור של האטפ ב cdk וכל עוד יותר מעכב אותו.

Question 27

עד כה נתקלנו בשני מעכבים ל cdk מי הם ?

Answer 27

**Wee1** by phosphorylation **CKI** by wrapping around

Question 28

Phosphatase vs. Phosphorylase vs. Kinase

Answer 28

phosphatase is an enzyme that removes a phosphate group from a protein (by hydrolysis) to yield phosphate ion. phosphorylases are enzymes that catalyze the addition of a phosphate group from an inorganic phosphate (phosphate+hydrogen) to an acceptor. Kinases transfer phosphate groups from ATP to proteins, while phosphorylases catalyze the transfer of an inorganic phosphate group to an acceptor molecule.

Question 29

בקרה על פעילות ה cdk: protein phosphatases revers the effects of cdk’s

Answer 29

עד כה דיברנו על הבקרה שהתא עושה על האנזים cdk עצמו , כעת נדון בבקרה שהתא עושה על **פעילותו** של הקינאז !! פה נדון בפעילות הרגולטורית של אנזימים ממשפחת **הפוספטאז** שהופכים את פעילות ה cdk’s ועוד מספר קינאזות אחרות , השילוב של שתי משפחות האנזימים - קינאז ופוספטאז - משחק תפקיד מרכזי במערכת הבקרה התאית על מחזור התא. **בתא ישנה נטיה , פעילות הפוספטאזות יורדת במקביל לעליה בפעילות הקינאזות** , בצורה זו ששני הארועים מתרחשים במקביל , הואיל ושני האנזימים הם אנטגוניסטים , הירידה בפעילות הפוספטאז בד בבד עם העליה בפעילות הקינאז , מביאה לעליה ניכרת במידת הזרחון של חלבונים שונים (במסלול מטבולי נתון)

Question 30

בקרה על פעילות ה cdk: האנזים PP2A

Answer 30

players: cdk + pp2A **PP2A: protein phosphatase 2A** האנזים הזה , פוספטאז , הוא כאילו אנטגוניסט של ה cdk’s , מבטל את הפעילות שלהם בכך שהוא מוריד את הזרחנים שהם מוסיפים. האנזים הוא טרימר , מורכב מ 3 תת יחידות , תת יחידה B , שנקראת היחידה הרגולטורית , משתנה מאנזים לאנזים , והיא תת היחידה החשובה ביותר באנזים שקובעת את זהות האנזים: - מיהו הסובסטראט אותו יקשור האנזים - המיקום של האנזים בתא (localization) - ויסות פעולת האנזים ליחידה זו **אין** פעילות קטליטית. ישנן שתי יחידות , B55 ו- B56 , שהן בעלות חשיבות מירבית ברגולציה של האנזים **פיגר 17-14**: מוצג מבנה האנזים PP2A , לאנזים 3 יחידות: - יחידה מבנית **גדולה** (scaffold) A - יחידה רגולטורית B - יחידה קטליטית **קטנה** C שתי היחידות A ו- C הם קבועות , היחידה B משתנה וקובעת את זהות האנזים. הייידה B נקשרת סמוך לאתר הפעיל של יחידה C , ובכך קובעת איזה סובסטרט ייקשר.

Question 31

CDK vs. PP2A: צימוד הפוך

Answer 31

כאמור שני החלבונים האלה הם ״אנטגוניסטים״ אחד של השני , ה PP2A (פוספטאז) נוגד את פעולת ה cdk (קינאז). נקח לדוגמה את PP2A-B55: כאשר היחידה B55 נמצאת על האנזים PP2A , נראה שהאנזים פעיל במהלך האינטרפאזה , אך הוא מושבת בשלבי המיטוזה המוקדמים , כאשר במקביל פעילות ה cdk (כחלק מהקומפלקס M-cdk) עולה. אנחנו אמרנו בכרטיס 29 שהנטיה בתא היא שכאשר פעולת הקינאזות עולה , פעולת הפוספטאזות יורדת , כך מושגת ״היפר - פוספורילציה״ של כל מיני חלבונים בתא (במסלול מטבולי נתון). מה קורה במקרה הנ״ל? אכן , עליה בפעילות הקינאזות וירידה בפעילות הפוספטאזות מתרחשות במקביל , כיצד? עליה בפעילות ה M-cdk (קינאז) גורמת בעקיפין לירידה בפעילות ה PP2A (פוספטאז) דרך האנזים greatwall! ה greatwall הוא בעצמו קינאז , cdk מזרחן ומפעיל אותו , וה greatwall בתורו מזרחן ומשבית את PP2A. כך , **בשלבי המיטוזה המוקדמים** , הפעילות הקטליטית של ה m-cdk (קינאז) מתרחשת ללא מפריע , והוא מזרחן בחופשיות את הסטבסטרטים שלו מבלי שמישו דה יזרחן אותם. בהמשך , **בשלב האנאפאזה**, פעילות ה M-cdk יורדת בעקבות דגרדציה של ציקלין M (ה cdk אינו פעיל ללא ציקלין) , במקביל לירידה בפעילות ה cdk )קינאז) , חלה עליה בפעילות ה PP2A (הפוספטאז) - צימוד הפוך - שדה מזרחן את הסובסטרטים של ה M-cdk במהלך האנאפאזה והטלופאזה.

Question 32

פיגר 17-15: M-cdk inhibits its opponent

Answer 32

לפני שהתא נכנס לשלב m , האנזים PP2A-B55 נמצא במצב פעיל , והוא מוסת את פעילות הקומפלקס M-cdk. בכניסה למיטוזה , חלה עליה בפעילות של M-cdk שאליה מצומדת ירידה בפעילות של PP2A. צימוד הפוך זה בין פעולת הקינאז לפוספטאז מושג דרך קסקדת ריאקציות: 1) הקומפלקס M-cdk מזרחן ומפעיל קינאז אחר בשם greatwall. 2) הקינאז greatwall בתורו מזרחן ומפעיל חלבון קטן בשם Ensa 3) בצורתו המזורחנת , Ensa נקשר חזק ל PP2A-B55 וחוסם את פעולת הפוספטאז שלו בזה רואים , שה m-cdk משבית את האנטגוניסט שלו!! מנגד , PP2A (פוספטאז) דה מזרחן את Ensa ומשבית אותו - מעכב את המעכב שלו. הנ״ל מתאר מנגנון בקרה חיובי!

Question 33

ל cdk יש מאות סובסטרטים בתא , שעוברים זרחון לפי סדר מוגדר:

Answer 33

בתור קינאז , cdk מבקר את פעילותם של מאות אנזימים וחלבונים במהלך מחזור התא , מן הסתם שחלבונים אלה אינם עוברים זרחון בבת אחת , אלא בסדר מסויים. ישנם כמה גורמים שפועלים יחדיו ומבטיחים שהזרחון יקרה בסדר הנכון: כך למשל , חלבונים רגולטורים שמוסתים את תהליך שכפול הדנא בשלב ה S עוברים זרחון הרבה לפני חלבונים אחרים שמניעים את הווצרות הכישור המיטוטי בשלבי המיטוזה המוקדמים. 1) **מנגנון ראשון, ציקלינים שונים גורמים לזרחון חלבונים שונים**: הספיציפיות הזאת היא **תלויית שלב במחזור התא,** לפיה, הציקלינים השונים , שריכוזם עולה בשלבים שונים במחזור התא , יוצרים קומפלקסי ציקלין-cdk שונים בהתאם. על **פני השטח** שלו , לכל ציקלין ישנו אתר קישור **ספיציפי** לרצף ח״א מסויים , רצף זה שקיים על חלבון הסובסטרט (של ה cdk) נקשר לאתר הקישור שעל גבי הציקלין , כך הצעקלין גורר את ה cdk שלו לחלבון הנכון , ובכך מובטח שרק חלבונים מסויימים , לפי שלב במחזור התא , יעברו פוספורילציה. (יתכן שחלבונים אחרים יעברו גם כן פוספורילציה, אך הסתברותית זה שקשר את הציקלין יש לו יותר סיכוי בגלל הקרבה הפיזית). ציקלינים , אם כן **לא רק מפעילים את ה cdk , אלא גם נותנים להם ספיציפיות** לסובסטרט מסויים. **דוגמה**: אנחנו רואים שלקומפלקס S-cdk יש יותר אפיניות לחלבונים המעורבים בשכפול (לפי התאמה בין ציקלין לח״א של הסובסטרט) מאשר לחלבונים המעורבים בשלבי המיטוזה. מכאן שסדר הזרחון של הסובסטרטים בתא , נקבע בין היתר , לפי איזה ציקלין פעיל בתא , שנקבע לפי השלב בו אנחנו נמצאים במחזור התא. 2) **ספיציפיות לפי אפיניות של אותו ציקלין**: מסתבר , שלא רק קומפלקסי cyclin-cdk שונים מזרחנים סובסטרטים שונים , אלא גם שאותו קומפלקס של cyclin-cdk יכול לזרחן סובסטרטים שונים , בזמנים שונים , במהלך מחזור התא. הסדר במצב זה נקבע לפי **אפיניות**!! ככל שהאפיניות כלפי הסובסטרט תעלה , כך הקומפלקס יזרחן אותו בשלב יותר מוקדם במחזור התא. 3) **רמת הפעילות האנזימטית , מנגנון זה מתייחס לאותו שלב במחזור התא**: רמת פעילות אנזימטית של רומפלקס נתון גם כן קובעת מי יזורחן מתי , למשל , במהלך המיטוזה , רמת **הפעילות** של **הקומפלקס m-cdk** עולה עוד ועוד , כך שברמת פעילות נמוכה , יזורחנו סובסטרטים מסויימים , וברמת פעילות גבוה של הקומפלקס , יזורחנו סובסטרטים אחרים , אליהם יש אפיניות נמוכה. 4) לבסוף , **פעילות האנטגוניסטים - פוספטאזות - גם כן משפיעה על הזמן בו מתרחש זרחון לחלבונים כאלה ואחרים** , גם לפוספטאזות יש זמנים שבהם הם פעילים , גם להם יש לוקליזציה משל עצמם , דרגות אפיניות משתנות כלפי חלבוני מטרה ועוד.

Question 34

מערכת הבקרה על מחזור התא פועלת **במשוב חיובי** , והיא בעלת פעילות דמויית מתג. switchlike behavior transition

Answer 34

כפי שכבר אמרנו , אחת מתכונותיה של מערכת הבקרה על מחזור התא זה שהיא פועלת בצורה בינארית , on/off (כרטיס 15). אם כן , לפי עיקרון זה , ההתקדמות בנקודות המעבר החשובות של מחזור התא (transitions -כרטיס 17) מתרחשת בצורה בלתי הפיכה , וזה קורה הודות למשוב חיובי! תהליכים רגולטוריים רבים בתא , בכללותם רגולציה על מחזור התא , משתמשים במנגנון של משוב חיובי **כדי להבטיח אפקט שהוא robust ו- all or none**

Question 35

הפעלת M-cdk בנקודת המעבר G2/M היא דוגמה למשוב החיובי שמבקר את מחזור התא

Answer 35

בפיגר 17-10 דיברנו על כך שריכוז ציקלינים מסוג M מתחיל לעלות בתא עוד בשלב G2 , ובתוך כך הקומפלקס M-cdk מתחיל להצטבר בתא , אך הוא נותר לא פעיל! (בנקודת המעבר G2/M ריכוז הקומפלקס מגיע לשיא!!) 1) אז העליה הזאת בריכוז ציקלינים מסוג M , והצטברות הקומפלקס M-cdk מהווה השלב הראשון בהפעלת הקומפלקס. 2) במצב הנ״ל ה cdk קשור לציקלין שלו , וכן , הוא כבר עבר זרחון על ידי CAK ולכן כעיקרון הוא אמור להיות פעיל!! אולם זרחון נוסף (למעשה שניים) שהוא עובר ע״י wee1 משאיר אותו לא פעיל. **כך שהמצב כעת , בסוף שלב G2, הוא שיש בתא כמויות גדולות של M-cdk לא פעיל!** 3) השלב השלישי הוא סוג של הרגע המכונן , בשלב הזה הקומפלקס M-cdk מזרחן את האנזים cdc25 (פוספטאז) ומפעיל אותו , cdc25 שהופעל מנטרל את פעולת ווי1 בכך שהוא מוריד את הזרחנים שלו מ M-cdk ומפעיל אותו ביתר שאת , במקביל M-cdk גם מזרחן את ווי1 ומשבית אותו , בסך הכל שתי הפעולות (הפעלת cdc25 וכיבוי ווי1) מביאות לפעילות יתרה של M-cdk. הפעולה הזו של M-cdk לפיה הוא מפעיל את המפעיל שלו ומכבה את המעכב שלו היא היא המשוב החיובי!! **עקרון שאנחנו רואים פה , ״צימוד הפוך״ של קינאז (ווי1) ופוספטאז (cdc25) , ברגע שפעילות של האחד עולה , הפעילות של השני יורדת** **בשלב השלישי האנזים cdc25 מופעל ע״י אנזימים אחרים (טריגר חיצוני) ולא רק M-cdk, כך שיש כמה קומפלקסים התחלתיים של M-cdk שמופעלים ע״י cdc25 תחילה , ואז הם מפעילים אותו ונוצר מעגל חיובי** התוצאה של המשוב החיובי הוא שקומפלקסים רבים של M-cdk מופעלים במהירות ובאופן בלתי הפיך , מה שדוחף את הארועים המוקדמים של המיטוזה קדימה.

Question 36

פיגר 17-16: הקומפלקס M-cdk מפעיל את עצמו דרך משוב חיובי

Answer 36

האנזים cdk1 מתחיל להיקשר לציקלין M כבר בשלב G2 , כאשר ריכוזו של האחרון מתחיל לעלות בהדרגה, וכך בעצם ישנה הצטברות של הקומפלקס M-cdk1 לא פעיל הקומפלקס שנוצר (שמכיל 3 זרחנים על ה cdk) אינו פעיל הודות לפעילות wee1 וחרף פעילות CAK. בהגיענו לסוף שלב G2 / תחילת שלב M או ליתר דיוק G2/M transition האנזים cdc25 נכנס לתמונה ומתחיל להוריד את הזרחנים ש ווי1 שם על ה cdk , פעולתו של cdc25 מוגברת ביתר שאת הודות לפעולתו של ה M-cdk , שבמקביל גם מזרחן ומשבית את ווי1 (משוב חיובי). פעולת הזרחון של cdc25 + הזרחון של ווי1 ע״י M-cdk מבוטלת ע״י המתחרה שלו PP2A-B55. לציין שגם PP2A-B55 מושבת ע״י M-cdk דרך greatwall kinase + Ensa מכאן אנחנו רואים ש M-cdk מפעיל את עצמו במשוב חיובי דרך 3 ערוצים: 1) זרחון והפעלה של cdc25, שאז בתורו מפעיל את הקומפלקס ביתר שאת 2) זרחון וכיבוי של ווי1, שהוא מעכב של הקומפלקס ולכן בכיבויו אין מי שיעכב את הקומפלק , וכך מושגת הפעלה יתרה 3) זרחון וכיבוי של PP2A-B55 שהוא מתחרה של הקומפלקס , ומבטל את פעילותו על cdc25 ועל ווי1, ולכן בכיבוי PP2A-B55 הקומפלקס M-cdk יפעל ביתר שאת. שקף 31 מצ״ש שקפים 36, 37 מצ״מ

Question 37

משוב חיובי של M-cdk:

Answer 37

1) מזרחן cdc25 ומפעיל אותו (מפעיל את המפעיל של עצמו) 2) מזרחן wee1 ומשבית אותו (מעכב את המעכב של עצמו) 3) גורם לעיכוב של המתחרה שלו PP2A (מונע רוורסיה שלזרחון השניים הקודמים).

Question 38

בכל מעגל של משוב חיובי חייב להיות טריגר חיצונים שיפעיל אותו:

Answer 38

אמרנו מקודם שבהתחלה ישנם כמה cdc25 שמופעלים ומורידים זרחן מה M-cdk ומפעילים אותו , וכך מתחיל מעגל המשוב החיובי שידברנו עליו מקודם, ונשאחה השאלה אם כל ה M-cdk לא פעילים בכניסה למיטוזה (עקב פעילות של wee1), אז מי מתחיל את המעגל ? תשובה: כאמור, חייב טריגר חיצוני שמצית את המעגל , הסברה היא שקומפלקס S-cdk שפעיל בשלב השכפול והפרופאזה המוקדמת (אמרנו שמפעיל שכפול וארועים מוקדמים של המיטוזה) הוא הטריגר.

Question 39

האנזימים האנטגוניסטים M-cdk ו- PP2A-B55 פועלים במשוב חיובי כל אחד

Answer 39

אמרנו ששני האנזימים האלה הם בעלי פעילות הפוכה , אחד קינאז שמזרחן , והשני פוספטאז שדה מזרחן. ה PP2A הוא סוג של מעכב של M-cdk , (מעכב את cdc25 ומפעיל את wee1) , אולם הקומפלקס M-cdk מתגבר על כך בזה שהוא משבית את PP2A דרך greatwall+Ensa , **וזה מסלול של משוב חיובי שעושה M-cdk.** מסתבר , שגם PP2A פועל במשוב חיובי , והוא מסוגל להוריד את הזרחן מה greatwall שהקומפלקס M-cdk הוסיף , ובכך לעכב את המעכב שלו , **וזה מסלול של משוב חיובי שה PP2A עושה.** שני המשובים החיוביים האלה מחוברים יחדיו (דרך משוב חיובי) , וזה חיוני להתקדמות מחזור התא: **בתחילת שלב המיטוזה** , צריך הרבה זרחונים של כל מיני מרכיבים ע״י M-cdk פעילים כדי לדחוף את המסלול קדימה, **בסוף שלב המיטוזה** , אנאפאזה, אנחנו צריכים פעולה נרחבת של דה זרחון על אותם מרכיבים , ועל כן צריך להוריד את פעולת הקומפלקס M-cdk. ההורדת פעילות הקומפלקס , ישנו צימוד הפוך , וכך התא יוכל להשלים את החלוקה שלו , לרבות המיטוזה עצמה וציטוקנזה, הורדת פעילות הקינאזות אנחנו משיגים ע״י דגרדציה של הציקלינים שלהם.

Question 40

פיגר 17-17

Answer 40

1) **משוב חיובי של M-cdk**: מפעיל את עצמו ע״י זרחון של cdc25 ו- wee1 2) **משוב חיובי של PP2A-B55**: מפעיל את עצמו דרך דה זרחון של greatwall kinase **אנטגוניזם**: - הקינאז M-cdk מעכב את PP2A דרך זרחון והפעלה של ה greatwall - הפוספטאז PP2A מעכב את M-cdk דרך דה זחון של cdc25 ו wee1

Question 41

הקומפלקס APC/C מקדם את מחזור התא דרך נקודת הביקורת מטאפאזה לאנאפאזה- Metaphase to anaphase transition

Answer 41

**APC/C = anaphase promoting complex/cyclosome** האנזים שייך למשפחת ה ubiquitin ligase , אלה אנזימים שמוציאים לפועל תגובה פרוטאוליטית , בעצם **דגרדציה של חלבונים רגולטוריים** , ע״י סימונם במרקר של **polyubiquitine**, מה שמביא להרס שלהם בפרוטאוזום. פעולת היוביקוויטין ליגאז אינה מוגבלת להרס חלבונים , חברים אחרים במשפחה יכולים לסמן חלבונים כאלה ואחרים למטרות אחרות. **אפס/ס הינו הריגולטור העיקרי בטרנזיציה ממטאפאזה לאנאפאזה.**

Question 42

כיצד התא מתקדם בנקודת הביקורת השלישית שלו? Metaphase to anaphase transition:

Answer 42

בעוד שהתקדמות מחזור התא דרך שתי נקודות הביקורת האחרות , הכניסה מ G0 ל G1 ( ה start) , וכן ב G2/M transition מתרחשת ע״י היווצרות הקומפלקס cyclin-cdk הנכון (לפי שלב) והפעלתו (דרך סדרת זרחונים ומשוב חיובי). ההתקדמות דרך נקודת הבקרה השלישית - ממטאפאזה לאנאפאזה - אינה תלויה בפוספורילציה של חלבונים כאלה ואחרים , **אלא בהרס ודגרדציה שלהם.** לדוגמה , כפי שאמרנו בכרטיס 39 , שבין היתר כדי להתקדם דרך נקודת הטרנזיציה הזאת , צריך להוריד את פעולת הקינאז (זרחון) של ה M-cdk ולהעלות את פעולת הפוספטאז (דה זרחון) של PP2A-B55 , זאת משיגים דרך הרס הציקלין , מה שמותיר את ה cdk הרלוונטי לא פעיל , הורדת פעילות ה cdk (קינאז) , ״מעלה״ בהכרח את פעולת הפוספטאז PP2A , הדה זרחון הרחב שנוצר עקב כך מקדם את התא מהמטאפאזה לאנאפאזה אל עבר השלמת המחזור.

Question 43

הקומפלקס APC/C מקדם את התא ממטאפאזה לאנאפאזה: APC/C , securin , cyclin

Answer 43

אפס/ס מקדם את הדגרדציה של שני סוגי חלבונים עיקריים להשלמת ה transition: 1) **החלבון securin:** הוא מסומן לדגרדציה **בשלב המטאפאזה** , ההרס שלו משפעל פרוטיאז מסויים שמפריד בין שתי הכרומטידות האחיות , ההפרדה בין שתי האחיות היא הטריגר שמוציא לפועל את האנאפאזה. 2) **ציקלין S וציקלין M:** ההרס של שני הציקלינים האלה מותיר את ה cdk’s שלהם לא פעילם , כך חלבונים רבים שעברו זרחון על ידם **משלב ה s עד המיטוזה המוקדמת** , עוברים כעת דה זרחון ע״י PP2A ופוספטאזות אחרות , ומחזור התא כך נכנס לאנאפאזה. הורדת הזרחנים הנרחבת מהסובסטרטים של ה cdk בשלב הזה (מטאםאזה לאנאפאזה) חיונית להשלמת מחזור התא , לרבות מיטוז וציטוקנזה.

