معلومة

10.27: الدورة الكاملة - علم الأحياء

10.27: الدورة الكاملة - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تذكر ، الانقسام هو عملية انقسام الخلايا ، لكنه مجرد جزء من دورة الخلية الكاملة. يوضح الشكل 1 المدة التي تقضيها الخلية تقريبًا في كل مرحلة من مراحل دورة الخلية:

كما ترى ، تقضي الخلايا معظم وقتها في الطور البيني.

مراجعة الفيديو: دورة الخلية

يستعرض هذا الفيديو جميع خطوات الانقسام. تعتبر رؤية كل ذلك معًا مراجعة رائعة في هذه المرحلة.

تم استبعاد عنصر YouTube من هذا الإصدار من النص. يمكنك مشاهدته على الإنترنت هنا: pb.libretexts.org/biom1/؟p=330


نظام MS2 محسّن للإبلاغ الدقيق عن دورة حياة mRNA

يمكّن نظام MS2-MCP الباحثين من تصوير خطوات متعددة لدورة حياة الرنا المرسال بدقة عالية من حيث الوقت والمكان. ومع ذلك ، بالنسبة للرنا المرسال قصير العمر ، فإن الارتباط المحكم لبروتين غلاف MS2 (MCP) بمواقع ربط MS2 (MBS) يحمي الحمض النووي الريبي من التدهور بكفاءة ، وهذا يربك دراسة تنظيم الرنا المرسال. هنا ، نصف نظام مراسل (MBSV6) مع تقارب منخفض لـ MCP ، والذي يسمح بتدهور الرنا المرسال مع الحفاظ على اكتشاف الجزيء الفردي الذي يحدده جزيء واحد FISH (smFISH) أو التصوير المباشر. تتحلل بشكل طبيعي mRNAs التأسيسية (MDN1 و DOA1) و mRNAs شديدة التنظيم (GAL1 و ASH1) الموسومة محليًا بـ MBSV6 في Saccharomyces cerevisiae. نتيجة لذلك ، تم تصوير mRNAs قصيرة العمر طوال دورة حياتها الكاملة. كشف مراسل MBSV6 أنه ، على عكس النتائج السابقة ، لم يحدث التوظيف المنسق لـ mRNAs في الهياكل المتخصصة مثل الأجسام P أثناء الإجهاد ، وتم توزيع تدهور mRNA بشكل غير متجانس في السيتوبلازم.

بيان تضارب المصالح

تضارب المصالح المالية

المواد الموجودة في هذه المخطوطة هي موضوع طلب مؤقت إلى مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة. لم يتم ترخيصه لأي شركة ، والمؤلفون (E.T و M.V. و RHS) هم المخترعون الوحيدون.

الأرقام

الشكل 1. أنظمة MBS الحالية تقاوم التدهور ...

الشكل 1. أنظمة MBS الحالية تقاوم التدهور في الخميرة

(أ ، ب) مخطط ASH1 و…

500 خلية لكل تجربة ، تم إنشاء توزيع mRNAs باستخدام نفس التجميع. (ز) تم اكتشاف مجاميع MBS في السيتوبلازم كبقع فلورية ساطعة بواسطة smFISH. تشير النسبة المئوية إلى الخلايا الموجبة لتجميعات MBS. الأسهم الصفراء = مجاميع MBS. شريط المقياس = 5 ميكرومتر. (ح) تم اكتشاف مجاميع MBS في سيتوبلازم الخلايا الحية التي تشارك في التعبير عن MCP. (الأسهم البيضاء = واحد ASH1 (يسار) و MDN1 (يمين) mRNAs. الأسهم الصفراء = مجاميع MBS. شريط المقياس = 5 ميكرومتر.

الشكل 2. تصميم وتوصيف ...

الشكل 2. تصميم وتوصيف نظام MS2-MCP جديد

(أ) تسلسلات حلقة جذعية الحمض النووي الريبي ...

الشكل 3. تبلغ 12xMBSV6 بأمانة سرعة ...

الشكل 3. 12xMBSV6 تقارير بأمانة التدهور السريع ل GAL1 مرنا

الشكل 4. يحافظ MBSV6-MCP على دقة mRNA واحدة ...

الشكل 4. يحافظ MBSV6-MCP على دقة مرنا واحد في الخلايا الحية

100 خلية لكل تجربة. لا يُظهر اختبار Mann-Whitney غير المعياري فرقًا كبيرًا في السطوع بين مجموعات 24xMBSV6 أو 24xMBSORF ، P = 0.6753. (د) توزيع التردد MDN1 mRNAs لكل خلية تم تمييزها إما بـ 24xMBSV6 أو 24xMBSORF. عد جزيئات الرنا المرسال الفردية من العينة في 4 ب. يعني و SD من ثلاث ثقافات مستقلة ، ن =

100 خلية لكل تجربة. (هـ) مخطط الثقافات المختلطة لمقارنة شدة واحدة MDN1 تم تمييز mRNAs إما بـ 24xMBSV6 أو 12xMBSV6. الخلايا التي تعبر عن 24xMBSV6-MCP co-express Nup49-tdTomato بمناسبة الغلاف النووي (الدائرة الحمراء). (و) تصوير ثنائي اللون للثقافات المختلطة. يظهر MERGE إشارة mRNA (رمادي) و Nup49tdTomato (أحمر). الأسهم البيضاء = mRNAs واحد. (ز) مؤامرة من شدة واحدة MDN1 تم تمييز mRNAs إما بـ 24xMBSV6 (ن = 1684) أو 12xMBSV6 (ن = 861). يعني و SD من ثلاث ثقافات مستقلة ، ن =

100 خلية لكل تجربة. يُظهر اختبار Mann-Whitney غير المعياري فرقًا كبيرًا في السطوع بين مجموعات 24xMBSV6 أو 12xMBSV6 ، P & lt0.0001. (ح) توزيع التردد MDN1 mRNAs لكل خلية تم تمييزها إما بـ 24xMBSV6 (أحمر) أو 12 MBSV6 (أزرق). عد جزيئات الرنا المرسال الفردية من العينة في 4f. يعني و SD من ثلاث ثقافات مستقلة ، ن =

الشكل 5. MBSV6-MCP يتيح تصوير mRNA واحد ...

الشكل 5. MBSV6-MCP تمكن واحد مرنا التصوير تحت ظروف الإجهاد

الشكل 6. تقارير كمية MBSV6-MCP ASH1 مرنا ...

الشكل 6. تقارير كمية MBSV6-MCP ASH1 مستويات mRNA طوال دورة الخلية


ليلاند هارتويل

الدكتور ليلاند هارتويل هو رئيس سابق ومدير لمركز فريد هاتشينسون لأبحاث السرطان في سياتل بواشنطن. حصل على درجة البكالوريوس & # 8217s في العلوم من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 1961. واصل هارتويل تعليمه العالي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في بوسطن تحت إشراف الدكتور بوريس ماجاسانيك. بعد تخرجه & # 8230 مواصلة القراءة

سو بيجينز

درست الدكتورة سو بيجينز علم الأحياء عندما كانت طالبة جامعية في جامعة ستانفورد واعتقدت في البداية أنها ستتقدم إلى كلية الطب بعد حصولها على شهادتها. ومع ذلك ، بعد الصيف في العمل في مختبر أبحاث ، غيرت رأيها وقررت التقدم إلى كلية الدراسات العليا. حصلت Biggins على درجة الدكتوراه في البيولوجيا الجزيئية من جامعة برينستون وكانت & # 8230 مواصلة القراءة

المزيد من المحادثات في علم الوراثة وتنظيم الجينات


المراحل الأربع للتحول الكامل

التحول الكامل يعطي الحشرات مزايا أكبر من حيث البقاءحيث تتميز كل مرحلة بتغيراتها السلوكية والتشريحية والفسيولوجية. حتى البيئة التي يوجد فيها كل شكل يمكن أن تختلف.

توجد نظريات مختلفة حول محفزات الانتقال من مرحلة إلى أخرى ، بما في ذلك الجوع ، والوزن الحرج ، وتنظيم الجينات ، ودرجة الحرارة ، والتحفيز الهرموني ، والوقت. ومع ذلك ، فإن وجود وكمية وتوازن 20 هيدروكسي ديسون (20E) و هرمون الأحداث (JH) هي على الأرجح أهم أدلة كيميائية لعملية التحول الكامل.

مرحلة البيض من التحول الكامل

توفر البويضة المعلومات الجينية الضرورية لكل النمو والوظيفة ، بما في ذلك المخططات الخاصة بالأقراص التخيلية. توجد الأقراص التخيلية في أجنة الحشرات وتصبح في النهاية أجزاء تشريحية لأشكال البالغين. تتمتع الأقراص التخيلية بالقدرة على التطور إلى درع ، وعيون مركبة ، وفك السفلي ، وهياكل خارجية ، على سبيل المثال.

يتم إنتاج بيض الحشرات بأعداد كبيرة وتودع عن طريق الأنثى حامل البيض على الأسطح المحمية والمخفية. يعتمد مكان وضع البيض على النظام الغذائي لليرقات. تضع الفراشات بيضها على الجانب السفلي لأنواع معينة من الأوراق التي يأكلها صغارها. أحد الأمثلة هو ملفوف الفراشة البيضاء، اليرقات تقتل أوراق الملفوف لأنها تجمع الطاقة اللازمة للمرحلة التالية من التحول الكامل.

