Buněčná signalizace Úvod Základní typy signálních drah Imunologie

4.1 Úvod A. Význam komunikace B. Typy signalizace C. Mechanizmy signalizace Senzor Efektor Změna GE Signál Signál → zachycení → vyhodnocení → odpověď

A. Význam signalizace Význam: Synchronizace buněk Vývoj organizmu (okolí buněk) Hormonální systém Imunitní reakce (např. zánět) Příklady signálů: Přežij! Umři! Množ se! Diferencuj se! Signalizuj! Buňka může současně přijímat i protichůdné signály Reakce závisí na intenzitě signálů a vnitřním stavu buňky Integrace různých drah

B. Typy signalizace (metazoa) 1.Kontaktní (imunita) 2.Parakrinní (lokální tkáň) 3.Synaptická (specialní dráhy) 4.Endokrinní (globální) Souvislosti: Buněčné membrány - Neurobiologie Souvislosti: Dynamika buňky - Buněčné kontakty

C. Mechanizmy signalizace Signál (ligand) + přijímač (receptor) Signál má vliv na genovou expresi receptorové buňky Signální molekuly: 1) Povrchová molekula → membránový receptor 2) Peptid (neprochází membránou) → membránový receptor 3) Malá hydrofobní molekula → intracelulární receptor

Transdukce signálu Ad 1) + 2) Receptor → enzym → druhý posel → kaskáda → TFs Ad 3) Receptor = TF (časná + pozdní odpověď)

4.2 Signální dráhy Přehledy: Signální molekuly Receptory Intracelulární signální molekuly Druzí poslové Dráhy: A. cAMP dráha B. Ca 2+ dráha C. MAPK dráha

Jaderné receptory Ligandy: steroidní hormony Receptory: DNA vazebná doména, ligand vazebná doména

Membránové receptory Receptorové kanály (acetylcholinový receptor) Receptory spojené s G-proteiny Receptory s enzymatickou aktivitou Receptory spojené s enzymy Přenos signálu přes membránu: 1. Dimerizace receptoru 2. Změna konformace (multiple TM)

*Adaptace/desensitizace Dočasnost signálu: degradace, vychytáváním signální molekuly, inhibice receptoru Adaptace: snížená odpověď na dlouhodobý signál Negativní zpětná vazba (zpoždění) Souvislosti: Buněčné membrány - Neurobiologie

Intracelulární signální proteiny Buněčné signály - enzymy: 1.GTP/GDP vazebné proteiny 2.Kinázy 3.Adaptorové proteiny

Druzí poslové (second messengers) Malé intracelulární molekuly Receptor → aktivace enzymu → druhý posel → další prvky Cyklické AMP (adenylát cykláza) Diacylglycerol (fosfolipáza C) Inositol 1,4,5 - trisfosfát (fosfolipáza C)

A. cAMP dráha Aktivace protein kinázy A (cAMP dependentní kináza) Receptor: G-protein linked G-protein: 3 podjednotky αβγ (aktivace - disociace) Adenylát cykláza cAMP PKA CREB→CRE → GE

cAMP dráha II *Adaptace dráhy Hormony s cAMP odpovědí VIDEO

B. Ca 2+ dráha 1. Aktivace fosfolipázy C (G-proteiny nebo Tyr kinázy) 2. IP3 + DAG 3. Zvýšení intracelulární hladiny Ca Aktivace PKC (Ca 2+ dep.), calmodulin, calcineurin Aktivace lymfocytů VIDEO

Calmodulin + CaM kináza II Calmodulin + Ca 2+ → změna konformace → aktivace CaM kinázy Paměťový systém (pozitivní zpětná vazba)

C. MAP kinázová dráha Tyrosin kinázy: signál→dimerizace→fosforylace→vazba proteinů Ras: malý GTP vazebný protein Proliferace

MAPK - zjednodušené schéma

4.3 Imunologie Imunita = obranyschopnost před narušením integrity Základní princip: Rozeznání cizího od vlastního, škodlivého od neškodného Imunitní reakce: 1)Patogenní organizmy (bakterie, viry, houby, prvoci) 2) Nádorové buňky 3) Alergie + autoimunita Vrozená (nespecifická) imunita: Evoluční zkušenost Adaptivní (specifická) imunita: Individuální zkušenost Složky imunity: Buněčné složky (bílé krvinky, další buňky) Humorální složky (protilátky, cytokiny)

Bílé krvinky Adaptivní imunita Vrozená imunita.

