Regulation des Zellzyklus: Cycline und Kontrollpunkte
Wie Cycline und Cyclin-abhängige Kinasen den Zellzyklus vorantreiben und welche Kontrollpunkte an welchem Übergang was prüfen.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Regulation des Zellzyklus steuert die Phasenübergänge über Cyclin-abhängige Kinasen und prüft sie an Kontrollpunkten.
- CDK sind nur mit gebundenem Cyclin aktiv. Cycline schwanken phasenabhängig, die CDK-Menge bleibt konstant.
- Am \(\mathrm{G_1}\)/S-Übergang wirken Proteinkinasen (Phosphorylierung von Rb) und Proteasen (Abbau von p27) zusammen.
- Der \(\mathrm{G_2}\)/M-Kontrollpunkt prüft vor der Mitose, ob die DNA vollständig repliziert ist.
- Der Spindelkontrollpunkt am Metaphase/Anaphase-Übergang prüft die Anheftung der Chromatiden an die Spindel.
Worum es geht
Eine Zelle darf sich erst teilen, wenn ihre DNA vollständig verdoppelt und korrekt verteilt werden kann. Diese Steuerung übernehmen Cyclin-abhängige Kinasen und Kontrollpunkte. Versagt sie, kann Krebs entstehen. Arzneistoffe wie Palbociclib, ein CDK4/6-Hemmer, greifen genau hier ein.
Prinzip der Zellzyklussteuerung
Der Zellzyklus läuft in fester Reihenfolge ab (siehe Phasen des Zellzyklus). Eine Phase darf erst beginnen, wenn die vorige abgeschlossen ist. Sonst erben Tochterzellen unvollständige oder falsch verteilte Chromosomen.
Die Zelle steuert deshalb vor allem die Phasenübergänge. Man kann sie sich wie Schleusen vorstellen: Ein Motor treibt voran, eine Prüfstelle gibt frei.
Cyclin-abhängige Kinasen
Den Motor bilden Cyclin-abhängige Kinasen (CDK). Diese Proteinkinasen übertragen Phosphatgruppen von ATP auf Zielproteine und schalten sie so an oder ab. Allein sind sie inaktiv. Aktiv werden sie erst, wenn ein Cyclin bindet. Cycline sind Regulatorproteine, deren Menge im Zyklus steigt und wieder fällt.
Cyclin D und E führen durch die \(\mathrm{G_1}\)-Phase zur S-Phase. Cyclin A begleitet S- und \(\mathrm{G_2}\)-Phase. Cyclin B löst zusammen mit CDK1 die Mitose aus.
Cyclin schwankt, CDK bleibt konstant. Das jeweils vorhandene Cyclin bestimmt, welche Phase läuft.
Ebenso wichtig ist der Abbau. Proteasen, vor allem das Proteasom, zerstören Cycline nach Gebrauch. Das macht jeden Übergang unumkehrbar. Am \(\mathrm{G_1}\)/S-Übergang arbeiten beide Werkzeuge zusammen. Cyclin-D- und Cyclin-E-CDK-Komplexe phosphorylieren das Retinoblastom-Protein, das den Transkriptionsfaktor E2F freigibt. Gleichzeitig baut das Proteasom den CDK-Hemmstoff p27 ab. Dann startet die Replikation.
Kontrollpunkte
Kontrollpunkte sind Prüfstellen an drei Übergängen. Ist eine Bedingung nicht erfüllt, blockieren sie die CDK-Aktivität und halten den Zyklus an. So gewinnt die Zelle Zeit für DNA-Reparatur oder leitet die Apoptose ein.
| Kontrollpunkt | Lage | Prüft |
|---|---|---|
| \(\mathrm{G_1}\)/S | späte \(\mathrm{G_1}\)-Phase, vor der S-Phase | Zellgröße, Wachstumssignale, DNA-Schäden |
| \(\mathrm{G_2}\)/M | Ende der \(\mathrm{G_2}\)-Phase, vor der Mitose | vollständige DNA-Replikation |
| Spindelkontrollpunkt | M-Phase, Metaphase/Anaphase-Übergang | Anheftung aller Chromatiden an die Spindel |
Die Zuordnung folgt der Zeit: Geprüft wird nur, was schon geschehen ist. Vor der S-Phase gibt es noch keine Replikation, deren Vollständigkeit man prüfen könnte. Die Spindel entsteht erst in der Mitose. Ihre Anheftung kontrolliert deshalb erst die M-Phase selbst.
Der Spindelkontrollpunkt hält die Zelle in der Metaphase fest. Erst wenn jedes Kinetochor mit Fasern beider Pole verbunden ist, wird der Anaphase-fördernde Komplex (APC/C) aktiv. Er lässt Securin und Cyclin B abbauen. Die freie Separase spaltet Cohesin, und die Schwesterchromatiden trennen sich.
Quiz
Aussage 1
Ob die gesamte DNA verdoppelt vorliegt, kontrolliert die Zelle am Ende der \(\mathrm{G_2}\)-Phase vor Eintritt in die Mitose.
Die Vollständigkeit der Replikation wird am \(\mathrm{G_2}\)/M-Kontrollpunkt geprüft.
Aussage 2
Im Verlauf des Zellzyklus schwankt die Menge der CDK stark, während die Cycline in gleichbleibender Menge vorliegen.
Umgekehrt: Die Cycline steigen und fallen phasenabhängig, die CDK-Menge bleibt konstant.
Aussage 3
Der Kontrollpunkt in der späten \(\mathrm{G_1}\)-Phase stellt sicher, dass alle Chromatiden korrekt an der Mitosespindel hängen.
Die Spindel existiert in der \(\mathrm{G_1}\)-Phase noch nicht. Die Anheftung prüft der Spindelkontrollpunkt am Metaphase/Anaphase-Übergang in der M-Phase.
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.