قشرة بيضة حشرة - المشيماء & # 8211 صعبة. يتشكل داخل الأنثى البالغة قبل الإخصاب ، مما يعني أن الحيوانات المنوية يجب أن تدخل عن طريق شبكة من القنوات أو micropyles التي توفر الوصول إلى وسط البيضة عبر المشيماء. بصورة مماثلة، يتم نقل الأكسجين إلى الداخل وإخراج ثاني أكسيد الكربون من خلال المنافذ الهوائية. لا تتواجد Aeropyles دائمًا في مشيمة البيض الموضوعة تحت سطح الماء. بدلاً من ذلك ، تنتشر الغازات بشكل سلبي عبر مسام متعددة.

توجد بنية أخرى في المشيماء لكل من بيض الحشرات الأرضية والمغمورة هي شبكة plastron أو ال المشيمة الذي يحمل طبقة رقيقة من الهواء بالقرب من سطح البيضة. هذا يضمن أ الإمداد بالأكسجين، حتى عندما تكون البيضة مغطاة بالماء.

مرحلة اليرقات من التحول الكامل

عادة ما يكون شكل الدودة أو اليرقة ليرقة الحشرات بعيد كل البعد عن شكلها البالغ. عند الفقس من البيضة هدفها الأساسي هو استهلاك الطاقة استعدادًا للتغييرات المورفولوجية الضخمة للمرحلة التالية من التحول الكامل. هذا يعني أن الجزء الأكثر تطورًا في تشريح أي يرقة هو القناة الهضمية.

تظهر اليرقات أيضًا مع أقراص تخيلية أو براعم تخيلية تشكل لاحقًا أجزاء من تشريح البالغين. ال غالبية اليرقات تمر بمرحلة واحدة على الأقل من الطور أو اليرقات، حيث من الضروري أن تتخلص اليرقة من جلدها لإعطائها مجالًا للنمو. في اليرقة ، تتكون هذه العملية من مرحلتين: فصل الجلد عن الخلايا الأساسية (انحلال الجلد) ، وتساقط الجلد أو تساقطه (انسلاخ الجلد).

تُعرف المرحلة اليرقية النهائية باسم بريبوبا هنا تتوقف الرغبة المستمرة في التغذية وتصبح اليرقة غير نشطة.

مرحلة العذراء من التحول الكامل

في مرحلة العذراء ، تصبح الأقراص التخيلية لجنين الحشرات واليرقة نشطة. تحدث عملية موقوتة بعناية لموت الخلايا وتكاثر الخلايا ، حيث تموت خلايا اليرقات وتتفكك لتوفير الطاقة للعمليات التي لا تعد ولا تحصى التي ينطوي عليها تطور حشرة بالغة. يجب أن يكون الشخص البالغ قادرًا على الإنجاب ، وفي هذه المرحلة يكون الأعضاء التناسلية طور. توضح الصورة أدناه مراحل حياة النملة المختلفة.

توضح الصورة أعلاه الأشكال المختلفة للنمل ، من البيضة إلى شكل العذراء.

من المهم التمييز بين طور العذراء وهيكل خادرة. في المرحلة بين اليرقة والبالغين تسمى الحشرة أ فريت. يُعرف السكن الواقي الذي يحيط بالفراتيت بشكل عام باسم a خادرة غالبًا ما يتم اشتقاق هذا من بشرة صلبة من اليرقة غير المتحركة الآن. أسماء أخرى بما في ذلك شرنقة, شرنقة و بهلوان تعتمد على نوع الحشرة أو مواد تغطية إضافية ، مثل الحرير.

مرحلة إيماجو من التحول الكامل

يسمى ظهور حشرة بالغة من الخادرة كسوف. الهرمونات المنبعثة في نهاية مرحلة العذراء تعمل على تليين جدار الصدفة ، مما يسمح للحشرة البالغة بالظهور. تُترك حالة العذراء خلفها كصدفة فارغة ولفترة من الوقت تجد الحشرة البالغة نفسها معرضة بشكل خاص للعناصر والحيوانات المفترسة.

هذا لأن كل الأجنحة متفتتة ورطبة ، والحشرة البالغة غير قادرة على الطيران. حتى تمتلئ الشبكة الوريدية للأجنحة بالعقي أولاً ، ثم بعد ذلك الدملمف من خلال عمليات ضخ البطن ، تكون الحشرة المجنحة البالغة في خطر كبير.

عندما تتفتح الأجنحة ، تكون الهياكل بداخلها تذوب وهناك حاجة لكميات صغيرة فقط من الدملمف للدوران داخل أوردة الجناح ، مما يجعلها خفيفة الوزن وفعالة للغاية. الحشرة الآن متحركة وقادرة على تحقيق هدفها & # 8211 في التكاثر.


مادة الاحياء

داء المشعرات (داء الشعرينات) يسببه الديدان الخيطية (الديدان الأسطوانية) من الجنس تريكينيلا. بالإضافة إلى العامل الكلاسيكي T. spiralis (توجد في جميع أنحاء العالم في العديد من الحيوانات آكلة اللحوم والحيوانات النهمة) ، والعديد من الأنواع الأخرى تريكينيلا يتم التعرف عليها الآن ، بما في ذلك T. pseudospiralis (الثدييات والطيور في جميع أنحاء العالم) ، T. ناتيفا (الدببة القطبية) ، ت. نيلسوني (الحيوانات المفترسة والزبالون الأفارقة) ، T. بريتوفي (آكلات اللحوم في أوروبا وغرب آسيا) ، و T. Papuae (الخنازير البرية والمنزلية في بابوا غينيا الجديدة وتايلاند). Trichinella zimbabwensis تم العثور عليها في التماسيح في أفريقيا ولكن حتى الآن لا توجد ارتباطات معروفة لهذا النوع بأمراض الإنسان.

دورة الحياة:

اعتمادًا على التصنيف المستخدم ، هناك عدة أنواع من تريكينيلا: T. spiralis, T. pseudospiralis, T. ناتيفا, تي موريلي, ت. نيلسوني, T. بريتوفي, T. Papuae، و T. زيمبابوينسيس، وكلها باستثناء آخرها قد تورطت في الأمراض التي تصيب الإنسان. تتطور الديدان البالغة واليرقات المشفرة داخل مضيف فقاري واحد ، ويعمل الحيوان المصاب كمضيف نهائي ومضيف وسيط محتمل. مطلوب مضيف ثان لإدامة دورة حياة تريكينيلا. غالبًا ما تضمنت الدورة المحلية الخنازير والقوارض البشرية ، ولكن يمكن أن تشارك الحيوانات الأليفة الأخرى مثل الخيول. في الدورة الحرجية ، يكون نطاق الحيوانات المصابة كبيرًا ، لكن الحيوانات التي ترتبط غالبًا كمصادر للعدوى البشرية هي الدب والموز والخنازير البرية.

ينتج داء المشعرات عن تناول اللحوم غير المطهية جيدًا التي تحتوي على يرقات محفورة (باستثناء T. pseudospiralis و T. Papuae، والتي لا يتم تشفيرها) من تريكينيلا محيط . بعد التعرض لحمض المعدة والبيبسين ، يتم إطلاق اليرقات من الأكياس وتغزو الغشاء المخاطي للأمعاء الدقيقة حيث تتطور إلى ديدان بالغة. يبلغ طول الإناث 2.2 ملم ذكور 1.2 ملم. يبلغ العمر الافتراضي للأمعاء الدقيقة حوالي أربعة أسابيع. بعد أسبوع واحد ، تطلق الإناث يرقات تهاجر إلى عضلات مخططة حيث تتكثف. عادة ما يتم التشخيص بناءً على الأعراض السريرية ، ويتم تأكيده عن طريق الأمصال أو تحديد اليرقات المحصنة أو غير المشفرة في عينات الخزعة أو التشريح.


10.27: الدورة الكاملة - علم الأحياء

تذكر أن الانقسام الفتيلي هو عملية انقسام الخلايا ، ولكنه جزء من دورة الخلية الكاملة. يوضح الشكل 1 المدة التي تقضيها الخلية تقريبًا في كل مرحلة من مراحل دورة الخلية:

الشكل 1. تتكون دورة الخلية من الطور البيني والمرحلة الانقسامية. أثناء الطور البيني ، تنمو الخلية ويتضاعف الحمض النووي. يتبع الطور البيني المرحلة الانقسامية. خلال المرحلة الانقسامية ، يتم فصل الكروموسومات المضاعفة وتوزيعها في نوى ابنة. عادة ما ينقسم السيتوبلازم أيضًا ، مما ينتج عنه خليتان ابنتان.

كما ترى ، تقضي الخلايا معظم وقتها في الطور البيني.

مراجعة الفيديو: دورة الخلية

يستعرض هذا الفيديو جميع خطوات الانقسام ، حيث يعد رؤيته معًا مراجعة رائعة في هذه المرحلة.