Question 44

הקומפלקס APC/C מקדם את התא ממטאפאזה לאנאפאזה: APC/C , cdh1 , cdc20

Answer 44

פעולת היוביקוויטין ליגאז של הקומפלקס אפס/ס עולה **מאמצע המיטוזה ולאורך שלב G1** , וזה גורם לשני דברים לקרות: 1) רמות גבוהות של אפס/ס ב G1 מונעות הצטברות של ציקלינים , ועל כן חוסר הפעלה של cdk 2) מנגד , הפעלה של G1/S-cdk בשלב מאוחר של G1 מובילה לכיבוי של אפס/ס וכך תתאפשר הצטברות של ציקלינים (משוב חיובי). הקומפלקס נשאר כבוי עד אמצע המיטוזה. כיצד הקומפלקס אפס/ס פועל? כדי להפעיל את הקומפלקס , אחד משני החלבונים cdh1 **או** cdc20 צריך להיקשר אליו. קישורם אל הקומפלקס אפס/ס חיוני לפעולתו משתי סיבות: - הם משרים בקומפלקס שינוי קונפומציה שמשפר את ביצועיו - הם מהווים את אתר הקישור **העיקרי** (לא היחיד) לסובסטרטים של הקומפלקס. שני האקטיבטורים האלה , cdh1 / cdc20 מזהים על הסובסטרט של הקומפלקס רצף מסויים של ח״א , ונקשרים אליו , כך הם מחזיקים אותו במקום , בזמן הזה ה אפס/ס בונה עליו את שרשרת ה polyubiquitin שתסמן אותו לדגרדציה. שני האקטיבטורים פועלים ברצף: תחילה , cdc20 , מפעיל את אפס/ס במהלך המטאפאזה , הקומפלקס גורם לדגרדציה של ה securin והציקלינים , וכך מתאפשרת הפרדת הכרומטידות באנאפאזה . בשלב השני , cdh1 מחליף את cdc20 , ושומר עליו פעיל החל ממיטוזה מאוחרת ועד סוף G1 , ומבטיח שציקלינים לא יצטברו.

Question 45

APC/C:

Answer 45

פעיל: מאמצע המיטוזה עד סוף שלב G1 כבוי: מסוף שלב G1/תחילת S עד אמצע המיטוזה.

Question 46

מחזור הפעלת וכיבוי APC/C: M-cdk , cdh1 , cdc20

Answer 46

האקטיבטור cdc20 מפעיל את הקומפלקס APC/C משלב המטאפאזה עד האנאפאזה במיטוזה ומקדם הפרדת כרומטידות , בסוף האנאפאזה cdc20 יורד ובמקומו עולה cdh1 שמשפעל את הקומפלקס מהטלופאזה עד סוף שלב G1 , ומונע עליה בריכוז הציקלינים. איך זה קורה ? בנקודה G2/M transition אמרנו שיש הצטברות רבה של M-cdk , שאז מופעלים ע״י cdc25 , ה M-cdk המופעלים מזרחנים את APC/C , **במצבו המזורחן ה APC/C קושר דווקא את ה cdc20 ולא את cdh1** , הקישור ל cdc20 מפעיל את ה APC/C , וזה בתורו מתחיל לסמן עם יוביקוויטין M cyclins ולשחוח אותם לפירוק. (APC/C למעשה מפרק את מי שמפעיל אותו). הפירוק שלה ציקלין M מותיר את ה cdk שלו לא פעיל וכך ישנה ירידה בפעילות הקינאז , ובמקביל עליה , בפעילות הפוספטאז של PP2A-B55 (צימוד הפוך) , הדה זרחון הנרחב ע״י PP2A גורר שני דברים: 1) התא מתקדם מהמטאפאזה לאנאפאזה 2) הזרחן יורד מה APC/C , **שבמצב הדה מזורחן הוא קושר cdh1 ולא cdc20** , וכך התא משלים את המיטוזה ונכנס בעודו קושר את cdh1 ל G1

Question 47

M-cdk , cdc20 , cdh1

Answer 47

עליה **בפעילות** M-cdk במיטוזה המוקדמת מקדמת היווצרות APC/C-cdc20 שאז בתורו גורם להרס ציקלון M ולירידה בפעילות ה cdk ירידה **בפעילות** M-cdk באנאפאזה (עקב הרס ציקלינים) מעודדת היווצרות APC/C-cdh1

Question 48

פיגר 17-18

Answer 48

הקומפלקס APC/C עובר זרחון ע״י M-cdk ומופעל **במטאפאזה** ע״י קישור ל cdc20 , cdc20 מזהה ח״א על הסובטרטים של APC/C , לרבות M cyclin וקושר אותה , בזמן הזה APC/c מסמן אותם לדגרדציה. פעילות ה פולייוביקוויטינציה של APC/C מתרחשת בעזרתם של עוד שני חלבונים E1 ו- E2 החלבון המסומן עובר לאחר מכן פירוק בפרוטיאוזום

Question 49

פיגר 17-19: הפעלה עוקבת של APC/C בעזרת cdc20 וcdh1 ומשוב שלילי

Answer 49

הקומפלקס M-cdk מזרחן את APC/C וכך גורם לו לקשור את cdc20 אי לכך , M-cdk לא רק שהוא משנע את המיטוזה בשלביה המוקדמים , **עד למטאפאזה** , אלא שבהפעלתו את APC/C (שמעכב אותו) הוא גם מעודד את המעבר transition ממטאפאזה לאנאפאזה. **הפעולה הזאת של ה M-cdk הינה בגדר משוב שלילי , בו הקומפלקס מתניע תהליך שמעכב אותו** גם הפעולה שבה APC/C-cdc20 גורם לפירוק הציקלין M ובכך להשבתת הפעילות של M-cdk (**באנאפאזה**) , היא בגדר משוב שלילי , כי חוסר הפעילות של ה M-cdk משמעה פחות זרחון , שהוא חיוני עבור היווצרות הקומפלקס APC/C-cdc20 כך , באנאפאזה, אנחנו מקבלים: - אנזים cdk1 לא פעיל עקב הרס הציקלין שלו - ציקלין M (B) שעבר דגרדציה וריכוזו יורד - קומפלקס APC/C-cdc20 לא פעיל בעקבות דה זרחון מה קורה מבחינת cdh1: בשלבי המיטוזה המוקדמים עד למטאפאזה כאשר רמות M-cdk ופעילותו גבוהה , הוא עובר זרחון , מה שמשאיר אותו לא פעיל. בכניסה לאנאפאזה , יש כאמור ירידה בפעילות M-cdk (עקב דגרדציה של ציקלינים M) ופה קורים שני דה זרחונים: - דה זרחון של APC/C עצמו מה שגורם ל cdc20 להתנתק ולפנות מקום ל cdh1 - דה זרחון של cdh1 והפעלתו **כך שבכניסה לאנאפאזה יש לנו APC/C-cdh1 פעיל**. הקומפלקס APC/C-cdh1 נותר פעיל ומונע עליה בציקלינים עד לשלב מאוחר ב G1 , פה חלה עליה בריכוז הציקלינים E ו- A ועליה בפעילות של הקומפלקסים G1/S-cdk ו- S-cdk בהתאמה , שני אלה מזרחנים את ה APC/C-cdh1 ומפרקים אותו , עד להופעת M-cdk פעילים במיטוזה המוקדמת שיזרחנו את ה APC/C ויווצר מחדש APC/C-cdc20 וחוזר חלילה.

Question 50

cdc20 vs. cdh1

Answer 50

מתי cdc20 קשור ? כאשר APC/C מזורחן (early to mi mitosis) מתי cdh1 קשור ? כאשר גם cdh1 אינו מזורחן וגם APC/C אינו מזורחן (mid mitosis to late G1) בשלבים G2 , S ועד אמצע המיטוז APC/C קיים לבד. פיגר 17-19

Question 51

מערכת הבקרה על מחזור התא עושה שימוש ביוביקוויטין ליגאז נוסף שנקרא SCF

Answer 51

תפקידו המרכזי של היוביקוויטין ליגאז הזה הוא לסמן אינהיביטורים מסוג CKI בשלב מאוחר ב G1 ולגרום לדגרדציה שלהם , נזכור ש CKI הם מעכבים של cdk’s ולכן דגרדציה של CKI מעלה את פעילות הקינאזות. פה , SCF מסמן את CKI וגורם בכך לעליה בפעילות של S-cdk בשלבי G1 מתקדמים כהכנה לכניסה לשלב S. מצד שני SCF גם אחראי על הסימון לדגרדציה של G1/S-cyclins בתחילתו של שלב S פעילותו של SCF תלויה בקישור של חלבון נוסף אליו שנקרא F-box , תפקידו של ה f-box הוא לקשור את הסובסטרט של ה Scf שקף 41 מצ״מ

Question 52

ההבדל בין SCF ל APC/C

Answer 52

פעולת ה SCF הינה קבועה לאורך כל מחזור התא , בעוד פעולת APC/C מוגבלת לשלבים מסויימים. פעולת ה APC/C תלויה באיזה תת יחידה הוא קושר cdc20 או cdh1, בעוד פעולת SCF תלויה ברמת הזרחון של הסובסטרטים שלו , כי fbox מזהה רק חלבונים שעברו זרחון באופן מאד ספיציפי.

Question 53

שלב G1 הוא שלב ״רגוע״ יחסית ויציב:

Answer 53

בשלב G1 התא גדל ומנטר את הסביבה , אין ארועים דרמטיים מדי , היציבות הזאת מושגת דרך 3 דברים: 1) נוכחות APC/C-cdh1 שגורם לדגרדציה של ציקלינים שמבטיחה שלא תהיה פעילות של cdk’s , ולכן הכל נשמר במצב יציב של דה זרחון 2) ייצור מוגבר של CKI , **שנקשר** לקומפלקס cyclin-cdk ומשבית אותו 3) שעתוק מופחת של m-cdk החל מ late mitosis , בעצם ה m-cdk מגבירים את השעתוק של עצמם וכשהם נהרסים באנאפאזה , השעתוק שלהם יורד. בסוף שלב G1 חלה עליה ב G1/s-cdk וזה מבטל את כל המצב הקיים , כתוצאה יש עליה בריכוז ה cdk והתנעה של מחזור התא.

Question 54

טבלה 17-2 החלבונים הרגולטוריים שפועלים במחזור התא , קשורים זה לזה ברמה הפונקציונלית.

Answer 54

משמע , עליה / ירידה בפעילות של חלבון מסויים תשפיע על פעילותו של חלבון אחר , וכך נוצרת מערכת ״אחידה״ ששולטת , באופן עצמאי למדי , באירועים של מחזור התא. ב G1 , מערך סיגנלים מחוץ ומתוך התא גורמים לאקטיבציה של G1-cdk , וזה בתורו מעורר שעתוק וביטוי של הגנים ל G1/s-cdk ו S-cdk שני אלה בתורם דוחפים את התא דרך ה start transition , מעבר מ G0 ל G1, בזה שהם מבטלים את המרכיבים שעיכבו את ה cdk’s במהלך ה G1 עליה ב G1/S-cdk מעלה את פעילות הקומפלקס s-cdk שמוציא לפועל שכפול של הדנא בשלב S , תורם לאקטיבציה של M-cdk , ומסייע בחלק הפעולות הראשוניות בשלבי מיטוז מוקדמים. ה m-cdk מעביר את התא דרך ה G2/m-cdk transition , ופועל במיטוזה עד השלב שהוא מביא את הכרומטידות האחיות להסתדר במישור המיטוטי בסוף המטאפאזה , בשלב זה הוא גם מפעיל את APC/C שגורם לדגרדציה של securin וציקלינים כדי שבאנאפאזה תהיה הפרדה של הכרומטידות האחיות. הרס הציקלינים והשבתת ה cdk’s ע״י היוביקוויטין ליגאז APC/C-cdh1 מבטיח ששלב G1 ישאר שקט

Question 55

קוהזין מחזיק שתי כרומטידות אחיות יחדיו:

Answer 55

בסוף שלב S אנחנו מקבלים כרומוזומים משוכפלים , בעצם כל כרומוזום מורכב משתי כרומטידות אחיות **שמוחזקות חזק מאד יחדיו לכל אורכן** (ולא רק בצנטרומר!!!) הקישור החזק הזה בין האחיות חיוני ביותר להפרדה תקינה שלהם בהמשך. שתי האחיות מוחזקות יחדיו ע״י קומפלקס חחבוני גדול שנקרא קוהזין cohesin , שיוצר מבנה טבעתי שמקיף את שתי האחיות . הקוהזין תחילה מוטען על הכרומוזום **לפני שהוא עובר שכפול בשלב S** , בעזרת loading complex הוא נשאר עליו בזמן השכפול , כך שכאשר נוצרות שתי האחיות , הקוהזין כבר יושב שם ומקיף אותם. במהלך השכפול של הכרומוזום , נוצר מצב ששתי האחיות מסובכות אחת בשניה , פה האנזים טופואיזו 2 מתיר את הקשרים , כך שבסוף שלב S מה שמחזיק את האחיות יחדיו זה נטו קוהזין.

Question 56

פיגר 17-23 קוהזין cohesin

Answer 56

קוהזין הוא קומפלקס חלבונים הבנוי מ 4 תת יחידות. **שתיים מהתת יחידות** , הן חלבוני SMC , בקוהזין יש שני SMC: **smc1 + smc3** שני אלה מתחברים אחד לשני , הקצוות ה N טרמינליים ו C טרמינליים שלהם יוצרים יחדיו דומיין ATPase גלובולרי **תת היחידה השלישית** , חלבון Scc1 , בעל שני דומיינים גלובולריים שבינהן מחבר מקטע חלבוני **לא מוגדר** disorder region על המקטע הלא מוגדר של Scc1 מתחברת **תת היחידה הרביעית**, Scc3 **קישור ה אטפ לקומפלקס משרה חיבור בין הטרמינלים ליצירטת אזור ה ATPase , פירוק האטפ גורם להתפרקות הדומיין.** ההטענה של הקוהזין על הכרומוזום ופירוקו דורש הידרוליזה של אטפ במהלך שלב S אציטילציה על ה Scc3 מונעת מהקוהזין להשתחרר , במטאפאזה ביקוע פרוטיאוליטי על האזור הלא מוגדר של Scc1 פותח את הטבעת והיא יורדת מהאחיות כהכנה להפרדה שלהם.

Question 57

שלב M :

Answer 57

מורכב משני שלבים: מיטוזה - הפרדת כרומטידות אחיות לשני גרעינים ציטוקנזה - הפרדת הציטופלסמה והיווצרות שני תאים זהים.

Question 58

מיטוזה: פרופאזה-

Answer 58

מורכבת מ 5 שלבים , שאנחנו מבדילים בינהם ע״פ הצנהגות הכרומוזומים תחת מיקרוסקופ. חמשת השלבים הם: **- פרופאזה** - פרומטאפאזה - מטאפאזה - אנאפאזה - טלופאזה **פרופאזה**: 1) הכרומוזומים , שמורכבים משתי כרומטידות אחיות כל אחד , עוברים דחיסה , 2) הצנטרוזומים נעים לשני קטבים מנוגדים בעזרת דינאין ציטופלסמתי dynein שמחובר למיקרוטובולי אסטרלי שמחובר לקורטקס 3) מחוץ לגרעין (המעטפת טרם התפרקה) שני צנטרוזומים שנמצאים בשני קטבים מנוגדים מתחילים ליצור סיבים של הכישור המיטוטי (מיקרטובול לא קיניטוכורי)

Question 59

מיטוזה ברמה הרגולטורית:

Answer 59

ישנם שני ארועים רגולטוריים עיקריים: 1) **עליה ב m-cdk** ב G2/m transition שמובילה לארועים חשובים מהפרופאזה עד המטאפאזה כולל , ארועים אחה בגדול הם: - **היווצרות הכישור המיטוטי ** - **קישור הכישור לכרומטידות האחיות** 2) הארוע הרגולטורי השני , מתחיל ב transition ממטאפאזה לאנאפאזה , פה יש עליה ב APC/C שמובילה להרס securin , שגורם לשחרור פרוטאזה שמפרק את הקוהזין cohesin שמחזיק כרומטידות אחיות יחדיו כהכנה להיפרדותם באנאפאזה. **APC/C גם גורם להרס ציקלינים , דבר החשוב לארועי מיטוה מאוחרת** לרבות : - ההיפרדות של האחיות , - פירוק הכישור המיטוטי, - וציטוקנזה.

Question 60

הקינאז m-cdk וקינאזות אחרות מניעים כניסה למיטוזה + ארועים מיטוטיים מוקדמים (עד הדגרדציה שלו בסוף המטאפאזה)

Answer 60

תפקידי m-cdk במיטוזה הם: - מתניע דרך זרחון את היווצרות הכישור המיטוטי - להבטיח שכל כרומטידה אחות קשורה לקוטב מנוגד של הכישור (כדי שיהיה ניתן להפריד אותם לשני תאים נפרדים) - מוציא לפועל דחיסה של הכרומוזומים דרך זרחון קונדנסין condensin - מזרחן וגורם לשבירת מעטפת הגרעין (רק בתאים אנימליים) - ארגון מחדש של סיבי האקטין והגולג׳י (אנימליים) ה m-cdk משיג זאת הן דרך זרחון ישיר של כל מיני חלבונים בעלי תפקיד בפעולות הנ״ל , או שהוא מזרחן קינאזות אחרות בעלות תפקיד במיטוזה. שני קינאזות חשובים שמזורחנים ומופעלים ע״י m-cdk הם: - polo like kinase (PLK1) - Aurora kinase הראשון חשוב להיווצרות תקינה של כישור מיטוטי ביפולרי , **מה שיבטיח היפרדות תקינה של האחיות בהמשך**, מהקינאז השני , ארורה , יש שני שחקנים: - ארורה A שמבקרת חלבונים בעלי תפקיד **בבניית וייצוב** הכישור - ארורה B , דואגת שיהיה קישור נכון בין האחיות לכישור

Question 61

פרופאזה: קונדנסין condensin מכין כרומוזומים משוכפלים להפרדה:

Answer 61

בסוף שלב S אנחנו מקבלים שתי כרומטידות אחיות מלופפות ומסובכות אחת בשניה , כל ניסיון להפריד את האחיות כשהן במצב הזה עשוי להוביל **ליצירת שברים בדנא** , מה שיכול לגרום לנזק עצום לתא. כדי להימנע מהיווצרות שברים בעת הפרדה באנאפאזה , התא , **כבר החל בפרופאזה** , פועל בשני מישורים מקבילים: - **דחיסה**: דוחס את הכרומוזומים למבנים יותר קומפקטיים - **רזולוציה**: שתי האחיות מופרדות לשני מבנים נבדלים (שעדיין מחוברים באזורים מסויימים) רזולוציה מתקבלת ע״י הפרדה של האזורים הסבוכים של האחיות (טופואיזו2) , וכן הורדה חלקית של טבעות הקוהזין cohesin שמחזיקות את האחיות לכל אורכן. כך בהגיע התא **למטאפאזה** , מהתבוננות במיקרוסקופ , נראה שתי כרומטידות אחיות שמוחזקות יחדיו בחזקה באזור הצנטרומר , אולם משוחררות זו מזו בשתי הזרועות שלהם. תהליך הדחיסה והרזולוציה של האחיות מתבצע (בעיקר) ע״י הקומפלקס החלבוני קונדנסין , **קונדנסין מרוכז בעיקר באזור הציר המרכזי של הכרומוזום המיטוטי**.

Question 62

פיגר 17-24 הכרומוזום המיטוטי

Answer 62

חלק A: הכרומוזום המיטוטי בסוף שלב S , שתי הכרומטידות האחיות מחוברות בינהן ע״י קוהזין לכל אורכן חלק B: הכרומוזום בשלבי המיטוזה המוקדמים , האחיות נפרדו לכל אורכן מלבד הצנטרומר. **הקונדנסין נמצא בציר המרכזי של הכרומוזום**

Question 63

פרופאזה: מבנה הקונדנסין- Condensin

Answer 63

גם פה מדובר בקומפלקס חלבונים טבעתי , אולם בניגוד ל cohesin שמכיל 4 תת יחידות , הקונדנסין מכיל 5 !! אותן שתי תת יחידות SMC כמו בקוהזין אך בשונה הן נקראות smc2 ו- smc4 , ועוד 3 תת יחידות שאינן SMC. במבנה הקונדנסין יש דומיין של ATPase , בו ביקוע של אטפ מפיק את האנרגיה הנחוצה לקומפלקס לדחוס את הכרומטידות, הסברה היא , שהאנרגיה הזאת עוזרת להשחיל את הדנא דרך הטבעת , וכך נוצרים loops בדנא שארזים ודוחסים אותו.

Question 64

פיגר 17-25 קונדנסין condensin

Answer 64

קומפלקס חלבוני בעל 5 תת יחידות: שתי תת יחידות SMC: Smc2 , smc4 ! ועוד 3 תת יחידות: Brn1 , Ycs4 , Ycg1 שני הסמקים יוצרים את אזור ה ATPase כמו בקוהזין, החלבון Brn1 מחבר בינהם ומחזיק אותם יחדיו. תת יחידה Brn1 קשורה מצד שני לתת יחידות הנותרות , Ycg1 ו- Ycs4 תת יחידה ycg1 מחברת בין הקומפלקס לדנא , וכך הקונדנסין דוחס את הכרומוזום , כמו כן הקומפלקס m-cdk מזרחן את הקונדנסין ומפעיל אותו.

