Hoofdstuk 17: Celcyclus en mitose
Leerdoel: Begrijp het overzicht van de celcyclus, met de nadruk op CDK's en cyclinen.
Antwoord: De celcyclus wordt gestuurd door cyclisch geactiveerde cycline–Cdk-complexen die als schakelaars de belangrijkste overgangen
(Start, G2/M, metafase–anafase) reguleren, terwijl checkpoints zorgen dat de cyclus alleen doorgaat als interne en externe omstandigheden
geschikt zijn.
Het controlesysteem van de celcyclus:
• De celcyclus wordt aangestuurd door een controlesysteem dat werkt als een timer.
• Dit systeem triggert de belangrijke overgangsmomenten:
1. Start (restrictiepunt) in G1 → cel committeert zich aan celdeling.
2. G2/M-overgang → start van mitose.
3. Metafase-naar-anafase overgang → splitsing van zusterchromatiden en start cytokinese.
• Het systeem heeft drie kenmerken:
o Binair: aan/uit, irreversibel.
o Robuust: werkt ook bij kleine fouten of variaties.
o Adaptief: reageert op interne en externe signalen (bv. DNA-schade of groeifactoren).
Centrale rol van cycline–Cdk-complexen:
• Cdks (cyclin-dependent kinases) zijn eiwitkinasen die in principe altijd aanwezig zijn, maar alleen actief worden wanneer ze binden aan
een cycline.
• Cyclines worden cyclisch geproduceerd en afgebroken tijdens de celcyclus → zorgen voor tijdelijke activering van Cdks.
• Geactiveerde cycline–Cdk-complexen fosforyleren specifieke doelwit-eiwitten die de overgang naar de volgende fase mogelijk maken.
Belangrijkste cycline-Cdk-complexen:
Fase: Vertebraten: Functie:
G1-Cdk Cyclin D + Cdk4/6 Activeert transcriptie van genen die nodig zijn voor celcyclusstart.
G1/S-Cdk Cyclin E + Cdk2 Bevordert overgang door Start en committeert cel aan DNA-replicatie.
S-Cdk Cyclin A + Cdk2/1 Activeert DNA-replicatie en controleert vroege mitotische processen.
M-Cdk Cyclin B + Cdk1 Start mitose: chromosoomcondensatie, kernmembraanafbraak, spoelfiguurvorming.
Cascadewerking (sequentiële activatie):
1. G1-Cdk activeert genexpressie van G1/S- en S-cyclines.
2. G1/S-Cdk drijft cel door Start en zet S-Cdk in werking.
3. S-Cdk initieert DNA-replicatie en ondersteunt activatie van M-Cdk.
4. M-Cdk triggert mitotische processen en activeert APC/C, wat leidt tot afbraak
van cyclines en securine → zusterchromatiden scheiden, mitose wordt afgerond.
5. Afbraak van cyclines → Cdk-inactivatie → stabiele G1-fase.
Controle en feedback:
• Checkpoints houden de cyclus tijdelijk tegen bij fouten, bv.:
o DNA-schade → blokkeert G1/S- of G2/M-overgang.
o Onvolledige spoelfiguur → blokkeert metafase-anafase overgang.
• Dit zorgt voor nauwkeurigheid en voorkomt catastrofale fouten zoals
segregatie van onvolledig gerepliceerd DNA.
Leerdoel: Leg de regulatie van CDK's uit, inclusief de rollen van Wee1-kinase, Cdc25-fosfatase, CAK, CKI's, ubiquitineligasen, zoals APC/C,
PP2A-B55-fosfatase en de grote-wandkinase en SCF.
Antwoord: De activiteit van Cdks wordt bepaald door een samenspel van cyclinebinding, fosforylering/defosforylering, CKI-remming en
gecontroleerde afbraak via ubiquitineligasen. Deze mechanismen zorgen dat de overgang tussen celcyclusfasen precies, snel en
onomkeerbaar verloopt.
1|Page
, Activatie en remming via fosforylering:
• CAK (Cdk-activating kinase):
o Voegt een activerende fosfaatgroep toe aan de T-loop van Cdks.
o Deze fosforylering versterkt bindingscapaciteit van Cdks voor hun substraten.
o CAK-activiteit is constante factor in de celcyclus → zorgt dat alle cycline-Cdk-
complexen voorbereid zijn.
• Wee1-kinase:
o Brengt remmende fosfaatgroepen aan vlakbij de actieve site van Cdks.
o Belangrijk voor het onderdrukken van Cdk1-activiteit vóór de mitose.
o Zorgt dat de cel pas M-fase in kan als alle voorwaarden zijn vervuld.
• Cdc25-fosfatase:
o Verwijdert deze remmende fosfaten weer.
o Activeert plotseling veel M-Cdk tegelijk → dit creëert een positieve feedbacklus: actief M-Cdk
activeert meer Cdc25 en remt Wee1.
o Resultaat: een abrupte, alles-of-niets overgang naar mitose.