الجزء 2: التحكم في دورة الخلية: ركائز Cdk

00: 00: 02.03 حسنًا ، اسمي ديف مورغان. أنا من جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو.
00: 00: 06.04 وفي هذه المحاضرة سوف أستعرض بعض أعمالي الخاصة حول دراسات
00: 00: 09.23 كيف تقود الكينازات المعتمدة على السيكلين أحداث دورة انقسام الخلايا حقيقية النواة.
00: 00: 15.29 الآن أصبح من الراسخ في هذه المرحلة أن المنظمين الرئيسيين
00: 00: 19.11 من دورة الخلية حقيقية النواة هي كينازات أو أقراص مدمجة تعتمد على cyclin.
00: 00: 23.13 والفكرة الأساسية هي تنشيط سلسلة من معقدات Cdk-cyclin
00: 00: 28.11 في تسلسل محدد أثناء دورة الخلية
00: 00: 30.08 لتشغيل أحداث دورة الخلية بالترتيب المناسب.
00: 00: 33.21 وهكذا ، على سبيل المثال ، يتكون مركب Cdk-cyclin S-phase في الانقسام الفتيلي المتأخر أو في أواخر G1
00: 00: 39.15 ثم يتم تنشيطها في بداية المرحلة S لبدء تخليق الحمض النووي.
00: 00: 43.03 ثم تتشكل مجمعات Cdk-cyclin M-phase في نهاية G2
00: 00: 47.06 ويتم تنشيطها لبدء أحداث الانقسام الفتيلي ونقل الخلية إلى الطور الاستوائي.
00: 00: 52.17 لذا فإن السؤال الكبير الذي أريد أن أتطرق إليه اليوم هو كيف يتم ذلك
00: 00: 55.26 الأقراص المدمجة هي التي تقود أحداث دورة الخلية هذه؟
00: 00: 59.05 الآن من الواضح أن Cdks عبارة عن كينازات بروتينية ، مما يعني أن الآلية الأكثر احتمالًا
00: 01: 02.24 التي تعزز بواسطتها أحداث دورة الخلية من خلال فسفرة البروتينات الأخرى
00: 01: 07.10 والتي تؤدي بعد ذلك إلى تلك الأحداث.
00: 01: 09.15 وهكذا على مدى السنوات العشر أو الاثنتي عشرة الماضية أو نحو ذلك ، كرسنا الكثير من الجهد
00: 01: 13.18 لتحديد ركائز الكينازات المعتمدة على السيكلين
00: 01: 16.20 على أمل أن يقودنا ذلك إلى إجابة لسؤال
00: 01: 19.17 كيف تبدأ أقراص Cdks أحداث دورة الخلية بالفعل.
00: 01: 23.23 لذا في هذه المحاضرة سوف أخبركم عن طريقتين استخدمناهما
00: 01: 26.23 لتحديد ركائز Cdk بشكل منهجي وشامل
00: 01: 30.09 وبعد ذلك في النصف الثاني من المحاضرة سوف ندخل في بعض الطرق الشيقة
00: 01: 33.20 التي نستخدم فيها قوائم الركائز هذه لمعالجة بعض الأسئلة العامة
00: 01: 37.19 وظيفة Cdk وتنظيم الفوسفو.
00: 01: 41.07 إذن الطريقة الأولى التي نستخدمها لتحديد ركائز Cdk
00: 01: 43.22 بدأ منذ حوالي 10 أو 12 عامًا بالتعاون مع كيفان شوكات ، الكيميائي هنا في UCSF.
00: 01: 51.00 الآن ، توصل كيفان إلى فكرة يمكن من خلالها تصنيف أهداف محددة
00: 01: 57.04 بروتين كيناز في خليط خلية خام وهذه الشريحة تحاول شرح هذه الطريقة الأساسية.
00: 02: 02.09 على اليسار. دعونا نركز على اليسار أولاً.
00: 02: 04.08 على اليسار يوجد بروتين كينيز عادي من النوع البري مثل Cdk1 مع شريكه التنظيمي cyclin.
00: 02: 10.08 وعادةً عندما يريد المرء تسمية أهداف بروتين كيناز ، مثل Cdk1 ،
00: 02: 14.28 أنت تزود كيناز ببساطة بنسخة من ATP حيث يكون فوسفات جاما
00: 02: 20.00 تم تمييزها بعلامة مشعة.
00: 02: 22.28 وبعد ذلك عندما يستخدم بروتين كيناز هذا ATP فإنه سينتقل بعد ذلك
00: 02: 27.24 أن P-32 على ركائزها.
00: 02: 31.11 الآن ، للأسف لا يمكن استخدام هذا لتحديد ركائز غير معروفة
00: 02: 34.24 من Cdks لأنك إذا أخذت Cdk نقيًا وبعض جاما المسمى P-32-ATP
00: 02: 40.16 ووضع ذلك في محلول الخلية الخام ، فلن تحصل فقط على وضع علامات على أهداف Cdk
00: 02: 46.12 ولكن وضع العلامات على جميع أهداف البروتين كينيز الأخرى في هذا المحللة لأن
00: 02: 49.15 أنه يمكن استخدام ATP بواسطة أي كيناز.
00: 02: 52.22 وهكذا كانت فكرة كيفان شوكات هي تجنب هذه المشكلة باستخدام
00: 02: 56.15 ما يسمى كينازات البروتين الحساسة التناظرية.
00: 02: 58.29 وتستند الاستراتيجية على حقيقة أن البروتين كينازات
00: 03: 02.07 تميل إلى احتواء بقايا كبيرة كارهة للماء في الجدار
00: 03: 05.19 جيب تجليد الأدينين في موقعهم النشط.
00: 03: 08.21 وبالتالي فإن الإستراتيجية الأساسية هي تغيير تلك السلسلة الجانبية الكارهة للماء هناك
00: 03: 12.28 لبقايا الجلايسين مما يؤدي إلى تكوين جيب إضافي بالداخل
00: 03: 16.18 جانب موقع ربط ATP هذا. و كنتيجة
00: 03: 20.00 يمكن الآن لهذا الكيناز المتحول استخدام نظير ATP ضخم فيه شقوق إضافية
00: 03: تمت إضافة 24.25 إلى قاعدة الأدينين لـ ATP.
00: 03: 27.28 وهكذا على سبيل المثال ، يمكن استخدام N6-benzyl-ATP بواسطة حساس تناظري Cdk1 كيناز
00: 03: 32.28 ولكن لا يمكن استخدامه بواسطة كيناز من النوع البري لأن نظير ATP الضخم هذا
00: 03: 37.04 لا يمكن أن يتناسب مع الموقع النشط من النوع البري.
00: 03: 41.14 وهكذا ، بالطبع ، إذا قمت بوضع ملصق راديو على فوسفات جاما
00: 03: 44.05 من هذا التناظرية الضخمة لـ ATP ثم أضف هذا الكيناز إلى محلل الخلية الخام
00: 03: 48.19 ما تأمل في الحصول عليه هو تسمية محددة للأهداف المباشرة فقط
00: 03: 52.23 أن بروتين كيناز ولا كينازات أخرى في محللة الخلية
00: 03: 56.00 لأن هذه الكينازات الأخرى لا يمكنها استخدام نظير ATP الضخم هذا.
00: 04: 00.12 إذن هذه الطريقة. قمنا بتطوير هذه الطريقة بالتعاون مع كيفان شوكات
00: 04: 04.04 منذ عدة سنوات وطبقته على الخميرة Cdk1 kinase
00: 04: 08.28 وتظهر النتائج مع ذلك في الشريحة التالية.
00: 04: 12.09 إذاً هذه الشريحة تظهر صورة إشعاعية ذاتية لجيل البروتين
00: 04: 15.14 حيث فصلنا نواتج التفاعل
00: 04: 16.28 من ثلاثة تفاعلات مختلفة ، اثنان منها عبارة عن تفاعلات تحكم
00: 04: 20.03 والثالث هو التفاعل التجريبي.
00: 04: 23.09 في الممر الأول ما تراه هو ما يحدث عند إضافة N6-benzyl-ATP ذي العلامات الإشعاعية
00: 04: 28.16 هذا ATP الضخم إلى مستخلص خلية خام مصنوع من الخميرة.
00: 04: 33.05 والنتيجة هي أنك تحصل على القليل جدًا من الملصقات لأي شيء في مستخلص الخلية
00: 04: 36.14 لأنه لا يمكن استخدام نظير ATP بواسطة كينازات البروتين في مستخلص الخلية الخام هذا.
00: 04: 42.14 المسار التالي هو عنصر تحكم آخر نقوم فيه بخلط البروتين المنقى كيناز Cdk1-as1
00: 04: 48.23 مع شريك cyclin ثم إضافة ذلك إلى بعض N6-benzyl-ATP
00: 04: 54.01 تم وضع علامة الراديو على موقع جاما الخاص به والنتيجة هي أنك أنت
00: 04: 57.10 انظر الفسفرة التلقائية لوحدة cyclin الفرعية لمجمع Cdk-cyclin.
00: 05: 01.21 وبالتالي ينتج عن ذلك نطاق خلفي في الممر التجريبي هنا.
00: 05: 07.03 لكن الممر الثالث هو في الحقيقة الممر الحاسم الذي توجد فيه المكونات الثلاثة
00: 05: 09.22 تمت إضافة. ولذا فإننا نضيف كيناز منقى. كيناز حساس تناظري
00: 05: 13.14 مع نظير ATP الضخم وخلاصة الخلية والنتيجة
00: 05: 17.21 هو أنك ترى مجموعة كاملة من البروتينات المختلفة التي تحمل علامات الراديو
00: 05: 22.06 في خلاصة الخلية ويفترض أن هذه البروتينات هي أهداف مباشرة لـ
00: 05: 27.00 مجمعات Cdk1-cyclin في تلك المحللة.
00: 05: 31.12 لذلك حصلنا على هذه النتيجة منذ عدة سنوات وبعد ذلك
00: 05: 33.29 كرس الكثير من الجهد لتحديد الهوية
00: 05: 36.03 هذه العصابات المختلفة ذات العلامات الإشعاعية في محللة الخلية هذه.
00: 05: 38.05 ولإيجاز القصة الطويلة جدًا ، انتهى بنا الأمر باستخدام المكتبات البروتينية
00: 05: 42.24 لتحديد الركائز بشكل فردي وفي النهاية
00: 05: 45.27 توصلنا إلى قائمة تضم حوالي 181 بروتينًا في مستخلصات الخلايا
00: 05: 50.04 يتم تعديلها بسرعة بواسطة مجمعات Cdk1-cyclin.
00: 05: 53.27 وهكذا زودتنا قائمة البروتينات هذه بقائمتنا الأولية من ركائز Cdk.
00: 05: 59.23 تشارك هذه الركائز في مجموعة واسعة من العمليات الخلوية المختلفة
00: 06: 02.25 من المعروف أن العديد منها متصل بدورة الخلية بطريقة ما
00: 06: 05.20 ومن المحتمل أن تمثل أهدافًا مهمة لـ Cdk1 طوال دورة الخلية.
00: 06: 11.01 ولكن لأسباب مختلفة قررنا أن قائمة الركائز هذه كانت
00: 06: 14.02 غير مكتمل وأيضًا ، لأنه تم إجراؤه في المختبر أردنا الحصول عليه
00: 06: 18.03 طريقة أخرى تتيح لنا تحديد عدد أكبر بشكل شامل
00: 06: 23.09 من ركائز Cdk التي تم تعديلها في الجسم الحي بواسطة Cdk1.
00: 06: 26.23 وبالتالي فإن الطريقة الثانية التي استخدمناها مؤخرًا هي استخدامها
00: 06: 30.17 مناهج قياس الطيف الكتلي الكمي لتحديد كل الفسفرة
00: 06: 34.10 مواقع في الخلية تعتمد على Cdk1.
00: 06: 37.18 بمعنى آخر ، مواقع الفسفرة التي تنخفض مستوياتها بشكل مفاجئ
00: 06: 40.18 عندما تثبط نشاط بروتين كينيز Cdk1.
00: 06: 45.12 وتبدأ هذه الطريقة مرة أخرى مع متحولة Cdk1 الحساسة التناظرية.
00: 06: 49.17 الآن ، ميزة أخرى لهذه المسوخات الحساسة التناظرية هي أنها لا ترتبط فقط
00: 06: 53.24 نظائر ATP الضخمة ، لكنها تربط أيضًا مثبطات ضخمة الحجم يمكن أن تتناسب فقط مع الموقع النشط
00: 06: 59.24 للكيناز الحساس التناظري ولكن ليس الموقع النشط للنوع البري كيناز.
00: 07: 05.02 وهكذا ، على سبيل المثال ، يرتبط هذا المانع 1-NM-PP1 هنا بتقارب عالٍ للغاية مع
00: 07: 10.05 حساسًا تناظريًا Cdk1 ولكن ليس له أي صلة بالنوع البري كيناز
00: 07: 14.06 أو لأي كيناز آخر في خلية الخميرة.
00: 07: 16.23 ولذا يمكننا استخدام Cdk1 الحساس التناظري لعمل سلالة خميرة يكون فيها
00: 07: 22.02 يمكننا منع Cdk1 في الجسم الحي بسرعة وعلى وجه التحديد.
00: 07: 26.22 وهكذا فعلنا ذلك منذ عدة سنوات. أنشأنا سلالة الخميرة فيها
00: 07: 29.12 يتم استبدال بروتين Cdk1 الداخلي بالبروتين الحساس التناظري
00: 07: 33.23 وفي سلالة الخميرة تلك ، أصبح من الممكن الآن تثبيطها بشكل كامل وعلى وجه التحديد
00: 07: 38.05 نشاط Cdk1 في غضون دقائق عن طريق إضافة 1-NM-PP1 إلى وسط الثقافة.
00: 07: 44.19 لذلك استخدمنا هذه السلالة في
00: 07: 46.08 هذا النهج الكمي لقياس الطيف الكتلي الذي أريد أن أخبركم عنه
00: 07: 49.16 الذي تم بالتعاون مع جوديث فيلين وستيف جيجي من جامعة هارفارد.
00: 07: 55.11 والطريقة الأساسية التي استخدمناها موضحة في هذه الشريحة وفي الشريحتين التاليتين أيضًا.
00: 08: 01.11 يبدأ ، كما قلت ، بسلالة الخميرة التناظرية الحساسة cdk1-as الخلايا
00: 08: 05.06 حيث يمكن تثبيط Cdk1 على وجه التحديد باستخدام مثبط 1NM-PP1.