Question 65

הכישור המיטוטי הוא מבנה דינמי בנוי ממיקרוטובול:

Answer 65

המבנים והארועים שאנחנו מתארים כאן הם סקירה רחבה של היווצרות הכישור המיטוטי , הם מתחילים בפרופאזה ומסתיימים במטאפאזה , בכל שלב יש משהו אחר שקורה: הכישור המיטוטי אחראי על הפרדת הכרומטידות בכל סוגי התאים היוקריוטים קינאזות מסוג m-cdk , **כבר בפרופאזה** , מניעות את יצירת הכישור , במקביל לדחיסה ורזולוציה של הכרומוזום. הכישור המיטוטי בתא אנימלי מכיל עשרות אלפים של סיבי מיקרוטובולי שיוצאים משני קטבים - שני צנטרוזומים - **כאשר הקצה המינוס פונה לצד הצנטרוזום , והקצה החיובי יוצא ממנו**. בשלב המטאפאזה אנחנו מקבלים כרומטידות אחיות שמסודרות במישור המיטוטי , ללא מעטפת גרעין , ואליהן מחוברים סיבי מיקרוטובול לקראת ההפרדה באנאפאזה. ישנם 3 סוגי מיקרוטובולים שבונים את הכישור המיטוטי: - **מיקרוטובול קיניטוכורי**: השחקנים העיקריים בהפרדת כרומטידות , הקצה המינוס שלהם נמצא בצנטרוזום , הקצה החיובי מתארך אל עבר הכרומטידות האחיות וקושר אותם באזור הצנטרומר על גבי מבנה חלבוני , בעצם הקיניטוכור. **הרבה** סיבי מיקרוטובול קינוטוכורי עושים בינם קשרים צולבים ליצירת מבנה עבה שנקרא k fiber , וזה מתחבר לקיניטוכור. ה k fiber מושל את האחיות לשני קטבים מנוגדים באנאפאזה. הם יוצרים מבנה **ארוך ויציב** שנמשך מהצנטרוזום עד הקיניטוכור. - **מיקרוטובול לא קיניטוכורי**: אלה הם סיבי המיקרוטובול שיש מהם הכי הרבה (numerous. ) והם גם ממש מגוונים ! **המבנה שנוצר מהם הינו קצר ולא יציב** , הם אינם מתעגנים לקיניטוכור , אלה שהם יוצאים מקוטב אחד , ומגיעים עד לקוטב השני. הם גם יוצרים קשרים צולבים , **תפקידם לבנות מעין פיגום שמייצב את המבנה הכללי של הכישור**. הם קצרים , ולכן החיבור שהם עושים בין הקטבים אינו ישיר , אלא המון חתיכות קטנות מהם נקשרות זו לזו **באופן אנטי פרללי** (בעיקר באזור קו המשווה) , לא לכולם הקצה השלילי יוצא ישירות מהצנטרוזום , חלקם ממוקמים רחוק מאד מהצנטרוזום , שהקצה המינוס שלהם בכלל יוצא ממיקרוטובול אחר. שני סיבים מנוגדים שיוצרים קשר בקו המשווה , יתחברו דרך הקצה החיובי שלהם , ושני קצותיהם בשליליים יפנו כל אחד אל עבר הצנטרוזום שלו. - **מיקרוטובול אסטרלי:** קיים במרבית התאים האנימליים. יוצא בחוצה מהקטבים -צנטרוזומים - אל כיוון הקורטקס של התא שבנוי מסיבי אקטין. **תפקידם למקם נכונה את הכישור בתוך התא**. כל סוגי המיקרוטובולי יוצאים מאותו צנטרוזום , הצנטרוזום כאמור מורכב משתי צנטריולות מאונכות , ומוקף בענן (מאיזה חומר בנוי?) בעל מבנה אמורפי שנקרא החומר הפריצנטריולרי Pericentriolar material פיגר 17-26

Question 66

פיגר 17-26

Answer 66

ההתייחסות פה היא לכישור המיטוטי המלא , לציין שבפרופאזה , הואיל ומעטפת הגרעין עודנה , לא נוצרים מיקרוטובולים קיניטוכורים עדיין! מיקרוטובולים **פרלליים** מתחברים ויוצרים bundles שנקראים k fiber , אלה מתחברים לקיניטוכור על שתי כרומטידות אחיות , משני כיוונים מנוגדים, אלה הם **מיקרוטובולים קיניטוכוריים**. **מיקרוטובולים לא קיניטוכוריים** הם יותר מפוזרים , הקצה השלילי שלהם פונה אל עבר הקוטב ממנו הם יצאו (היותר קרוב) והקצה החיובי פונה הרחק ממנו. **הם מייצרים קשרים צולבים בעזרת חלבונים שקושרים אותם יחדיו**. ישנם שני סוגים של קשרים צוחבים שהם מייצרים: 1) קרוב לקו המשווה , מיקרוטובולים **אנטיפרלליים** יוצרים קשרים צולבים בעזרת חלבוני מנוע 2) באזורים אחרים של הכישור , **לא בקו האמצע** , קשרים צולבים ללא חלבוני מנוע נוצרים בין סיבים פרלליים. מאפיין נוסף של סיבי מיקרוטובולי לא קינוטוכוריים הוא שחלקם מתפתחים מפקטורי התגרענות שנמצאים בצנטרוזום , וחלקם האחר מפקטורי התגרענות שנמצאים על גבי סיבים אחרים (בעזרת החלבון אוגמין augmin שמחבר גאמא טורק על סיבי מיקרוטובולי קיימים ומהם מתגרענים הסיבים החדשים הכדורים הירוקים) , בשני המקרים הקצה החיובי הוא זה שצומח מפקטור ההתגרענות החוצה. **מיקרוטובולים אסטרליים** יוצאים מהצנטרוזום החוצה לכיוון הציטופלסמה , בכישור ניטוטי שאין בו צנטרוזום (יש כאלה) אין מיקרוטובולים אסטרליים.

Question 67

פרופאזה: תחילת היווצרות הכישור המיטוטי הצנטרוזומים נעים לשני קטבים מנוגדים.

Answer 67

החומר הפרי צנטריולרי Pericentriolar material מגרען מיקרוטובולי בצורה רדיאלית (רדיוס) , כאשר הקצה החיובי של הסיב יוצא ממנו החוצה , בעוד הקצה השלילי קשור לצנטרוזום. צמחים עילאיים , וביציות של חולייתנים אינם מכילים צנטרוזום , ולכן כאמור , **לא בכל תא יוקריוטי יש צנטרוזום** , ועל בייצורים כאלה חסר מיקרוטובולים אסטרליים. העדר הצנטרוזום , אינו אומר שלא ייווצר כישור מיטוטי , **ועל כן הצנטרוזום אינו חיוני לייצירת הכישור** !! יצירת סיבי כישור , וכן תפקודם התקין תלויים ב 3 סוגי חלבונים: 1) פקטורי התגרענות (נוקליאציה): תפקידם לבקר היווצרות סיבי מיקרוטובולי חדשים , **הכי חשוב זה גאמא טובולין (גאמא טורק turc)** שהוא פקטור התגרענות שכמותו עולה בצנטרוזום כחלק מתהליך ״המטורציה של הצנטרוזום״. 2) חלבונים רגולטורים: שמווסתים פולימיריזציה לעומת דה פולימירזציה של סיב קיים (הצלה כנגד קטסטרופה) 3) חלבונים מוטוריים שמייצרים קשרים צולבים בין סיבים (אנטיפרלליים) בקו האמצע , ומניעים את הסיבים האנטיפרלליים אחד ביחס לשני.

Question 68

חלבוני מנוע שנמצאים בכישור המיטוטי: היווצרות הכישור ותפקודו התקין תלויים בחלבוני מנוע של מיקרוטובולי

Answer 68

שתי משפחות של חלבוני מנוע: - קינזין kinesin - דינאין dynein קינזינים בד״כ נעים כלפי הקצה החיובי של הסיב , דינאינים בד״כ נעים כלפי הקצה השלילי. השחקנים העיקריים: קינזין 5 , דינאין ציטופלסמטי, קינזין 14, קינזין 4/10 . 1) **קינזין 5**: טטראמר גדול , מכיל שני דומיינים **דימריים** מוטוריים (בסה״כ 4 תת יחידות מוטוריות). שני הדומיינים **הדימריים** המוטוריים **נעים כלפי הקצה החיובי**. קינזין 5 יושב על שני סיבים אנטיפרלליים וקושר כל אחד עם דומיין מוטורי אחד!! ומתחיל ״לזוז״ לקצוות החיוביים , כתוצאה מכך הוא **מרחיק** את הקטבים או מגדיל הביפולריות. 2) **דינאין ציטופלסמטי**: תפקידו לארגן סיבי מיקרוטובלי ולסדר אותם. הוא נקשר לקצה המינוס של סיבי מיקרוטובולי לא קינוטוכוריים , **ומניע אותם לכיוון הקצה המינוס של סיב אחר** , בכך הוא מקרב ומחבר בין סיבי מיקרוטובולי שנוצרו בצנטרוזום לבין סיבים שנוצרו בגוף הכישור עצמו (נוצרו על גבי סיבים אחרים). **דינאין ציטופלסמטי גם נמצא בקצוות החיוביים של מיקרוטובולי אסטרליים** סמוך לקורטקס של התא , דינאין ציטופלסמטי מרחיק את הקטבים. 3) **קינזין 14** יוצא דופן בזה שהוא נע לכיוון השלילי של הסיב!! מכיל דומיין מוטורי **דימרי** , לצד דומיין נוסף (טרימר?) , הדומיין הנוסף נקשר לסיב סמוך אנטיפרללי , וכך שני הסיבים שהוא קושר יוצרים קשר צולב **במרכז הקישור** היכן שהקצוות החיוביים , הוא נע לכיוון המינוס ומקרב את הקצוות. 4) **קינזין 10** , נע לכיוון החיובי , הם נקראים כרומוקינזין כי הם נקשרים לזרועות הכרומוזום , ודוחפים אותו הרחק מהקוטב (כלומר מסדרים את הכרומוזום באמצע). שקפים 58 , 59 מצ״ש

Question 69

היווצרות סיבי כישור ביפולריים מתחילה (ברוב בעה״ח) בשכפול הצנטרוזום:

Answer 69

תא אנימלי טיפוסי נכנס למיטוזה עם שני צנטרוזומים , בשלבי האינטרפאזה , רוב התאים האנימליים מכילים צנטרוזום אחד , שתפקידו לייצר מיקרטובולי ציטופלסמטי (ככל הנראה סיבים בעלי תפקידים כאלה ואחרים שאינם קשורים לכישור המטוטי) שכפול הצנטרוזום מתחיל כאשר התא נכנס לשלב S , בשלב הזה קומפלקס G1/S-cdk שמורכב מ ציקלין E ו cdk2 שעזר לפני כן ב start transition כעת מאתחל שכפול של הצנטרוזום , ביחד עם קינאזה נוסף שנקרא plk4 מכל צנטריולה קיימת (בצנטרוזום יש שתיים) נוצרת צנטריולה חדשה , כאשר הצנטריולה הישנה מהווה סוג של **פקטור נוקליאציה** עבור יצירת החדשה. קווים מקבילים בין שכפול צנטרוזום ושכפול דנא: - שניהם מתרחשים בצורה סמיקונסרבטיבית - צנטרוזום עובר שכפול אך ורק פעם אחת בכל מחזור תא אחרת יווצר spindle פגום שיפגע בהיפרדות האחיות. **התא חייב לעבור מיטוזה כדי שיהיה ניתן במחזור הבא לשכפל צנטרוזום חדש**

Question 70

פיגר 17-29 מחזור הצנטרוזום: השכפול מתחיל בשלב S ומושלם בשלב G2

Answer 70

נלך לפי שלבי מחזור התא נזכור שהקומפלקס הארוך מקבל את המספר היותר גבוה: G1/S-cdk = plk4 M-cdk = plk1

Question 71

מיטוזה: פרומטאפאזה-

Answer 71

מורכבת מ 5 שלבים , שאנחנו מבדילים בינהם ע״פ הצנהגות הכרומוזומים תחת מיקרוסקופ. חמשת השלבים הם: - פרופאזה **- פרומטאפאזה** - מטאפאזה - אנאפאזה - טלופאזה **פרומטאפאזה**: מתחילה בפתאומיות , - מעטפת הגרעין מתפרקת - נוצרים מיקרוטובולי קיניטוכורי שמתחברים ל**כרומוזומים** , שכעת יכולים לזוז מצד לצד (כהכנה לסידור שלהם במרכז התא במטאפאזה)

Question 72

פרומטאפאזה; שבירת מעטפת הגרעין

Answer 72

בתאים שמכילים צנטרוזום , היווצרות הכישור המיטוטי מתחילה כבר **בפרופאזה** כאשר שני הצנטרוזומים נעים הרחק אחד מהשני , משני צידי מעטפת הגרעין בשלב ראשוני , נוצרים ״מיקרוטובלים לא קינוטוכורים״ שיוצאים מכל צנטרוזום אל עבר מרכז התא , הקצוות החיוביים של הסיבים מתחברים בצורה אנטיפרללית , קינזין 5 kinesin יוצר קשר צולב בין המיקרוטובולי שהתחברו , ומרחיק את הצנטרוזומים זה מזה. **חלק מאד גדול מהחלבונים המוטוריים של מיקרוטובולי , וכן חלבונים רגולטוריים שמבקרים את יצירת הכישור , נמצאים בתוך הגרעין על הכרומוזומים** , בעוד הצנטרוזומים נמצאים בציטופלסמה ולכן יש צורך בפירוק מעטפת הגרעין. זה מתחיל ב m-cdk שמזרחנים מספר תתי יחידות שמרכיבות את ה NPC , מה שמוביל להתפרקותם והתנתקותם ממברנת הגרעין , m-cdk גם מזרחנים חלקים מהלמינה הנוקליארית , שעקב כך גם היא מתפרקת , **ולבסוף זרחון חלבונים שקשורים למעטפת הגרעין מבפנים** גורם להתנתקות הלמינים (סיבי ביניים) והכרומיזומים מהמעטפת , שבתורה עוברת אנקורפורציה לממברנה של ה ER

Question 73

קניטוכור מקשר בין כרומטידות אחיות לכישור המיטוטי

Answer 73

סיבי מיקרוטובולי קיניטוכוריים נוצרים בפרומטאפאזה (במקביל לשבירת מעטפת הגרעין) , הסיבים מכל צנטרוזום נקשרים לכרומטידות באמצעות מבנה חלבוני ענק , רב שכבתי , שנבנה על הכרומטידות באזות הצנטרומר , ונקרא קניטוכור. **הקצה החיובי** של המיקרוטובולי , נקשר על **השכבה החיצונית ביותר** של הקניטוכור (השכבה הרחוקה ביותר מהדנא עצמו). בתא אנימלי כ 10 - 40 סיבי מיקרוטובולי נקשרים על כל קיניטוכור , בשמר סיב אחד על קניטוכור אחד. המיקרוטובולי שנקשר לקניטוכור , עושה זאת בסיוע של של קומפלקס חלבוני שנקרא Ndc80 , **על כל סיב מיקרוטובולי יחיד שנקשר לקניטוכור , ישנם מספר עותקים של הנודניק**. (פיגר 17-34). הקישור הוא כזה שהקצה החיובי של המיקרוטובולי נותר חופשי , כך שיחידות טובולין יכולות להתווסף אליו או להתפרק ממנו. **הרגולציה על הפלמור / דה פלמור בקצה הפלוס של הסיב הינה קריטית עבור התנועה של הכרומוזומים בכישור המיטוטי.** בסוף שלב הפרופאזה , שני הצנטרוזומים נמצאים משני צידי מעטפת הגרעין , וכשזו מתפרקת בפרומטאפאזה , הכרומטידות ״מותקפות״ בהמון סיבי מיקרוטובילי שיוצאים מהצנטרוזומים ומנסים להתעגן לקניטוכור שלהם , אולם מרבית הקשרים הראשוניים האלה שנוצרים בין המיקרוטובולי לקניטוכור הם **קשרים לטרליים ולא יציבים** , שבכלל אינם נוצרים בקצה החיובי של המיקרוטובולי. הקשרים הלא יציבים האלה מתווכים ע״י **חלבוני מנוע מסוג דינאין dynein שנמצא על הקניטוכור עצמו בשכבות החיצוניות שלו**. לבסוף נוצר קשר יציב בקצה החיובי , אחרי מספר נסיונות. אסוציאציה: Ndc80 **שמתווך** קישור בין סיבי כישור לכרומטידות , הוא נודניק בן 80

Question 74

פיגר 17-33:

Answer 74

על כל כרומטידה יש קיניטוכור אחד , אז **בכרומוזום מיטוטי לפני ההפרדה באנאפאזה יש שני קניטוכורים**. מרבית הקיניטוכורים מורכבים מ 3 שכבות.

Question 75

פיגר 17-34

Answer 75

כל סיב **אחד** של מיקרוטובולי נקשר לקניטוכור דרך **מספר עותקים** של הנודניק Ndc80. הנודניק קושר את המיקרטובולי סמוך לקצה החיובי (הקישור בין הסיב לקוניטוכור נעשה בצד החיובי של המיקרוטובולי) , בצורה כזות שתאפשר לקצה הזה לעבור פולמיריזציה / דהפולמיריזציה. הקניטוכור מורכב ממספר שכבות , הנודניק הוא חלק מהשכבה החיצונית , outer kinetochore. בשכבה הפנימית , יש נוקליאוזום צנטרומרי (cenp-a וריאנט של H3) , וכן חלבוני ביניים שקושרים בין הנוקליאוזום לנודניק. בשמר ההנצה יש נוקליאוזום צנטרומרי (cenp-a) יחיד , ועל כן סיב מיקרוטובולי יחיד שנקשר לקניטוכור.

Question 76

אוריינטציה בי פולרית מושגת דרך ניסוי וטעיה:

Answer 76

הצלחת המיטוזה תלויה בכך ששתי הכרומטידות האחיות ייפרדו לשני קטבים שונים של התא בעת האנאפאזה. במידה ושתיהן הולכות לאותו כיוון , למשל , לא נקבל חלוקה שווה של החומר הגנטי בין תאי הבת. כדי להבטיח שהכרומטידות אכן נפרדות לשני קטבים מנוגדים , על כל אחת מהן להתחבר לסיבי כישור מקוטב נגדי , צורת קישור שנקראת bi-orientation. וכדי להשיג bi orientation , על שני הקיניטוכורים (sister kinetochores) להבנות בצורת ״גב אל גב״ - כך שכל אחד פונה לקוטב אחר , מה שמעלה את הסיכוי שלו להיקשר ע״י סיבי כישור אך ורק מאותו קוטב. למרות צורת הגב אל גב , טעויות עדיין יכולות להתרחש , וקניטוכורים יכולים עדיין להתחבר לסיבי כישור בצורה לא נכונה - בצורה שאינה בי פולרית , ובשביל זה יש מערכת תאית שיודעת לתקן אותם. המערכת מבוססת על ניסוי וטעיה , יצירת **קשרים לא נכונים** בין כישור לקניטוכור , גורמת להיווצרות **מתח נמוך** בין שתי הכרומטידות האחיות בעת שהן נמשכות ע״י סיבי הכישור האחת הרחק מהשניה. המתח הנמוך הזה מורגש ע״י הקניטוכור שמייצר סיגנל אינהיביטורי שגורם לשבירת הקשר בין האחיות לסיבי המיקרוטובולי , ומונע הפרדה של האחיות. מנגד , **קישור נכון** של סיבי הכישור לקניטוכורים , מייצר **מתח גבוה** בין שתי האחיות בעת שהן מופרדות , המצח הגבוה מונע יצירת סיגנל אינהיביטורי. בתאים אנימליים , שיש מספר סיבי מיקרוטובולי שנקשרים לקניטוכור (ולא רק אחד כמו שמר) , המתח הגבוה: - גם מייצב את הקישור בין סיבי הכישור לקניטוכור דרך כך שהוא מעלה את האפיניות בינהם - וגם מעודד היקשרות סיבי מיקרוטובולי נוספים - ליצירת k fibers - שנקשרים יחדיו כ bundle לקניטוכור. המתח הזה שנוצר בין הכרומטידות האחיות מורגש ע״י אנזים קינאז שנקרא AuroraB , כאשר המתח נמוך הארורה מרגישה זאת ומזרחנת חלבונים קניטוכוריים , לרבות הנודניק בן ה 80 , Ndc80 , וכך מורידה את האמיניות של הקניטוכור כלפי הקצה החיובי של המיקרוטובולי. במתח גבוה - קישור נכון - הארורה פעילה פחות ואינה מזרחית את הנודניק , ולכן האפיניות עולה. לאחר קישורם הנכון לסיבי הכישור , הכרומוזומים מוזזים אל מרכז התא , לאתר שנקרא metaphase plate שם תהיה **תקופת lag קצרה** שבה הכרומוזומים oscillate ושבסופה יווצר הסיגנל להפרדת הכרומטידות.

Question 77

פיגר 17-35 צורות קישור אלטרנטיביות בין כישור לקניטוכור:

Answer 77

צורות קישור לא נכונות יוצרות מערך ״כישור-קנטיכור״ לא יציב , שגורם **לאחת הזרועות להתנתק** (הרז זרוע אחת נכונה והשניה לא). מתוארת צורת קישור רביעית , שאינה נכונה אך היא יציבה , ויוצרת מתח גבטה בין הכרומטידות , אולם גורמת לחלוקה לא שווה של הכרומוזומים ומוות תאי.

Question 78

פיגר 17-36:

Answer 78

קישור bi orientation מעלה את האפיניות בין סיבי הכישור של המיקרוטובולי לבין הקניטוכור. **בהעדר bi orientation**: כאשר הקישור לא נכון , נוצר מתח נמוך בין הכרומטידות האחיות , שמפעיל את הקינאז auroraB , שאז **נקשרת (פיזית)** לשכבת הקניטוכור הפנימית , **ומזרחנת** את הנודניק בן ה 80 ndc80 (שהוא חלק מהשכבה החיצונית), הזרחון הזה מוריד את האפיניות בין הקניטוכור למיקרוטובולי , ולכן הקשר בינם אינו יציב והם מתנתקים מהר. **במצב של bi orientation**: במצב זה יש מתח גבוה בין הכרומטידות שמתנגד לכוחות שמנסים להפריד אותם , אי לכך , השכבה הפנימית והחיצונית של הקניטוכור מתנתקות זו מזו ומתרחקות אחת מהשניה , **ולכן הארורה בעצם אינה מצליחה להגיע לנודניק ולזרחן אותו** , מה שאומר שהאפיניות לקישור מיקרוטובולי נותרת גבוהה , ונוצרים k fibers שנקשרים לקניטוכור. במידה והנודניק עבר זרחון , פוספטאזות מיוחדות דה יזרחנו אותו כדי להמשיך בניסויים עד שמושג קישור נכון.

