Celldifferentiering och cellcykeln

Question 1

Vad menar man när man säger att differentierade celler är determinerade?

Answer 1

Att de är anpassade för de specifika uppgifter de ska utföra och inte kan bli något annat.

Question 2

Hur fungerar celldelningen av en stamcell i korta drag?

Answer 2

En stamcell delar sig asymmetriskt. Den ena dottercellen återbildar stamcellen medan den andra delar sig och blir lite differentierad. Dessa delar sig ett par gånger (transit amplifying cells) och alla differentieras sedan. Detta leder alltså till återbildning av grundstamcellen samt många nya differentierade celler.

Question 3

Vilka typer av stamceller finns?

Answer 3

Embryonala stamceller och adulta stamceller. Embryonala är pluripotenta - kan bli vad som helst (utom placentaceller)) och Adulta är multipotenta - kan bli vissa typer av celler (tex hematopoietiska stamceller kan bli alla typer av blodceller).

Question 4

Vissa differentierade celler stannar i G0 läge, vad innebär detta och vad är funktionen av detta?

Answer 4

G0 läge är en fas i cellcykeln där celldelning “pausas”. Fördelen med att ha celler i detta stadie är att de kan gå ut G0 fasen och börja dela sig igen vid behov.

Question 5

Vad avgörs vid G1 checkpointen i cellcykeln?

Answer 5

I G1 checkpointen bestäms om cellen ska bli terminalt differentierad, gå in i G0 fas eller gå vidare i celldelningsfasen igen.

Question 6

Ge exempel på en celltyp som stannar i G0 läge och inte blir terminalt differentierade.

Answer 6

Tex fibroblaster kan triggas att gå ur G0 fas av PDGF-signalering (platelet derived growth factor) om området runt cellen har skadats eller behöver växa.

Leverceller: Stor regenerationsförmåga.

Endotel i blodkärl kan triggas att gå ur G0 av VEGF (vascular endothelial growth factor)-signalering: avsaknad av syre triggar VEGF, så tex skadade blodkärl eller områden med otillräcklig syretillförsel kan trigga VEGF.

Question 7

Vart hittar man hematopoietiska stamceller i kroppen?

Answer 7

I benmärgen.

Question 8

Vilka olika cellinjer finns i “släktträdet” för hematopoietiska stamceller?

Answer 8

Myleoid - blodbeståndsdelar
Lymphoid - immunförsvarsbeståndsdelar.

Question 9

Vad är det som avgör vad stamcellens dottercell ska differentieras till?

Answer 9

I huvudsak är det olika tillväxtfaktorer (growt factors) som avgör, men för adulta stamceller är det även typen av stamcell som avgör (multipotenta stamceller är något begränsade).

Question 10

Tarm-epitelet är ett bra exempel på kontinuerlig stam-celldelning. Vart sitter dessa stamceller och vilka typer av celler kan de bilda?

Answer 10

Stamceller i tarmepitelet sitter i groparna mellan mikrovilli-strukturerna. Dessa stamceller kan bilda:
1. absorberade celler
2. gobletceller: utsöndrar slem/mucus
3. endokrina celler: hormonutsöndring
(4. Paneth celler i tunntarm): bildar antimikrobiella peptider som håller mikrobiomet i schack.

Question 11

Vad heter den tillväxtfaktor som triggar stamcellsdelning i tarmepitelet?

Answer 11

Wnt (“Wint”)

Question 12

Vad skiljer hud/hår/talgkörtel epitelets stamceller från tex blod och tarmstamcellerna?

Answer 12

Att de generellt inte är multipotenta. I hår - folickelstamceller, i hud - Epidermis-stamcell, i talgkörtel - Talgkörtelstamceller.

Question 13

Vart sker nybildningen av hudceller?

Answer 13

Nybildningen av hudceller bildas av epidermis-stamceller som sitter underst i epitelet, nära den basala laminan. Celler flyttas sig gradvis utåt och döda celler längs ut ömsas av kontinuerligt.

Question 14

Vad kallas stamcellerna i skelettmuskel-/muskelceller? När är de aktiva?

Answer 14

Stamcellerna i muskler och skelett kallas satellitceller. De är vanligtvis inte aktiva, utan ligger stilla i G0 fas. Om muskler/skelett skadas kan deras celldelning triggas igång av tillväxtfaktorer som utsöndras genom konformationsändringar i ECM.