00: 08: 10.21 وما نفعله هو أن نزرع ثقافتين متوازيتين من سلالة الخميرة هذه.
00: 08: 14.14 تُزرع إحدى الثقافات ، ما يسمى بالمزرعة الخفيفة ، في ليسين وأرجينين عاديين
00: 08: 19.21 بينما تتم زراعة ما يسمى بالمزرعة الثقيلة في شكل مختلف من اللايسين والأرجينين
00: 08: 23.11 حيث حل الكربون -13 والنيتروجين -15 محل الكربون -12 والنيتروجين -14 المعتاد.
00: 08: 29.21 ونتيجة لذلك ، بعد النمو في هذا الوسط لبعض الوقت ، كل البروتينات في هذه الخلايا
00: 08: 34.03 تم تصنيفها بأنها أثقل قليلاً من المتوسط
00: 08: 37.04 بقايا اللايسين والأرجينين مما يعني أن كل شيء
00: 08: 39.10 سيكون للببتيدات المشتقة من هذه الثقافة كتلة أعلى قليلاً
00: 08: 43.01 في التحليل النهائي لقياس الطيف الكتلي
00: 08: 45.21 وهذا سيسمح لنا بتحديد الببتيدات القادمة من هذين المحللين.
00: 08: 50.22 لذا فإننا نعالج المزرعة الثقيلة بالمثبط 1-NM-PP1 لفترة وجيزة ، 15 دقيقة.
00: 08: 56.03 ثم نحصد هذه الخلايا بعد العلاج المثبط.
00: 09: 00.08 حصاد الخلايا ، امزجها معًا ، قم بحلها ، وافتحها ،
00: 09: 04.03 ثم معالجة جميع البروتينات الناتجة في محللات الخلايا هذه
00: 09: 08.18 مع التربسين لتقسيمها جميعًا إلى ببتيدات تربسية.
00: 09: 12.06 ثم طورت جوديت فيلن في مختبر Gygi مجموعة واسعة من
00: 09: 15.27 طرق قوية لتنقية الببتيدات الفوسفورية من خليط الببتيد التجريبي.
00: 09: 20.20 ثم نقوم بإخضاع تلك الببتيدات الفوسفورية
00: 09: 22.25 لمطياف الكتلة كما هو موضح في الشريحة التالية.
00: 09: 26.23 هناك نوعان أساسيان من مقياس الطيف الكتلي يتم تطبيقهما على هذه الخلائط الفوسفورية الببتيدية.
00: 09: 31.07 الأول هو استخدام طرق قياس الطيف الكتلي الترادفية التقليدية
00: 09: 35.15 لتفتيت هذه الببتيدات فعليًا واستخدام تلك الأجزاء
00: 09: 38.07 لتحديد تسلسلها.
00: 09: 40.02 وهكذا ، من خلال هذا النهج يمكننا تحديد تسلسل جميع الببتيدات الفوسفورية
00: 09: 44.04 تخرج من محللات الخميرة هذه وبنفس القدر من الأهمية ، يمكننا التعرف عليها
00: 09: 47.10 الموقع الدقيق للفسفرة على تلك الببتيدات.
00: 09: 50.29 وهكذا من خلال القيام بذلك ، تمكنت جوديت من إنتاج قائمة
00: 09: 54.12 من حوالي 10000 موقع فسفرة على 2000 بروتين مختلف في محللة الخميرة.
00: 10: 00.25 وبعد ذلك ، بالإضافة إلى تحديد التسلسل ، نقوم أيضًا بتحديد كمية كل الببتيدات
00: 10: 06.12 وحدد الكمية النسبية لما يسمى الببتيدات الخفيفة والثقيلة.
00: 10: 10.19 ما يعنيه هذا هو أن كل ببتيد يخرج من مخاليط الفوسفو - الببتيد
00: 10: 15.15 يأتي في كلا الشكل الخفيف الذي أتى في الأصل من ثقافة الوسط الخفيف
00: 10: 19.13 وشكل ثقيل أتى في الأصل من الثقافة الثقيلة المعالجة بمثبطات.
00: 10: 23.17 ويمكن تمييزها بناءً على هذا الطفيف
00: 10: 25.08 فرق الكتلة بين اللايسين والأرجينين.
00: 10: 28.12 وما نبحث عنه بالطبع هو الببتيدات التي تبدو كالتالي:
00: 10: 30.29 حيث يكون الببتيد الثقيل أقل وفرة من الببتيد الخفيف.
00: 10: 34.16 وهذا يعني أنه تم منع وفرة هذا الببتيد
00: 10: 37.23 أو انخفض نتيجة لتثبيط Cdk1 وبالتالي
00: 10: 41.02 أن موقع الفسفرة على هذا الببتيد يمثل أ
00: 10: 43.23 موقع الفسفرة المعتمد على Cdk1 في الجسم الحي.
00: 10: 47.23 وهكذا من خلال تطبيق هذا النهج على العديد من مواقع الفسفرة المحددة هنا
00: 10: 52.18 توصلنا إلى قائمة تضم حوالي 547 موقعًا من مواقع الفسفرة على حوالي 308 بروتين
00: 10: 58.10 التي كانت تعتمد بشكل واضح على Cdk1 وتمثل مرشحين محتملين لأهداف Cdk1 في الجسم الحي.
00: 11: 04.13 تضمنت قائمة الأهداف هذه العديد من نفس البروتينات
00: 11: 07.02 كنا قد حددناها في شاشتنا السابقة في المختبر
00: 11: 09.12 وهكذا بالنسبة لتلك البروتينات على الأقل لدينا أدلة جيدة جدًا على أن هذه البروتينات
00: 11: 11.29 البروتينات هي ركائز كيناز في المختبر وفي الجسم الحي.
00: 11: 17.11 تتضمن قائمة الركائز الآن مجموعة واسعة من البروتينات المشاركة في مجموعة واسعة من العمليات.
00: 11: 23.20 لا أتوقع أن ترى أو تقرأ أيًا من أسماء الجينات في هذه القوائم هنا.
00: 11: 26.27 تهدف هذه الشريحة ببساطة إلى توضيح أن لدينا قوائم بالبروتينات المشاركة فيها
00: 11: 30.14 مجموعة واسعة من العمليات الشيقة. بعض هذه العمليات متوقعة تمامًا.
00: 11: 35.00 على سبيل المثال ، تكرار الحمض النووي ، وسلوك المغزل ، و kinetochores و cytokinesis كلها
00: 11: 40.08 العمليات التي نتوقع أن تشارك Cdks فيها في تنظيم بعض جوانب تلك العمليات.
00: 11: 45.10 هناك أيضًا بعض المفاجآت هنا أيضًا.
00: 11: 47.27 ترجمة البروتين ، بنية الكروماتين ، النقل النووي والمسار الإفرازي
00: 11: 53.09 تحتوي جميعها على عدد من ركائز Cdk المعنية
00: 11: 56.08 في تلك العمليات ولذا قد يتخيل المرء
00: 11: 58.15 أن هذا سيؤدي إلى بعض الفهم الجديد لكيفية سيطرة Cdks على تلك العمليات
00: 12: 02.17 بالإضافة إلى العمليات الأكثر تنظيمًا لدورة الخلية التقليدية.
00: 12: 07.14 لكن بالنسبة لبقية هذه المحاضرة اليوم ، لن أتحدث عنها بالتفصيل
00: 12: 10.21 أي ركائز أو عمليات محددة ، لكنني بدلاً من ذلك
00: 12: 13.14 سنخبرك كيف استخدمنا قوائم الركائز الخاصة بنا
00: 12: 16.02 لمعالجة بعض الأسئلة العامة المثيرة للاهتمام حول كيفية تقدم دورة الخلية
00: 12: 20.10 يتم التحكم فيها بواسطة Cdks بشكل عام.
00: 12: 23.13 ولذا سوف نتناول سؤالين في ما تبقى من هذه المحاضرة.
00: 12: 26.14 أول واحد منها معروض في هذه الشريحة التالية.
00: 12: 30.15 وهذا السؤال هو: كيف تحفز الأعاصير المختلفة أحداث دورة الخلية المختلفة؟
00: 12: 35.10 لقد أخبرتك في بداية المحاضرة بذلك
00: 12: 37.02 تبدأ مجمعات Cyclin Cdk ذات المرحلة S ومجمعات Cdk-cyclin الانقسامية على شكل S
00: 12: 42.00 ابدأ M-Phase وهناك دليل جيد من جينات الخميرة وأماكن أخرى
00: 12: 46.00 أن مجمعات Cdk-cyclin ذات الطور S لها قدرة جوهرية أفضل على
00: 12: 49.21 بدء طور S من مجمع cyclin-Cdk الانقسامي.
00: 12: 54.01 هناك شيء مختلف بخصوص مجمعات cyclin-Cdk التي يتم تنشيطها في المرحلة S
00: 12: 58.28 يسمح لهم بتنشيط بداية المرحلة S.
00: 13: 02.05 إذن ، ما هذا الاختلاف؟
00: 13: 04.12 حسنًا ، أحد الاحتمالات الواضحة هو أن cyclin يرتبط بـ Cdk
00: 13: 07.21 يساعد على تحديد خصوصية الركيزة لذلك Cdk.
00: 13: 11.20 إذن في الخميرة في مهدها ، على سبيل المثال ، حيث يوجد قرص مضغوط واحد فقط
00: 13: 14.20 الارتباط بكل هذه الأعاصير المختلفة ،
00: 13: 16.08 يمكن للمرء أن يتخيل أن يرتبط مع cyclin على شكل S
00:13: 19.20 في بداية المرحلة S قد تستهدف Cdk لركائز معينة متضمنة في المرحلة S.
00: 13: 26.01 ولذا قررنا أنه يمكننا معالجة هذا السؤال على مستوى عالمي أكثر
00: 13: 29.15 بالتحليل الفعلي لمعدل الفسفرة النسبي لـ
00: 13: 32.09 مجموعة واسعة من ركائز Cdk باستخدام أقراص مضغوطة ذات طور S و أقراص مضغوطة M-phase.
00: 13: 38.15 وعلى وجه التحديد أجرينا هذه الدراسات باستخدام S-phase cyclin Clb5 من خميرة البراعم
00: 13: 44.08 و M-phase cyclin Clb2 من الخميرة في مهدها.
00: 13: 47.15 وقام Mart Loog ، وهو باحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في المختبر ، بتنقية هاتين الحركتين بشكل أساسي
00: 13: 51.14 ثم اختبروا نشاطهم تجاه حوالي 150 ركيزة مختلفة من Cdk
00: 13: 55.17 للبحث عن ركائز محددة للغاية لأحدهما أو للآخر.
00: 13: 59.21 بعض نتائجه الأولية معروضة في الشريحة التالية
00: 14: 02.07 الذي يعطيك توضيحًا لنوع الأشياء التي وجدناها.
00: 14: 06.03 هنا ننظر إلى صور الأشعة الذاتية لجل البروتين الهلامي الذي يحتوي على ثلاثة بروتينات مختلفة
00: 14: 11.00 مدرجًا في الجزء العلوي - Mcm3 و Orc2 و Orc6
00: 14: 14.00 تم علاجها إما بمركب الانقسام الخيطي Cyclin-Cdk على اليسار
00:14: 18.14 أو مجمع S-phase على اليمين.
00: 14: 20.22 ويمكنك أن ترى بوضوح تام أن هذه البروتينات الثلاثة كلها فسفرة
00: 14: 24.08 بسرعة أكبر بكثير بواسطة مجمع Cdk-cyclin S-phase Clb5.
00: 14: 29.21 لذا مضى مارت قدمًا وقام بعمل رد الفعل نفسه مع حوالي 150 بروتينًا كما قلت
00: 14: 35.06 ونتائج تلك التجارب موضحة في هذه الشريحة.
00: 14: 37.24 إذن هذه الشريحة تلخص كل ما وجده.
00:14:40.15 What we're looking at here is a plot of about 150 proteins
00:14:44.06 each one of which is represented by these little circles on this plot.
00:14:47.10 And these circles are plotted according to the rate of their phosphorylation
00:14:52.02 by Clb2 on that axis and Clb5 on this axis.
00:14:55.22 And so most of the proteins are falling along the diagonal of this plot
00:14:59.21 indicating that they are equally well phosphorylated by both kinases.
00:15:02.24 In other words, they're not cyclin specific targets.
00:15:05.09 However, we found a quite large number of proteins over here on the right
00:15:09.17 especially these red circles here that represent proteins that
00:15:12.25 are far more rapidly phosphorylated by Clb5-Cdk1 than they are by Clb2-Cdk1.
00:15:19.18 So these proteins, and note by the way that this is a log phase scale here
00:15:23.03 so some of these proteins are 10 or over 100 or even 1000 fold more rapidly phosphorylated by
00:15:28.02 Clb5-Cdk1 than by Clb2-Cdk1. So these clearly represent proteins that are highly Clb5 specific.
00:15:35.05 That the cyclin is somehow determining or increasing
00:15:37.29 the rate of phosphorylation of these proteins.
00:15:40.14 So what are these proteins? Well, we were satisfied to see that at least five of them
00:15:46.07 are proteins known to be involved in DNA replication, especially Sld2 here.
00:15:50.07 Sld2 is a protein whose phosphorylation is known
00:15:52.25 to be crucial for the initiation of DNA replication.
00:15:55.16 And so these proteins make perfect sense as Clb5 specific targets because those are
