Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

FYZIOLOGIE BUNĚČNÝCH SYSTÉMŮ Doc. RNDr. Kozubík Alois, CSc. - Doc. RNDr. Hofmanová Jiřina, CSc.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "FYZIOLOGIE BUNĚČNÝCH SYSTÉMŮ Doc. RNDr. Kozubík Alois, CSc. - Doc. RNDr. Hofmanová Jiřina, CSc."— Transkript prezentace:

1 FYZIOLOGIE BUNĚČNÝCH SYSTÉMŮ Doc. RNDr. Kozubík Alois, CSc. - Doc. RNDr. Hofmanová Jiřina, CSc.

2 SYLABUS pro studenty 4. ročníku fyziologie živočichů a obecné zoologie, mol. biologie, chemie životního prostředí a ekotoxikologie, výběrová přednáška pro doktorandy - Stručný úvod do teorie systémů - Negativní a pozitivní zpětná vazba - Základní pojmy, parametry cytokinetiky (proliferace, diferenciace, apoptóza) - Typy buněčných populací - Kmenové a diferencované kompartmenty. Totipotentní, pluripotentní, progenitorové, komitované diferencované buněčné populace - Autokrinní, parakrinní a endokrinní regulace - Buněčný cyklus a jeho regulace - Faktory ovlivňující buněčné dělení, cytokiny, růstové faktory a inhibitory, jejich specifita a rovnováha jejich působení - Struktura plasmatické membrány a její funkce v regulaci buněčné proliferace a diferenciace - Vysoce nenasycené mastné kyseliny a eikosanoidy - Transdukce signálů a exprese genetické informace - Úloha fosfolipidových komponet v transdukci signálů růst modulujících látek - Mechanismus účinku hormonů a tkáňových mediátorů ( cytokiny a "chalony"). - Regulace proliferace, diferenciace, apoptózy

3 Krvetvorný systém a jeho funkce Krvetvorný systém a jeho funkce Hemopoéza ( lymfopoéza, myelopoéza, erytropoéza, megakaryocytopoéza ) Hemopoéza ( lymfopoéza, myelopoéza, erytropoéza, megakaryocytopoéza ) Funkce diferencovaných krevních elementů - monocyty, makrofágy - fagocytóza; Funkce diferencovaných krevních elementů - monocyty, makrofágy - fagocytóza; T B lymfocyty - imunita Membránové rozpoznávací systémy buněk imunitní soustava Membránové rozpoznávací systémy buněk imunitní soustava Tvorba protilátek ( mechanismus a dynamika vzniku, příprava monoklonálních protilátek ) Tvorba protilátek ( mechanismus a dynamika vzniku, příprava monoklonálních protilátek ) Sekreční a regulační funkce buněk imunitního systému Sekreční a regulační funkce buněk imunitního systému Vztah imunitního systému k dalším fyziologickým funkcím ( zánětu apod.) Vztah imunitního systému k dalším fyziologickým funkcím ( zánětu apod.) Homeostáza, zdraví a nemoc Organismus jako hierarchický systém, spolupůsobení nervové, endokrinní a humorální soustavy Organismus jako hierarchický systém, spolupůsobení nervové, endokrinní a humorální soustavy Příklady systémových reakcí jako jsou stres, zánět apod. a jejich význam z hlediska zdraví a nemoci Příklady systémových reakcí jako jsou stres, zánět apod. a jejich význam z hlediska zdraví a nemoci Škodlivé faktory vnějšího prostředí a jejich vliv na zdraví lidské populace Škodlivé faktory vnějšího prostředí a jejich vliv na zdraví lidské populace

4 Doporučená literatura Cell Physiology Source Book, ed. N. Sperelakis Academic Press Inc., 1995 B. Alberts et al.: Molecular Biology of the Cell, 3 rd edition, Garland Publish. Inc., New York 1994 Biochemie, B., Voet, J.G. Voetová: Victoria Publishing, Praha, 1990 Molecular Cell biology, J.E. Darnell: Eds. Darnell, Lodish, Baltimore, 2 nd edition, Scientific American Books Inc., New York 1990 Scientific American Books Inc., New York 1990 J. Neuwirt, E. Nečas: Kmenové buňky a krevní choroby, Avicenum Praha 1981 Základy buněčné biologie – úvod do molekulární biologie buňky, B. Alberts, D. Bray, A, Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, Espero Publishing, (orig. 1998) Klinická imunologie, J. Krejsek, O. Kopecký, Nucleus HK, J. Vácha: Problém normálnosti v biologii a lékařství, Avicenum, Praha 1980 J. Šterzl: Imunitní systém a jeho fyziologické funkce, Čs. Imunol. Společnost, Praha 1993