Question 15

Vart hittar man generellt stamceller i kroppen?

Answer 15

I mikromiljöer man brukar kalla nishar, förhålladena i dessa håller balans mellan återbildning av stamceller och differentiering. Stamceller är dock inte vanligt förekommande i adulta vävnader, så det är ett väldigt aktivt forskningsfält.

Question 16

Ge exempel på hur adulta stamceller kan tillämpas medicinskt.

Answer 16

En väletablerad tillämpning av adulta stamceller är benmärgstransplantation. Tex en patient med blodcancer får cellerna i blodet förstörda med kemoterapi, sedan transplanteras benmärg från en frisk donator i i patienten och stamcellerna ger ett nytt hematopoietiskt system till patienten.

Även hudcellstransplantation är relativt enkelt från egna celler.

Det är dock ganska svårt generellt att isolera och odla adulta stamceller.

Question 17

Förklara vad reproduktiv kloning innebär.

Answer 17

Reproduktiv kloning innebär att man för in en cellkärna från en somatisk cell in i ett ofertiliserat ägg och sedan transplanterar man in embryot i en surrogat.

Question 18

Förklara vad terapeutisk kloning innebär.

Answer 18

En cellkärna från en somatisk cell förs in i ett ofertiliserat ägg och det odlas till ett embryo. Stamceller från embryot kan sedan odlas och induceras till den vävnad patienten behöver, som då har exakt samma genom som patiernten (minskar risken för rejection enormt).

Question 19

Cellcykeln tar ungefär 24 timmar för humana celler. Redogör kort för de olika stegen i cellcykeln.

Answer 19

Cellcykeln delas upp i mitos (celldelningsfasen) och interfas (preparation inför celldelning). Interfas kan delas upp i tre steg:
G1 - Tillväxtfas: cellen är metaboliskt aktiv
S - duplicering av DNA
G2 - produktion av proteiner och annat som behövs i mitosen. Mitos är den mest dramatiska fasen, men den tar bara upp ca 5% av cellcykelns tid.

Celler kan även gå in i G0, vilket är som en paus från cellcykeln, där de kan börja genomgå aktiv cellcykel igen om det behövs.

Question 20

Cellcykeln rergleras bland annat av externa faktorer, vilka och när i cellcyklen händer detta?

Answer 20

Den viktigaste kontrollpunkten är START i jästceller, som ligger i slutet på G1 fasen. Här avgörs om cellen ska gå in i cellcykeln, gå in i G0, baserat på faktorer som näringstillgång, parningsfaktorer och cellstorlek.

Denna punkt kallas för restriktinspunkt i djurceller, och regleras av tillväxthormoner istället för externa tillgångar. Om cellen går vidare i cellcykeln vid denna punkt så är det ingen återvändo, cellen är då förpliktigad att genomgå en cellcykel.

Question 21

Vad är den vanligaste metoden för att avgöra vart i cellcykeln celler befinner sig i?

Answer 21

Att titta på DNA innehållet. Celler i G1 fas är diploida (två kromosomer av varje) = 2n, celler i S fas har någonstans mellan 2n och 4n (eftersom det är under hela S fasen som DNA replikeras) medan celler i G2 och M har 4n eftersom cellerna redan genomgått S-fas.

Question 22

Cellcykeln har flera checkpoints, vad har dessa för funktion?

Answer 22

Checkpointsen i cellcykeln ser till att ett stadie inte övergår i nästa innan allt är klart, för att motverka att fel ska ske. Det hade exempelvis inte varit bra om mitos börjar ske innan allt DNA har replikerats, då det skulle resultera i dotterceller med ofullständiga genom.

Question 23

Vilka checkpoints finns det och vad kontrolleras vid dessa?

Answer 23

DNA-skade checkpoints: finns i slutet på G1, G2 och i mitten på S fas. I G1 kontrolleras om skadat DNA finns som behöver repareras mm. innan cellen börjar dela sig så att fler celler får samma fel. I G2 kontrolleras om skador finns på DNA, och gör det det aktiveras en signalväg som stoppar cellen för att gå över till mitos. Först när skador är reparerade inaktiveras signalvägen så att cellen kan gå vidare till mitosen. Även under S fas sker kontroll av DNA så att skador kan åtgärdas innan DNAt replikeras, denna checkpoint stimulerar även kvalitetskontroll av DNAt som replikerats så att eventuella fel rättas till.