00:16:00.04 the proteins that we need to phosphorylate early in S-phase
00:16:02.22 to help drive progression through chromosome duplication.
00:16:07.27 So what this list of cyclin-specific substrates in hand, we next addressed
00:16:12.10 the mechanism underlying this cyclin specificity.
00:16:14.25 Why is it that Clb5-Cdk1 phosphorylates these proteins
00:16:18.06 so much more rapidly than Clb2-Cdk1?
00:16:21.13 Through kinetic studies we discovered that the reason for this higher rate of phosphorylation was
00:16:26.15 that these substrates have a much higher affinity for the Cdk-cyclin complex
00:16:30.05 when Clb5 is associated, suggesting that they might associate with that cyclin subunit.
00:16:36.16 In fact, there's previous suggestions of what
00:16:38.04 the mechanism for this association might be.
00:16:40.25 And those are based on the known crystal structures of Cdk-cyclin complexes from human cells.
00:16:46.06 So this shows the crystal structure of a Cdk-cyclin complex from humans
00:16:50.20 that illustrates very nicely the basic parts of the Cdk-cyclin complex
00:16:55.08 and where cyclin substrates typically associate with this complex.
00:16:59.01 Over on the left is the Cdk catalytic subunit and between these two lobes here
00:17:02.29 is an active site cleft in which you can see this ATP molecule binding right here.
00:17:08.19 Typically a protein substrate would bind along the surface of this protein kinase right here
00:17:12.29 in a way that the serine or threonine hydroxyl would be positioned in such a way
00:17:17.25 to allow the transfer of phosphate from that ATP onto the hydroxyl residue.
00:17:23.10 So, the primary site of substrate association with the Cdk-cyclin complex
00:17:27.00 is of course the active site, the place where that serine or threonine
00:17:30.21 associates with its sequence contacts to be phosphorylated.
00:17:35.16 However, this is probably not the only site of substrate association in a Cdk-cyclin complex.
00:17:39.28 There is considerable evidence from mammals and from yeast as well
00:17:43.13 that there is a docking site on this cyclin itself
00:17:46.20 that can also associate to some extent with parts of the substrate.
00:17:50.10 And this docking site is mostly composed of this large alpha-helix here
00:17:54.18 that contains a number of hydrophobic residues
00:17:57.06 that are together called the hydrophobic patch.
00:17:59.16 It is involved in associating with certain substrates
00:18:01.23 and enhancing activity towards those substrates.
00:18:07.02 So, we obviously hypothesized that perhaps this docking site on Clb5
00:18:10.16 exists on Clb5 and that this docking site is required
00:18:13.26 for the cyclin-specific phosphorylation that we saw in our experiments.
00:18:18.03 And so to test that the obvious approach was to mutagenize this docking site
00:18:21.09 through a number of single point mutations and then test whether that
00:18:25.08 has any impact on cyclin specificity and that is shown in this slide.
00:18:28.20 And the answer was a definite yes, that mutation of that docking site
00:18:32.27 completely abolishes the Clb5 specificity that we had seen.
00:18:35.23 So here again we're looking at autoradiographs of protein phosphorylation
00:18:39.27 by purified Clb2 on the left two lanes and Clb5 on the right.
00:18:43.20 And we're looking at the phosphorylation of 5 highly Clb5 specific proteins.
00:18:47.20 And you can see that the wild type Clb2, the wt here, phosphorylates these proteins
00:18:52.13 rather poorly whereas wild type Clb5 phosphorylates them extremely well.
00:18:57.18 Once again, indicating how specific these proteins are for Clb5.
00:19:01.03 However, if you mutate the hydrophobic patch or the docking site
00:19:04.15 on Clb5 you find that that specific phosphorylation is almost completely lost
00:19:09.12 indicating that that site is really required for the increased affinity
00:19:12.25 that Clb5-Cdk1 has for these substrates.
00:19:18.20 So we conclude that an interaction, probably simultaneous between
00:19:22.01 this docking site and the active site, allows specific Clb5 substrates to interact
00:19:26.19 with the Clb5-Cdk complex in a high affinity fashion
00:19:30.10 that allows more rapid phosphorylation of those proteins.
00:19:34.20 And so that leads us to at least a partial answer for the question that I first posed
00:19:39.04 which is: How do different cyclins drive different cell cycle events?
00:19:43.07 Well, part of the answer appears to be that the associated cyclin that associates
00:19:47.01 with the Cdk helps target that Cdk to specific substrates.
00:19:51.01 And so S-phase Cdk-cyclin complexes when they're activated
00:19:54.14 at the end of G1 tend to phosphorylate more rapidly the proteins
00:19:57.25 that are most important for initiating S-phase.
00:20:02.06 OK, now I want to turn to an entirely different sort of general question
00:20:05.05 that we also used our substrate lists to address.
00:20:09.13 And in particular, we used our recent mass spectrometry analysis
00:20:12.11 and our 547 Cdk1-dependent phosphorylation sites to address this question.
00:20:17.20 And this is a much more general question that just. that goes beyond
00:20:21.28 issues of simple cell cycle control but reaches into areas involved in
00:20:25.26 the general issues of phospho-regulation. And the question is this one:
00:20:30.10 How is it that phosphorylation changes the function of a protein?
00:20:33.10 How is it that the addition of a phosphate group to a protein changes that protein's function
00:20:37.20 in a way that allows it to initiate cell cycle events or do other things?
00:20:41.27 And there are typically a couple of different approaches
00:20:44.09 or different mechanisms that are thought to be involved in changing protein function.
00:20:48.03 And the first and possibly most commonly imagined mechanism is this one here
00:20:51.25 the so-called allosteric switch. And the idea with this mechanism is that the placement
00:20:56.13 of a phosphate on a protein in a very specific location
00:20:59.06 causes a precise conformational change in that protein that then
00:21:02.24 initiates some change in its function, its enzymatic activity or its association with something.
00:21:08.21 Now, this mechanism, of course, requires that the position of that phosphorylation site
00:21:11.29 is extremely precise and conserved. بعبارة أخرى،
00:21:15.10 you can't put a phosphate just anywhere on a protein and
00:21:17.23 cause this very precise conformational change.
00:21:20.08 It has to be extremely well positioned
00:21:21.21 and because of that it’s very difficult to evolve that sort of phospho-regulation.
00:21:26.23 That kind of phosphorylation cannot appear randomly very easily
00:21:31.22 and achieve the kind of regulation that is required.
00:21:35.08 So the alternative mechanism is this one--which I call bulk electrostatics.
00:21:40.08 And this mechanism suggests that the position of the phosphorylation
00:21:43.14 does not require such precise position of the phosphorylation.
00:21:47.27 The basic idea here is that the placement of clusters of phosphorylation sites
00:21:51.22 on the surface of the protein, typically on a loop or a disordered region on the surface
00:21:56.01 can result in interesting regulation such as interference with association with another protein
00:22:01.16 or for that matter, promotion of association with phosphate binding proteins.
00:22:06.04 And so this very simple mechanism of phospho-regulation
00:22:08.18 can occur by the placement of clusters of phosphates in a general region
00:22:13.19 of a protein but the exact position of each of those phosphates is not absolutely important,
00:22:18.06 not critical and therefore the position of those phosphates can shift during evolution
00:22:22.05 in different proteins. And so for that reason this mechanism is much more easily evolved.
00:22:28.10 It’s very easy to imagine that random mutations
00:22:30.09 could result in the appearance of phosphorylation sites
00:22:32.19 on the surface of certain proteins where they interact with other proteins
00:22:35.17 and that can result in regulatory possibilities that could be selected for.
00:22:41.08 And so, both of these mechanisms are known to be important in different cases.
00:22:46.12 There are examples of proteins that are regulated in both of these ways.
00:22:49.17 But we thought that perhaps our giant list of Cdk substrates would allow us to
00:22:53.11 address the relative importance of these two mechanisms more generally.