5 „Moudrost člověka lze měřit podle starostlivosti, s níž myslí na věci budoucí nebo na konec.“ G. Ch. Lichtenberg množství informace využitelnost informace kvantita) (kvantita) (kvalita) čas

6

7 organismální, tkáňová molekulovábuněčná studium na jednotlivých úrovních organizace systému

8 POPULACE NORMÁLNÍCH (NETRANSFORMOVANÝCH) BUNĚK ONKOGENEZE fáze: INICIAČNÍ (INITIATION) PODPŮRNÁ (PROMOTION) „cell signalling“ (cytokiny vs. eikosanoidy) klinická data, matematické analýzy, experimentální ověření ONKOTERAPIE PROGRESIVNÍ FÁZE (PROGRESSION) POPULACE TRANSFORMOVANÝCH BUNĚK VÝZKUMNÉ CÍLE A OBLASTI PRAKTICKÉHO VYUŽITÍ

9 Typy regulací růstu a buněčných funkcí) 1) Hormonální (endokrinní) regulace Regulátor – hormon je produkován buňkami žláz s vnitřní sekrecí do krevníhořečiště. Ovliv ňuje funkce buněk, které mohou být značně vzdáleny od míst syntézy hormonu. Hormon – je tedy produkován za účelem kontroly činnosti buněk než těch, které jej produkují 2) Parakrinní regulace Mechanismus působení spočívá v tom,že růstový faktor (regulátor) – tkáňovýmediátor (regulátor místního působení) –je syntetizován jedním typem buněk, poté je transportován do extracelulárního prostoru aovlivňuje f-ce buněk v nejbližším okolí. (často jediná možnost vzhledem k velmi krátkému poločasu rozpadu) 3) Autokrinní regulace je možná tehdy, jestližejsou buňky schopny jak syntetizovat tak i reagovat na určitý (růstový) regulátor. Pozn. : autokrinní model je součástí konceptu vysvětlujícího abnormální regulaci nádorového růstu. Předpokládá, ženádorově změněné buňky produkují stimulační růstové faktory v nadměrném množství, na které samy odpovídají. Tak se autostimulují ve smyslu aktivace proliferace.

10 Proliferace: je ekvivalentem bun ěčného dělení ( tzn. zvýšení po čtu kvalitativně totožných buněk) Diferenciace: „rozr ůzňování buněk“ (vznik kvalitativně odlišných buněk ) Růst zv ětšení „objemu“ buňky, buněčné populace (tkáně nebo organismu). Je d ůsledkem: a) zv ětšení velikosti buněk při zachování konstantní velikosti populace b) zv ětšení počtu buněk (proliferace) bez změn v objemu bun objemu buněk c) zvýšení po čtu buněk i jejich objemu Apoptóza: programovaná buněčná smrt, nevede k zánětu d) odumírání apoptózou nebo nekrózou Nekróza: neprogramovaná buněčná smrt, je příčinou zánětu (odlišný průběh biochemických reakcí, rozdílná morfologie)

11 TYPY PROLIFERUJÍCÍ TYPY NEPROLIFERUJÍCÍ TYPY BUNĚČNÝCH POPULACÍ podle Gilberta a Lajthy (1965) B. C.N.S. NÁDOR expandující expandující, neopouštějí populaci, množí se c. konstantní stacionární BLASTY KRVE tranzitní tranzitní populace ve které se buňky pomnoží c. konstantní K. B. zdroj buněk populace coby zdroj buněk pro jiné populace c. konstantní OOCYTY stále ubývá metamyelocyty k. d. ery. gran. c. konstantní tranzitní typ průchozí (tranzitní)

12

13 MODELY: Buňky tzv. intenzívně proliferujících populací (zejména b. krvetvorné a b. střevních epitelů). (zejména b. krvetvorné a b. střevních epitelů).a buňky nádorové

14

15 Polyklonální charakter kostních buněk Přirovnání kmenové buňky ke stromu: a a – kmenová buňka v embryonální době b – kmenová buňka v dospělosti a