Question 79

כרומוזומים מיטוטיים מקדמים היווצרות כישור ביפולרי:

Answer 79

**בייצורים שמכילים צנטרוזומים** , הצנטרוזום מייצר סיבי מיקרוטובולי (נוקליאציה) בצורה יעילה , וגם מסדר אותם בצורה הנכונה , כדי שיווצר **כישור** טוב. **בתהליך הזה , הכרומוזום הינו אקטיבי** ומשחק תפקיד חשוב , הוא מייצר סביבה מקומית טובה ונכונה המייצבת את המיקרוטובולי שנקשר אליו. ניתן לבדוק זאת ע״י הזזת כרומוזום מקו האמצע המיטוטי אחרי היווצרות הכישור. כאשר מוציאים כרומוזום מחוץ לקו זה , נראה שמסביבו , במיקום החדש , מתחילים להיווצר סיבי מיקרטובולי חדשים , בזמן שהסיבים הישנים שהיו לידו במיקום הקודם נעלמים , **כי מסביב לכרומוזום התנאים הם יותר מתאימים**. יכולתו של הכרומוזום להוות ״מרכז נוקליאציה ופלמור של מיקרוטובולי״ (משפט שלי) , תלויה במידה מסויימת בפקטור GEF שקשור לכרומטין , GEF מפעיל חלבון ציטוזולי שנקרא RAN ממשפחת ה GTPase (בשלב זה אין מעטפת גרעין ולכן הכל קורה בציטוזול) , בעקבות ההפעלה ע״י GEF הרן קושר אטפ במקום אדפ , רן-אטפ (פעיל) גורם לשחרור חלבונים רגולטוריים מתוך קומפלקסים ששוחים בציטוזול , החלבונים הרגולטוריים מעודדים נוקליאציה מיקומית וייצוב של מיקרוטובולי בסמוך לכרומוזום. אחד מהלבונים הרגולטוריים שנמצאים בציטוזול ומשוחררים ע״י רן-אטפ הוא TPX2 , שנקשר לקינאז auroraA שמזרחנת ומפעילה חלבונים רגולטוריים שבתורם מפעילים גאמא טורק turc שמוביל לעליה ביצירת מיקרוטובולי בסביבה של המקומית של הכרומוזום ה TPX2 גם כן מפעיל אוגמין augmin שמקדם יצירה וסנתזה של מיקרוטובולי מהצד של מיקרוטובולי קיים הקינאז auroraB שמייצב מיקרוטובולי קיניטוכורי , גם כן פועל בייצוב מיקרוטובולי מיקומי שנוצר בסביבת הכרומוזום.

Question 80

כרומוזומים מיטוטיים מקדמים היווצרות כישור ביפולרי:

Answer 80

**ביצורים שאינם מכילים צנטרוזומים** , כגון צמחים עילאיים וביציות של חולייתנים , ה assembly של מיקרוטובולי מתחילה מסביב לכרומוזום , לאחר שסיבי המיקרוטובולי נוצרים , מספר חלבונים פועלים כדי לארגן אותם בצורה ביפולרית. שני חחבונים מוטוריים הם בעלי תפקיד חשוב במיוחד הארגון של הסיבים בצורה ביפולרית: - **קינזן 5:** שיוצר קשרים צולבים בין סיבים אנטי פרלליים ודוחף את הצד השלילי של הסיב כלפי חוץ , תורם להיווצרות ביפולריות. - **דינאין** (ציטופלסמתי?): משנע קצה מינוס של מיקרוטובול לקצה המינוס של מיקרוטובל אחר מרכז את הקצוות השליליים בקטבים , ומגדיל את הביפולריות. גם פה אוגמין augmin משחק תפקיד (ככל הנראה ביצרת סיבים מסיבים אחרים). בתנאי מעבדה , ניתן לראות בדומה ליצורים חסרי צנטרוזום , כיצד **בביציות לא מופרות** הכרומוזום מייצר את המיקרוטובולי , בשיטה שנקראת parthenogenesis. בביצית מופרית הזרע מספק את הצנטרוזום. בפרטנוגנזה , המיקרוטובולים שנוצרים , חסר בהם מיקרוטובולי אסטרלי.

Question 81

פיגר 17-30:

Answer 81

מובאת תמונה של תר שמכיל צנטרוזומים : בתמונה רואים פיזור של חלבוני ran-gtp , שהם הצורה הפעילה של האנזים , הם נמצאים ביתר שאת מסביב לכרומוזומים.

Question 82

פיגר 17-31: מה תפקידו של כל חלבון מנוע בארגון סיבי מיקרוטובולי בהעדר צנטרוזום.

Answer 82

כשהם רק מיוצרים , בשלב הנוקליאציה , סיבי המיקרוטובולי אינם מסודרים , והם פשוט מפוזרים להם בסביבת הכרומוזום. 1) תחילה , קינזין 5 מסדר אותם באופן כזה שהוא מייצר קשרים צולבים בין סיבים אנטיפרלליים. 2) קינזינים 4/10 קושרים את המיקרוטובולי לכרומוזום , ודוחפים **את קצוות המינוס** הרחק מהכרומוזומים. 3) דניאין לבסוף , מרכז את הקצוות השליליים האלה בקטבים מנוגדים של התא.

Question 83

פיגר 17-32:

Answer 83

בתא ביצית מעובר , נוצרים מיקרוטובולים אסטרליים. בתא ביצית שאינו מעובר , שעושה parthenogenesis אין מיקרוטובולים אסטרליים.

Question 84

מיטוזה: מטאפאזה-

Answer 84

מיטוזה , שלב M, מורכבת מ 5 שלבים , שאנחנו מבדילים בינהם ע״פ התנהגות הכרומוזומים תחת מיקרוסקופ. חמשת השלבים הם: - פרופאזה - פרומטאפאזה **- מטאפאזה** - אנאפאזה - טלופאזה **מטאפאזה**: במטאפאזה הכרומוזומים נמצאים בקו האמצע , במרחק שווה equidistant מהקטבים , כאשר כל כרומטידה קשורה למיקרוטובולי קיניטוכוריים מקוטב אחר.

Question 85

מטאפאזה: כוחות רבים מופעלים על הכרומוזומים בכישור-

Answer 85

כוחות אלה הם תוצאה של חיבור המיקרוטובולי לקניטוכור (מופעים החל משלב הפרומטאפאזה). הכישור המיטוטי , שהוא בעצם **סיבי מיקרוטובולי קיניטוכורי** שבקצותיו מחוברים הכרומוזומים שממוקמים בקו האמצע של התא - ב metaphase plate - הוא **מבנה מאד דינמי** , שקיים במצב של **steady state**, כלומר עובר בין מצבים של בניה , פלמור , והרס , דה פלמור. **למצב ה steady state תורמים חלבונים מוטוריים רבים , וכן מחזורים של פלמור והרס של הסיב עצמו (עמ׳ 1098 בספר שורה 4). הכוחות האלה מכוונים וממקמים , **במטאפאזה** , את הכרומוזומים ב plate במרכז התא , והם אלה גם שמושכים , **באנאפאזה** , את הכרומטידות האחיות ומפרידות בינהן. ישנם 3 סוגי כוחות עיקריים שפועלים , בשלבים שונים במחזור התא , על הכרומוזומים ושולטים בתנועתם. **כוחות אלה כאמור נוצרים על הכרומוזום בקניטוכור עקב חיבור מיקרוטובולי קניטוכורי אליו**, והם: - הכח הראשון , polward , מושך את הקניטוכור ואת הכרומטידה הקשורה אליו אל כיוון הקטבים - microtubule flux (poleward) - polar wind חלק מהכוחות האלה תלוי בחלבוני מנוע וחלק לא!!

Question 86

מטאפאזה: כוחות הכישור הפועלים על הכרומוזומים-

Answer 86

כאמור קיימים 3 כוחות עיקריים: הכח הראשון , מושך כרומוזומים לכיוון הקטבים polward: **הכח הזה נוצר ע״י דה פולימיריזציה של סיב המיקרוטובולי בקצהו החיובי**!! הכח קיים החל מהרגע שבו סיבי המיקרוטובולי נקשרים לקניטוכור , כלומר **החל משלב הפרומטאפאזה** , ומנסה למשוך את הכרומטידות הרחק זו מזו , אך חשיבותו העיקרית היא **באנאפאזה** , אחרי שהאחיות נפרדו , הוא מניע כל אחת לקוטב נגדי , תורם להיווצרות מתח גבוה בקניטוכור שמורגש ע״י aurora הכח הזה מוגדר כ kinetochore generated והוא **אינו דורש חלבוני מנוע או אטפ**. למעשה , הכח המניע את תנועת הכרומטידות מיוצר דרך ביקוע גטפ בקצה החיובי של המיקרוטובולי (ביותא 2/2 כרטיס 32) , האנרגיה שנפלטת מהביקוע עצמו נאצרת בסיב , ומשתחררת בעת דה פולמיריזציה. מדוע אנחנו מגדירים אותו כ kinetochore generated ? כי הקצה החיובי של המיקרוטובולי , היכן שהפלמור / דה פלמור קורה , קשור לנודניק Ndc80 שהוא חלק מהשכבה החיצונית של הקניטוכור , **הנודניק נותר קשור לסיב המיקרוטובולי גם כשזה עובר דהפולמיריזציה בקצהו החיובי** , כך הכח שנוצר במיקרוטובולי באזור החיבור לקניטוכור מושך את הכרומטידות poleward , ולכן אנחנו מגדירים אותו כ kinetochore generated

Question 87

מטאפאזה: כוחות הכישור הפועלים על הכרומוזומים -

Answer 87

הכח השני: נקרא microtubule flux , בכח זה כל bundle של סיבי מיקרוטובולי שמייצרים kfiber נמשכים לעבר הקטבים המנוגדים , כאשר **קצוות המינוס שלהם מתפרקים** (עוברים דה פולמיריזציה). המנגנון של הכח אינו מובן , אך ידוע שזהו גם כן כח שמוגדר כ poleward מכיוון שהוא מושך לכיוון הקטבים המנוגדים , וככל הנראה הוא עושה שימוש **בחלבוני מנוע ובדה-פולימיריזציה של הסיבים בקצה השלילי שלהם**. **במטאפאזה , בסה״כ אורך סיבי המיקרוטובולי לא משתנה** , הדה פולמיריזציה בקצה המינוס שככל הנראה מניעה את הסיבים לקוטב של התא כחלק ממנגנון ה flux , מאוזנת כליל בפולמריזציה בקצה החיובי של הסיב , ועל כן כאמור , אורך הסיב לא משתנה בזמן שהמיקרוטובולים נעים לכיוון הקטבים. הכח שנוצר ב flux ע״י תנועת סיבי האקטין?? (אולי התכוונתי מיקרוטובולי) לקטבים מנוגדים מורגש בשני הקניטוכורים שמחוברים אליו , וזה תורם לייצירת מתח גבוה (הדרוש עבור עיכוב aurora). באנאפאזה , הכח הזה תורם להפרדת האחיות ושינועם לשני קטבים מנוגדים.

Question 88

מטאפאזה: כוחות הכישור הפועלים על הכרומוזומים -

Answer 88

הכח השלישי: הכח נקרא polar ejection force או polar wind . בכח זה , שני הקינזינים kinesin 4 ו- kinesin 10 **שנמצאים על זרועות הכרומוזום** עושים אינטראקציה עם סיבי המיקרוטובול כשאלו נקשרים לכרומוזום , וכך הם דוחפים (הקנזינים) את הכרומוזום הרחק מהקטבים. **הכח הזה חשוב בעיקר בזמן הפרומטאפאזה והמטאפאזה** , והוא חיוני לשני דברים: - בעזרת הקנזינים הכח דוחף את זרועות הכרומוזומים מחוץ לכישור המיטוטי - מסדר את הכרומוזומים במרכז התא באזור ה plate

Question 89

מיטוזה: אנאפאזה-

Answer 89

מיטוזה , שלב M, מורכבת מ 5 שלבים , שאנחנו מבדילים בינהם ע״פ התנהגות הכרומוזומים תחת מיקרוסקופ. חמשת השלבים הם: - פרופאזה - פרומטאפאזה - מטאפאזה - **אנאפאזה** - טלופאזה **אנאפאזה**: באנאפזה , כרומטידות אחיות **בצורה סנכרונית** (בבת אחת) מופרדות לייצירת **כרומוזומים אחים** בכל תא בת, **כל כרומטידה נמשכת לכיוון הקוטב שהיא פונה אליו** (מבחינת מבנה הקניטוכור). פה גם המיקרוטובולי הקניטוכורים מתקצרים (בניגוד למטאפאזה) , וגם הקטבים (הצנטרוזומים) נעים לפרפריה , שני הדברים תורמים להפרדת הכרומוזומים.

Question 90

אנאפאזה: הקומפלקס APC/C מטגרר הפרדת כרומטידות והשלמת המיטוזה-

Answer 90

הרגע הכי דרמטי במחזור התא הוא הפרדת הכרומטידות האחיות , הפעילותו של הקומפלקס M-cdk מתחילה את כל התהליך , אך הקומפלקס APC/C הוא זה שמוציא אותו לפועל , ע״י סימון ביוביקוויטין כל מיני חלבונים רגולטוריים והריסתם (פיגר 17-18). בסוף שלב S , כאשר הכרומוזום שוכפל , נוצרות שתי כרומטידות אחיות שמוחזקות יחדיו **לאורכן** , ע״י קוהיזינים cohesin רבים , בשלבי המיטוזה המוקדמת , ספיציפית ב**פרופאזה**, כאשר הכרומטידות עוברות רזולוציה , מרבית הקוהזינים מוסרים , כך שבהגיע התא **למטאפאזה** רק אלה שבאזור הצנטרומר נשארים , שם הם מסייעים בהחזקת הכרומטידות יחדיו כנגד כוחות הכישור שמופעלים על הכרומוזומים. (כרטיס 88). **מנגנון הורדת הקוהיזינים נהכרומוידות** (פיגר 17-23). **אנאפאזה**, מתחילה בהסרה פתאומית של שארית הקוהזינים בצנטרומר , מה שמאפשר לכרומטידות האחיות להיפרד זו מזו, ולזוז לקטבים מנוגדים. הכל מתחיל **במטאפאזה** כאשר APC/C , מסמן את החלבון האנהיביטורי סקיורין securin לדגרדציה , סקיורין יושב על חלבון שנקרא ספראז separase ומעכב אותו , ולכן כשסקיורין נהרס , הספראז משתחרר , הוא מבקע את החלבון Scc1 שמחזיק את מבנה הטבעת של הקוהזין , הפירוק של טבעת הקוהזין משמעו שאין מי שיחזיק את האחיות יחדיו , כל שכעת הן יכולות להיפרד , וזה זה הוא תהליך האנאפאזה. מקודם ראינו שפוספורילציה של כל מיני מרכיבים מבניים בתא , ע״י הקומפלקס m-cdk מוציאה לפועל תהליכים צלולריים של המיטוזה המוקדמת: - קונדנסציה של הכרומוזומים (פרופאזה) - היווצרות סיבי הכישור - שבירת המעטפת הגרעינית (פרומטאפאזה) כל התהליכים האלה שמתרחשים בתא באמצעות זרחון ע״י m-cdk , מתהפכים בהמשך ע״י דה זרחון של PP2A-b55. כדי שזה יקרה , APC/C מסמן את שני הציקלינים m-cyclin ו s-cyclin לדגרדציה.

Question 91

פיגר 17-39 אתחול ההפרדה בין כרומטידות אחיות ע״י APC/C

Answer 91

כאמור הכל מתחיל במטאפאזה , כאשר APC/C מופעל ע״י cdc20 , ומסמן securin לדגרדציה , ההרס של הסקיורין משחרר את האנזים separase (פרוטאז) שבתורו שובר את הטבעת של ה cohesin ב Scc1 וכך אין מי שיחזיק את הכרומטידות האחיות יחדיו כנגד כוחות הכישור המיטוטי , והתוצאה היא היפרדותם זו מזו באנאפאזה. בתאים אנימליים יש שני מנגנוני עיכוב של ספראז : 1) הראשון הוא קישור ע״י סקיורין 2) השני הוא פוספורילציה ע״י cdk , ולכן כאשר פעילות ה m-cdk יורדת בסוף המטאפאזה עקב דגרדציה של הציקלין שלו , ספראז עובר דה זרחון ואקטיבציה.

Question 92

קוהזין: Cohesin

Answer 92

מחזיק את האחיות במהלך שלבי s ו- G2 במיטוזה הוא מתחיל לרדת בהדרגה במהלך **הפרופאזה** כאשר הכרומוזום עובר רזולוציה , **במטאפאזה** הקוהזינים הנותרים נמצאים רק בצנטרומר. בסוף המטאפאזה , כם הקוהיזינים האלה מתפרקים בעקיפין ע״י APC/C מה שמוציא אנאפאזה לפועל .

Question 93

הקומפלקס APC/C או E3

Answer 93

עושה שני דברים עיקריים בתא : 1) מסמן סקיורין securin לדגרדציה ומשחרר separase שחותך scc1 , מה שגורם לפירוק של קוהזין cohesin וכך האחיות מצליחות להיפרד. 2) שליחה של מרבית הציקלינים מסוג m ו- s לפירוק , מה שכורם לאובדן פעילות של ה cdk’s באנאפאזה.

Question 94

כרומוזומים שלא נקשרים לכישור המיטוטי מעכבים הפרדת כרומטידות אחיות:

Answer 94

זוהי נקודת בקרה שמחזור התא עובר בה , נקראת spindle assembly checkpoint , התגלה דרך שימוש בתרופות מסויימות כגון colchicine ו- vinblastine הגורמות לחוסר יציבות של סיבי המיקרוטובולי (destabilisation) , ועל כן ל arrest של מחזור התא במיטוזה לשעות ואפילו ימים , וכך שהתא אינו מצליח לעבור דרך ה transition השלישי: Metaphase to anaphase בקרת ה spindle assembly מבטיחה שתאים לא ייכנסו לאנאפאזה אלא אם **כל** הכרומוזומים שלהם קשורים בצורת bi orientation על הכישור. במידה ולא , **מספיק שרק קניטוכור אחד לא יהיה קשור נכון** , הקניטוכור הזה ישלח אות , בספר מתואר כ ״סיגנל שלילי מסיס״ (עמ׳ 1101) שחוסם הפעלה של APC/C ע״י cdc20 , ובכך נמנע מעבר מהמטאפאזה לאנאפאזה. הסיגנל השלילי הזה פועל דרך מספר חלבונים , בספר מתואר החלבון Mad2 , שמגוייס לקניטוכור הלא קשור , **שמתפקד כאנזים** ומשרה שינוי בקונפורמציה של ״המשוגע״ , המשוגע מתחבר לעוד חלבונים (חברים שלו) ליצירת מבנה חלבוני גדול **שנקשר** ל APC/C ומונע ממנו לעשות יוביקוויטינציה , במידה והתא מצליח לתקן את הקניטוכור הפגום , המשוגע וחבריו מתפזרים והתא מתקדם דרך ה transition. בתאים יונקים , ה spindle assembly checkpoint קובע את התזמון של האנאפאזה , **מספר דקות** אחרי שכל הקניטוכורים ייצרו קישור bi orientation , ההרס של securin מתחיל , וכעבור 20 דקות מתחילה האנאפאזה. אסוציאציה: Mad2 בחור משוגע שכשחוטף כריז לא מאפשר מעבר , מגייס את החברים שלו לחסום APC/C

Question 95

פיגר 17-40:

Answer 95

תמונה של mad2 קשור לקניטוכור שאינו ב bi orientation

Question 96

הפרדת הכרומוזום: Anaphase A + anaphase B

Answer 96

**ההרס ה abrupt של ה cohesin הצנטרומרי במטאפאזה , מהווה נקודת הזינוק של האנאפאזה**. ומאפשר הפרדה של האחיות ע״י כוחות הכישור המיטוטיים הפועלים עליהם , בסוף אנחנו מקבלים שני כרומוזומים נפרדים (מכל שתי כרומטידות אחיות) בתהליך שנקרא Chromosome segregation תהליך האנאפאזה עצמו מתרחש דרך שני תהליכים שמצד אחד הם **עצמאיים זה מזה** ומצד שני חופפים: 1) השלב ההתחלתי של האנאפאזה , בעצם כל **כרומוזום** שקיבלנו נמשך לקוטב אחד של התא, **כתוצאה מהתקצרותם של סיבי המיקרוטובלי הקניטוכוריים** הקשורים אליהם, זוהי anaphase A . אנאפאזה A היא תוצר של כוחות הכישור 1 + 2 ששניהם נחשבים poleward. 2) **הפרדת קטבי הכישור עצמם , והתרחקותם זה מזה** כלומר התרחקות הצנטרוזומים אחד מהשני. התהליך מתחיל לאחר שהכרומטידות שנפרדו (כעת נקראים כרומוזומים) נעו מעט הרחק זו מזו (ולכן שני התהליכים נחשבים חופפים כי השני מתחיל לפני שהראשון נגמר) , תהליך זה מונע ע״י המיקרוטובולי האסטרליים. באנאפאזה A , בסוגי תאים שונים , יש חשיבות שונה לכל אחד מהכוחות האלה, **בתאים עובריים** הכח העיקרי שמניע הפרדת כרומוזומים הוא ה flux (כח 2) בעוד בתאים סומטיים בוגרים , ושמר , הכח הראשון הוא המכריע (kinetochore generated). אנאפאזה B , הרחקת קטבי הכישור , מונעת דרך שני חלבוני מנוע: - דינאין ציטופלסמטי dynein שקושר את הצנטרוזום , דרך הקצה החיובי של המיקרוטובולי , לקורטקס של התא , פה הוא מושך את הצנטרוזום אל כיוון הקורטקס הרחק מהצנטרוזום השני , - וכן קינזין 5 kinesin שיוצר קשרים צולבים בין מיקרוטובולי אנטיפרללי במרכז התא , דוחף את הקטבים (צנטרוזומים) הרחק אחד מהשני. (כוחות אלה גם מארגנים את הצנטרוזומים בתחילת המיטוזה). שקף 120 מצ״מ

