Tuma. Tuma 1. Hemopoiesis

Transkriptio

1 Mitochondrion Flagellum Peroxisome Tuma Centrioles Microfilaments Nuclear envelope Chromatin Nucleolus NUCLEUS Microtubules Rough endoplasmic reticulum Ribosomes Lysosome Plasma membrane Golgi apparatus Smooth endoplasmic reticulum Tuma 1 Hemopoiesis kaikissa eläin- ja kasvisoluissa poikkeus nis. punasolu menettää hemopoieesin aikana tehtävät: 1. perintöaineksen tallentaminen ja siirto tytärsoluun 2. tumassa tapahtuvan RNA:n synteesi (erillään soluliman rer:n proteiinisynteesistä) 3. solun toiminnan ohjaaminen geneettisen informaation perusteella

2 Tuma 2 Tuma 3 muoto: pallomainen liuskoittunut (esim. granulosyyttiset leukosyytit) tuma/sytoplasma suhde solutyypin mukainen (voi vaihdella) solun kasvaessa tuma kasvaa DNA:n moninkertaistuminen jättisolut Tuman suhteellinen koko Tuma 4 solu tuman osuus (%) lihassolu 5 maksasolu 5-10 imusolu 50 syöpäsolu osuus kasvaa Nucleolus Nucleoplasm Chromatin Nuclear pores Nuclear envelope

3 Tumakotelo (nuclear envelope) Kaavakuva tumakotelosta nukleoplasma (tumalima) tumakotelo on kaksoiskalvo, välissä nm perinukleaaritila paksuus sama kuin ER interfaasin aikana soluliman ja tuman sisältö erillään aineiden vaihto tumakotelon läpi vilkasta: RNA ja ribosomit syntyvät tumassa, tuman proteiinit solulimassa Nucleoplasm Inner membrane Nuclear envelope Outer nuclear membrane Cytoplasm Tumakotelo 2 läpäisevyys 100 kd molekyylit: suurempi kuin solukalvolla tumakotelon ulkokalvo ER ulkokalvon sytoplasman puoleisessa osassa ribosomeja ER:n cisternat yhteydessä perinukleaaritilaan, ei ribosomeja tumakotelo häviää solun jakautuessa

4 Tumahuokoset (nuclear pores) Tumahuokoset 2 Nuclear pore ulomman ja sisemmän kalvon yhteensulautumia lkm. tuhansia 20 % tumakotelon pintaalasta (siittiön tumassa ei huokosia) sis. 8 tiheäelektronista jyvästä, RNA, prot., molekyylit kulkeutuvat huokosten kautta huokoskompleksi (jyväset + tumalevyn säikeet tumakotelon läpäisevyys, akt. kuljetus, selektiivisyys Nuclear pore proteins Cytoplasm Inner nuclear membrane Outer nuclear membrane Tumahuokonen Tumahuokoset m Outer membrane Nuclear pore complex Nuclear pore complexes serve as gatekeepers and escorts! Inner membrane Field-emission in-lens scanning electron micrograph

5 Tumajyvänen (nukleolus) ja rrna:n synteesi Tumajyvänen 2 nukleolus vilkkaasti syntetisoivissa soluissa kookas jakautumisvaiheen alkaessa häviää transkriptio pysähtyy rrna:n tehdas (tuman DNA:sta osa työntyy tumajyväseen) syntyy nukleolusta organisoivissa alueissa (NOR): 10 pientä, yksi iso NOR-alue tunnistettavissa, vaikka nukleolus puuttuisikin Nucleolus Chromatin Nuclear pores 1 m Tumajyvänen 3 Kromatiini ja kromosomit keskusta rakenteeton, reunoilla säikeinen aines erotettavissa sentrifugoimalla tunnetaan n. 100 proteiinia nukleoproteiini eli DNA + histoni välivaiheen tumassa karkeina jyväsinä voimakkaasti basofiilisia solun jak. jälkeen kromosomit näkymättömiä (hienoina rihmoina) kromatiinijyväset jäävät jäljelle välivaiheen kromosomit tumassa eukromatiini näkyvä inaktiivinen heterokromatiini (eu = aito, hetero = muu)

6 Ihmisen kromosomeja Ihmisen ihon solun mitoottisia kromosomeja (kolkisiinikäsittely) Mitoottinen solusykli Interfaasin G2 INTERPHASE M-vaiheessa tuma jakautuu tytärsoluille, kromosomit jakautuvat tytärsolujen tumiin, sytokineesissä sytoplasma jakautuu tytärsoluille. Lopputuloksena on The cell cycle Chromatin Two centrosomes with centriole pairs Nucleolus Plasma membrane Nuclear envelope

7 Profaasi ja prometafaasi PROPHASE Microtubules (MTs) forming mitotic spindle Chromosome consisting of two sister chromatids PROMETAPHASE Astras MT Fragments of nuclear envelope Sentromeeri Kinetokori, sukkuloiden kiinnityspaikka Aster Centromere Nucleolus disappearing Spindle pole Kinetochore Mitoosiin osallistuvat proteiinit Kukkonen-Macchin Anu (2010 väitöskirja, TY) Functional characterization of proteins required for mitotic progression and the spindle assembly checkpoint Tutkittiin kolmen proteiinin tehtäviä solunjakautumisen aikana. Shugoshin-1- ja INCENP-proteiinien tiedetään osallistuvan solun jakautumisen säätelyyn. p38gamma MAPK -niminen proteiini kuvataan ensimmäistä kertaa tärkeänä solunjakautumiseen osallistuvana tekijänä. Mitoosin proteiinit Plk1-kinaasi = solunjakautumisen tärkeä säätelijä. INCENP kuuluu proteiinikompleksiin (CPC), jonka muut jäsenet ovat Aurora B -kinaasi, Survivin ja Borealin. Proteiinikompleksi säätelee mm. 1) kromosomien liikkeitä ja 2) osallistuu kromosomien oikeaoppiseen jakautumiseen. p38gamma osallistuu kromosomien järjestäytymisen säätelyyn ja edistää jakautuvien solujen elinkykyä.