00:22:58.06 And so what we did is we took those 547 Cdk1-dependent phosphorylation sites
00:23:03.06 and aligned them with homologous sequences from other species
00:23:07.17 to see how well these phosphorylation sites are actually conserved.
00:23:10.27 And the basic idea here was that if we found that
00:23:13.11 sites are generally, extremely well preserved that might argue for this sort of mechanism,
00:23:17.24 but sites that drift during evolution might argue for this sort of mechanism.
00:23:23.23 So the next slide gives you an illustration of the sort of thing that we found.
00:23:27.14 Now, here we are aligning a bunch of different protein sequences
00:23:29.29 and I don't expect you to actually read these sequences.
00:23:32.17 The important thing is that there are these little yellow boxes that represent
00:23:35.15 a SP or TP di-peptide motifs that are the consensus sequences for Cdk phosphorylation.
00:23:42.09 And along the very top here is the sequence of a part of a protein
00:23:45.27 called Shp1 that we identified two phosphorylation sites in our mass spectrometry experiments.
00:23:51.24 Those sites are site A and site B.
00:23:53.26 One site is over here in a region of the protein that is known
00:23:57.05 to form into a globular domain and anther site is here in a region
00:24:00.21 that's predicted to form a disordered domain.
00:24:03.16 And these other sequences that lie below this top sequence from budding yeast
00:24:06.26 are the sequences of orthologous proteins from various yeast species
00:24:11.25 whose genomes have been sequenced
00:24:13.20 starting with the most closely related yeast here and
00:24:15.25 moving all the way down to the most distantly related yeast at the bottom.
00:24:20.03 And so these protein alignments tell us some very simple things.
00:24:23.19 First of all, site A here is very well conserved in evolution
00:24:27.10 and you can see that almost all of the orthologs of this protein in all these other yeast species
00:24:31.14 contain a likely Cdk consensus site at the exact same position in this highly conserved region.
00:24:38.25 So site A appears to represent an example of the kind of site I mentioned
00:24:42.09 in the left side of the previous slide, a site that is highly conserved in evolution.
00:24:46.27 But site B is not. Site B is very poorly conserved and disappears essentially
00:24:51.15 after a few species and is no longer found at that position in other orthologs.
00:24:57.24 However, if you look in this region of these other species' proteins, you find that
00:25:01.21 SP and TP di-peptide motifs appear scattered throughout this region
00:25:05.08 in a larger number of these yeast homologous proteins,
00:25:08.20 suggesting that even though the initial position here in budding yeast has not been preserved,
00:25:14.09 the Cdk phosphorylation of this region has been conserved in evolution
00:25:18.21 but the exact position of the phosphorylation sites
00:25:20.23 has been shifting dramatically over evolution.
00:25:23.27 So this is obviously consistent with the second idea,
00:25:26.13 that precise phosphorylation site positioning is not
00:25:29.16 required here because these sites might be involved in some more simple, general
00:25:34.03 regulatory mechanism involving association with phosphate binding proteins
00:25:38.03 or interference with protein binding.
00:25:41.11 So we did this exact same alignment for all 547 of our phosphorylation sites
00:25:46.09 and then in the next slide what I'm going to show you
00:25:47.28 is a somewhat complex graphic that illustrates the results that we found from that.
00:25:53.14 And this was done in collaboration with Brian Tuch, a graduate student
00:25:56.22 working in the laboratory of Sandy Johnson at UCSF.
00:26:00.09 And this top plot here represents a hierarchically clustered
00:26:02.27 clustergram as we call it that illustrates the conservation of the precise position of
00:26:08.26 phosphorylation sites in orthologs of the proteins we identified.
00:26:13.29 And so what we're looking at here is a graphic in which there are 547 columns
00:26:18.04 in this graphic, each one of which represents a single Cdk1 dependent phosphorylation site
00:26:23.14 that we identified by mass spectrometry.
00:26:26.17 And then each row in this graphic represents
00:26:29.22 how that phosphorylation site aligns with its orthologs in other species,
00:26:34.06 the same yeast species that I showed in the previous slide
00:26:36.23 starting with the most closely related yeast species
00:26:39.03 and then working to the most distantly related ones.
00:26:41.28 And in each column a yellow box indicates that that phosphorylation site
00:26:47.06 is precisely conserved in its position in that orthologous sequence.
00:26:51.03 In other words, over here on the left this yellow box at the top moves down
00:26:55.16 for a few species and then disappears indicating that this site is only precise.
00:26:59.24 these columns here, these phosphorylation sites
00:27:02.12 are conserved only in the closely related
00:27:04.21 yeasts species but then are lost in all distantly related species.
00:27:10.03 And so by looking at this graph you can see that there's only
00:27:12.10 a small group of phosphorylation sites, these ones in here especially
00:27:16.06 and note particularly these ones here that are conserved
00:27:19.04 throughout all the yeast homologs that we identified.
00:27:21.23 And so this small number of phosphorylation sites, perhaps 30 or 40 of them are
00:27:26.12 at most, are preserved in large numbers of yeast species, indicating that
00:27:31.29 the precise position of phosphorylation
00:27:33.17 has been conserved in a relatively small number of cases.
00:27:37.16 OK, so how do we then test the possibility that instead of precise positioning
00:27:44.01 during evolution that we're looking at drifting phosphorylation site positioning?
00:27:48.28 And that required the development of another graphic which is shown below here
00:27:52.17 in which I'll take you through slowly because it’s a little bit complicated.
00:27:56.16 So in this case, once again, it’s another hierarchically clustered graphic in which
00:28:00.22 there are 547 columns, each representing a different phosphorylation site
00:28:05.15 identified in our analyses. But in this case.
00:28:08.17 and once again, the rows represent alignments with orthologs, orthologous proteins
00:28:13.00 from other yeast species. But in this case the yellow box
00:28:16.02 doesn't indicate precise positioning of phosphorylation site, but instead
00:28:19.18 indicates that the ortholog of that particular protein in these other yeast species
00:28:24.03 has a statistically enriched frequency of Cdk consensus sites, SP and TP motifs.
00:28:30.28 In other words, these yellow boxes represent proteins
00:28:33.21 in which the frequency of SP and TP motifs is far greater than that expected by chance.
00:28:39.00 And so these large numbers of proteins here represent proteins in which
00:28:43.08 even though the precise site of phosphorylation is not conserved
00:28:46.19 as shown up here, these proteins do contain a high frequency of
00:28:50.12 Cdk consensus sites whose positions are clearly drifting during evolution.
00:28:56.04 And so these large number of proteins over here on the right side of this clustergram
00:28:59.24 may represent proteins in which the precise position of phosphorylation
00:29:03.21 does not matter but the regulation of those proteins by phosphorylation
00:29:07.17 is conserved despite that. And so clearly we'd like to think that that evidence
00:29:14.00 tends to suggest that this mechanism on the right here
00:29:16.03 these easily evolved bulk electrostatic mechanism
00:29:19.05 is a major mechanism by which phospho-regulation can easily be evolved
00:29:23.10 and that drifting phosphorylation sites especially clusters of phosphorylation sites
00:29:26.19 on disordered regions is really crucial for
00:29:30.10 the regulation of many different Cdk substrates.
00:29:34.28 So with that, I want to leave us with the question that we started out this whole lecture with
00:29:39.20 and that is: How do Cdk's drive cell cycle events?
00:29:42.04 Well, clearly our list of Cdk substrates, the ones I'm showing here and
00:29:45.21 the many that aren't shown here, probably contain the answer to this question.
00:29:50.06 Clearly through the detailed analysis of large numbers of these substrates
00:29:53.03 and that will lead us to a much better understanding of how Cdks
00:29:57.17 drive the events of cell cycle and how they alter all these different processes
00:30:02.04 in the cell to initiate cell cycle events.