16 Seznam používaných zkratek kmenových buněk: BFU-E - burst forming unit - erythroid (jednotka vytvá (jednotka vytvá řející explozivně vznikající kolonie erytroidní řady). Velmi nezralá kmenová bu Velmi nezralá kmenová bu ňka erytroidní řady. CFU-BL - colony forming cell - B - lymfocyte (bu (bu ňka vytvářející kolonie lymfocytů B). CFU-C - colony forming unit - culture (jednotky vytvá (jednotky vytvá řející kolonie v kultuře). (GM-CFC) Kmenová bu ňka bílé řady, v poslední dob poslední dob ě stále častěji používaná zkratka GM-CFC – granulocyty macrophage-colony forming cell (bu ňka vutvářející kolonie pro granulocyty a makrofágy). CFU-E - colony forming unit - erythroid (jednotka vutvá (jednotka vutvá řející kolonie erytroidní řady.). Kmenová bu ňka erytroidní řady CFU-Meg- c olony forming unit - megakaryocyte (jednotka vytvá (jednotka vytvá řející kolonie megakaryocytů). Kmenová bu ňka erytroidní řady. CFU-S - colony forming unit - spleen (jednotka vytvá (jednotka vytvá řející kolonie ve lsezině). (CFU - GEMM) Nejb ěžnější používaná zkratka pro hemopoetickou pluripotentní kmenovou buňku. DCPC – diffusion chamber progenitor cell (kemnová progenitorová bu (kemnová progenitorová bu ňka proliferující v difúzních komůrkách.)

17 T.M.Dexter and M.Moore Fig. 1. The structure of the hemopoietic system Pluripotent Self- renewing Stem Cells CFU-S CFC-Mix Pre-T cells T-cells P re-B cellsB-cells SELF-RENEWAL CAPACITY DIFFERENTIATION AND DEVELOPMENT GM-CFC NeutrophilsMacrophages Eos-CFC BFU-E Bas-CFC Meg-CFC Basophils/Mast cells Megakaryocy tes/ Platelets Eosinophils CFU-E Epo RBC IL-3 (HCGF) IL-3 (HCGF) STEM CELL COMPARTMENT PROGENITOR CELL COMPARTMENT MATURE („END“) CELL COMPARTMENT Eos-CSF BPA GM-CSF¨s MCGF Meg-CSF´s

18 Kompartmenty funkčně nebo prostorově oddělené soubory prvků (složek). Důsledek kompartmentace : (existence jednotlivých kompartmentů) prvky (např. látky nebo buňky) jsou nerovnoměrně rozděleny. Příklady: všechny membránami ohraničené struktury mají (z hlediska rozdělení látek) „své vnitřní prostředí“ aselektivně akumulují nebo zadržují určité látky proti koncentračnímu spádu. Už tímto prostým faktem jsou některé reakce umožněny, jiným může být zabráněno. Tato protientropická distribuce molekul v buňce směřující proti neuspořádanosti má velkývýznam pro buněčný metabolismus a regulace. Umožňuje ji právě existence buněčných membrán – jeden ze základů biologických systémů Bude rozvedeno později

19 Pluripotentní buňka již neschopná vytvořit slezinnou kolonii 1 CFU-S - BFU-E - CFU-E - CFU-C - CFU-eozinofilů - CFU-Meg - CFU-makrofágů 2 - CFU-BL 3 - CFU-TL 3 erytroblasty - myelocyty - megakaryocyty Přestup do krve Morfologicky rozpoznatelné buňkyPluripotentní buňky Proliferující buňky Neproliferujícíbuňky 100 % 50 % 0 % Hematopoetické buňky kostní dřeně Obr. 8. Schéma kvantitativního zastoupení různých prekurzorů krevních buněk v krvetvorné tkáni. 1 Podle Gregorové a Henkelmana (1977); 2 podle MacVittieho a Porvaznika (1978); 3 nejsou odvozeny od CFU-S.

20

21 optimální rozsah regulace tolerovaná hranice regulovaného rozmezí „homeostázy“ na tkáňové úrovni diferenciace zánik buněk (smrt apoptózou) produkce buněk (intenzita dělení - proliferace) zvýšené riziko vzniku nádorových onemocnění POČET BUNĚK V POPULACI

22 základní stav („normalita“) před ovlivněním buněčné populace nová úroveň rovnováhy (vysoký „obrat“ buň. populace) cytotoxické působení regenerativní zvýšení úrovně buněčného dělení mitogenní stimulace hyperplazie (vznik nádorového onemocnění (vznik nádorového onemocnění) úbytek buněk (nekróza, apoptóza) přírůstek buněk (intenzita dělení) rovnovážný stav nerovnovážný stav hranice (limity): zvýšení rizika optimálního rozmezí optimum nevratného poškození + -

23

24 differentiation apoptosis (necrosis) proliferation ? % + - t0t0 txtx time (t)