8 Kuvateksti edelliseen J.-P. Javerzat Science 327, (2010) Directing shugoshins. Phosphorylation of the nucleosome protein H2A by Bub1 creates a binding site for shugoshin proteins (Sgo1 and Sgo2 in fission yeast). Sgo1 prevents cohesin removal from the centromere in meiosis I whereas Sgo2 recruits Aurora B to monitor proper chromosome attachment to the spindle. Published by AAAS Kinase recruitment. Fig. 1 The centrosome loses its function as a microtubule organizing center during neuronal development A Musacchio Science 2010;330: M. Stiess et al., Science 327, (2010) Published by AAAS Published by AAAS

9 Kuvateksti edelliseen Fig. 4 Laser ablation of the centrosome in young neurons does not affect axon extension Fig. 1 The centrosome loses its function as a microtubule organizing center during neuronal development. (A) After washout of nocodazole, microtubules ( -tubulin shown in red) regrow from the centrosome in young rat hippocampal neurons (2 DIV), but not in mature neurons (11 DIV). GFP-centrin2 (green) marks the centrosome (arrowheads). Scale bar, 10 µm; inset, 2.5 µm. (B) Maximum projection of time-lapse recordings of EB3-GFP after nocodazole washout (time: 1 min 26 s). Comets predominantly grow radially from a central point in young neurons (2 DIV), but not in mature neurons (14 DIV). EB3-GFP tracks are indicated by yellow arrows. The arrowhead marks the centrosome in mature neurons (from post hoc staining of endogenous pericentrin). Scale bar, 10 µm. (C and D) Quantification of microtubule organization at the neuronal centrosome analyzed by electron microscopy (fig. S1) in neurons at 2 DIV and 9 DIV [n = 10 cells each, (C)] as well as in E18 and P6 hippocampi [n = 13 cells each, (D)]. Error bars denote SEM of a binominal distribution. M. Stiess et al., Science 327, (2010) Published by AAAS Kuvateksti edelliseen Metafaasi ja anafaasi Fig. 4 Laser ablation of the centrosome in young neurons does not affect axon extension. (A) Ablated neuron from fig. S5 shows no centrosomal gamma-tubulin and pericentrin staining. Arrowheads mark centrosomal staining in a control neuron. Scale bar, 10 µm. (B) Axons grow similarly 8 hours and 24 hours after ablation compared to axons of control cells (n = 12 to 52 cells). Results are means ± SEM. METAPHASE Mitotic spidle tai metafaasilevy ANAPHASE Daughter chromosomes Kinetochore MT Polar MT

10 Telofaasi ja sytokineesis Kromosomit 1 TELOPHASE AND CYTOKINESIS Cleavage furrow, jakautumisuurre Nuclear envelope forming Nucleolus forming DNA:n kaksoiskierre suljettu rengas stabiloiva RNA estää DNA:n silmukan sotkeutumisen DNA-molekyylissä 3x10 6 emäsparia koodaavat 2500 proteiinia sis. 50 % prot., josta pääosa RNApolymeraasia histoneja (ah:t: arg, lys, his) happamia proteiineja Chromosomes decondensing Kromosomit 2 DNA:n määrä lajille tyypillinen kromosomi koostuu yhdestä pitkästä DNAmolekyylistä pituus jopa 5 cm, joten pakattava ihmisellä 23 kromosomiparia 1/ tilavuuteen puristettuna H2B Kromosomin pakkaaminen Nukleosominauha Histonit pakkavat nukleotideja H2A DNA Linker DNA ~ 10 nm Roger Kornberg Jean Thomas Nucleosome beads (8 histone molecules nucleotide pairs of DNA)

11 Nukleosomin muodostuminen Kromatiinisyyn rakenne 2 nm DNA double helix Nucleosome bead 11 nm 30 nm Histones Nucleosomes (beads on a string) Histone H1 attaching 30-nm chromatin fiber Nucleosome Silmukoilla olevaa kromatiinia Heterokromatiini ja tiiviisti pakattu jakautuvan solun kromosomi 700 nm Protein scaffold 300 nm 1400 nm Looped domains Metaphase chromosome

12 Epigenetiikka Monet epigeneettiset mekanismit muuttavat geenien aktiivisuutta neuroneissa Merkittäviä vaikutuksia mm. aivojen toimintaan ja käyttäytymiseen. Histonien asetylointi edistää geenien aktiivisuutta Histonien ja DNA:n metylointi inhiboi geenien aktiivisuutta Epigenetic breakdown. Several epigenetic mechanisms alter gene activity in neurons, with potentially important effects on brain function and behavior. Histone acetylation tends to promote gene activity, whereas histone methylation and DNA methylation tend to inhibit it. CREDIT: Y. GREENMAN/SCIENCE Published by AAAS G. Miller Science 329, (2010) G. Miller Science 329, (2010) Different upbringings. Beingraisedbya nurturing (top left) or a lackadaisical (top right) mother can cause epigenetic differences that affect a rat pup's behavior later in life. Whether similar differences occur in people raised in wealthy (bottom left) or impoverished (bottom right) neighborhoods remains an open question. CREDIT (CLOCKWISE FROM LEFT): MICHAEL MEANEY LAB; TIME & LIFE PICTURES/GETTY IMAGES; PHOTOS.COM; ISTOCKPHOTO Published by AAAS

13 Published by AAAS G. Miller Science 329, (2010)