Lymfatické orgány Primární (vznik +zrání krvinek): Kostní dřeň Thymus (brzlík) Sekundární (antigenní reakce): Slezina Lymfatické uzliny Shluky uzlin (mandle, apendix)

Systém rozeznávání: Vrozená x adaptivní imunita 1. POVRCHOVÉ RECEPTORY 2. AKTIVACE = rozeznání patogenu (zabij + zavolej posily + pomnož se)

Vrozená imunita Mechanizmy: Rozeznání patogenů - PAMPs ( pathogen associated molecular patterns ) Signály poškozené tkáně (danger signals) Likvidace patogenů Likvidace mrtvých buněk Procesy: 1)Fagocytóza 2)Zánět (lokalizace a množení bílých krvinek) 3)* Komplement 4)* Interferonová obrana (protivirová) TLR = Toll like receptory Aktivace

Zánět = imunitní reakce = reakce na porušení integrity organizmu 1. Chemotaxe buněk imunitního systému k místu zánětu 2. Aktivace bílých krvinek Regulace imunitní reakce: cytokiny, mezibuněčné kontakty VIDEO

Myeloidní buňky IS Makrofágy - fagocytóza (spíše vlastní buňky), v tkáních Neutrofilní granulocyty - fagocytóza, bakterie Dendritické buňky - fagocytóza, napojené na specifickou imunitu Žírné buňky - proti parazitům/alergie Neutrofil - fagocytóza Degranulace

Fagocytóza Neutrofily - po strávení bakterie umírají (hnis) Makrofágy - žijí déle, prezentují antigen (viz dále) VIDEO

Získaná imunita (lymfocyty) Základní složky: 1)Protilátky (B buňky) - BCR (→ protilátka) 2)Cell-mediated response (T buňky) (TCR - kontrola buněk) 3)Antigen prezentující buňky (APC) Antigen = rozeznávaná cizorodá molekula Epitop = rozeznávaná část (fragment) antigenu

T buňky (T buněčný receptor) MHC glykoproteiny = povrchové molekuly, vazba peptidů MHC I: Fragmenty proteinů, které buňka produkuje (všechny buňky) MHC II: Fragmenty proteinů, které buňka pohltila (jen některé) T buňky: 1.T4 - pomocné (helper), vazba MHCII - odměňuje fagocyty a BC 2.T8 - cytotoxické, vazba MHCI - zabíjí virem napadené buňky

Clonal selection theory Gen pro TCR = mohutné přestavby Obrovská variabilita (10 7 různých klonů v organizmu) Selekce: 1.Negativní (autoreaktivní) (thymus) 2.Pozitivní selekce (MHC) (thymus) 3.Setkání s antigenem → aktivace (efektorové + paměťové b.)

Aktivace T buněk Alfa a omega specifické imunity Dendritická buňka → aktivace + fagocytóza → migrace do uzlin → aktivace příslušného klonu T buňky → vycestování T buňky z uzlin

Cytotoxické T buňky 1)Buňka exprimuje abnormální protein (vir, rakovina) 2)Fragmenty peptidů na MHC I 3)T8 buňka rozezná fragment a zabije buňku (polibek smrti) (Fas ligand + fas receptor, perforin + proteázy) VIDEO

Pomocné T buňky Vznik efektorové buňky (sekundární lymfatický orgán): 1)APC (DC) pohltí antigen (součást bakterie, virus) 2)APC vystaví fragment na MHC II (+ putuje do lymf. orgánu) 3)Naivní T4 váže antigen + rozezná APC 4)Maturace T buňky Akce (periferie): 1)APC (makrofág/B buňka) váže antigen (MHCII) 2)Zralý T4 rozezná → aktivace APC Th1 (makrofágy) x Th2 (B buňky)

Maturace + akce Th1 Th2 analogicky

Protilátky + B buňky = imunoglobuliny Tvar Y = variabilita v koncové (antigen vazebné) oblasti Biologie B buněk - podobně jako T buňky (Clonal selection) Maturace B buňky: 1)Přestavba genu pro Ig 2)Produkce membránového Ig (=BCR) 3)Negativní selekce (eliminace autoreaktivních) 4)Vazba antigenu + endocytóza + vystavení na MHC II 5)Th2 rozpozná MHCII + antigen = aktivace B buňky 6)Efektorová B buňka (sekretuje Ig) nebo paměťová buňka

Maturace + aktivace B buněk Aktivace B buňkyAktivace Th2 a B buňky Existence více signálů - důležité pro regulaci Nebezpečí: autoimunita

Působení protilátek 1.Neutralizace molekul (toxiny, viry, receptory) 2. Opsonizace 3. Aktivace komplementu 4. Aglutinace infekčních částic 5. Aktivace basofilů/mastocytů Více typů protilátek: IgG (nejběžnější) IgM (pentamer) IgE (žírné b.) IgA (sliznice) IgD

Imunologická paměť Aktivované lymfocyty → i paměťové buňky Sekundární infekce → mobilizace paměťových buněk Obrana patogenů = změna antigenu (mutace, přestavby)

Shrnutí Buněčná komunikace: je nutná pro existenci mnohobuněčného organizmu uplatňuje se při reakcích organizmu na vnější a vnitřní podněty ústí ve změnu genové exprese (funkční změny proteomu) Pojmy: Ligand, receptor, adaptor, druhý posel, G protein, RTK Povrchové receptory x jaderné receptory Základní signální dráhy (cAMP, MAPK, Ca 2+ ) Imunitní systém: Vrozená imunita (PAMP, myeloidní buňky, komplement, zánět) Adaptivní imunita (T a B buňky, protilátky, clonal selection) Antigen prezentující buňky, MHC glykoproteiny