a) Wofür steht die Abkürzung MPF?
b) MPF setzt sich wie zusammen und hat welche katalytische Aktivität?
c) Nennen Sie zwei Regulationsmechanismen über die MPF aktiviert wird.
a) mitosis promoting factor
b) ist ein Komplex der Serin/Threonin-Kinase CDK1 und Cyclin B wenn MPF aktiv, ist es der Zelle ermöglicht in die Mitose einzutreten
c) Der Komplex wird erst in der späten S-Phase gebildet. CDK1 wird über den gesamten Zellzyklus relativ konstant exprimiert, während die Expression von Cyclin B erst in der frühen S-Phase ansteigt und ihren höchsten Wert während der Mitose erreicht.
-> Phosphorylierung des Cyclin-B-Cdc2-Komplexes an Thr14 und Try15
-> Dephosphorylierung an Thr161.
(Nach der Bildung von MPF kommt es nicht direkt zur Mitose, sondern wird sofort durch die Kinasen Wee1 und Myt1 deaktiviert. Durch diese Inhibierung kommt am Übergang G2-Phase zur Mitose zu einem check, so dass die Zelle DNA-Schäden vor der Zellteilung noch reparieren kann.)
In sich teilenden Frosch-, Seeigel- oder Muschelembryonen steigt die Konzentration an M-Phase Cyclin kontinuierlich aber langsam an. Demgegenüber steigt die MPF-Aktivität zu Beginn der Mitose sprunghaft an (siehe unten stehende Abbildung). Erklären Sie warum das so ist! (Zeichnung u.U. hilfreich)
MPF-Aktivität > Aufrgund inhibitorischer Phosphorylierungen an Thr14 und Tyr15 der katalytischen UE trotz relativ hohen Cyclin B-Spiegels noch sehr niedrig.
Cyclin B häuft sich über einen Schwellenwert an > Resultierende, geringe MPF Aktivität > mehr MPF aktivieren mittels positive Rückkopplung, indem die inhibitorischen Phosphorylierungen abhydrolisiert werden > Geschieht, indem MPF durch Phosphorylierung Phosphatase (Cdc25) aktiviert und die entsprechenden Kinase (Wee1) inaktiviert
a) APC steht für …..; hierbei handelt es sich um eine
…., welche die späten mitotischen Ereignisse steuert.
b) Benennen Sie die beiden APC-Substrate, die Sie in der Vorlesung kennengelernt haben; was ist ihre jeweilige biologische Funktion?
a) APC: Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome
..Ubiquitin Ligase (E3)…
b) Cyclin B: Während der Anaphase wird Cyclin B von APC markiert, wodurch es abgebaut wird, dadurch kommt es zur Trennung der Schwesterchromatide und zum Fortschreiten der Mitose.
- Securin: Securin hemmt die Aktivität von Separase, wodurch es die Schwesterchromatiden zusammenhält. Durch die Markierung von APC wird Securin abgebaut und Separase ist aktiviert, so dass dieses Cohesin spaltet. Cohesin hält die Schwesterchromatide zusammen.
a) Was ist ein CKI? Welche Klassen und Vertreter von CKIs haben Sie kennengelernt und wie unterscheidet sie sich in ihrer Wirkweise?
b) p16INK4A ist in mehr und in aggressiveren Tumoren mutiert als das nah verwandte p15INK4B.
Welcher besondere genetische Umstand ist hierfür verantwortlich?
a) CKI= Cyclin-abhängige-Kinase Inhibitor
- Cip/Kip Familie: bindet an Cyclin-CDK-Komplexe (das Cyclin muss schon gebunden sein) und geht die katalytische Spalte und ahmt ATP nach/besetzt ATP-Bindestelle
- p16INK4 Familie: durch Bindung löst es eine Konformationsänderung an der eigentlichen Cyclin-Bindestelle aus, wodurch diese nicht mehr binden kann. Zusätzlich ändert sich die katalytische Spalte, wodurch auch ATP nicht mehr binden kann.
b) Das p16INK4A ist auf einem Genlocus lokalisiert, welcher anfälliger für Mutationen ist. —> p16 Gen überlappt mit ARF (alternative reading frame) = Antagonist von Mdm2 » p53 Stabilisierung » ARF wie p16 auch ein Tumor-Suppressor
p53 ist in >50% aller menschlichen Tumoren mutiert. Gleichzeitige Beteiligung an Apoptose und
welchem wichtigen Prozess macht p53 zu dieser „Achillesferse“? Warum häufen sich bei p53-
Verlust sekundär weitere Mutationen?