The Earth Has a Pulse—A 27.5-Million-Year Cycle of Geological Activity

-->

Geologic activity on Earth appears to follow a 27.5-million-year cycle, giving the planet a “pulse,” according to a new study published in the journal Geoscience Frontiers.

“Many geologists believe that geological events are random over time. But our study provides statistical evidence for a common cycle, suggesting that these geologic events are correlated and not random,” said Michael Rampino, a geologist and professor in New York University’s Department of Biology, as well as the study’s lead author.

Over the past five decades, researchers have proposed cycles of major geological events—including volcanic activity and mass extinctions on land and sea—ranging from roughly 26 to 36 million years. But early work on these correlations in the geological record was hampered by limitations in the age-dating of geologic events, which prevented scientists from conducting quantitative investigations.

However, there have been significant improvements in radio-isotopic dating techniques and changes in the geologic timescale, leading to new data on the timing of past events. Using the latest age-dating data available, Rampino and his colleagues compiled updated records of major geological events over the last 260 million years and conducted new analyses.

The team analyzed the ages of 89 well-dated major geological events of the last 260 million years. These events include marine and land extinctions, major volcanic outpourings of lava called flood-basalt eruptions, events when oceans were depleted of oxygen, sea-level fluctuations, and changes or reorganization in the Earth’s tectonic plates.

They found that these global geologic events are generally clustered at 10 different timepoints over the 260 million years, grouped in peaks or pulses of roughly 27.5 million years apart. The most recent cluster of geological events was approximately 7 million years ago, suggesting that the next pulse of major geological activity is more than 20 million years in the future.

The researchers posit that these pulses may be a function of cycles of activity in the Earth's interior—geophysical processes related to the dynamics of plate tectonics and climate. However, similar cycles in the Earth’s orbit in space might also be pacing these events.

“Whatever the origins of these cyclical episodes, our findings support the case for a largely periodic, coordinated, and intermittently catastrophic geologic record, which is a departure from the views held by many geologists,” explained Rampino.

In addition to Rampino, study authors include Yuhong Zhu of NYU’s Center for Data Science and Ken Caldeira of the Carnegie Institution for Science.


الحواشي

© 2013 The Authors. Published by the Royal Society under the terms of the Creative Commons Attribution License http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/, which permits unrestricted use, provided the original author and source are credited.