Question 97

אנאפאזה, כוחות מניעים ורגולציה

Answer 97

- היפרדות הכרומטידות זו מזו , היא הניצוץ שמדליק את האנאפאזה. - דה זרחון של הסובסטרטים של cdk’s, שמושגת במרבית התאים על ידי דגרדציה של ציקלינים מסומנים ביוביקוויטין (APC/C) , **מבטיחה ספרציה תקינה של הכרומוזומים**. בניסוי , מנעו הרס של ציקלינים ועל כן מנעו עיכוב של m-cdk ועל כן מנעו דה זרחון , רואים שהאנאפאזה מתרחשת , אך הפרדת הכרומטידות תהיה לקויה. בתאים יונקים , אנאפאזה B מתחילה זמן קצר אחרי אנאפאזה A , ונעצרת כאשר הצנטרוזומים מכפילים את המרחק בינהם (יחסית למרחק שהיה בינהם במטאפאזה) , בשמר התהליך נעצר כאשר המרחק הוא פי 15

Question 98

פיגר 17-41

Answer 98

לשים לב , הקצוות החיובייים של המיקרוטובולים האנטיפרללים במרכז התא , שיוצרים קשרים צולבים דרך kinesin 5 מתארכים בזמן אנאפאזה B

Question 99

מיטוזה: טלופאזה-

Answer 99

מיטוזה , שלב M, מורכבת מ 5 שלבים , שאנחנו מבדילים בינהם ע״פ התנהגות הכרומוזומים תחת מיקרוסקופ. חמשת השלבים הם: - פרופאזה - פרומטאפאזה - מטאפאזה - אנאפאזה - **טלופאזה** **טלופאזה** שני סטים של כרומוזומים מגיעים לשני צידי התא המנוגדים , ועוברים דה קונדנסציה. מעטפת גרעין חדשה נוצרת סביב כל סט , ומתחילה חלוקה ראשונית של הציטופלסמה דרך היווצרות טבעת כיווץ Contractile ring

Question 100

בטלופאזה , הכרומוזומים שנפרדו נארזים מחדש בגרעין

Answer 100

בסוף האנאפאזה אנחנו מקבלים שני סטים שווים של כרומוזומים בשני צידיו של התא , בטלופאזה , השלב האחרון של מיטוזה , כל סט של הכרומוזומים נארז בגרעין נפרד. שלבי האנאפאזה לפי סדר: 1) ההתפרקות של הכישור המיטוטי 2) יצירה מחדש של מעטפת הגרעין יצירת הגרעין מתרחשת במספר שלבים : 1) חלבונים על גבי הכרומוזומים נקשרים זה לזה ומייצרים cluster אחד של כל הכרומוזומים 2) פרגמנטים של ממברנת ה ER שמכילים חלבונים אופיינים **לממברנה הפנימית** של מעטפת הגרעין (כרטיס 75) מתחברים לפני השטח של cluster הכרומוזומלי , לבסוף מתאיים יחדיו ויוצרים ליצירת מעטפת הגרעין **השלמה**. 3) קומפלקסי NPC עוברים אנקורפורציה אל תוך מעטפת הגרעין 4) הלמינה הנוקליארית נוצרת מחדש. ה NPC מכניסים כעת אל תוך הגרעין חלבונים ואנזימים , הגרעין גדל , והכרומוזומים מתארגנים מחדש , ונהיים פחות דחוסים , וחוזרים למצב של ה interphase בכך הושלמה המיטוזה , כל מה שנותר לתא לעשות כעת הוא ציטוקנזה. פיגר 12-65 עמ׳ 783 שקף 125 מצ״מ

Question 101

ציטוקנזה:

Answer 101

השלב האחרון במחזור התא , בו הציטופלסמה מתחלקת לשניים באמצעות טבעת כיווץ של אקטין ומיוזין. לא כל תא עובר ציטוקנזה אחרי מיטוזה , בחלק מהתאים , כמו שרירי הלב ביונקים , עוברי דרוזופילה בשלבי התפתחות מוקדמת , וחלק מההיפטוציטים ביונקים , עוברים חלוקה גרעינית אך ללא ציטוקנזה (סניסיטיום). במרבית **בעה״ח** הציטוקנזה מתחילה כבר **באנאפאזה** , ומסתיימת מעט אחרי הטלופאזה.

Question 102

ציטוקנזה: שלבים-

Answer 102

**השלב הראשון של ציטוקנזה:** חריץ חלוקה , cleavage furrow החריץ מתחיל להופיע עוד באנאפאזה , **על פני השטח של התא!!** הוא מהווה מבנה ראשוני של טבעת הכיווץ , ובנוי מסיבי אקטין , מיוזין 2 ועוד חלבונים מבניים ורגולטוריים. **שלב שני** , עם התקדמות מחזור התא , החריץ נהיה יותר ויותר עמוק , ומתפשט מסביב להיקף התא , עד שזמן קצר אחרי הטלופאזה , הוא נהיה כלכך מכווץ והדוק שהוא מחלק את התא לשניים - בעצם ציטוקנזה. במהלך האנאפאזה , החריץ מתחיל להיבנות **ממש מתחת לממברנה הציטופלסמטית** , עם התקדמות מחזור התא , הטבעת מתחילה להתכווץ ולהתהדק בהדרגה , **בו בזמן** וזיקולות מתוך התא מתחילות להתאחות עם הממברנה הפלסמטית , איחוי זה משרת מטרה חשובה : **- הוא מפצה על העליה והגדילה בשטח הפנים של התא שמתלווה לחלוקת הציטופלסמה (ציטוקנזה)**. **שלב אחרון** התפרקות טבעת הכיווץ, כאשר הטבעת מתכווצת עד תום , ומושגת חלוקה של הציטופלסמה , היא מתפרקת , והגשר הממברנלי הקטן שנותר בין שני התאים , איפה שהייתה הטבעת , נחתך.

Question 103

פיגר 17-42 ציטוקנזה

Answer 103

סיבי האקטין בהיקף סמוך לממברנה , והמיוזין 2 שלהם , הם בעלי אוריינטציה כזאת שהכיווץ שלהם תוחב את הממברנה פנימה.

Question 104

אקטין ומיוזין 2 בטבעת הכיווץ מכוונים (מווסתים) את מהלך הציטוקנזה

Answer 104

במהלך האינטרפאזה , סיבי אקטין ומיוזינים מייצרים רשת ״קורטיקלית״ (קורטקס) ממש מתחת לממברנת התא. בסוגי תאים נוספים , הם גם בונים באנדלים ציטופלסמטיים גדולים הנקראים סיבי סטרס Stress fibers כשהתא נכנס למיטוזה , בשלביה המוקדמים , המבנה הנ״ל (הקורטיקלי) של האקטין והמיוזין מתפרק , בעצם סיבי האקטין עוברים ארגון מחדש , והמיוזינים פשוט משתחררים. **באנאפאזה** , הכרומטידות מופרדות , ובמקביל סיבי אקטין ומיוזין 2 מתחילים להתארגן במבנה של טבעת הכיווץ , שלצד האקטין והמיוזין מורכבת מעוד מספר חלבונים מבניים ורגולטוריים. אחד מבין החלבונים האלה , הוא הפורמין formin , שמקדם נוקליאציה ויצירה של **צרורות** אקטין לינאריים ולא מסועפים. אחרי השלמת האנאפאזה , סיבי האקטין והמיוזין שיצרו את טבעת הכיווץ מתכווצים , **ומייצרים את הכח הנחוץ לחציית הציטופלסמה לשניים** - בעצם ציטוקנזה. **מסתבר , שבזמן שהטבעת מתכווצת , היא שומרת על אותה מידת עובי**, דבר המרמז על כך שמספר הסיבים שמרכיבים אותה יורד **בהדרגה** (בהתאם למידת הכיווץ). כמו כן , נמצא שבניגוד לאקטין בתאי שריר , סיבי האקטין בטבעת הכיווץ הם מאד דינמיים וצורת הארגון שלהם עוברת שינויים רבים בזמן הציטוקנזה. טבעת הכיווץ נעלמת לגמרי בתום התהליך , כאשר באזור שלה (במקומה) נוצר מבנה צר שנקרא midbody , ה midbody ממשיך להחזיק את שני התאים יחדיו , והוא בנוי ממה שנקרא central spindle , שזה למעשה **שארית המיקרוטובולי הלא קניטוכורי שייצר לפני כן קשרים צולבים בין סיבים אנטיפרלליים במרכז התא**. הציטוקנזה מושלמת ע״י abscission , היפרדות , כאשר חלבון **פולימרי**בשם ESCRT3 , שממש מכווץ את הממברנות משני צידי ה midbody וסוגר אותם לקבלת שני תאי בת. לציין שבזמן שה midbody קיים , מלבד ה central spindle הציטופלסמה של שני התאים עדיין משותפת.

Question 105

פיגר 17-43

Answer 105

רואים **שכל** חלבוני מיוזין 2 משתתפים ביצירת טבעת הכיווץ , בעוד שהאקטין לא , חלק מסיבי האקטין משתתפים בבניית הטבעת , וחלקם ממשיכים לבנות את הקורטקס של שני התאים שמתהווים.

Question 106

פיגר 17-44 ה midbody

Answer 106

רואים כיצד שני תאי הבת עדיין מחוברים יחדיו , דרך ה midbody , שכולל את ביבי המיקרוטובולי הלא פרלליים וציטופלסמה.

Question 107

הפעלה **מקומית** של rhoA מטגררת יצירה ותפקוד של טבעת הכיווץ

Answer 107

החלבון rhoA , הינו GTPase השייך למשפחת העל Ras. הוא מחובר לעלעל הפנימי של ממברנת התא , על פני השטח שלה (אינו חלבון אינטגרלי) , סמוך לאתר בו יווצר חריץ החלוקה בהמשך , ושולט ביצירת טבעת הכיווץ , וכן , בכיווץ שלה. במקום בו הוא נמצא (מקומית) , הוא משפעל יצירה של סיבי אקטין , הרכבה של מיוזין 2 עליהם , ובהמשך גם את כיווץ טבעת הכיווץ. **הוא מוציא לפועל יצירה של אקטין ע״י הפעלה של פורמין formin (ביותא 2) , והרכבה של מיוזין ע״י הפעלת מספר קינאזות לרבות הקינאז ROCK - Rho associated kinase חלבוני rock מפעילים את השרשרת הקלה של מיוזין 2 , שהיא גם בעלת תפקיד רגולטורי , בכך מאקטבים יצירה של **מבנה המיוזין הביפולרי** , וכן את הפעילות המוטורית שלו. ה rhoA מופעל ע״י חלבון GEF מיוחד שנקרא ECT2 שנמצא סמוך לאתר החלוקה של הממברנה , ה ECT2 מוריד מהרוA גדפ ושם במקומו גטפ (שזו הצורה הפעילה). ה ECT2 בעצמו מופעל ע״י המיקרוטובולי של הכישור.

Question 108

פיגר 17-45 רגולציה של טבעת הכיווץ ע״י rhoA GTPase

Answer 108

בדומה לחלבונים אחרים ממשפחת ה Rho GTPase , גם rhoA מופעל ע״י GEF (ספיציפית ECT2) שמחבר אותם לגטפ - RhoAGTP - וכך הם נהיים פעילים. מנגד , החלבון GAP שמחבר אותם לגדפ הופך אותם לכדי RhoAGDP , שזו צורתם הלא פעילה. חלבוני RhoA פעילים - RhoAGTP - שולטים בבניה והתפקוד של טבעת הכיווץ בשני מישורים: 1) יצירה של **צרורות אקטין לינאריים:** ע״י כך שהם **נקשרים** ל formin , שבתורו מקדם **נוקליאציה של סיבי אקטין** בטבעת הכיווץ. 2) הם **מפעילים** חלבוני ROCK שבתורם מפעילים את השרשרת הקלה של המיוזין , כך שזו מתחברת לאקטין מצד אחד , ומצד שני מתכווצת ליצירת אפקט הכיווץ בטבעת. מנגנון: קינאז מסוג auroraB מפעיל חלבון שנקרא centralspindlin -> הצנטרלספנדלין מפעיל את ה ECT2 שהוא למעשה GEF ספיציפי -> ה ECT2 מפעיל את ה RhoA שבתורו מפעיל formin + ROCK -> פורמין מפעיל יצירת אקטין , רוק מפעיל מיוזין וכך מתקבלת טבעת כיווץ.

Question 109

סיבי המיקרוטובולי של הכישור המיטוטי קובעים את מישור החלוקה בתאים אנימליים:

Answer 109

ציטוקנזה חייבת לצאת לפועל **בזמן ובמקום** הנכונים. **מבחינת זמן** , רק אחרי שמתקבלים שני סטים מלאים ונפרדים של כרומוזומים שעטופים במעטפת גרעינית בשני צידי התא, ציטוקנזה תוכל להתרחש. **מבחינת מיקום** , החלוקה צריכה להתרחש **באמצע התא** , בין שני הסטים של הכרומוזומים , כדי להבטיח שכל תא בת יקבל סט מלא. **שני אלה , הזמן והמקום , נקבעים לפי מנגנון תלוי כישור מיטוטי!!** שקובע מתי ואיך הם יקרו. במהלך **האנאפאזה** , הכישור , ספיציפית סיבי המיקרוטובולי הלא קניטוכורי , מייצר סיגנל שמקדם היווצרות חריץ חלוקה **באמצע המרחק** שבין קצוות הכישור (הצנטרוזומים). כל מובטח שחלוקת התא בציטוקנזה בהמשך תתרחש בדיוק באמצע התא. **לציין , שאותו סיגנל , שקובע את מיקום החריץ , קובע גם כן את הזמן המדוייק בו תתרחש הציטוקנזה.** מנגנון: המנגנון תואר בפיגר 17-45: על גבי סיבי ה “מיקרוטובולי לא קיניטוכורי״ האנטיפרלליים שנמצאים במרכז הכישור ,נוצרים **אוליגומרים** של החלבון centralspindlin , החלבון הזה מוציא סיגנל שגורם להיווצרות חריץ חלוקה במקום הנכון. היווצרות האוליגומרים של הצנטראלספנדלין מתווכת ע״י הקינאז auroraB , **שבעצמה מתמקמת באזור האמצע של הכישור על הסיבים האנטיפרלליים במהלך האנאפאזה** , הודות לדה זרחון של הסובסטרים של cdk (ע״י PP2A כנראה.) (נזכור במהלך המיטוזה המאוחרת עליה בפעילות APC/C-cdc20 משביתה פעילות cdk ולכן דרך ״צימוד הפוך״ יש ריבוי של דה זרחון בתא וזה מאפשרת לארורהB לשבת שם). כל עוד ארורה B לא ישבה במרכז הכישור לא נוצר סיגנל ליצירת חריץ חלוקה , ועל כן זהו אחד במנגנונים -דה זרחון מאוחר - שמבטיח שתהליך הציטוקנזה מתחיל באנאפאזה ולא לפני.

Question 110

Centralspindlin:

Answer 110

חלבון שמורכב משתי תת יחידות , שמתרכב לכדי אוליגומר באזור הכישור האמצעי בתא בזמן אנאפאזה ומעודד הווצרות חריץ חלוקה. מופעל ע״י auroraB שהיא קינאז שבעצמה נמצאת במרכז הכישור , היא מגיעה לשם בזמן אנאפאזה הודות לגל דה זרחון רחב שמתרחש בתא עקב עיכוב בפעילות cdk’s.

Question 111

היווצרות טבעת כיווץ ביצורים שונים:

Answer 111

בתאים אנימליים אמרנו שהתהליך מתחיל באנאפאזה בהיווצרות חריץ החלוקה. בחלק מהתאים רואים שקומפלקס של שני החלבונים ECT2-centralspindlin נע ממרכז הכישור לפריפריה -בעצם לקורטקס של התא - שם ECT2 נקשר ל RhoA ומקדם יצירת חריץ. הקומפלקס צנטרלספנדלין-ECT2 נשאר במרכז הקורטקס ולא מתפזר הודות לקצוות החיוביים של המיקרוטובול האסטרלי. בשמר ההנצה, התהליך מתחיל ב G1 מאוחר , כאשר נוצרת טבעת הבנויה מהחלבון septin במרכז התא , על טבעת ה septin מתרכבים בהמשך חלבוני מיוזין 2 בצמחים , טבעת הבנויה **מסיבי מיקרוטובולי ואקטין** ונקראת preprophase band נוצרת במרכז התא לפני המיטוזה (בשלב G2) , ומסמנת את אתר היווצרות דופן התא וכן מחלקת בהמשך את התא לשני תאי בת. המבנה הזה קובע עבור התא הצמחי את מישור החלוקה העתידי. ה preprophase זהו שלב נוסף במחזור התא הצמחי שאינו קיים בתאים אנימליים.

Question 112

פיגר 17-46

Answer 112

רואים לוקחיזציה של שני חלבונים RhoA ו- cyk4 במרכז הכישור. החלבון cyk4 הוא אחת משתי תת היחידות שמרכיבות את ה centralspindlin. צנטרלספנדלין נמצא במרכז הקישור , על המיקרוטובולי הלא קניטוכורי , מחובר לקצוות החיוביים של הסיבים האנטיפרלליים.

Question 113

פיגר 17-47 הפעלת rhoA

Answer 113

באיור רואים ריכוז של חחבוני centralspindlin במרכז הכישור , אליהם נקשר ה GEF הספיציפי ECT2 , יחידו **חלק** מהצנטראלספנדלינים וחלבוני איסיטי2 נעים לקורטקס , שם הם מפעילים את rhoA שמפעיל formin ו- rock. צנטרלספנדלין-ECT2 השארים באזור מרכז התא היכן שצהיה החלוקה , הקצוות החיוביים של מיקרוטובולי אסטרליים מונעים מהם להתפזר ברחבי הקורטקס השונים.

Question 114

ציטוקנזה בצמחים עילאיים מתרחשת הודות ל phragmoplast

Answer 114

במרבית התאים האנימליים , הממברנה של התא נחלקת לשניים , במהלך הציטוקנזה, הודות להתקפלות כלפי פנים של חריץ החלוקה , שהולך ומעמיק , עד שנוצרות שתי ממברנות - בעצם שני תאים. היכולת הזאת של ממברנת התא להתקפל פנימה בצורה הזאת היא הודות **לגדילה בשטח הפנים שלה** ע״י וזיקולות שמגיעות אליה ממברנת הגולג׳י , שנעות על גבי **סיבי מיקרוטובולי** , ועוברים אנטגרציה אל תוכה. בתאי צמחים עילאיים , חלוקת התא לשניים בציטוקנזה , היא לא ״מהחוץ כלפי פנים״ כמו בתאים אנימליים , אלא מבפנים החוצה !! גם בתאי צמח , תהליך הציטוקנזה דורש אנקורפורציה של ממברנת גולג׳י , אך לא בממברנת התא הפעם , אלא בדופן. תאי צמח עילאיים תחומים בתוך המבנה של **דופן תא קשיח למחצה** , החלוקה של תא צמח **אינה מתרחשת דרך טבעת כיווץ**שמקפלת את הממברנה פנימה , אלא דרך בנייתו של דופן תא חדש שגדל בתוך התא עד שהוא חוצה אותו לשניים - שני תאי בת!! דופן התא החדש מתחיל להיווצר בסוף שלב **האנאפאזה תחילת הטלופאזה** , בשלב הזה הוא נקרא cell plate. הוא ממוקם בין שני הגרעינים החדשים שנוצרים בסוף המיטוזה. הוא מתחיל לגדול בהדרגה הודות **למבנה** תאי שנקרא phragmoplast , עד שלבסוף הוא מחלק את התא מבפנים לשניים. **הפרגמופלאסט בנוי מסיבי מיקרוטובולי של הכישור המיטוטי** , שעליהם יש חלבונים מוטוריים שמשנעים חתיכות ממברנת הגולג׳י אל הדופן המתהווה (אל ה cell plate) , הוזיקולות האלה מהגולג׳י מכילות פוליסכרידים וגליקופרוטאינים הנחוצים לבניית הדופן. הוזיקולות מהגולג׳י עוברות איחוי במרכז התא ליצירת מבנה **תחום ממברנה** שנקרא early cell plate , שהולך וגדל , ומתרחב הודות לעוד ועוד וזיקולות שמצטרפות אליו , עד שהוא מגיע לממברנת התא ולדופן התא המקורי , ובכך מחלק את התא לשניים. בהמשך סיבי צלולוז מתווספים אל ה cell plate להשלמת הבניה של דופ התא cell plate -> early cell plate -> cell wall

Question 115

פיגר 17-48

Answer 115

נתון תא צמח עילאי , רואים את מבנה ה preprophase בסמוך לקורטקס של התא , המבנה עשוי ממיקרוטובולי ואקטין , נוצר בשלב G2 ומסמן את אתר בניית דופן התא החדש , בעצם את מישור החלוקה של התא. **בתא צמחי , סיבי המיקרוטובולי הלא קניטוכורי אינם קשורים זה לזה בקשר צולב , ועל כן אינם יוצרים מבנה אנטיפרללי כפי שישנו בתאים אנימליים** , אלה שקצוות הפלוס שלהם פונים אל אמצע התא , במקום הזה ממש , מתחיל להיווצר דופן התא החדש שיחלק את התא לשניים. בסוף אנאפאזה תחילת טלופאזה , אחרי ה chromosome segregation , דופן תא חדש מתחיל להיווצר במרכז הכישור (היכן שקצוות המיקרוטובול החיוביים פונים). סיבי המיקרוטובולי האלה , שנקראים בהקשר הזה phragmoplast , משמשים מעין פיגום עליו נעים חלבוני מנוע שמביאים חתיכות ממברנת הגולג׳י , ממולאות ברכיבי דופן , הממברנות מהגולג׳י מתאחות, וכך במרכז התא (מרכז הכישור) מתחילה להיבנות דופן חדשה **מוקפת בממברנה**. הדופן החדשה הולכת וגדלה עד שהיא מגיעה לממברנת התא ולדופן המקורית , שתי הממברנות , ממברנת התא וזאת שמקיפה את הדופן מתאחות , ובכך הושלמה חלוקת התא הצמחי לשני תאי בת.