Bei dem DNA damage checkpoint spielt p53 eine zentrale Rolle. Wenn eine DNA Schäden aufweist, stoppt p53 die Zellteilung und aktiviert Reparaturmechanismen.
Ohne ein funktionsfähiges p53-Protein können Zellen mit geschädigter DNA, die normalerweise repariert oder zerstört würden, weiterleben und sich vermehren. Diese Zellen können dann zusätzliche Mutationen in anderen wichtigen Genen und Signalwegen erwerben.
Anmerkung: p53 > Apoptose und DNA-damage checkpoint > Nach DNA-Schädigung > Zellzyklusarrest vermitteln
Zellen ohne p53 > teilen sich in Gegenwart von DNA-Schäden > Doppelstrangbrüche führen zu Translokationen, wodurch dizentrische Chromosomen entstehen, die in der mitotischen Anaphase zerrissen werden
Nennen Sie drei weit verbreitete assays, mit denen die veränderten Eigenschaften von Krebszellen im Labor typischerweise nachgewiesen werden. (jeweiliges Schlagwort genügt)
Kontaktinhibitionsassay
Soft-Agar-Assay
Tumorbildung in immunodefizienten Nacktmäusen (Xenograft Modell)
Gentechnisch veränderte Mäuse, denen Telomerase in ihren somatischen Zellen fehlt, entwickeln in bestimmten Geweben seltener Krebs als der Wildtyp. Schaltet man jedoch zusätzlich zu Telomerase auch noch p53 aus, so entwickeln die doppelt-mutanten Mäuse mehr Karzinome (die noch dazu CIN zeigen) als die Kontrollgruppe.
Erklären Sie knapp (Zeichnung evtl. hilfreich), wie es sein kann, dass das Abschalten der Telomerase je nach Situation die Krebsentstehung mal verhindert und mal begünstigt.
Wenn Telomere gewisse Grenzen unterschreiten, werden sie von p53 als Doppelstrangbrüche anerkannt und abgebaut, Zellen die diese Krise überstehen werden hoch mutagenisiert sein.
Anmerkung: BFB—cycle: Telomer-Erosion » NHEJ » di-centrische Chromosomen » DSBs » NHEJ usw.; aufgrund der massiven DNA-Schädigung > p53-abhängiger Apoptose > betroffene Zellen werden elimiert, In Abwesenheit von p53 > Dennoch weitere Zellteilungen und damit Mutationen und massive CIN > Meisten sterben, jedoch in seltenen Fällen > Übergewicht von Oncogenen gegenüber Tumorsuppressor-Genen > Zelle zeigt maligne Transformation
a) Unten ist ein Schema einer Brustdrüsenzelle gezeigt. Was ist ErbB2 und wie wirkt dementsprechend Lapatinib?
b) In der Vorlesung haben Sie drei weitere Therapeutika kennengelernt, die sehr erfolgreich gegen Brustkrebs eingesetzt werden. Zeichnen Sie im obigen Diagramm ein, welchen Schritt der angedeuteten Signaltransduktionswege diese jeweils inhibieren, und nennen Sie die entsprechenden Wirkstoffe oder Handelsnamen.
c) Die Mortalitätsrate nimmt beim Kolon-Karzinom mit dem Alter stetig zu. Demgegenüber flacht bei Brust- und Gebärmutterhals-Krebs der altersabhängige Anstieg der Mortalitätsrate im Alter von ca. 50 Jahren stark ab. Erklären Sie!
a) ErbB2 gehört zur Familie der epidermalen Wachstumsfaktorrezeptoren. Dieser Wachstumsfaktor spielt eine Rolle bei der Regulation des Zellwachstums und der Zellteilung. Bei einer Überexpression von ErbB2 kommt es zu einer verstärkten Signalübertragung und damit zum gefördertem Zellwachstum bzw. Zellteilung. Außerdem unterdrückt ErbB2 den programmierten Zelltod. Lapatinib ist ein Inhibitor, der die damit die Aktivität von ErbB2 hemmt.
ErbB2 = transmembrane Rezeptor-Tyrosinkinase; Lapatinib = Tyr-Kinaseinhibitor
b)
Anmerkung: Trastuzumab (Herceptin), Anastrozole (Arimidex)
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