25 Rovnováha (homeostáza) výsledek působení mnohočetných zpětných vazeb

26 FAKTORY SPECIFICKÉ FAKTORY NESPECIFICKÉ membrána +- cytosol jádro (DNA) růst

27 REGULACE „NORMÁLNÍHO“ RŮSTU 1A Schematické znázornění stimulace a inhibice růstu specifickými a nespecifickými faktory. Převaha pozitivního nebo negativního signálu rozhoduje o výsledné stimulaci nebo inhibiciů závisí na metaboluické a růstové aktivitě buněk, typu buněk a dalších podmínkách - viz text. Specifické růstové účinky vnějšího prostředí buněk zahajují specifické růstové faktory (specifick0 stimul8tory) a specifické endogenní inhibitory (chalony). CSF-kolonie stimulující faktor, EGF-epidermální růstový faktor, FGF-fibroblastový růstový faktor, NGF-nervový růstový faktor, MSA-multiplikaci sti- mulující aktivitaBSC-1, BHK-1, MCIF, FGRF-specifické inhibitory daných buněčných linií. mulující aktivita, cAMP-cyklický 3´5 -guanosinmonofosfát, BSC-1, BHK-1, MCIF, FGRF-specifické inhibitory daných buněčných linií. STIMULACE INHIBICE Startovací inhibitorová síla (odpověď vše nebo nic) RŮST Mono- Oligo- Poly- Nesspecifické faktory kumulace katabolitů vyčerpání živin transmem.pot. E m -70 až -90 mV limitní konc. Na + /K +, Ca 2+, Mg 2+ snížení cGMP~ mol.l -1 intracel. zvýšení cAMP mol.l -1 extr. katabolické steroidy interferon katecholaminy, adrenalin některé mitostat. hormony ACTH některé prostaglandiny inh. myeloidní leukémie inh. epid. karcinomu, ascitu inh. lymfomu, melanomu epidermální, intestinální inh. FGRF, MCIF inh. Atd. BSC-1, BHK-1 inh spec. inhibitory-chalony spec. endogenní inhibitory spec. intracel. stim. proteiny spec. růstové faktory růstové proteiny, kondic.média poietiny, CSF lektiny (A, conc. A) somatomediny některé prostaglandiny EGF, FGF, NGF, MSA atd. některé hormony - mitogenní inzulín, serotonín hydrokortizon, noradrenalin anbolické steroidy zvýšení cGMP mol.l -1 extr. snížení cAMP pod mol.l -1 i.c. dodání Ca 2+ nad 1,8 mV transmem. pot. E m -10 až -70 mV proteázy, trypsinizace dodání živin odstránění katabolitů Mono- Oligo- Poly- Nesspecifické faktory Startovací stimulátorová síla (odpověď vše nebo nic)

28 základní stav („normalita“) před ovlivněním buněčné populace nová úroveň rovnováhy (vysoký „obrat“ buň. populace) cytotoxické působení regenerativní zvýšení úrovně buněčného dělení mitogenní stimulace hyperplazie (vznik nádorového onemocnění (vznik nádorového onemocnění) úbytek buněk (nekróza, apoptóza) přírůstek buněk (intenzita dělení) rovnovážný stav nerovnovážný stav hranice (limity): zvýšení rizika optimálního rozmezí optimum nevratného poškození + -

29 optimální rozsah regulace tolerovaná hranice regulovaného rozmezí „homeostázy“ na tkáňové úrovni diferenciace zánik buněk (smrt apoptózou) produkce buněk (intenzita dělení - proliferace) zvýšené riziko vzniku nádorových onemocnění POČET BUNĚK V POPULACI

30 receptory růstové signály molekuly signálové transdukce molekuly zesilovací kaskády regulátory transkripce cykliny CDKs p27 p21 p16 p15

31 CSF-1 c-fms PKC ? e.g.u-PA, JE, KC  actin, fibronectin R (  ) hck, frg fos, jun, myc G1 cyclins DNAsynthesis mRNA nucleus ? Glucose ? K+ Na+ H+ PKC tyrtyr-P receptor substrates e.g. PI-3 kinase G proteins (ras/GAP?) other effectors e.g. RAF-1 kinase Fluid-phase pinocytosis phospholipidsphospholipases DAG ? ?