Question 116

פיגר 17-49

Answer 116

בתאי צמחים עילאיים , אין צנטרוזומים , ועל כן אין מיקרוטובולי אסטרליים. בקו המשווה של התא , במרכז הכישור , ישנו חלבון שנקרא syntaxin , שמתווך את האיחוי של הוזיקולות מהגולג׳י ליצירת הדופן החדש.

Question 117

**במהלך הציטוקנזה** , אברונים של התא מתחלקים בין שני תאי הבת.

Answer 117

במיטוזה נוצרים שני גרעינים חדשים , שכל אחד הולך לתא בת חדש. חשוב לא פחות , זה שכל תא בת יקבל גם אברונים החיוניים לתפקוד שלו , שהרי **אברונים כגון המיטוכונדריה , ER , וכלורופלסט , אינם נוצרים בתא de novo , אלא רק דרך אברון שכבר קיים , שגדל ומתחלק בהמשך**. 1) **מיטוכונדריה וכלורופלסט:** בתא רגיל יש מספר עותקים רב של שני האברונים האלה , שעובר הכפלה בזמן מחזור התא , ולכן כשהתא מתחלק , כל תא בת מקבל כמחצית מהאברונים שנוצרו. 2) **רשתית אנדופלסמטית ER:** במהלך האינטרפאזה , ה ER הוא המשכי עם מעטפת הגרעין , והארגון שלו (שמירה על המבנה וכו׳) מתבצעת דרך סיבי מיקרוטובולי. בכניסה למיטוזה , כאשר מעטפת הגרעין נשברת (פרומטאפאזה) ה ER עובר ארגון מחדש עי סיבי המיקרוטובולי , הוא נותר שלם , ונחך לשני חצאים בזמן הציטוקנזה , כשכל חצי הוחך לתא בת אחר. 3) **גולג׳י**: הגולג׳י עובר ארגון מחדש ופרגמנטציה במהלך המיטוזה , חלקי הגולג׳י שנוצרו נקשרים לסיבי הכישור , ונמשכים לקטבים מנוגדים , כשתא בת חדש נוצר , חתיכות הגולג׳י שהוא ירש מתרכבים לכדי גולג׳י בוגר בזמן **הטלופאזה**. ריבוזומים נגיד התא אינו חייב לרשת

Question 118

חלק מהתאים מתחלקים בצורה לא סימטרית:

Answer 118

מרבית התאים האנימליים מתחלקים באופן שוויוני , טבעת הכיווץ נבנית באמצע התא , ונוצרים שני תאי בת ששווים בגודלם ובתכולה שלהם. הסימטריה הזו , נובעת מהצנטריליזציה של הכישור , **שמתמרכז בתא** בעזרת המיקרוטובולי האסטרליים וחלבוני המנוע. תאים מסויימים במהלך שלבי ההתפתחות (העוברית?) , מתחלקים באופן אסימטרי שבו נוצרים תאים שונים בגודלם **ו/או** בהרכב הציטופלסמה שלהם. תופעה זו שכיחה בקרב תאים שבחלוקה שלהם נוצרים שני תאי בת שעתידים להתמיין לשני סוגי תאים שונים , כך התא המקורי מלכתחילה מחלק באופן לא שווה כל מיני רכיבים בתוך הציטופלסמה שלו , נקראים cell fate determinant (בעיקר פקטורי שעתוק) , ואז יוצר מישור חלוקה שאינו במרכז , כך שכל שהדטרמיננטות יגיעו רק לאחד מבין שני תאי הבת שנוצרים. כדי שמישור החלוקה יווצר באופן לא שוויוני , הכישור זז בתא באופן שמבוקר ע״י הקורטקס של התא + חלבוני מנוע שנמצאים עליו , אלה מזיזים את הכישור דרך המיקרוטובולי האסטרליים , וממקמים אותו במקום הנכון. נמצא שהחלבונים שפועלים בתהליך הזה , לפחות חלקם , שמורים אבולוציומית , ונמצאים בזבוב הדרוזופילה , בתולעת c. elegans , ובחולייתנים. פיגר 17-50

Question 119

מיטוזה יכולה לקרות ללא ציטוקנזה

Answer 119

ברוב התאים המתחלקים , ציטוקנזה תתרחש אחרי המיטוזה , אל יש מקרים יוצאי דופן , שבהם ישנם מספר מחזורים של מיטוזה - שהגרעין מתחלק - אל ללא חלוקה תאית - ציטוקנזה!! בעובר של הדרוזופילה , 13 מחזורי החלוקה הראשונים הם רק של הגרעין , לחא חלוקה ציטוקנטית בינהם. כך נוצרים תאים עם ציטופלסמה אחת וכמה אלפי גרעינים שמסודרים סמוך לממברנת התא בשכבה אחידה. תא כזה , שבו מספר גרעינים חולקים ציטופלסמה אחת נקרא סיניסיטיום syncytium. העיקרון של החלוקה הזו , **הוא שהיא מאיצה את שלבי ההתפתחות העוברית המוקדמים**, כי התא מחלק את הגרעין שלו , ללא השהיה או ״בזבוז זמן״ בציטוקנזה. כל העותקים של הגרעין שנוצרים נשארים לשחות בציטופלסמה סמוך לממברנת התא, ואחרי שכל סבבי המיטוזה נגמרים , ישנו **סבב יחיד** של ציטוקנזה מתואמת שבו מסביב לכל הגרעינים בבת אחת נסגרת חתיכה של ממברנת התא , בסיוע של **טבעת שבנויה מאקטין ומיוזין** ליצירת תאים נפרדים. ציטוקנזה מיוחדת זו נקראת צלולריזציה cellularization מגהקריוציטים , שמייצרים טסיות דם , גם כן עושים מחזורי מיטוזה רבים ללא ציטוקנזיס , כמו גם היפטוציטים מסויימים ותאי שריר.

Question 120

בקרה על מחזור התא:

Answer 120

בייצורים רב תאיים , גודל האיבר או הייצור נקבע לפי 3 משתנים: - **cell growth** צמיחה תאית - **cell division** חלוקה תאית - **cell survival** תמותה תאית שלשתם מבוקרים ע״י סיגנלים חוץ תאיים וכן סיגנלים תוך תאיים. הסיגנלים **החוץ תאיים** יכולים להיות: - חלבונים מומסים שמופרשים מתאים אחרים - חלבונים שנמצאים על פני הממברנה של תאים סמוכים - מרכיבים של ECM והם נחלקים ל 3 קטגוריות עיקריות: 1) מיטוגנים mitogens: שמעודדים חלוקה תאית 2) פקטורי גדילה: שמעודדים גדילה תאית 3) פקטורי הישרדות , שמעכבים מוות תאי.

Question 121

סיגנלים חוץ תאיים:

Answer 121

כאמור אלה סיגנלים שיכולים להיות חלבונים מסיסים שתאים סמוכים מפרישים ואז נקלטים בתא המטרה , או חלבונים שנמצאים על גבי הממברנה של תאים שכנים , שאז תא המטרה נקשר אליהם וחש אותם , או מרכיבים של המטריקס החוץ תאי. הסיגנלים האלה נחלקים לשלשה סוגים , מיטוגנים mitogens, פקטורי גדילה , ופקטורי הישרדות. 1) **מיטוגנים:** אלה פקטורים שמעודדים חלוקה תאית (שגשוג) , בעיקר דרך הפעלת קומפלקסים של **G1/s-cdk** , הקומפלקס מעכב מעכבים תאיים שלא נותנים למחזור התא להתקדם , בכך הם דוחפים את מחזור התא קדימה , ועל כן מעודדים חלוקה תאית. 2) **פקטורי גדילה**: מעודדים עליה במסה של התא , ע״י כל שהם מעודדים סנטזה של חלבונים ועוד מקרומולקולות אחרות ומעכבות את הדגרדציה שלהם. 3) **פקטורי הישרדות**: מעודדים הישרדות תאית , ע״י עיכוב מנגנוני מוות תאי - אפפטוזיס. ישנם סיגנלים חוץ תאיים שמפעילים את שלשת המנגנונים ביחד , יש כאלה שמפעילים רק אחד או שניים מבין השלשה. לצד הסיגנלים האלה , ישנם סיגנלים חוץ תאיים שעושים את ההפך.

Question 122

מיטוגנים mitogenes מעודדים חלוקה תאית:

Answer 122

ייצורים חד תאיים מתאפיינים בכך שהם גדלים ומתחלקים הכי מהר שהם יכולים , והם תלויים אך ורק בזמינות נוטריינטים בסביבה. מנגד, התאים בייצור רב תאי מתחלקים רק כאשר האורגניזם צריך תאים נוספים , אי לכך , כדי שתא אנימלי יתחלק וישגשג , עליו לקלוט סיגנלים סטימולטוריים חוץ תאיים , כגון מיטוגנים. **תא נתון קולט מיטוגנים מתאים אחרים** שבד״כ נמצאים בקרבתו. (כלומר מיטוגנים הם חלבונים שתאים אחרים מפרישים?). ישנם יותר מ 50 חלבונים בבעה״ח שמתפקדים כמיטוגנים , **מרביתם הם בעלי ספיציפיות רחבה** , הכי בולטים הם: - **PDGF:** platelet derived growth factor - **EGF**: epidermal growth factor הפקטור pdgf פועל על מנעד רחב של תאים , ומעודד אותם להתחלק , כגון פיברובלסטים , תאים של שריר חלק , ותאי גליה במוח. הפקטור EGF שלמרות השם שלו , פועל על סוגי תאים נוספים ולא רק על תאים אפיתליאליים. מנגד , יש מיטוגנים שהם בעלי פעילות יותר ספיציפית , ןמכוונים לסוג אחד של תאים , כגון **אריתרופואטין** , שפועל על הפרוקרסור של תאי דם אדומים. בחלק מהתאים , פועלים סיגנלים חוץ תאיים שמעכבים את חלוקת התא , למשל TGFB (בטא) , שכולא את מחזור התא בשלב G1 ומונע את התקדמותו.

Question 123

תאים יכולים להיכנס למצב מיוחד של ״אל חלוקה״:

Answer 123

בהעדר סיגנלים מיטוגניים , חלוקת התאים מעוכבת. העיכוב קורה דרך השבתה של cdk שפועלים ב G1 ועל כן ההתקדמות דרך מחזור התא נחסמת. במקרים מסויימים , תאים יכולים באופן חלקי לפרק את מערכת הבקרה על מחזור התא , ולהיכנס למצב מיוחד שנקרא G0 (מאפיין מיוחד של G0 הוא פירוק של מערכת הבקרה). מרבית התאים בגוף שלנו נמצאים ב G0 , אולם הבסיסי המולקולרי , והרברסיביליות של השלב הזה (חזרה למחזור התא) משתנים בין סוגי תאים שונים: 1) למשל , נוירונים ותאי שריר משורטט נמצאים במצב של G0 תמידי , שנקרא terminally differentiated G0 state שבו מערכת הבקרה על מחזור התא מושבתת לחלוטין , **הגנים שמקודדים לציקלינים ו cdk’s מכובים לגמרי** , וחלוקה תאית מתרחשת לעיתים נדירות. 2) תאים אחרים יכולים לכבות את מערכת הבקרה על מחזור התא ולצאת ממנו באופן זמני , אך להיכנס אליו בחזרה לפי צורך. מרבית תאי הכבד , היפטוציטים , נמצאים במצב של G0 , אולם ניתן ״להעיר״ אותם ולגרום להם להתחלק במקרים של נזק לכבד. סוגי תאים אחרים , פיברובלסטים , לימפוציטים ,נכנסים ויוצאים למחזור התא הרבה פעמים במהלך חייהם. מרבית ההבדלים באורך מחזור התא בין תאים שונים באדם בוגר נקבעים בעיקר ע״י משך הזמן בו התא נמצא ב G0 ו G1 (שני שלבים אלה קובעים את אורך מחזור התא). משך הזמן מתחילת שלב S עד סוף המיטוזה הוא יחסית קצר (12 עד 24 שעות) והוא די קבוע בין סוגי תאים שונים.

Question 124

מיטוגנים מעודדים פעילות של G1-cdk ושל G1/S-cdk

Answer 124

במרבית התאים האנימליים , **מיטוגנים mitogen פועלים בשלב G1 וכך שולטים בקצב החלוקה התאית**. בכך שהם משחררים cdk’s ומאפשרים כניסה למחזור תא חדש. מיטוגנים הם סיגנלים **חוץ תאיים** , שנקשרים לרצפטורים על פני ממברנת התא , ומוציאים לפועל קסקדת ריאקציות בתוך התא שמביאה לעליה בביטוי גנים שחיוניים להתקדמות מחזור התא.

Question 125

מיטוגנים mitogen מעודדים פעילות של G1-cdk ושל G1/S-cdk

Answer 125

להלן דוגמה לפעילות מיטוגנים שמקדמת את מחזור התא ומעודדת חלוקה תאית, **לציין, מיטוגנים פועלים על שלב G1** מנגנון: **1)** מיטוגן מגיע מחוץ לתא ונקשר על רצפטור על ממברנת התא -> **2)** הרצפטור מפעיל חלבון Ras , שהוא GTPase מונומרי , וזה בתורו מפעיל מספר קינאזות ממשפחת ה MAP kinase -> **3)** קינאזות ה MAP מוציאות לפועל קסקדת זרחונים , ובכך מפעילות מספר חלבונים , בעצם בקרי שעתוק , לרבות החלבון Myc -> **4)** מייק , שהוא בקר שעתוק , מעודד כניסת התא למחזור התא דרך מספר מנגנונים , בעיקר דרך עידוד ביטוי גנים המקודדים ל G1-cyclin (ציקלין מסוג D) -> **5)** עליה בציקלין D מעלה את פעילות הקומפלקס G1-cdk , ספיציפית D-cdk4 -> **6)** הפעילות המרכזית של D cyclin-cdk היא הפעלת פקטורי השעתוק E2F proteins שנקשרים לפרומוטור ספיציפי לגנים שמקודדים לחלבונים החשובים לקידום התא מ G1 ל S לרבות G1/S cyclins + S cyclins , ועוד חלבונים שמבקרים את תהליך השכפול. בהעדר סיגנל של מיטוגנים , פקטור השעתוק E2F נקשר לחלבון RB (retinoblastoma protein) **וכך ביטוי גנים התלויים ב E2F יורד.** בנוכחות מיטוגנים , עליה בקינאז G1-cdk גורמת לזרחון על RB וירידה בקישוריות בינו לבין E2F , מה שמותיר את E2F חופשי להגביר שעתוק. MAP = mitogen activated protein kinase מייק גם נמצא שהוא מעודד cell growth אסוציאציה (רוס + מייק מחברים)

Question 126

מסלול הבקרה על מחזור התא של המיטוגנים mitogen פועל גם כן בפידבק חיובי:

Answer 126

אז נגדיר את מסלול הבקרה של ה mitogens כ Transcriptional control ststem כי בסופו של דבר הוא פועל דרך הגברת שעתוק של גנים החיוניים להתקדמות מחזור התא!! גם מערכת הבקרה הזאת פועלת באופן בלתי הפיך בדומה למערכות אחרות שמבקרות את מחזור התא וכן באופן מלא של הכל או כלום, כפי שאנחנו מכירים. מערכת זו אף מקיימת עקרונות של פידבק חיובי: 1) פקטורי שעתוק חופשיים מסוג E2F proteins (כאלה שאינם קושרים RB) מגבירים את השעתוק של עצמם. 2) פעילות של E2F proteins מגבירה שעתוק של הציקלינים E ו- A שמפעילים את הקינאזות cdk1 ו- cdk2 , אלו מזרחנים את RB ומורידים את הקישוריות בינו לבין E2F , מה שאומר שיש יותר E2F חופשיים להגביר את השעתוק של עצמם (ושל הציקלינים הנ״ל).

Question 127

RB family

Answer 127

זוהי משפחה של חלבונים בעלי תפקיד ברגולציית שעתוק , החלבון RB שעל שמו קרויה המשפחה נמצא לראשונה במחקר על סרטן ברשתית העין של ילדים , שנקרא retinoblastoma מסתבר שהורשת **שני עותקים** פגומים של הגן ל RB פוגעת במערכת הבקרה על מחזור התא , כך שאין מי שיוריד שעתוק של חלבונים תלויי E2F שמקדמים את מחזור התא , התא מתחלק ללא בקרה , ונוצר שגשוג תאים. איבוד מוחלט של RB אינו מוביל מיידית להיווצרות רטינובלסטומה , כי יש גיבוי של CKI ו CDH1 (כחלק מהקומפלקס APC/C-cdh1) שכולאים את התא ב G1 ומונעים התקדמות של מחזור התא , וכן נוכחות חלבונים אחרים ממשפחת RB שגם כן נותנים גיבוי , ולבסוף נוכחות מעכבי E2fF אחרים שגם הם מבקרים את התקדמות מחזור התא ומונעים שגשוג. אמרנו מקודם , שמסוף המיטוזה עד סוף G1 הקומפקלס APC/C-cdh1 פועל בתא , גורם לדגרדציה של ציקלינים ומונע ממחזור התא להתקדם , מסתבר , **שבתאים אנימליים הציקלינים G1 cyclin ו- G1/S cyclin הם עמידים בפני יוביקוויטינציה של APC/C ועל כן הם מצליחים , חרף נוכחות APC/C-cdh1 , לזרחן את ה RB, ולקדם ביטוי גנים תלויי E2F. מנגד , ציקלינים מסוג S cyclins אינם עמידים בפני APC/C-cdh1 ולכן בהתחלה הם כן מפורקים על ידו וריכוזם נותר נמוך , אולם , פוספורילציה של הקומפלקס APC/C-cdh1 ע״י G1/S-cdk (לא לשכוח שהציקלין שלו עמיד) בשלב G1 המאוחר, מפרקת את הקומפלקס , כך שלקראת הכניסה לשלב S חלה עליה בריכוז של ציקלין S , שגוררת עליה בפעילות הקומפלקס S-cdk שמקדם את התא הלאה במחזור התא. בנוסף , הקומפלקס G1/S-cdk מזרחן CKI’s ומעכב אותם , אלו מעכבים S-cdk , ולכן בעיכובם חלה עליה בפעילות ה S-cdk שגם כן מקדמת את התא לשלב S. חלבון RB מדכא סרטן חלבון E2F מעודד סרטן

Question 128

השפעת APC/C-cdh1 על ציקלינים:

Answer 128

כאמור APC/C-cdh1 פועל מסוף המיטוזה עד סוף G1 , זרחון של ה APC/C וכן של ה cdh1 בסוף G1 מפרק את הקומפלקס (פיגר 17-19). ציקלינים מסוג G1 = עמידים ציקלינים מסוג G1/S = עמידים ציקלינים מסוג S = אינם עמידים

Question 129

פיגר 17-59 השפעת מיטוגן mitogen על הכניסה למחזור התא

Answer 129

1) מיטוגן נקשר לרצפטור על ממברנת התא 2) הרצפטור מפעיל מסלול סיגנל תוך תאי 3) מסלול עיקרי הוא הפעלת ה GTPase המונומרי RAS 4) רוס גורם להפעלת קינאזות בשם MAP kinase , ואלה דרך קסקדת זרחונים גורמים להפעלה **מוקדמת** של שעתוק וביטוי גנים , לרבות החלבון Myc 5) מייק , כפקטור שעתוק , גורם **להפעלה מאוחרת** של שעתוק גנים וביטוי חלבונים לרבות הגן ל D cyclin 6) עליה בציקלין D מגבירה את פעילות ה cdk kinase שלו , ספיציפית cdk4 7) הקומפלקס D cyclin-cdk4 גורם לזרחון רב של חלבון ה RB protein , וזה מעכב אותו , מה שגורם לשחרור של בקר השעתוק E2F 8) בעליית הפעילות של E2F , יש ריבוי בשעתוק גנים תלויי E2F **שתפקידם לקדם את התא אל שלב S** , לרבות , הגנים לציקלינים E ו- A (G1/S cyclins + S cyclins) 9) עליה בריכוז הציקלינים האלה מקדמת יתר פעילות של הקומפלקס G1/S-cdk ושל הקומפלקס S-cdk , שהם קינאזות שמזרחנות עוד ועוד חלבוני RB 10) הזרחון של Rb ע״י הקומפלקסים הוא פידבק חיובי כי הוא מעלה את פעילות ה F2F שגורם ליצירה של עוד קומפלקסי G1/s-cdk ו S-cdk פעילים 11) הרגולטור E2F גם כן פועל במעגל חיובי כי הוא גורם לביטוי של הגנים של עצמו. מצ״ש שקף 134

Question 130

נזקי דנא מונעים מהתא להתחלק:

Answer 130

התקדמות מחזור התא וחלוקה תאית , אינם נשלטים אך ורק ע״י מיטוגנים mitogens אלא גם ע״י סיגנלים אחרים , חלקם חוץ תאיים וחלקם תוך תאיים. אחד הגורמים שמשפיעים הכי הרבה על חלוקה תאית , הוא נזק לדנא , שיכול לעכב את התקדמות מחזור התא. הרבה גורמים יכולים לגרום לנזק בדנא , ריאקציות ספונטניות עם כל מיני כימיקלים , טעויות בשכפול דנא , חשיפה לקרינה … מבחינת התא , חשוב ביותר שהוא יתקן את הנזקים בדנא שלו **לפני שהוא משכפל אותו , או לפני שהוא מפריד כרומטידות אחיות באנאפאזה**. ואכן , מערכת הבקרה על מחזור התא יכולה לחוש נזקים בדנא , ולמנוע מהתא להתקדם במחזור התא שלו בשתי נקודות: - **נקודת ה start transition** , פה במקרה של נזק לדנא נמנעת כניסה חזרה למחזור התא מ G0 , וכן נמנעת התקדמות לשלב S - נקודת ה G2/M transition שמונעת מהתא להיכנס למיטוזה במקרה של נזק. **מנגנון:** כשדנא ניזוק הוא מפעיל מסלולי סיגנל תאיים שמדווחים על הנזק , הדיווח נעשה דרך הפעלה **של אחד** מבין שני החלבונים ATM או ATR , שני אלה הם קינאזות , וכאמור במצב של נזק לדנא אחד מהם מופעל. החלבון שהופעל מבין השניים יושב על הדנא , באזור המפגע , ומזרחן מספר חלבונים , לרבות שני החלבונים Chk1 ו- Chk2 , שהם בעצמם קינאזות , שמזרחנים עוד חלבונים שמונעים התקדמות של מחזור התא. Cell cycle arrest חלבון עיקרי שמזורחן ע״י ה Chk kinases הוא **בקר השעתוק** p53 , כשזה מזורחן הוא מופעל וגורם לשעתוק וביטוי של חלבון אחר בתא שנקרא p21 , שהוא CKI , כעת p21 נקשר לקומפלקס G1/S-cdk וכן לקומפלקס S-cdk ומשבית אותם , ומונע כניסה למחזור התא.

