Mitotické dělení ve zdravých a
nádorových buňkách
seminár
Lívia Eiselleová
eiselle@med.muni.cz
Co je účelem mitotického dělení?
00:36
Not Voted:1
(1,0%)
A.Produkce gamet
B. Produkce dvou ve všech
ohledech identických
buněk
C. Klíčový proces udržující
populace asexuálních
organismů
D.Regenerace tkáně
E. Růst organismu
Co je účelem mitotického dělení?
A.Produkce gamet
B. Produkce dvou ve všech
ohledech identických
buněk
C. Klíčový proces udržující
populace asexuálních
organismů
D.Regenerace tkáně
E. Růst organismu
00:36
Not Voted:1
(1,0%)
• rozdělení buňky za vzniku dvou geneticky identických buněk
• umožnit mnohobuněčnému organismu organizovaně růst
• regulovat regeneraci - nahradit poškozené a opotřebované buňky
Účel mitotického dělení
mRNA
and/or
proteins
Účelem mitotického dělení není vždy vytvořit dvě zcela identické buňky
Regenerace tkání
Trust LIV! 
Asexuální reprodukce
• především u jednobuňových organismů, některých menších
živočichů a u rastlin
• potomci jsou identičtí s rodiči
• většinou rychlý proces, který vede k velkému počtu potomků
• pučení (kvasiňky)
• binární dělení (nálevníci, améby, bakterie, řasy)
Růst organismu
https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Blastocyst_Day_3-6_Movie
Niakan et al, Development, 2012
Růst organismu – lidské embryo ve stadiu blastocysty
kolonie lidských
embryonálních buněk
DAPI oct4 NANOG merge
myší blastocysta lidská blastocysta kolonie lidských
embryonálních buněk(Li et al., Cell, 2019)
Mitoza v raním lidském embryu
• v raném vývoji do fáze moruly buňky procházejí rychlými buněčnými mitotickými
děleními a nemají obvyklou regulaci kontrolního bodu G1 a G2
• během M-fáze buňky stále udržují kontrolní bod sestavení vřeténka, ale ne aktivaci
apoptózy. Kontrolní bod sestavění vřeténka se zdá být také klíčem k progresi
mitotického buněčného cyklu během těchto časných buněčných dělení
mRNA and/or
proteins
Mitoza v raním embryu
• zygota: rychlý buněčný cyklus bez významného celkového růstu (vytvářejí shluk buněk
stejné velikosti jako původní zygota – zona pellucida)
• buňky vzniknuté rýhováním se nazývají blastomery a tvoří kompaktní hmotu zvanou
morula
• rýhování končí tvorbou blastuly
• mitotické chyby jsou běžné během raného embryonálního vývoje
• tyto chyby produkují dvě nebo více karyotypicky odlišných buněčných linií v rámci
jednoho embrya - jev nazývaný chromozomální mozaika
Centrozom: malá organela, velká zodpovědnost
• v živočišních buňkách jsou největším zdrojem
mikrotubulů vřeténka
• složený z dvou ortogonálne uspořádaných
centriol
• v proliferujících buňkách je znám jako MTOC
(microtubule-organizing center)
• v neproloferujícich buňkách centrozom migruje
na povrch buňky a z mateřské centrioly vzniká
cílium – senzorická organela
• centrozom chybí v rastlinních buňkách, buňkách
kvasinek a taky ve vajíčku
Nigg, Raff, Cell, 2009
Centrozom a abnormální mitóza
Poruchy centrozomů jsou časté v mnoha nádorech
• možná souvislost s přechodem z časných do
pokročilých stádií karcinogeneze
• klinicky jsou poruchy centrozomů obvykle
asociovány s horší prognózou
• centrozomy představují jeden z cílů molekulární
protinádorové terapie
Poruchy centrozomů představují hlavní mechanismus vedoucí k chromozomální nestabilitě
a k aneuploidii (vznik multipolárního vřeténka a následný nesprávný rozchod chromozomů)
Nigg, Raff, Cell, 2009
Klinický případ
• 6-letý chlapec, narozen z příbuzenského
sňatku
• Zpožděný psychomotorický vývoj, mírná
svalová hypotonie a neprogresivní
(nezhoršující se) mentální retardace
• Magnetická rezonance mozku ukázala
menší mozek, s normální strukturou
Co může být příčinou mikrocefalie?
A. Zika virus
B. Mutace v genech sehrávající
úlohy v duplikaci centriol
C. Nesprávná výživa v těhotenství
D. Nesprávná poloha plodu v
děloze počas porodu
00:31
Not Voted:5
(5,0%)
Co může být příčinou mikrocefalie?