Remming via Cdk-inhibitorproteïnen (CKI’s):
• Voorbeelden: p27, p21, p16 (zoogdieren), Sic1 (gist).
• Werking: CKI’s binden zowel aan cycline als Cdk en verstoren de actieve site
→ blokkeren enzymactiviteit.
• Functie:
o Houden G1/S- en S-Cdk inactief in G1 (p27, Sic1).
o Stoppen de cyclus na DNA-schade (p21).
o Reguleren G1-Cdk (p16).
• CKI’s worden vaak afgebroken door SCF-ubiquitineligase → vrijgeven van Cdk-activiteit bij de overgang naar de volgende fase.
Regulatie door ubiquitineligasen:
• SCF-complex:
o Richt zich op CKI’s (bijv. p27, Sic1).
o Vereist vaak fosforylering van het doelwit → markering voor afbraak.
o Belangrijk voor de overgang van G1 naar S-fase, doordat het remmende CKI’s opruimt.
• APC/C (Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome):
o Activeert de overgang van metafase naar anafase.
o Markeert securine voor afbraak → separase kan cohesine afbreken
→ chromatiden scheiden.
o Markeert M- en S-cyclines voor afbraak → Cdks vallen stil → de-cycling van
Cdk-substraten door fosfatasen → voltooiing mitose en cytokinese.
o Activatie:
▪ Cdc20 activeert APC/C tijdens metafase-anafase.
▪ Cdh1 houdt APC/C actief in G1 (totdat Cdks later in cyclus weer stijgen)
Balans met fosfatasen:
• PP2A-B55:
o Houdt Cdk-substraten gedefosforyleerd in interfase.
o Wordt tijdens vroege mitose uitgeschakeld door Greatwall-kinase
→ zo kan M-Cdk ongeremd substraten fosforyleren.
o Tijdens anafase keert de situatie om: PP2A-B55 wordt weer actief en de-
fosforyleert M-Cdk-substraten, wat nodig is voor uitmitose en cytokinese.
• Greatwall-kinase:
o Wordt geactiveerd door M-Cdk → fosforyleert Ensa → Ensa remt PP2A-B55.
o Creëert een positieve feedback: hoe meer M-Cdk actief is, hoe sterker
PP2A-B55 wordt onderdrukt.
o Later schakelt PP2A-B55 Greatwall weer uit → terug naar evenwicht in anafase/telofase.
2|Page
Leerdoel: Begrijp het overzicht van de celcyclus, met de nadruk op CDK's en cyclinen.
Antwoord: De celcyclus wordt gestuurd door cyclisch geactiveerde cycline–Cdk-complexen die als schakelaars de belangrijkste overgangen
(Start, G2/M, metafase–anafase) reguleren, terwijl checkpoints zorgen dat de cyclus alleen doorgaat als interne en externe omstandigheden
geschikt zijn.
Het controlesysteem van de celcyclus:
• De celcyclus wordt aangestuurd door een controlesysteem dat werkt als een timer.
• Dit systeem triggert de belangrijke overgangsmomenten:
1. Start (restrictiepunt) in G1 → cel committeert zich aan celdeling.
2. G2/M-overgang → start van mitose.
3. Metafase-naar-anafase overgang → splitsing van zusterchromatiden en start cytokinese.
• Het systeem heeft drie kenmerken:
o Binair: aan/uit, irreversibel.
o Robuust: werkt ook bij kleine fouten of variaties.
o Adaptief: reageert op interne en externe signalen (bv. DNA-schade of groeifactoren).
Centrale rol van cycline–Cdk-complexen:
• Cdks (cyclin-dependent kinases) zijn eiwitkinasen die in principe altijd aanwezig zijn, maar alleen actief worden wanneer ze binden aan
een cycline.
• Cyclines worden cyclisch geproduceerd en afgebroken tijdens de celcyclus → zorgen voor tijdelijke activering van Cdks.
• Geactiveerde cycline–Cdk-complexen fosforyleren specifieke doelwit-eiwitten die de overgang naar de volgende fase mogelijk maken.
Belangrijkste cycline-Cdk-complexen:
Fase: Vertebraten: Functie:
G1-Cdk Cyclin D + Cdk4/6 Activeert transcriptie van genen die nodig zijn voor celcyclusstart.
G1/S-Cdk Cyclin E + Cdk2 Bevordert overgang door Start en committeert cel aan DNA-replicatie.
S-Cdk Cyclin A + Cdk2/1 Activeert DNA-replicatie en controleert vroege mitotische processen.
M-Cdk Cyclin B + Cdk1 Start mitose: chromosoomcondensatie, kernmembraanafbraak, spoelfiguurvorming.