Question 131

P53

Answer 131

אמרנו ש p53 הוא חלבון רגולטורי שמבקר ביטוי של p21 שהוא cki נזק לדנא מפעיל p53 **באופן בלתי ישיר** , דרך קסקדת זרחונים. **בתאים שאין בהם נזק בדנא , P53 הינו חלבון מאד לא יציב , שריכוזו נמוך**, זאת כי הוא קשור לחלבון אחר , יוביקוויטין ליגאז , שנקרא Mdm2 שמסמן אותו לדגרדציה בפרוטאוזום. במצב של נזק לדנא, קסקדת הזרחונים שדיברנו עליה גורמת ל P53 להיות מזורחן , הזרחן על P53 מוריד את האפיניות בינו לבין ה Mdm2 ומשחרר אותו , כך שריכוזו עולה כעת בתא , והוא פנוי לעבוד , בעצם לגרום לשעתוק של P21. **נמצא כי מחצית מהסרטנים בבני אדם , מערבים פגם בגן של P53** , כך שנוצר חלבון לא תקין. P53 לא תקין גורם להצטברות יתר של נזקים בדנא שמובילה לסרטן.

Question 132

ריכוזי p53

Answer 132

ריכוז גבוהה של P53 = החלבון מזורחן, מתנתק מ mdm2 (מעיד על נזק לדנא). ריכוז נמוך של P53 = החלבון איננו מזורחן, קשור ל mdm2 (במצב של העדר נזק לדנא).

Question 133

Chk1 + Chk2

Answer 133

אמרנו שאלו הם קינאזות , מלבד זרחון של P53 , הם גם מזרחנים את הפוספטאז cdc25 , ומעכבים אותו. פוספטאז cdc25 , נוגד את הפעילות של הקינאז wee1 , ודרך כך הוא **מפעיל את m-cdk** (בחור בן 25 פעיל). עליה בפעילות m-cdk דוחפת את התא דרך ה G2/M transition, ולכן עיכוב של פוספטאז cdc25 ע״י הקינאזות Chk1 ו- Chk2 גוררת אי הפעלה של m-cdk , ועל כן התא לא מתקדם לשלב M. שני הקינאזות הנ״ל , מזרחנים את פוספטאז cdc25 באתר אחר , שונה מהאתר בו הוא מזורחן ומופעל. כלומר לפוספטאז cdc25 יש שני אתרים בהם הוא מזורחן , אחד מפעיל אותו (זרחון ע״י m-cdk) ואחד מכבה אותו (זרחון ע״י צ׳ק).

Question 134

בעיות בשכפול הדנא גם כן מונעות התקדמות במחזור התא

Answer 134

אותו מנגנון של ATM/ATR שמופעל בעת נזק לדנא , מופעל גם כן כאשר ישנן בעיות בשכפול. פגמים בעת שכפול הדנא , **עוצרים את התהליך בשלב האלונגציה** , ומונעים ממחזור התא להתקדם , רק לאחר שהנזק מתוקן , התא יוכל להמשיך הלאה במחזור התא. אמרנו מקודם שיש שתי נקודות שבהן יש arrest של מחזור התא: - התא יבדוק את הדנא שלו לפני שהוא ישכפל אותו ב start - התא יבדוק את הדנא שלו לפני שהוא יפריד אותו Chromosome segregation נזקים מינוריים בדנא מתרחשים בכל התאים על בסיס יום יומי , אולם הם מתוקנים ע״י מערכות התא , במידה והנזק אינו מתוקן , הוא מצטבר , וגורם לתחלואה יותר גבוהה בסרטן.

Question 135

Ataxia telangiectasia

Answer 135

מחלה גנטית נדירה , בעצם מתפתחת ע״ר נזק לדנא שנגרם ע״י חשיפה לקרני X . במחלה זו הגן ל ATM (קינאז) נפגע , כאמור מקרינת X , כך שנוצר חלבון לא תקין. אנשים עם המחלה הזאת הם בעלי רגישות יתר לקרינת x

Question 136

מה קורה כאשר הנזק לדנא הוא חמור מאד ?

Answer 136

אם נגרם נזק לדנא שהוא beyond repair תאים שונים פועלים באופנים שונים , יוקריוטים חד תאיים , כגון שמר ההנצה סירי ויזה , עוצר את מחזור התא שלו ומנסה לתקן את הנזק , אולם אם הנזק לא תוקן , השמר בכל זאת ימשיך במחזור התא ויתקדם בין שלביו השונים. ביוקריוטים , רב תאיים , התועלת של הכלל עולה על הצורך בתא בודד כזה או אחר , ולכן כדי לא לסכן את האורגניזם השלם , תאים פגומים עוצרים את המחזור שלהם , או שעושים arrest או שעושים אפפטוזיס. גם במסלול של אפפטוזיס , יש תפקיד ל P53

Question 137

פיגר 17-60 נזק לדנא כולא את התא ב G1

Answer 137

יש גם רגולציה על Mdm2 , נזק לדנא יכול לגרום לזרחון שלו , מצד אחד , מה שמוריד את הפעילות שלו , או , מצד שני , לירידה בשעתוק ובביטוי שלו

Question 138

תאים רבים בבני אדם מכילים מגבלה מובנית על מספר הפעמים שהם יכולים להתחלק.

Answer 138

תאים רבים בבני אדם מתחלקים מספר **מסויים** של חלוקות , לפני שהם נכנסים למצב פרמננטי של arrest. פיברובלסט למשל (תא של רקמת החיבור שמייצר ומפריש מרכיבים של המטריצה החוץ תאית) , כאשר שמים אותו במבחנה במדיום מיטוגני (מדיום טוב שמעודד מיטוזה) מתחלק בין 25 ל 50 פעמים - מלמד שהתא מפסיק להתחלק לא בגלל סביבה לא טובה אלא שכך הוא מתוכנת. לקראת הסוף , רואים ירידה בקצב החלוקה התאית , ולבסוף מחזור התא נעצר לחלוטין , והתא נכנס למצב של אל חלוקות בלתי הפיך , מצב שנקרא סנסנס Replicative cell senescence בתאים פיברובלסטים אנושיים , הסנסנס מתפתח עקב שינוי שחל במבנה של טלומרים , טלומרים משוכפלים בעת חלוקה תאית ע״י האנזים טלומראז , ולא דנא פולמיראז כמו שאר הגנום , הטלומראז גם מקדם יצירה של מבנה ה cap בקצה של הכרומוזום שמגן עליו , הואיל ופיברובלסטים , בדומה לרוב התאים בסומטיים אצל בני אדם , אינם מייצרים טלומראז , אין התחדשות של הטלומרים ושל הcap , ולכן שני מבנים אלה הולכים ומתקצרים בכל חלוקה תאית , עד שלבסוף , קצוות הכרומוזום נחשפים , התא מתרגם זאת כנזק בדנא , שכורם להפעלת החלבון הרגולטורי P53 שגורם ל arrest P53 dependent cell cycle arrest במכרסמים , תאים עדיין מכילים טלומראז ולכן אין להם את המנגנון הנ״ל , בתאי אדם מהונדסים גנטית שמחזירים להם יכולת לייצר טלומראז גם כן את הסנסנס הזה (יש סוגים שונים של סנסנס) מרבית התאים הסרטניים יכולים לידש את יכולתם לייצר טלומראז , ולכן מבנה הטלומר שלהם נשמרלאורך החלוקות התאיות , מה שאומר שתאים סרטניים אינם עוברים Replicative cell senescence

Question 139

Cell proliferation is accompanied by cell growth

Answer 139

תא חייב לגדול במקביל לחלוקה שלו , אם תאים היו מתחלקים מבלי לגדול תוך כדי , הם היו נעשים יותר ויותר קטנים , ועל כן , במרבית התאים שני התהליכים , חלוקה תאית וגדילה תאית , קורים במקביל. ולכן לצד מיטוגנים , צריך גם פקטורי גדילה. ביצורים חד תאיים , כמו השמר למשל , חלוקת התא וגדילתו תלויים אך ורק בזמינות נוטריינטים מהסביבה , באורגניזמים רב תאיים מנגד , חלוקה וגדילה תלויים בסיגנלים חוץ תאיים , מיטוגנים mitogens שמעודדים חלוקה , ופקטורי גדילה שמעודדים גדילה , שני אלה צריכים לעבוד ביחד. בדומה למיטוגנים , **גם פקטורי גדילה הם סיגנלים שמגיעים מחוץ לתא** , נקשרים לרצפטור על הממברנה התאית , וזה מוציא לפועל **מסלול סיגנלים תוך תאי** !! המסלולים התוך תאיים גורמים לבסוף להצטברות של חלבונים , ומאקרומולקולות אחרות בתא , הן דרך הגברת הסנתזה שלהם מצד אחד , והן דרך הורדת הדגרדציה שלהם מצד שני. בנוסף לכך , התא מגביר , בתגובה להיקשרות פקטורי גדילה על הממברנה שלו , קליטת נוטריינטים מהסביבה , וסנתזת אטפ , שני אלה מושקעים ביצירת יתר של חלבונים. **מנגנון לדוגמה**: **1)** פקטור גדיחה מגיע ונקשר לרצפטור על ממברנת התא -> **2)** הרצפטור כעת מפעיל קינאז שנקרא phosphoinositide 3 - kinase או בקיצור PI3 kinase -> **3)** כאשר הקינאז PI3 מופעל , הוא מפעיל קינאז נוסף שנקרא mTORC1 , הקינאז הזה הוא ריגולטור מרכזי בתהליכי הבקרה על גדילה תאית **בכל היוקריוטים**. הקינאז **mTORC1 מפעיל חלבונים רבים בעלי תפקיד במטבוליזם.** בספר כתוב ש PI3 kinase מוסיף קבוצת זרחן מאטפ **ל עמדה מס׳ 3** של פוספוליפיד בממברנה שנקרא inositol phospholioid , שזה כנראה פוספוליפיד שקושר אנוזיטול , לא בדיוק הבנתי איך זה קשור לסיגנל התוך תאי שפקטורי גדילה משרים.

Question 140

פיגר 17-61 השריית גדילה תאית ע״י סיגנלים חוץ תאיים דרך פקטורי גדילה ונוטריינטים

Answer 140

הקינאז mTORC1 הינו multisubunit kinase , שמופעל ע״י פקטורי גדילה וכן חומצות אמינו **ציטוזוליות** (אינו מערב רצפטור)!! הקינאז mTORC1 פועל ב 3 ערוצים בתא: 1) סנתזת חלבונים: הוא עושה זאת דרך שני חלבונים , 4EBP + S6K1. **מבחינת S6K1**, הוא מזרחן **ומפעיל** אותו , וזה בתורו מפעיל פקטור אניציאציה של תרגום שנקרא eIF4B שמקדם תרגום חלבונים. **מבחינת 4EBP**, הוא מזרחן ומעכב אותו , 4EBP הוא בעצמו מעכב של פקטור אניציאציה של תרגום eIF4E , כלומר עיכוב של המעכב , ולכן בסוף זה מעודד תרגום וסנתזה של חלבונים. 2) סנתזת שומנים: גם פה mTORC1 פועל דרך פוספורילציה של שני חלבונים , S6K1 ו- lipin. **מבחינת S6K1** הוא מזרחן ומפעיל אותו , ה S6K1 שהוא בעצמו קינאז מזרחן חלבון שנקרא SREBP , סרבפ הוא בקר שעתוק שמקדם יצירת חלבונים בעלי תפקיד בסנתזה של שומנים. **מבחינת lipin** , הוא מזרחן ומעכב אותו , ליפין הוא מעכב של SREBP , ולכן יש פה עיכוב של המעכב , כל ש SREBP נהיה פעיל וגורם בסוף לסנתזת שומנים. 3) protein turnover: זרחון של קינאז נוסף שנקרא ULK1 , ע״י mTORC1 מעכב אותו , ומוריד את יכולתו לעשות turnover לחלבונים S6K1 = S6 kinase 1

Question 141

תאים **משגשגים** בד״כ מתאמים בין גדילה לחלוקה

Answer 141

כדי שתאים ישמרו על גודל קבוע , עליהם לתאם בין קצב הגדילה לקצב החלוקה שלהם. אחרי כל סבב חלוקה , על התא להכפיל את גודלו. לא ברור כיצד תאים מצליחים לשמור על התיאום הזה , ככל הנראה מדובר במנגנונים שונים בין אורגניזמים שונים , וכן במנגנונים שונים בתאים שונים באותו אורגניזם (פיגר 17-62). התיאום לא תמיד קיים , אין פה צימוד אובליגטורי , ואף לעיתים , בהכרח אין צימוד בין שני התהליכים כדי לאפשר לתאים מסויימים לגדול ללא חלוקה , או להתחלק ללא גדילה. תאי שריר ועצב , למשל , יכולים לגדול למימדים מרשימים , ובמקביל לא להתחלק , בעצם הם עושים arrest לחלוקה ורק גדלים. תאי ביצית , לפני ההפריה רק גדלים ללא חלוקה , עד שמגיעים לגודלם הסופי , ואחרי ההפריה (זיגוטה) רק מתחלקים ללא גדילה. המסלולים בהם תא מבקר את הגדילה שלו אינם מובנים עד תום , דוגמה אחת שקצת מובנת היא עצבים סימפטטיים ביונקים , שהגדילה שלהם תלויה בפקטור גדילה שנקרא NGF שמופרש מתאי המטרה אותם יעצבב אותו תא עצב , ככל שיותר פקטור מופרש , כך העצב יגדל יותר. ההנחה היא שפוטנציאל הגדילה של התא נקבע ע״י המידע שקיים בגנום שלו , בעוד סיגנלים מחוץ לתא מווסתים את המימוש של הפוטנציאל הזה. NGF = nerve growth factor

Question 142

פיגר 17-62

Answer 142

ישנם מספר מסלולים היפוטתיים שההנחה היא שלפיהם , או לפי שיחוב שלהם, מושג התיאום בין גדילת התא וחלוקתו

Question 143

בקרות ספיציפיות על מחזור התא: שלב S

Answer 143

בשלב S , על התא לשכפל את הכרומטין , כלומר לצד הדנא , עליו לשכפל גם את החלבונים שקשורים לדנא , כדי להבטיח שתאי הבת **יורשים את כל הפיצ׳רים של מבנה הכרומוזום** ולא רק את רצף הדנא (מידע). הארוע הכי מרכזי בדופליקציה של הכרומוזום , הוא שכפול הדנא , פה עומדים בפני התא שני אתגרים: - התהליך חייב להיות מדוייק מאד כדי שלא יורשו טעויות לדורות הבאים (מניעת תאי בת מוטנטיים) - הדנא חייב לעבור שכפול פעם אחת ויחידה בכל מחזור תא כיצד התא עושה זאת ?

Question 144

הקומפלקס S-cdk מאפשר אתחול שכפול רק פעם אחת בכל מחזור תא:

Answer 144

שכפול הדנא ביוקריוטים מתחיל באזור בגנום שנקרא origin , כאשר על הכרומוזום יש מספר origins. כידוע לנו , במהלך שלב S , השכפול מתחיל מה origins האלה וממשיך הלאה בשני כיוונים מנוגדים , כשדנא הליקאז פותח את הסליל הכפול , וחלבוני שכפול לרבות פולימראזות , מועמסים על כל גדיל , כך מתחיל שלב האלונגציה. כאמור , התא חייב להבטיח שכל origin נפתח רק פעם אחת בכל מחזור (עובר שכפול רק פעם אחת) כדי לעשות זאת , אתחול השכפול , האניציאציה , מחולק לשני שלבים נפרדים , שקורים בזמנים שונים במהלך מחזור התר: **1) השלב הראשון של האתחול:** השלב הראשון מתרחש אך ורק **בסוף המיטוזה , או תחילת G1** , כאשר שני דנא הליקאזות לא פעילים , נקראים mcm helicase , מוטענים על הדנא , באזור ה origin. השלב הזה נקרא licensing of replication , כי שכפול של דנא יכול להתרחש רק על origins שיש עליהם הליקאזות mcm. **2) השלב השני של האתחול**: השלב הזה מתרחש במהלך שלב S , כאשר שני ה mcm הליקאזות מופעלים ע״י s-cdk (אך לא רק), מה שגורם לפתיחה של הסליל הכפול ותחילת השכפול. ברגע ש origin נפתח בצורה הזאת (זרחון mcm ע״י s-cdk) , הוא לא יכול לעבור שכפול נוסף , כל עוד אין עליו שני mcm **לא פעילים** , כאמור , הטענת ה mcm על ה origins מתרחשת אך ורק בסוף המיטוזה / תחילת G1 , משמע , לא ייתכן סבב שכפול נוסף של אותו origin במהלך שלב ה S הנוכחי.

Question 145

אתחול שכפול ביוקריוטים , קורה בשני שלבים ומשתתפים בו מספר שחקנים:

Answer 145

אתחול שכפול , **מנגנון**: 1) **שלב ה licensing**: מתרחש בסוף המיטוזה/ תחילת G1. הראשון שנקשר ל origin הוא קומפלקס חלבוני גדול , multiprotein complex , שנקרא ORC. כשהתא מגיע לסוף המיטוזה / תחילת G1 מגיעים שני חלבונים נוספים , cdt1 שנקשר להליקאז עצמו ו- cdc6 שנקשר ל ORC , ביחד , שלשת החלבונים מעמיסים שני mcm הליקאוזת **סמוך** ל origin, כך אנחנו אומרים שה origin עבר licensin … מחזור התא ממשיך להתקדם , מסיים G1 , ובא להיכנס לשלב S … 2) **ממש בכניסה לשלב S** , מתרחשת עליה בציקלינים A והפעלה של הקומפלקס S-cdk , הקומפלקס כעת מזרחן חלבוני אקססורי (DDK, GINS , cdc45) ומפעיל אותם , ואלו בתורם גורמים להפעלת ה mcm הליקאזות , כך ההליקאזות פותחות את הדנא , ועל כל גדיל מתיישב הליקאז mcm פעיל (כל הליקאז הוא למעשה הקסמר) . בשלב הבא מגוייסים חלבוני האלונגציה , לרבות דנא פולימראז , והשכפול מתחיל. ה DDK חלבון שמופעל בשלב S ע״י s-cdk הוא **הקינאז** בעצמו , DDK מזרחן חלק מתת היחידות של mcm ובזה תורם לאקטיבציה של ה origin הזרחון של ORC ו- cdc6 ע״י s-cdk משבית אותם , כך שלא מתאפשרת הטענה של mcm חדש על הorigin בסבב השכפול הנוכחיה , אלא עד שהמערכת עוברת reset , כלומר עד סוף המיטוזה / תחילת G1 הבא. בתא קיימים מספר מנגנוני ״עזר״ , שעוזרים בסנכרון אתחול השכפול: **1) מנגנון שפועל דרך APC/C:** במיטוזה מאוחרת / G1 מוקדם , כידוע לנו , הקומפלקס APC/C-cdh1 פעיל , והוא גורם לדגרדציה של חלבון אנהיביטורי שנקרא geminin , שתפקידו זה לעכב את cdt1 , כך ש cdt1 יהיה פעיל , כלומר יתאפשר לתא לעשות licensing. בסוף G1 כאשר APC/C נכבה , ההרס של ג׳מנין יורד , מה שגורם לעליה בריכוז שלו , ועל כן מוגבר העיכוב על cdt1 , כלומר מסוף G1 והלאה , עד סוף המיטוזה , אין cdt1 ולכן אין הטענה של mcm חדש. 2) דרך היוביקוויטין ליגאז CRL4: כאשר cdt1 נקשר על origin פעיל , זה מפעיל יוביקוויטין ליגאז שנקרא crl4-cdt2 , מסמן אותו לדגרדציה , כך ריכוז cdt1 יורד מתחילת S עד סוף המיטוזה / תחילת G1 , מה שמונע התחלת סבב שני של שכפול (כי אין cdt1 בשביל לעשות לייסינסינג). ORC = origin recognition complex

Question 146

פיגר 17-21 בקרה על דופליקציית כרומוזומים ביוקריוטים

Answer 146

ההכנות לקראת שכפול הדנא מתחילות עוד בסוף המיטוזה / תחילת G1 , כאשר שני mcm הליקאזות מוטענים בסמוך ל origin , עליו כבר יושב קומפלקס ORC. הכניסה לשלב S , מביאה להפעלת s-cdk שבתורם מפעילים את שני ההליקאזות , הכרומוזום נפתח , ונוצרים שני מזלגות שכפול , עד שלבסוף כל הכרומוזום משוכפל לקבלת שני עותקים. במיטוזה ,שני העותקים מופרדים לשני תאי בת , ועל כל עותק , בכניסה ל G1, מוטען mcm חדש. עוד בפיגר: נחמד לעשות קשר מחשבתי בין- - S-cdk activation = initiation - M-cdk activation = chromosome segregation - APC/C activation = CDK inactivation = increased de phosphorylation = assembly of new mcm at origin

Question 147

פיגר 17-22 בקרה על אתחול שכפול ביוקריוטים

Answer 147

הקומפלקס ORC נמצא על ה origin **לכל אורך מחזור התא** , אולם הוא הופך להיות פעיל רק במיטוזה המאוחרת / G1 מוקדם , כאשר נקשר **עליו** החלבון cdc6. על ה mcm הליקאז נקשר החלבון cdt1 , והקומפלקס (mcm-cdt1) מוטען על הדנא בסמוך ל origin ע״י הקומפלקס ORC-cdc6 **שמשתנש באנרגיית אטפ לשם כך**. ברגע ששני mcm הליקאזות מוטענים על הדנא , cdt1 ו- cdc6 משתחררים , כל אחד מאיפה שהוא קשור. **כל mcm הליקאז הוא הקסמר בפני עצמו !! שני ההחיקאזות מוטענים על הדנא וחובקים אותו הודות למבנה שלהם. כעת בתחילת שלב S , הקינאז s-cdk מופעל ,והוא מזרחן מספר חלבונים: 1) את החלבונים , GINS ו- cdc45 ומפעיל אותם , אלו נקשרים על שני ה mcm ליצירת הליקאז פעיל. 2) כמו כן s-cdk מפעיל את הקינאז DDK שמזרחן מספר תת יחידות על mcm הליקאז ומפעיל אותו. כך שבשלב s יש לנו mcm הליקאז פעיל , שנקרא CMG , כנגד cdc45/mcm/gins , שפותח את הדנא , דנא פולימראז מגיע , עם עוד מספר חלבונים שקשורים לאלונגציה. 3) מזרחן את cdc6 ו- cdt1 ומשבית אותם , כך מובטח שלא יהיה אתחול שכפול נוסף לאורך כל שלב S , ורק בסוף המיטוזה כאשר הזרחנים יורדו התא יוכל לאתחל סבב שכפול נוסף. ה orc יורד מהדנא כשמזלג השכפול עובר שם , אך במהרה שני orc חדשים מוטענים , אחד על כל origin , ולכן אנחנו מתייחסים ל ORC שהוא קשור ל origin לכל אורך מחזור התא.