A. Zika virus
B. Mutace v genech sehrávající
úlohy v duplikaci centriol
C. Nesprávná výživa v těhotenství
D. Nesprávná poloha plodu v
děloze počas porodu
Not Voted:5
(5,0%)
Klinický případ
• 6-letý chlapec, narozen z příbuzenského
sňatku
• Zpožděný psychomotorický vývoj, mírná
svalová hypotonie a neprogresivní
(nezhoršující se) mentální retardace
• Molekulární testy ukázaly mutaci
způsobující stop kodon v genu
CDK5RAP2 (kódující centrozomální
protein vysoce exprimovaný v mozku)
• Primární dědičná mikrocefalie
• Magnetická rezonance mozku ukázala
menší mozek, s normální strukturou
Mikrocefalie
Negenetické – environmentální příčiny
mikrocefalie
• jsou nyní známé hlavně díky zvažované
souvislosti zvýšeného výskytu mikrocefalie v Jižní
Americe s rozšířením infekce způsobené virem
Zika (prenášaný komáři)
Genetické příčiny mikrocefalie:
• mikrocefalie vzniká jako součást komplexnějších
syndromům
• mikrocefalie s doprovodným postižením CNS
hlavním projevem jediné genové mutace
Syndromů, v rámci kterých lze identifikovat
i mikrocefalii je známo mnoho – patří sem hned
několik syndromů podmíněných odchylkami
chromozomů (syndromy Edwardsův, Patauův,
syndrom kočičího křiku aj.), ale i syndromy
zapříčiněné mutací jednotlivých genů
• centrozomální defekty postihují ze všech tkání nejvíce nervovou tkáň – narušení
symetrie dělení buněk vedoucí k předčasné diferenciaci progenitorových buněk
• je-li pozice centrozomů náhodná, buňky se častěji dělí asymetricky, nevznikne
dostatečně velká populace neuroepiteliálních progenitorů a tím ani dostatek funkčních
neuronů
Centrozomální defekty a primární mikrocefalie
mutace v CDK5RAP2
deregulace polohy
centrozomu
Regulace polohy centrozomů je klíčová pro zachování polarity buněk ve tkáni
Při vývoji neuroepiteliální tkáně se nejprve symetrickým dělením množí buňky
neuroepiteliálních progenitorů (iv-vi), které se poté dělí asymetricky (vii-viii) a dávají vznik
více diferencovaným buněčným typům (ix-x). Centrozomy jsou označeny červeně.
fáze růstu (symetrické dělení) fáze diferenciace (asymetrické dělení)
Regulace polohy centrozomů je klíčová pro zachování polarity buněk ve tkáni
Nahoře: Poloha dělicího vřeténka je ve zdravé epiteliální tkáni regulována tak, aby
umožnila dělení buněk pouze v takové rovině, která zajistí zařazení nově vzniklé buňky do
stávající tkáně.
Dole: Strukturní aberace centrozomů způsobují deregulaci polohy dělicího vřeténka.
Výsledkem je dceřiná buňka, která není pevně ukotvená v epiteliální tkáni a může se z
epitelu snadněji oddělit. Pokud taková buňka navíc nese mutace v dalších genech, může
dát vznik metastáze.
zdravá epiteliální tkáň
epiteliální tkáň s
aberantními centrozomy
• cykliny se váží na konkrétní cyklin-dependentní kinázy a tím je aktivují
• v každé fázi buněčného cyklu se exprimují jiné cykliny
• aktivní kinázy (CDK) fosforylují (tedy většinou aktivují) další proteiny a transkripční
faktory: aktivace a tvorba proteinů důležitých pro další fáze buněčného cyklu
Co „pohání“ přechod jednotlivých fází buněčného cyklu do fází následujících?
• komplexy cyklinů a cyklin-dependentních kináz
Co dělají cyklin-dependentní kinázy?
Co dělají cykliny?
MPF
R. Timothy Hunt (objevitel cyklinů, Nobelova cena 2001):
„By the way, the name cyclin, which I coined, was really a
joke, it's because I liked cycling so much at the time, but
they did come and go in the cell...“ 
Co musí být ve zdravých buňkách splněno,
aby mitóza (M-fáze) mohla začít?