مراجع

. 2004 Analysis of the fission yeast شيزوساكارومايس بومب cell cycle . طرق مول. بيول. 241, 93–111.doi:

. 1994 Genetic analysis of cell morphogenesis in fission yeast: a role for casein kinase II in the establishment of polarized growth . EMBO J. 13, 2066–2074. كروسريف ، PubMed ، الباحث العلمي من Google

. 1995 Fission yeast cell morphogenesis: identification of new genes and analysis of their role during the cell cycle . J. خلية بيول. 131, 1529–1538.doi:

. 1957 The growth of single cells. أنا. شيزوساكارومايس بومب . . إكسب. دقة الخلية. 13, 244–262.doi:

Toda T, Umesono K, Hirata A& Yanagida M

. 1983 Cold-sensitive nuclear division arrest mutants of the fission yeast شيزوساكارومايس بومب . جيه مول. بيول. 168, 251–270.doi:

Nurse P, Thuriaux P& Nasmyth K

. 1976 Genetic control of the cell division cycle in the fission yeast شيزوساكارومايس بومب . مول. Gen. Genet. 146, 167–178.doi:

2010 Analysis of a genome-wide set of gene deletions in the fission yeast شيزوساكارومايس بومب . نات. التكنولوجيا الحيوية. 28, 617–623.doi:

2002 Functional profiling of the خميرة الخميرة genome . طبيعة سجية 418, 387–391.doi:

1999 Functional characterization of the S. cerevisiae genome by gene deletion and parallel analysis . علم 285, 901–906.doi:

Kiger AA, Baum B, Jones S, Jones MR, Coulson A, Echeverri C& Perrimon N

. 2003 A functional genomic analysis of cell morphology using RNA interference . J. بيول. 2, 27.doi:

King IN, Qian L, Liang J, Huang Y, Shieh JT, Kwon C& Srivastava D

. 2011 A genome-wide screen reveals a role for microRNA-1 in modulating cardiac cell polarity . ديف. زنزانة 20, 497–510.doi:

2007 Genome-scale RNAi profiling of cell division in human tissue culture cells . نات. خلية بيول. 9, 1401–1412.doi:

. 2009 Parallel RNAi screens across different cell lines identify generic and cell type-specific regulators of actin organization and cell morphology . جينوم بيول. 10, R26.doi:

2006 Genome-wide functional analysis of human cell-cycle regulators . بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 103, 14 819–14 824.doi:

2010 Phenotypic profiling of the human genome by time-lapse microscopy reveals cell division genes . طبيعة سجية 464, 721–727.doi:

. 2000 The شيزوساكارومايس بومب rfc3+ gene encodes a homologue of the human hRFC36 and خميرة الخميرة Rfc3 subunits of replication factor C . بالعملة. جينيه. 37, 159–167.doi:

. 1994 cdt1 is an essential target of the Cdc10/Sct1 transcription factor: requirement for DNA replication and inhibition of mitosis . EMBO J. 13, 425–434. كروسريف ، PubMed ، ISI ، الباحث العلمي من Google

. 1995 p65cdc18 plays a major role controlling the initiation of DNA replication in fission yeast . زنزانة 83, 397–405.doi:

Reynolds N, Fantes PA& MacNeill SA

. 1999 A key role for replication factor C in DNA replication checkpoint function in fission yeast . الدقة الأحماض النووية. 27, 462–469.doi:

Saka Y, Fantes P, Sutani T, Mcinerny C, Creanor J& Yanagida M

. 1994 Fission yeast cut5 links nuclear chromatin and M phase regulator in the replication checkpoint control . EMBO J. 13, 5319–5329. كروسريف ، PubMed ، الباحث العلمي من Google

. 2012 A systematic screen reveals new elements acting at the G2/M cell cycle control . جينوم بيول. 13, R36.doi:

. 2011 Of proteins and RNA: the RNase P/MRP family . RNA 16, 1725–1747.doi:

Jorgensen P, Nishikawa JL, Breitkreutz B-J& Tyres M

. 2002 Systematic identification of pathways that couple cell growth and division in yeast . علم 297, 395–400.doi:

2012 PomBase: a comprehensive online resource for fission yeast . الدقة الأحماض النووية. 40, D695–D699.doi:

. 1984 Characterization of خميرة الخميرة thymidylate kinase, the CDC8 gene product. General properties, kinetic analysis, and subcellular localization . . J. بيول. تشيم. 259, 14 394–14 398. Google Scholar

Fernandez Sarabia MJ, Mcinemy C, Harris P, Gordon C& Fantes P

. 1993 The cell cycle genes cdc22+ and suc22+ of the fission yeast شيزوساكارومايس بومب encode the large and small subunits of ribonucleotide reductase . مول. Gen. Genet. 238, 241–251. PubMed, Google Scholar

2011 The BioGRID interaction database: 2011 update . الدقة الأحماض النووية. 39, D698–D704.doi:

Beltraminelli N, Murone M& Simanis V

. 1999 The S. بومبي zfs1 gene is required to prevent septation if mitotic progression is inhibited . J. خلية علوم. 112, 3103–3114. PubMed, Google Scholar

Bjorklund M, Taipale M, Varjosaio M, Saharinen J, Lahdenpera J& Taipate J

. 2006 Identification of pathways regulating cell size and cell-cycle progression by RNAi . طبيعة سجية 439, 1009–1013.doi:

2005 Full-genome RNAi profiling of early embryogenesis in أنواع معينة انيقة . طبيعة سجية 434, 462–469.doi:

. 1992 Fission yeast genes involved in coupling mitosis to completion of DNA replication . تطوير الجينات. 6, 2035–2046.doi:

Al-Khodairy F, Fotou E, Sheldrick KS, Griffiths DJ, Lehmann AR& Carr AM

. 1994 Identification and characterization of new elements involved in checkpoint and feedback controls in fission yeast . مول. بيول. زنزانة 5, 147–160. كروسريف ، PubMed ، الباحث العلمي من Google

Parrilla-Castellar ER, Arlander SJ& Karnitz L

. 2004 Dial 9-1-1 for DNA damage: the Rad9-Hus1-Rad1 (9-1-1) clamp complex . DNA Repair (Amst). 3, 1009–1014.doi:

. 1998 Fission yeast cut mutations revisited: control of anaphase . اتجاهات خلية بيول. 8, 144–149.doi:

Bondar T, Mirkin EV, Uckers DS, Walden WE, Mirkin SM& Raychaudhuri P

. 2003 شيزوساكارومايس بومب Ddb1 is functionally linked to the replication checkpoint pathway . J. بيول. تشيم. 278, 37 006–37 014.doi:

2010 Global fitness profiling of fission yeast deletion strains by barcode sequencing . جينوم بيول. 11, R60.doi:

2008 Bot1p is required for mitochondrial translation, respiratory function, and normal cell morphology in the fission yeast شيزوساكارومايس بومب . Eukaryot. زنزانة 7, 619–629.doi:

2001 Its8, a fission yeast homolog of Mcd4 and Pig-n, is involved in GPI anchor synthesis and shares an essential function with calcineurin in cytokinesis . J. بيول. تشيم. 276, 13 579–13 586. Crossref, Google Scholar

2009 A CD317/tetherin-RICH2 complex plays a critical role in the organization of the subapical actin cytoskeleton in polarized epithelial cells . J. خلية بيول. 184, 721–736.doi:

Grantham J, Brackley KI& Willison KR

. 2006 Substantial CCT activity is required for cell cycle progression and cytoskeletal organization in mammalian cells . إكسب. دقة الخلية. 312, 2309–2324.doi:

. 2004 Mmd1p, a novel, conserved protein essential for normal mitochondrial morphology and distribution in the fission yeast شيزوساكارومايس بومب . مول. بيول. زنزانة 15, 1656–1665.doi:

2011 mmb1p binds mitochondria to dynamic microtubules . بالعملة. بيول. 21, 1431–1439.doi:

. 2012 Mitochondria: in sickness and in health . زنزانة 148, 1145–1159.doi:

. 1991 Molecular genetic analysis of fission yeast شيزوساكارومايس بومب . طرق الانزيم. 194, 795–823.doi:

. 2001 Role of actin polymerization and actin cables in actin-patch movement in شيزوساكارومايس بومب . نات. خلية بيول. 3, 235–244.doi:

. 1988 The use of cell division cycle mutants to investigate the control of microtubule distribution in the fission yeast شيزوساكارومايس بومب . J. خلية علوم. 89, 343–357. PubMed, Google Scholar


The Cardiovascular System

The cardiac cycle is vital to proper cardiovascular system function. Comprised of the heart and circulatory system, the cardiovascular system transports nutrients to and removes gaseous waste from the cells of the body. The cardiac cycle provides the "muscle" needed to pump blood throughout the body. Blood vessels act as pathways that transport blood to various destinations.

The driving force behind the cardiac cycle is the electrical system known as cardiac conduction. This powers the cardiovascular system. Specialized tissues called heart nodes send nerve impulses that disperse throughout the heart wall to make the heart muscle contract.


شاهد الفيديو: مراجعة دورة الإنقسام الخلوي في مادة الأحياء للصف 12 2021-2022 (أغسطس 2022).