De gehele celcyclus wordt aangestuurd door een checkpointsysteem. Een celcycluscontrolepunt regelt kritische processen en faseovergangen die plaatsvinden binnen een celcyclus.
Wat is het controlepunt van de celcyclus?
De gehele celcyclus wordt aangestuurd door een controlesysteem. Een celcycluscontrolepunt regelt kritische processen en faseovergangen die plaatsvinden binnen een celcyclus. De opeenvolging van fysiologische gebeurtenissen in cellen met een kern wordt de celcyclus genoemd. Dit gebeurt als een cyclus die begint na de ene celdeling en de volgende initieert. Het bestaat uit interfase en mitose. In dit proces splitst een moedercel zich in twee dochtercellen, waarin opnieuw de interfase begint. De gen daar aanwezige activiteit reguleert het metabolisme van de groeiende cel, terwijl in de celkern een nucleolus ontstaat. Interphase is de langste van de twee en verandert dan in mitose. Het is weer opgedeeld in verschillende fasen. Dit zijn G1-fase, waarin de cel groeit en chromosoomverdubbeling wordt voorbereid, S-fase, waarin chromosomen dubbele en G2-fase, waarin de cel doorgaat groeien en de volgende mitose wordt voorbereid. Deze hele cyclus wordt gecontroleerd door een moleculair controlesysteem. Hier worden celgebeurtenissen geactiveerd en bestuurd, die stop- en continu-signalen in de vorm van controlepunten bemiddelen. Een checkpoint analyseert dus kritische processen en faseovergangen die plaatsvinden binnen de celcyclus. Deze dienen om de integriteit van het genetisch materiaal te beschermen en ervoor te zorgen dat de cel niet degenereert. Een kritiek proces kan bijvoorbeeld zijn wanneer chromosoomsegregatie plaatsvindt in metafase. Metafase vertegenwoordigt de tweede fase van celdeling, bekend als mitose en meiosis. In metafase gaan de nucleolus en de nucleaire envelop achteruit. Tijdens dit proces wordt een typische structuur gevormd, een monaster genaamd. Chromosomen verschillen aanzienlijk van elkaar tijdens deze fase.
Functie en taak
De controlepunten van de celcyclus worden in twee fasen vastgesteld. Dit zijn de interfase met G1- en G2-ijkpunten en de mitotische fase. Tijdens de eerste vindt er verhoogde nucleaire activiteit plaats, en daarmee samenhangend is er een verhoogd risico op DNA-schade door kankerverwekkende stoffen, zoals geïnduceerd door UV-licht. Dit kan op zijn beurt leiden voor kwaadaardige tumoren. Diverse gifstoffen, drugsmilieuvergiften en -gifstoffen kunnen hier ook ziekten veroorzaken. In interfase, gespecialiseerd eiwitten zijn opgebouwd om dergelijke defecten tegen te gaan, ze op te sporen en te voorkomen dat de cel bij het controlepunt naar een andere fase overschakelt. Celdood wordt vervolgens geïnduceerd door apoptose. Figuurlijk kunnen we spreken van een gecontroleerde zelfmoord van de cel, die, in tegenstelling tot het afsterven van de cel door bv. Mechanisch letsel, een ontstekingsreactie uitlokt en geen cytoplasma vrijgeeft. Op dit ijkpunt wordt beslist of de cel zich zal delen of niet. De meeste cellen in het menselijk lichaam bevinden zich in een toestand waarin de cel niet langer deelt. Als er op dit controlepunt geen signaal meer is, heeft de cel de cyclus verlaten en deelt hij niet meer. Het schakelt dan over naar de G0-fase. Moleculaire controlemechanismen vinden plaats tijdens de controle van de celcyclus. In interfase zijn dit de vorming van eiwitten 53 en 21 en BAX. Eiwit 53 speelt een belangrijke rol bij het beheersen van de DNA-integriteit. Het wordt ook wel de "bewaker" van het genoom genoemd. In een biologisch proces waarin genetische informatie van een DNA-streng wordt overgebracht naar RNA, fungeert het eiwit als een transcriptiefactor die DNA opreguleert wanneer het beschadigd is en de expressie van tumorsuppressorgenen veroorzaakt. Eveneens essentieel voor de celcyclus van vertebraten is proteïne 21, een zogenaamde CDK-remmer, die de cel blokkeert bij faseovergangen om enzymen voor DNA-herstel voldoende tijd om bijvoorbeeld de groei van te onderdrukken kanker cellen of herstel verschillende genetische defecten. BAX is op zijn beurt een eiwit dat fungeert als een cofactor van eiwit 53. Het controleert de apoptose van de cel. Bij het tweede controlepunt van de celcyclus, in de mitosefase, vindt chromosoomsegregatie plaats in metafase. Dit is altijd een kritiek moment, omdat bijvoorbeeld onvolledige segregatie leidt tot somatische numerieke chromosoomafwijkingen. Het is bekend dat de menselijke somatische cel er 46 heeft chromosomen.Deze voorwaarde heet euploïdie. Wanneer zich een afwijking vormt, kunnen chromosomen zich vermenigvuldigen. Dan spreken we van polyploïdie. Een menselijk leven is onder deze omstandigheden niet mogelijk. Voor zover het aantal chromosomen weer niet overeenkomt met de haploïde set (n = 23), is er sprake van een gebrekkige scheiding van chromosomen of zusterchromatiden. Een ziekte die hiermee gepaard gaat, is trisomie 21. In de mitosefase is het correct distributie van chromosomen tussen moeder- en dochtercellen is verzekerd. Daarom is de mitosefase een spilcontrolepunt. Dit houdt een spilcontrolemechanisme in dat gebaseerd is op het feit dat chromosomen niet worden gescheiden totdat er een correcte bevestiging van microtubuli aan kinetochoren is. De exacte volgorde van gebeurtenissen tijdens de mitotische fase is nog niet precies onderzocht. Artsen gaan uit van een interactie van de eiwitten met de kinetochoor en de bijgevoegde microtubuli van het spilapparaat.
Ziekten en aandoeningen
Als de controlepunten van de celcyclus verstoord zijn, kanker er kunnen bijvoorbeeld cellen worden gevormd. De kanker cel wordt gevormd door transformatie van een normale cel in een abnormale cel. In de gezonde immuunsysteemwordt een cel herkend en vernietigd. Gebeurt dit niet, dan vormt zich een tumor. Als de cel op zijn oorspronkelijke plaats blijft, wordt het een goedaardige tumor genoemd. Dit kan worden geëlimineerd. Cellen van een kwaadaardige tumor zijn daarentegen in staat andere organen en cellen te beschadigen, kunnen het metabolisme verstoren en vormen metastasen. In tegenstelling tot normale cellen kunnen kankercellen zich oneindig delen en zijn daarom ook moeilijk te behandelen.