01:09
Not Voted:2
(2,0%)
A. Musí se výrazně zvýšit hladina CDK1
B. Musí výrazně narůst hladina cyklinu B
C. Musí se zvýšit hladina proteinu p21
D. Všechna jaderná DNA musí být
kompletně replikovaná
E. Nesmí být poškozená DNA
F. Musí být duplikován centrozom
G. Buňka musí zdvojnásobit počet všech
svých organel
H. Všechny chromozomy musí být
správně připojeny k dělicímu vřeténku
Co musí být ve zdravých buňkách splněno,
aby mitóza (M-fáze) mohla začít?
A. Musí se výrazně zvýšit hladina CDK1
B. Musí výrazně narůst hladina cyklinu B
C. Musí se zvýšit hladina proteinu p21
D. Všechna jaderná DNA musí být
kompletně replikovaná
E. Nesmí být poškozená DNA
F. Musí být duplikován centrozom
G. Buňka musí zdvojnásobit počet všech
svých organel
H. Všechny chromozomy musí být
správně připojeny k dělicímu vřeténku
01:09
Not Voted:2
(2,0%)
Zahájení mitózy – nárůst mitotického cyklinu (cyklin B)
MPF (Mitosis
Promoting Factor)
přechod G2/M
(cyklin B)
(CDK1)
poškození DNA
stabilizace p53
exprese p21
(APC)
K čemu je MPF (CDK1 + cyklin B) důležitý?
A. Fosforyluje kondenziny, aby došlo ke
kondenzaci chromatinu
B. Fosforyluje tubulin a další proteiny,
aby se vytvořilo dělicí vřeténko
C. Fosforyluje laminy, aby došlo k
rozpadu jaderného obalu
D. Aktivuje ubikvitin-ligázu, která označí
ubikvitinem sekurin
E. Aktivuje APC (anaphase promoting
complex), který zahájí separaci
chromatid
F. Aktivuje APC, který degraduje cyklin B
00:42
Not Voted:16
(16,0%)
K čemu je MPF (CDK1 + cyklin B) důležitý? 00:42
Not Voted:16
(16,0%)
A. Fosforyluje kondenziny, aby došlo ke
kondenzaci chromatinu
B. Fosforyluje tubulin a další proteiny,
aby se vytvořilo dělicí vřeténko
C. Fosforyluje laminy, aby došlo k
rozpadu jaderného obalu
D. Aktivuje ubikvitin-ligázu, která označí
ubikvitinem sekurin
E. Aktivuje APC (anaphase promoting
complex), který zahájí separaci
chromatid
F. Aktivuje APC, který degraduje cyklin B
Tvorba dělicího
vřeténka
Separace sesterských
chromatid
Rozpad jádra
Kondenzace
chromatinu
Aktivace APC (anaphasepromoting
complex) –
degraduje sekurin, volná
separáza může štěpit
kohezin
Kinetochore
Sekurin
Separáza Separáza
Degradovaný
sekurinAPC
Fosforylace
centrozomálních
proteinů a proteinů
asociovaných s
mikrotubuly
Fosforylace
laminů, proteinů
na vnitřní jaderné
membráně a
jaderných pórů
Fosforylace
kondenzinů
MPF – maturation/mitosis promoting factor
S G2 M
kontrolní bod
metafáze/anafáze
vstup do
buněčného
cyklu
replikace DNA
zdvojení centrozomu
a rozchod k pólům
buňky
tvorba mitotického
vřeténka
kondenzace
chromozom
ů
rozchod
chromozom
ů
cytokinez
e
G1/S G2/
M
S
bod restrikce
buňky
vyrobí
chybějící
organely
hladina cyklinu B
MITÓZA
CDK1 je neaktivní CDK1 je aktivní CDK1 je neaktivní
Přehled kontrolních bodů, cyklinů a CDK v průběhu buněčného cyklu
Co může být příčinou vzniku následujících
karyotypů (pacient 1 a 2)?
Nádorová buňka pacienta 2Nádorová buňka pacienta 1Zdravá buňka
Not Voted:13
(13,0%)
01:50
A. Mutace v genech regulujících zdvojení
centrozomu
B. Dělení buněk s kriticky zkrácenými
telomerami, které vedlo k náhodné fúzi
některých chromozomů
C. Nesprávné připojení dělicího vřeténka ke
chromozomům
D. Selhání jednoho nebo více kontrolních bodů
buněčného cyklu
Co může být příčinou vzniku následujících
karyotypů (pacient 1 a 2)?