32 Growth factor Receptor DNA synthesis Transducer Effector 2nd messenger Target Regulatory proteins RNA/protein synthesis Tyrosine kinase abl erb B2/neu fes/fps fgr fyn kit lck met ret sea src trk yes Nuclear fos jun myb myc ski Serine kinase mil/raf mos pim-1 pks raf rel G protein rab ral ras Receptor bek erb B fkg fms mas ros Growth factor fgf-5 hst sis int-2 MEMBRANE CYTOSOL NUCLEUS Receptor Receptor tyrosine kinase G protein PLC  G protein PLA 2 Adenylyl- cyclase Na + /H - antiport [pH] i ? cAMP PKA Arachidonate PGTX Calmodulin DGIP 3 PKCPK (?) [Ca 2+ ] i Oncogenes According to: G.Powis: TiPS; 12: , 1991

33 Epigeneticky působící faktory, které mohou modulovat rychlost dělení, diferenciaci anebo zánik buněk Faktory, které mohou ovlivnit cytokinetiku změnami ) exprese anebo funkce molekul zapojených v přenosu signálů přímo regulujících proliferaci, diferenciaci a buněčnou smrt (apoptózou), včetně exprese protoonkogenů a nádorově-supresorových genů ) signálů, které tyto funkce ovlivňují do určité míry nepřímo, jako jsou inhibice mezibuněčných spojení, ovlivnění funkce enzymů reparujících DNA, metylace DNA apod.

34 Modulace cytokinetiky látkami tukové povahy Lipidy a zejména jejich složky vysoce nenasycené kyseliny (PUFA), včetně jejich metabolitů eikosanoidů, patří mezi významné epigeneticky působící faktory schopné ovlivnit jak dělení a zánik normálních, ale i transformovaných buněčných populací, tak proces maligní transformace.

35 Hlavní mechanismy působení PUFAs 1) přímé ovlivnění aktivity transkripčních faktorů regulujících expresi genů významných z hlediska cytokinetiky 2) produkce eikosanoidů působících na přenos signálů cytokinů a imunitní systém 3) produkce reaktivních kyslíkových metabolitů vznikajících peroxidací lipidů.

36 Význam rovnováhy v přísunu prekursorových PUFAs a v produkci jednotlivých jejich metabolitů

37 D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984 PROLIFERACE n - 6 n - 3 n - 9 KONCENTRACE MASTNÝCH KYSELIN

38 PROLIFERACE PEROXIDACE LIPIDŮ n - 6 n - 3 n - 9 D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984 KONCENTRACE MASTNÝCH KYSELIN

39 PROLIFERACE KONCENTRACE MASTNÝCH KYSELIN n - 6 PROSTAGLANDINY D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984

40 MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS CYCLOOXYGENASES EPOXYGENASES (P450) LIPOXYGENASES CH 2 CH CO NH CH 2 COOH NH COCH 2 CH 2 CHCOOH NH 2 COOH LTA 4 LTF 4 LTE 4 LTD 4 LTC 4 LTB 4 EPOXYACIDS, DIOLS, etc. TXB 2 TXA 2 PGI 2 PGD 2 PGE 2 PGH 2 PGG 2 LTC 4 : PLA 2 PGE 2 :

41 ARACHIDONIC ACID MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS INDOMETHACIN DICLOPHENAC MK NDGA ESC 5-LIPOXYGENASE CYCLOOXYGENASES12-LIPOXYGENASE P450-MONOOXYGENASES FLAP Arachidonic acid: metabolic pathways and its possible modulations abbreviations: ETYA = 5,8,11,14 -eicosatetraynoic acid ESC = esculetin NDGA = nordihydroguaiaretic acid FLAP = 5-lipoxygenase activating protein 9-HE = 9-hydroxyellipticin HETEs = hydroxyeicosatetraenoic acids HPETEs = hydroperoxyeicosatetraenoic acids EETs = epoxyeicosatrienoic acids SKF525A = proadifen SKF525A, 9-HE ETYA PROSTAGLANDINS THROMBOXANES PROSTACYCLINS 12-HETEs 12-HPETEs LEUKOTRIENES EETs HETEs DIOLS (15-LIPOXYGENASE)

42 PLA 2 P receptor growth factors hormones AA -ion channel activity - guanylate cyclase - adenylate cyclase - protein kinase C - protein kinase A - tyrosine kinase - MAP kinase - G-proteins cyclooxygenases lipoxygenases CP450 monooxygenases eicosanoids transcription factors gene expression cell growth + According to: A. Sellmayer et al.: Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids ; 57: , : , 1997.


Stáhnout ppt "FYZIOLOGIE BUNĚČNÝCH SYSTÉMŮ Doc. RNDr. Kozubík Alois, CSc. - Doc. RNDr. Hofmanová Jiřina, CSc."

Podobné prezentace


Reklamy Google