Spindle assembly checkpoint: I slutet av mitos sker kontroll av att kromosomer är korrekt alignade så att vardera dottercell får en komplett uppsättning av genomet. Många faktorer kontrollerar detta så att separering inte sker innan allt är på sin plats.

Question 24

Vad skiljer celler i G1 från celler i G0 state?

Answer 24

Celler i G0 och G1 är metaboliskt aktiva. Ingång i G0 gör att proteinsyntes minskar, då cellen inte behöver förbereda sig för celldelning. Celler i G0 behöver dessutom stimulering av tillväxtfaktorer för att gå in i cellcykeln igen. celler i G0 har inga cyklinberoende kinaser (cbk1).

Question 25

Vad menar man egentligen med tillväxt? Vilka faktorer spelar in?

Answer 25

1. Proliferation avser antalet celldelningar –> antalet celler bidrar till tillväxt.
2. Fysisk tillväxt –> cellens massa/volym ökar vilket bidrar till tillväxt.
3. Frekvensen celldöd spelar också in, mer celldelning och lägre frekvens celldöd leder till tillväxt.

När man pratar om cellväxt tar man in alla dessa faktorer: celldelning, celldöd ochstorleksändringar. Tillväxtfaktorer kan påverka alla dessa faktorer.

Question 26

Vad är cykliner och vad är deras roll i cellcykeln?

Answer 26

Cykliner består av två enheter, cyklindelen och den cyklinberoende enheten som är ett kinas. Cyklindelen är reglerande då den behövs för att katalysera den cyklinberoende enhetens kinasaktivitet (alltså aktivera den). Cykliner sätter igång syntes av saker som behövs i de olika stadierna i cellcykeln och olika cykliner är därför aktiva i olika delar av cellcykeln. Cykliner aktiverar även nästa typ av cyklin i cellcykelsekvensen, så att rätt ordning följs. En höjning av en typ av cyklin leder även till en minskning av det tidigare stadiets cykliner, väldigt beroende av varandra! Varje fas i cellcyklen karaktäriseras av en viss typ av cyklinaktivitet.

Question 27

Reglerar cykliner hela cellcykeln?

Answer 27

Nej, men det absolut mesta av den! Anafasen (separering av kromosomer till de olika dottercellerna) sköts av APC aktivitet (anaphase promoting compound), inte cykliner!

Question 28

Är det cellen “själv” som bestämmer om den ska gå in i cellcykeln? (G0 celler i djur)

Answer 28

Nej! Om grannar signalerar med tillväxtfaktorer så startas produktion av D-typ cykliner som sätter igång cellcykeln och om koncentrationen blir tillräckligt stor går cellen in i G1 och vidare i cykeln igen. Annars stannar den i G0.

Question 29

Vad har retinoblastoma (Rb) för roll i cellcykeln?

Answer 29

Retinoblastoma är en reglerande faktor i cellcyklen. I en cell i viloläge uttrycks Rb hela tiden, vilket blockerar uttrycket av cykliner i sen G1 och S fas. Tillväxtfaktorer som kommer till cellen triggar uttryck av D-cykliner som utför fosforylering av Rb vilket inaktiverar den och det leder till uttryck av Cyklin E (G1S) och A (S-fas-
Cyklin) som sätter igång cellcyklen. Mitogener som binder till receptorer på cellen leder till fosforylering av Rb och stimulerar på så sätt celldelning.

Question 30

Vad är en mitogen?

Answer 30

Mitogener är ämnen som stimulerar cellproliferation, alltså ökar antalet celldelningar.

Question 31

Hur regleras produktion och mängd cykliner?

Answer 31

Cykliner i fasen innan triggar produktion av cykliner i nästa fas, och när de produceras fosforyleras de av kinaser för att cellen ska kunna styra aktivering. Defosforylering av producerade cykliner ger möjlighet till snabb aktivering av nästa cyklinaktivitet. Aktivering av cyklin triggar samtidigt igång dess egen degenerering, detta gör att det inte stör nästa fas. Cyklindelen polyubiquitineras av ubiquitinerande enzymer när den gjort sitt jobb, vilket leder till nedbrytning i proteasomer som känner igen ubiquitinsvansen.

