Zellzyklus und Zellteilung
Der Zellzyklus ist die geordnete Abfolge von Ereignissen, durch die eine Zelle ihren Inhalt dupliziert und sich in zwei Tochterzellen teilt. Dieser Bereich fasst die Grundlagen zusammen, wie Zellen die Interphase und Teilung durchlaufen, wie dieser Fortschritt reguliert und überwacht wird und wie die beiden Hauptformen der Kernteilung – Mitose und Meiose – somatische Zellen bzw. Keimzellen produzieren.
Definition
Der Zellzyklus ist die wiederkehrende Abfolge von Phasen – Interphase (G1, S, G2) gefolgt von der Mitosephase (M) –, durch die eine eukaryotische Zelle wächst, ihre DNA repliziert und ihr Genom und Zytoplasma in zwei Tochterzellen aufteilt, gesteuert durch oszillierende Cyclin-abhängige Kinase-Aktivität und Überwachungspunkte.
Scope
Der Bereich umfasst die vier Phasen des eukaryotischen Zellzyklus (G1, S, G2, M), den Cyclin- und Cyclin-abhängigen Kinase-Mechanismus, der den Fortschritt antreibt, die Überwachungspunkte, die die genomische Integrität aufrechterhalten, die Mechanik der Mitose und Zytokinese, die Reduktions- und Äquationsteilungen der Meiose sowie den programmierten Zelltod als ergänzende Kontrolle der Zellzahl. Er behandelt diese als strukturelle und regulatorische zellbiologische Themen und nicht als klinische Leitlinien.
Sub-topics
Key concepts
- Interphase (G1, S, G2) und M-Phase
- Cycline und Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs)
- DNA-Replikation und Chromosomensegregation
- Zellzyklus-Kontrollpunkte
- Restriktionspunkt und Verpflichtung zur Teilung
- Mitose versus Meiose
- Programmierter Zelltod (Apoptose)
Mechanisms
Der Fortschritt durch den Zyklus wird durch die periodische Aktivierung von Cyclin-abhängigen Kinasen angetrieben, deren Aktivität steigt und fällt, wenn ihre regulatorischen Cyclin-Partner synthetisiert und dann abgebaut werden. Nurse und Kollegen zeigten, dass eine einzelne CDK (Cdc2/CDK1) als universeller Auslöser für den Eintritt in die Mitose bei Eukaryoten fungiert, während Morgans Synthese CDKs als Motoren und Uhren des Zyklus darstellt. Hartwell und Weinert definierten Checkpoints als Kontrollschaltungen, die den Zyklus anhalten, bis vorherige Schritte – wie die vollständige DNA-Replikation oder die korrekte Chromosomenanheftung – abgeschlossen sind, um sicherzustellen, dass Ereignisse in der richtigen Reihenfolge ablaufen. Die Krebsbiologie, wie von Vermeulen und Kollegen zusammengefasst, veranschaulicht, wie die Deregulierung dieser Kontrollen der unkontrollierten Proliferation zugrunde liegt.
Clinical relevance
Das Verständnis des Zellzyklus bildet die Grundlage dafür, wie Proliferation, Geweberegeneration und Aneuploidie in den Gesundheitswissenschaften beschrieben werden und wie viele Antikrebsmittel als auf sich teilende Zellen wirkend konzipiert sind. Dieser Bereich beschreibt normale und deregulierte Zellteilung auf Referenzniveau und ist keine Grundlage für diagnostische oder Behandlungsentscheidungen.
History
Das moderne Verständnis des Zellzyklus entstand im späten zwanzigsten Jahrhundert aus der Genetik von Hefen und der Biochemie von Eiern mariner Wirbelloser: Nurses Arbeit an der Spaltungshefe identifizierte die universelle mitotische Kinase, die Entdeckung der Cycline erklärte ihre periodische Aktivierung, und Hartwell und Weinerts Checkpoint-Konzept erklärte, wie Ordnung und Treue durchgesetzt werden. Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin im Jahr 2001 würdigte Hartwell, Hunt und Nurse für diese Entdeckungen.
Key figures
- Leland Hartwell
- Paul Nurse
- Timothy Hunt
- David Morgan
Related topics
Seminal works
- hartwell-weinert-1989
- nurse-1990
- morgan-1997
Frequently asked questions
- Was sind die Phasen des Zellzyklus?
- Die Interphase umfasst G1 (Wachstum), S (DNA-Synthese) und G2 (Wachstum und Vorbereitung) und wird von der M-Phase gefolgt, in der sich der Kern durch Mitose teilt und die Zelle sich durch Zytokinese teilt; nicht teilende Zellen können in einem Ruhezustand, G0 genannt, verweilen.
- Wie unterscheidet sich der Zellzyklus von der Zellteilung?
- Der Zellzyklus ist die gesamte wiederkehrende Abfolge, die eine Zelle zwischen den Teilungen durchläuft, während die Zellteilung (Mitose mit Zytokinese oder Meiose) der M-Phasen-Abschnitt ist, in dem aus einer Zelle zwei oder, bei der Meiose, vier werden.