Question 148

דופליקציה של הכרומוזום דורשת דופליקציה של **מבנה** הכרומטין

Answer 148

אז מפה ההבנה היא ששכפול הדנא , הוא לא רק שכפול של רצף נוקליאוטידים , אלא גם של המבנה הכללי של הכרומוזום , ביחד הרצף והמבנה , הם הבסיס למידע שקיים בגנום , ששוחט בביטוי חלבונים ומורש לדורות הבאים. הכרומטין בנוי מדנא , הסטונים , וחלבונים שהם אינם הסטונים. בשלב S , לצד הכפלת הדנא , גם החלבונים מוכפלים , ואז לא רק שהם מחולקים שווה בשווה בין שני תאי הבת , אחא שהם חוסרים למקום שלהם בדיטק היכן שהיו בתא האב. הכי חשוב , זה 4 הסטוני הליבה שמרכיבים את הנוקליאוזום , הם משוכפלים בשלב S , מי שמטגרר את השכפול שלהם זה s-cdk ההסטונים מסודרים במקומם על הדנא החדש בתאי הבת , בדיוק איפה שהם היו לפני השכפול בתא האב , הודות לחלבונים מתמחים שנקראים nucleosome assembly factors , הםקטורים האלה נקשרים לחלבונים שנמצאים על מזלג השכפול (כגון הליקאז , דנא פולימראז) ומסדרים את ההסטונים תוך כדי לכרומטין שני מבנים יוכרומטין שהוא פחות דיוס , והטרוכרומטין שהוא יותר דחוס, השימור של המבנים האלה חשוב לא פחות מהשימור של רצף הנוקליאוטידים.

Question 149

חזרות: בקרות ספיציפיות

Answer 149

מצ״מ שקפים 201 עד 217 שקף 214 סיכום של כל חלבוני cdc

Question 150

מיוזה:

Answer 150

מרבית התאים ביוקריוטים גבוהים מתרבים באופן מיני , שזה אומר שהחומר הגנטי של שני ההורים מתערבב ליצירת צאצא בעל הרכב גנטי שונה (ערבוב של השניים) , רביה מינית מתרחשת דרך מיוזה. מיוזה היא חלוקת הפחתה , בה תא דיפלואידי - תא שמכיל שני עותקים הומולוגים של אותו כרומוזום , אחד מהאבא ואחד מהאימא , הופך להיות הפלואידי - תא שמכיל עותק אחד של כל כרומוזום. ביצורים רבים , התאים ההפלואידים האלה עוברים התמחות בה הם הופכים לתאי רביה שנקראות גמטות -בעצם תאי זרע וביציות (תאי נבט). זרע וביצית מתאחים לזיגוטה , שגם היא דיפלואידית , בשלב הזה נגמר ה reproductive cycle עבור התא , והזיגוטה ממשיכה להתחלק דרך מיטוזה. שקף 221 - ההבדל בין יוקריוטים נמוכים ליוקריוטים גבוהים.

Question 151

במיוזה יש שני סבבים של הפרדת כרומוזומים: Two rounds of chromosome segregation

Answer 151

חלק מאד גדול מהתהליכים ומערכות הבקרה התאיות שפועלים במיטוזה , פועלים גם במיוזה. במיוזה , מספר הכרומוזומים מתחלק בחצי. כמו במיטוזה , גם במיוזה , הכל מתחיל בשכפול הדנא בשלב S , כך שכל כרומוזום מוכפל ליצירת שתי כרומטידות הקשורות יחדיו ע״י קוהזינים לכל אורכם. אולם בניגוד למיטוזה , שבה יש רק סבב אחד של chromosome segregation , במיוזה יש שני סבבים: 1) **מיוזה 1:** **זהו שלב ייחודי עבור המיוזה** , שאינו קיים במיטוזה. ונבדל ממנה בשני דברים: - בשלב הזה , הכרומוזומים המוכפלים (4 כרומטידות) מסתדרים זה לצד זה ומתחברים פיזית , בתהליך שנקרא **רקומבינציה גנטית** , תהליך שלא קיים במיטוזה. 2) כעת הכרומוזומים מסתדרים במרכז התא ונקשרים **לכישור המיוטי,** אך כאן ההפרדה באנאפאזה 1 היא של **ההומולוגיים עצמם ולא של הכרומטידות.** כך נוצרים שני גרעינים חדשים , אחד מכיל כרומוזום אבהי (שתי כרומטידות), והאחר מכיל כרומוזום אמהי (שתי כרומטידות). **2) מיוזה 2**: התהליך פה דומה למיטוזה , כך שיש הפרדה של הכרומטידות זו מזו באנאפאזה 2. בשלב הזה אין שכפול של הדנא , אלא רק חלוקה. כך מתא דיפלואידי אחד , נוצרים 4 תאים הפלואידים , כשכל תא מכיל אך ורק כרומוזומים אבהיים או אמהיים אך לא את שניהם. שקף 222

Question 152

פיגר 17-52

Answer 152

במיוזה יש סבב אחד של שכפול הגנום , ולאחריו שני סבבים של חלוקה. במיוזה 1 , יש העברת מידע בין הכרומוזום האבהי לכרומוזום האמהי כאשר אלה מסתדרים על הכישור המיוטי , בתהליך של רקומבינציה (cross over) בסוף מיוזה1 אין ציטוקנזה , אלא רק בסוף מיוזה2. כל תא הפלואידי שנוצר, מתמחה בהמשך לכדי גמטה (זרע או ביצית) ,

Question 153

הומולוגים משוכפלים חוברים יחדיו במהלך **פרופאזה1**:

Answer 153

במרבית האורגניזמים , שני הכרומוזומים אינם תלויים אחד בשני , ואינם משפיעים , אחד על התנהגותו של האחר , במהלך המיטוזה. במיוזה הסיפור שונה , ושני הכרומוזומים כן מקיימים קשר בינהם. במהלך מיוזה1 , שני ההומולוגים (שעברו כבר שכפול) חייבים לזהות אחד את השני קודם כל , לחבור יחדיו , ״ולהזדווג״ כדי שיוכלו לעשות רקומבינציה הומולוגית בהמשך (ובפוטנציה cross over) , ודבר שני , הם מסתדרים בצורת bi orientation , כדי שבאנאפאזה1 הכישור המיוטי ידע להפריד בינהם. כבר בשלבי המיוזה המוקדמת , בעצם בפרופאזה1 , כאשר הכרומוזום מורכב משתי כרומטידות אחיות שמוחזקות בחוזקה יחדיו (cohesin) עד כדי כך שהן נראות כישות אחת , מתחיל תהליך הזיווג בין ההמולוגים , שנקרא pairing. בשלב הזה ההומולוגים נקשרים זה לזה לכל אורכם. ככל שפרופאזה1 מתקדמת , ההומולוגים נהיים יותר ויותר צמודים (בספר משתמשים במונח juxtaposed), עד שנוצר מבנה 4 כרומטידי four chromatid structure שנקרא bivalent , שבו כאמור ההומולוגים קשורים זה לזה לכל אורכם. בשלב הבא , מתחיל תהליך של רקומבינציה הומולוגית: בעצם במספר מוקדים לאורך **אחת הכרומטידות** של הומולוג אחד נוצרים שברים דו גדליים , ואז בתהליך של רקומבינציה הומולוגית , מוחלפים מקטעי דנא עם הכרומטידה מההומולוג השני. לא בכל האזורים בהם מתרחשת רקומבינציה הומולוגית בין הכרומטידות יהיה ארוע של crossover פרופאזה1 זה תהליך מאד ארוך , בשמר מספר שעות , בעכברים מספר ימים , בעצים עילאיים מספר שבועות. שלב ה pairing שבו שני ההומולוגים מתקרבים זה לזה בפרופאזה1 מתרחש , לפחות בחלק מהיצורים , באזורים מיוחדים שנקראים pairing sites , ואז כאמור שני ההומולוגים מתחברים לכל אורכם. שקף 224

Question 154

פיגר 17-53

Answer 154

מבנה ה bivalent מורכב משני הומולוגים משוכפלים , או מארבע כרומטידות. כל שתי כרומטידות בכל הומולוג מוחזקות חזק יחדיו לכל אורכן ע״י cohesin , כמו במיטוזה , וכן בצנטרומר שלהן (securin) בשלב הזה שני **ההומולוגים** מוחזקים יחדיו חזק דרך קומפלקס חלבוני שנקרא synaptonemal complex , לאחר השלמת הרקומבינציה ההומולוגית בין non-sister chromatids הסנפטונימאל מתפרק , ולקראת סוף פרופאזה1 שני ההומולוגים מתרחקים זה מזה **מעט**. האזור שבו מתרחש crossover נקרא chiasma , וניתן לראות אותו דרך מיקרוסקופ.

Question 155

פרופאזה1: ה pairing של ההומולוגים מגיע לשיאו כשנוצר הקומפלקס הסינפטונימלי Synaptonemal

Answer 155

בתהליך ה pairing שני ההומולוגים מתקרבים אחד לשני , כאשר הצירים המרכזיים שלהם - axial core - מגיעים למרחק של כ 400 ננומטר זה מזה (עמ׳ 1112 בספר), כבר בשלב זה מתחיל להיווצר הקומפלקס הסינפטונימלי. המנגנון לפיו ה pairing בין ההומולוגים מתרחש תלוי במרבית היצורים **בשבר דו גדילי** שנוצר בכרומטידות האחיות על הומולוג אחד , על השבר הזה מגיע קומפלקס חלבוני שנקרא recombination complex , נקשר אליו ומתאם את היקשרותו לרצף מתאים על כרומטידות בהומולוג השני , כך נוצר pairing. הסידור הזה , הpairing , של ההומולוגים נקרא presynaptic alignment. לאחר מכן בשלב הבא מתרחש תהליך synapsis שבו הצירים המרכזיים של שני ההומולוגים מתקרבים זה לזה עד ל 100 ננומטר , ושני ההומולוגים נקשרים בחוזקה זה לזה. הקישור בין שני ההומולוגים מתבצע דרך transverse filaments שמרכיבים את ה synaptonemal complex. תהליך השחלוף , crossover , בין non sister chromatids על ההומולוגים מתחיל עוד לפני שנוצר הקומפלקס הסינפטונימלי , אך מסתיים אחרי שהוא נוצר. שקף 226

Question 156

פיגר 17-54

Answer 156

לכל כרומוזום יש ציר מרכזי **שבנוי מחלבונים** , בין החלבונים האלה נוצר ה synaptonemal complex , שבנוי מ transverse filaments. החלבונים שמרכיבים את הציר המרכזי axial core קושרים גם קוהזינים cohesin שמחברים את הכרומטידות יחדיו.

Question 157

לפי השינויי המורפולוגיים שמתרחשים בזמן ה pairing בין ההומולוגיים, ניתן לחלק את פרופאזה1 ל 5 שלבים;

Answer 157

5 שלבי פרופאזה1 הם: - leptotene - zygotene - pschytene - diplotene - diakinesis **לפטוטן**: פה נוצר הקומפלקס הפרי סינפטי. בשלב הראשון , הכרומוזומים עוברים דחיסה , ולאחר מכן pairing , ומתחילים **תהליכי** רקומבינציה. **זיגוטן**: פה מתרחש סינפסיס. הקומפלקס הסניפטונימלי synaptonemal מתחיל להיווצר , ומתרחשים **ארועי** רקומבינציה. **פכיטן**: תהליך יצירת הקומפלקס הסינפטונימלי מושלם , וההומולוגים מחוברים זה לזה לכל אורכם , השלב הזה יכול להימשך ימים (אפילו יותר) , פה מתרחש השחלוף. **דפלוטן**: מתחיל תהליך desynapsis , והקומפלקס הסנפטונימלי מתפרק , הכרומוזומים גם נדחסים ונהיים יותר קצרים. רק בשלב הזה ניתן לראות chiasma (כיאזמטה ברבים) במיקרוסקופ. הכיאזמה הינו מבנה בין כרומוזומלי (שנוצר בין כרומטידות לא אחיות) , שיש לו גם **תפקיד בהחזקת מבנה ה bivalent** ביחד מלבד התפקיד ברקומבינציה. כעת , בשלב הבא שנקרא diakinesis , **ההומולוגים** יכולים לעבור הפרדה.

Question 158

פיגר 17-55 תהליך ה synapsis ו- desynapsis בשלביה השונים של פרופאזה1

Answer 158

בלפטוטן שתי הכרומטידות האחיות ״מתמזגות״ יחדיו על הציר המרכזי של הכרומוזום axial core עד שלא ניתן להבדיל בינהן. בשלב הזה נראים כל מיני loops שיוצאים מהציר (רואים זאת סכמטית בפיגר 17-54). הרכבת הקומפלקס ה synaptonemal מתחילה בזיגוטן , ומושלמת בפכיטן , ולבסוף הקומפלקס מתפרק בדיפלוטן

Question 159

פיגר 17-56

Answer 159

מוצג מבנה של bivalent , רואים עליו שלש כיאזמטה chiasma , כלומר קיימים 3 אתרים של crossing over בציור הסכימטי רואים את המבנה של ה bivalent. כאשר הקומפלקס הסינפטונימלי מתפרק , המבנה הביוולנטי מוחזק ע״י הכיאזמטות שנוצרו בין non sister chromatids (בין כרומוזומלי) , וכן הקומפלקסים הרבים של הקוהזין cohesin שמחזיקים כרומטידות אחיות יחדיו (תוך כרומוזומלי). אם יהיה פגיעה באחד משני הנ״ל , כיאזמטות או העדר קוהזין , לא תהיה הפרדה תקינה של ההומולוגים באנאפאזה1

Question 160

הפרדת ההומולוגים במיוזה1:

Answer 160

אנחנו יודעים שמיוזה1 נבדלת ממיטוזה ומיוזה2 בזה שבזמן האנאפאזה (אנאפאזה1) כרומוזומים הומולוגים , ולא כרומטידות אחיות , עוברים סגרגציה: זה קורה הודות ל 3 מאפיינים של מיוזה1: 1) שני הקניטוכורים של זוג כרומטידות אחיות (על אותו הומולוג) עוברים איחוי ובכך מתחברים לאותם סיבי כישור (מאותו קוטב). קישור זה הינו שגוי במיטוזה וגורר בעיות בהמשך , אך במיוזה1 הוא תקין. הקישור של צמד הקניטוכורים לאותם סיבי כישור נעשה דרך חלבונים מיוחדים שנמצאים עליהם , אולם אחרי מיוזה1 , החלבונים האלה יורדים מהקניטוכור , כך שבמיוזה2 הקשר בין הכישור לקניטוכור על הכרומטידות הוא לפי bi orientation 2) קשרים צולבים crossover בין כרומטידות לא אחיות על שני ההומולוגים מחזיקים את ה bi valent ב bi orientation , בדיוק כפי שקוהזין cohesin מחזיק כרומטידות אחיות במיטוזה ומיוזה2. הסיבה ש crossover מחזיק הומולוגים ביחד , הוא רק כי בכל הומולוג שתי הכרומטידות מוחזקות יחדיו ע״י קוהזין (פיגר 17-57). 3) באנאפאזה1 הקוהזין שמחזיק כרומטידות אחיות בכל הומולוג יורד , ונשאר רק הקוהזין בצנטרומר , באזור הקניטוכור. הפירוק של הקוהזין בזרועות מטגרר כניסה לאנאפאזה1 וסגרגציית הומולוגים. התהליך הזה תלוי APC/C שגורם להרס של סקיורין securin הפעלה של ספראז separase וחיתוך של הקוהזינים מהזרועות. הקוהזין בצנטרומר מוגן מהתהליך הזה במהלך מיוזה1 הודות לחלבון היפני שוגושין shugoshin שקשור לקניטוכור שוגושין מגייס פוספטזות שמורידים זרחנים מהקוהזין הצנטרומרי , **ללא הזרחנים , ספראז לא מצליח להוריד את הקוהזין** , הודות למנגנון הזה כרומטידות אחיות נשארות מוחזקות יחדיו בצנטרומר במהלך מיוזה1 שוגושין מושבת אחרי מיוזה1 אחרי אנאפאזה2 , נוצרת מעטפת גרעינית מסביב לכרומוזומים , ובציטוקנזה נוצרים התאים ההאפלואידיים. שקף 234

Question 161

פיגר 17-57 השוואה בין מיוזה1 , מיוזה2 , ומיטוזה

Answer 161

במיטוזה ומיוזה2 קורים אותם דברים במיוזה1: שני הקניטוכורים של שתי הכרומטידות האחיות שעל כל הומולוג מסתדרים זה לצד זה בצורת side-by-side ולא bi orientation , כך שהם נקשרים לסיבי כישור מאותו קוטב. הקוהזינים cohesin שמחזיקים את הכרומטידות בזרועות עוברים פרוטיאוליזה (סקיורין ספראז) , ורק באזור הצנטרומר נותרים קוהזינים שמוגנים ע”י שוגושין shugoshin , כך שבמיוזה1 ישנה הפרדה של ההומולוגים , אך לא של הכרומטידות האחיות. שבירה של קוהזין צנטרומרי מאפשרת הפרדה של האחיות במיוזה2

Question 162

תהליך השחלוף הינו תהלוך מאד מבוקר: Crossing over

Answer 162

לשחלוף יש שני תפקידים עיקריים, הראשון , הוא מחזיק את ההומולוגים יחדיו , כדי שאלו יופרדו לשני תאי בת בסוף פרופאזה1. והשני , מעלה את השונות הגנטית של הגמטות. ולכן , כפי שניתן לשער , התהליך , בגלל חשיבותו , נתון לבקרה קפדנית. הבקרה מתרחשת בשלש רמות, **גם מספר השברים הדו גדיליים שנוצרים מבוקר** , וגם **המיקום שלהם**. וכן הסיכוי שאותו שבר יניב בסוף שחלוף !! בממוצע , הודות לתהליכי הבקרה הללו , כרומוזומים הומולוגיים בבני אדם יוצרים בינהם כ 3 אתרי שחלוף. כעיקרון , השבר הדו גדילי יכול להיווצר בכל מקום לאורך הכרומוזום , אך בפועל יש אזורים , נקראים hot spots , שבהם הסיכוי הוא יותר גבוה , מקומות אלה מאופיינים בכך שהם נגישים , בעצם יוכרומטיים. בעוד שמקומות הטרוכרומטיים , כגון צנטרומרים וטלומרים , אינם נגישים באותה מידה , ועל כן נקראים cold spots. קיימים לפחות שני מנגנונים שמבקרים היווצרות שברים דו גדיליים ועל כן crossover , שניהם פועלים **לפני** היווצרות הקומפלקס ה synaptonemal. הראשון נועד להבטיח כי **לפחות ארוע אחד של crossover בין ההומולוגים יתרחש** , שבלעדיו לא יהיה ניתן להפריד את הכרומוזומים במיוזה1. השני , נקרא crossover interference , היווצרות ארוע crossover באתר נתון בכרומוזום , מונע מארוע אחר להתרחש בקרבת מקום , ככל הנראה ע״י שימוש בכל החלבונים הזמינים באותו אזור ליצירת crossover יציב משבר דו גדילי.

Question 163

שקף 17-68

Answer 163

בין ההומולוגים חייב להיות לפחות crossover אחד , אך ככל הנראה זה אף פעם לא יעלה על 4

Question 164

במיוזה יש הרבה טעויות

Answer 164

טעויות הן בעיקר נפוצות במיוזה אצל נשים בבני אדם. אחרי שלב **הדפלוטן** , יש arrest של התהליך , כך שמיוזה1 מושלמת רק אחרי ביוץ , ומיוזה2 רק אחרי שהביצית מופרית. טעויות בסגרגציה של כרומוזומים במהלך מיוזה1 , תופעה שנקראת nondisjunction , היא הסיבה העיקרית להפלות ספונטניות , ופיגור שכלי. במהלך nondisjunction חלק מהגמטות יהיו חסרות כרומוזומים , עקב סגרגציה שגויה , ובחלק יהיה עודף. דוגמה לכך היא תסמונת דאון , שהיא טריזומיה של כרומוזום 21. טעויות בסגרגציה עולות בגיל אימהי מבוגר. שקף 238

Question 165

לראות סרטונים מומלצים בסוף המצגת.