Celler som förlorar kontroll på sin cyklinaktivitet delar sig okontrollerat, absolut inte bra!

Question 32

Vilket cyklin aktiverar mitos och hur går denna process till?

Answer 32

Cyklin B (mitotiskt cyklin) syntetiseras under G2 fasen och fosforyleras för att hållas inaktivt innan cellen är redo för mitos. När allt är klart inför mitos defosforyleras cyklinkomplexet och detta aktiverar mitos.

Question 33

Redogör för några av processerna som utförs utav mitotiskt cyklin i mitosen.

Answer 33

Mitotiskt cyklin fosforylerar lamin och kärnporer vilket luckrar upp kärnan. Mitotiska cyklinkinaser sköter bl.a. fragmentering av Golgi och ER, kromatinkondenesering och kärnspole (spindle) formation.

Question 34

Varför aktiveras cykliner? Vad är deras primära roll?

Answer 34

Aktiva cykliner har kinasaktivitet, kan alltså fosforylera saker vilket får saker att hända, tex mitotiskt cyklin fosforylerar lamin och kärnporer vilket luckrar upp kärnan. Cykliner fosforylerar också andra kinaser vilket aktiverar dem, tex Polo och Aurora kinaser som ger positiv feedback - stimulerar cyklinaktivitet eller kinaser som ansvarar för annan aktivitet nödvändig i de olika faserna av cellcykeln.

Question 35

När i cellcykeln är mikrotubulis roll störst? Vad händer i de initiala faserna av mitos?

Answer 35

Aktiviteten hos mikrotubuli är absolut störst under celldelningen. Under interfas dupliceras centrosomen och under metafas depolymeriseras i princip allt mikrotubuli för att kunna göra sitt jobb under separeringen och cellen blir då klotrund. Sedan börjar mikrotubuli snabbt polymeriseras och skickas ut i olika rikningar samt depolymeriseras tills de hittar det dem ska binda till för att mitosen ska kunna ske, tex kinetokorer eller cappingproteiner i membran. Först när allt är på plats går cellen in i anafas (kort fas) som följs av cytokines (celldelning).

Question 36

Vilka olika populationer av mikrotubuli ser vi under mitosen? Vad är deras roll i celldelningen?

Answer 36

Tre typer: kinetokora mikrotuber (MT), Polära MT och Astrala mikrotuber.
- De kinetokora mikrotuberna är viktigast, deras roll är att binda till kinetokorerna på varsin systerkromatid för att dra isär dem. MT depolymeriseras sedan snabbt vilket ger dragkraft isär.
- De polära mikrotuberna attraherar motsvarande från den andra centrosomen och motorproteiner dem emellan gör att de glider längs med varandra åt vardera håll vilket trycker isär centrosomerna.
- Astrala mikrotuber är riktade mot periferin på cellen för att ge stabilitet.

Question 37

Vad händer med kromosomerna under mitosen?

Answer 37

Kromosomerna är endast synliga under mitosen, de kondenseras tidigt av kondensin. För att kromosomerna ska kunna dras isär behöver de komprimeras och cohesin produceras för att fästa ihop systerkromatiderna. Proteinkomplexet Mad är ett reglerande protein som fäster till obundna kinetokorer på kromosomerna (mittdelen). Mad inhiberar på detta sätt APC aktiviteten (anaphase promoting compound) för att se till att alla kromosomer kopplats upp till mikrotuber innan anafasen (isärdragningen) sker. När Mad inte inhiberar längre kommer APC igång, som ubiuitinerar cykliner för nedgradering och securiner för att frigöra kinaset separase. Separase fosforylerar cohesin och kondensin vilket gör att systerkromatiderna kan separeras av mikrotubernas aktivitet.

Question 38

Hur bidrar cytoskelettet till cytokines (celldelning)?

Answer 38

Aktinfilament och myosin samspelar för att forma en kontraktil ring på plasmamembranets insida, som blir mindre och mindre tills cellerna separeras.

Question 39

Hur fungerar celldelning i växtceller?

Answer 39

Vid cytokines hos växter (och fissionsjäst) dras cellkomponenter isär och sedan anläggs nytt membran och cellvägg mellan kärnorna genom att vesicklar med cellväggsmaterial
skickas på MT mot den blivande skiljeväggen där de fuserar för att bilda ny cellvägg mellan cellerna.