Cascadewerking (sequentiële activatie):
1. G1-Cdk activeert genexpressie van G1/S- en S-cyclines.
2. G1/S-Cdk drijft cel door Start en zet S-Cdk in werking.
3. S-Cdk initieert DNA-replicatie en ondersteunt activatie van M-Cdk.
4. M-Cdk triggert mitotische processen en activeert APC/C, wat leidt tot afbraak
van cyclines en securine → zusterchromatiden scheiden, mitose wordt afgerond.
5. Afbraak van cyclines → Cdk-inactivatie → stabiele G1-fase.
Controle en feedback:
• Checkpoints houden de cyclus tijdelijk tegen bij fouten, bv.:
o DNA-schade → blokkeert G1/S- of G2/M-overgang.
o Onvolledige spoelfiguur → blokkeert metafase-anafase overgang.
• Dit zorgt voor nauwkeurigheid en voorkomt catastrofale fouten zoals
segregatie van onvolledig gerepliceerd DNA.
Leerdoel: Leg de regulatie van CDK's uit, inclusief de rollen van Wee1-kinase, Cdc25-fosfatase, CAK, CKI's, ubiquitineligasen, zoals APC/C,
PP2A-B55-fosfatase en de grote-wandkinase en SCF.
Antwoord: De activiteit van Cdks wordt bepaald door een samenspel van cyclinebinding, fosforylering/defosforylering, CKI-remming en
gecontroleerde afbraak via ubiquitineligasen. Deze mechanismen zorgen dat de overgang tussen celcyclusfasen precies, snel en
onomkeerbaar verloopt.
1|Page
, Activatie en remming via fosforylering:
• CAK (Cdk-activating kinase):
o Voegt een activerende fosfaatgroep toe aan de T-loop van Cdks.
o Deze fosforylering versterkt bindingscapaciteit van Cdks voor hun substraten.
o CAK-activiteit is constante factor in de celcyclus → zorgt dat alle cycline-Cdk-
complexen voorbereid zijn.
• Wee1-kinase:
o Brengt remmende fosfaatgroepen aan vlakbij de actieve site van Cdks.
o Belangrijk voor het onderdrukken van Cdk1-activiteit vóór de mitose.
o Zorgt dat de cel pas M-fase in kan als alle voorwaarden zijn vervuld.
• Cdc25-fosfatase:
o Verwijdert deze remmende fosfaten weer.
o Activeert plotseling veel M-Cdk tegelijk → dit creëert een positieve feedbacklus: actief M-Cdk
activeert meer Cdc25 en remt Wee1.
o Resultaat: een abrupte, alles-of-niets overgang naar mitose.
Remming via Cdk-inhibitorproteïnen (CKI’s):
• Voorbeelden: p27, p21, p16 (zoogdieren), Sic1 (gist).
• Werking: CKI’s binden zowel aan cycline als Cdk en verstoren de actieve site
→ blokkeren enzymactiviteit.
• Functie:
o Houden G1/S- en S-Cdk inactief in G1 (p27, Sic1).
o Stoppen de cyclus na DNA-schade (p21).
o Reguleren G1-Cdk (p16).
• CKI’s worden vaak afgebroken door SCF-ubiquitineligase → vrijgeven van Cdk-activiteit bij de overgang naar de volgende fase.
Regulatie door ubiquitineligasen:
• SCF-complex:
o Richt zich op CKI’s (bijv. p27, Sic1).
o Vereist vaak fosforylering van het doelwit → markering voor afbraak.
o Belangrijk voor de overgang van G1 naar S-fase, doordat het remmende CKI’s opruimt.
• APC/C (Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome):
o Activeert de overgang van metafase naar anafase.
o Markeert securine voor afbraak → separase kan cohesine afbreken
→ chromatiden scheiden.
o Markeert M- en S-cyclines voor afbraak → Cdks vallen stil → de-cycling van
Cdk-substraten door fosfatasen → voltooiing mitose en cytokinese.
o Activatie:
▪ Cdc20 activeert APC/C tijdens metafase-anafase.
▪ Cdh1 houdt APC/C actief in G1 (totdat Cdks later in cyclus weer stijgen)
Balans met fosfatasen:
• PP2A-B55:
o Houdt Cdk-substraten gedefosforyleerd in interfase.
o Wordt tijdens vroege mitose uitgeschakeld door Greatwall-kinase
→ zo kan M-Cdk ongeremd substraten fosforyleren.
o Tijdens anafase keert de situatie om: PP2A-B55 wordt weer actief en de-
fosforyleert M-Cdk-substraten, wat nodig is voor uitmitose en cytokinese.
• Greatwall-kinase:
o Wordt geactiveerd door M-Cdk → fosforyleert Ensa → Ensa remt PP2A-B55.
o Creëert een positieve feedback: hoe meer M-Cdk actief is, hoe sterker
PP2A-B55 wordt onderdrukt.
o Later schakelt PP2A-B55 Greatwall weer uit → terug naar evenwicht in anafase/telofase.
2|Page