Nádorová buňka pacienta 2Nádorová buňka pacienta 1Zdravá buňka
A. Mutace v genech regulujících zdvojení
centrozomu
B. Dělení buněk s kriticky zkrácenými
telomerami, které vedlo k náhodné fúzi
některých chromozomů
C. Nesprávné připojení dělicího vřeténka ke
chromozomům
D. Selhání jednoho nebo více kontrolních bodů
buněčného cyklu Not Voted:13
(13,0%)
01:50
Mitóza je nejkratší fází buněčného cyklu, ale zároveň jsou buňky během mitózy nejcitlivější
k stresovým signálům vyvolávajícím buněčnou smrt
Proč?
• dynamické zapínání/vypínaní mnoha signálních drah
• velké a rychlé změny v hladinách mnoha proteinů
• obrovská reorganizace buněčných struktur
• buňka se více „kontroluje“ → snadnější spuštění apoptózy
Principem protinádorových terapií cílících na mitózu je zastavit buňku v mitóze, což často
povede ke spuštění buněčné smrti
Anti-mitotická protinádorová léčba
Lokalizace proteinů, na které v současnosti cílí protinádorová léčba:
• dělicí vřeténko
• oblast kinetochoru/centromery
• centrozom
• mitoplazma (mitotická cytoplazma = cytoplazma + nukleoplazma).
Chan K-S, Koh C-G, Li H-Y. Mitosis-targeted anti-cancer
therapies: where they stand. Cell Death & Disease. 2012
Protinádorová terapie cílící na mitózu
Replikativní senescence
- v progenitorových buňkách přestává
být exprimován enzym telomeráza,
který umí doreplikovat konce
chromozomů, proto se progenitorům s
každým dělením zkracují telomery
chromozom progenitorové buňky
telomera
telomera se s každým
buněčným dělením zkracuje
zkrácení telomer indukuje
buněčnou senescenci
- buňky s telomerami zkrácenými pod
určitou mez vstupují do senescence –
nadále vykonávají svou funkci, ale
nemohou je již dělit
- senescence představuje obranný
mechanismus proti nadměrnému
dělení buněk – je-li tento mechanismus
poškozený, mohou být obnaženy
nechráněné konce chromozomů,
rozpoznány jako dvouřetězcové zlomy a
v rámci „opravy DNA“ připojeny k jiným
molekulám DNA
zkrácení telomer je
rozpoznané jako forma
poškození DNA
exprese inhibitorů CDK
(např. p16)
odtlačování
centrozomů na
opačné póly buňky
odtahování chromatid
k opačným pólům
buňky
přitahování
centrozomu k
pólu
Motorové proteiny
• nepříznivé účinky na normální (nenádorové) buňky – narušení fyziologických procesů
jako např. vezikulární transport, funkce cytoskeletu,…
Cílová molekula Inhibiční efekt Léčiva Testované typy nádorů
Vřeténkové jedy
Tubulin Stabilizace
mikrotubulů
Paclitaxel
Epothilone (ve fázi
klinického testování)
Glioblastom, nádory hlavy
a krku, plic, prsu,
vaječníků
Depolymerace
mikrotubulů
Vincristine
Vinblastine
Lymfomy, leukémie,
nefroblastomy, nádory
prsu
Kinesin-5 Tvorba
monopolárního
vřeténka
Ispinezib
Monastrol (oba ve
fázi klinického
testování)
Karcinom vaječníku,
rakovina prsu, karcinom
tlustého střeva
Chan K-S, Koh C-G, Li H-Y. Mitosis-targeted anti-cancer
therapies: where they stand. Cell Death & Disease. 2012
Motorové proteiny a mikrotubuly jako cíle protinádorové terapie
• v průběhu celého buněčného cyklu musí být rychle odstraněno mnoho regulačních
proteinů (např. cykliny, sekurin, kináza Wee1), aby mohl buněčný cyklus pokračovat – to
mají na starost dva ubikvitin-ligázové komplexy (SCF a APC/C) – ubikvitinované proteiny
jsou poté všechny degradovány v proteazomu
ubikvitinováno
komplexem APC/C
ubikvitinováno
komplexem SCF
Proteazom jako cíl protinádorové terapie
Cílová molekula Inhibiční efekt Léčiva Testované typy nádorů
Proteazom
Zabraňuje degradaci
cyklinu B, sekurinu a
mnoha dalších proteinů
Bortezomib
Mnohočetný myelom,
lymfom z plášťových
buněk
• i když je blokování funkce proteazomu velmi nespecifické, vedlejší účinky bortezomibu
jsou překvapivě nízké
Chan K-S, Koh C-G, Li H-Y. Mitosis-targeted anti-cancer
therapies: where they stand. Cell Death & Disease. 2012
Proteazom jako cíl protinádorové terapie
There´s nothing funny about mitosis jokes. Once you say one, everyone splits.