Buněčný cyklus Buněčné dělení Abnormality buněčného dělení

Buněčný cyklus interfáze : G1, S, G2 mitoza G1 fáze - nejdelší, variabilní část cyklu syntéza RNA, proteinů, doplnění organel (ribozomů, mitochondrií, ER apod.) syntéza nukleotidů, příprava na replikaci kontrolní bod cyklu pro vstup do S fáze

S fáze - replikace jaderné DNA mimojaderná DNA (=mitochondriální) se replikuje i mimo S fázi G2 fáze - růst buňky, syntéza proteinů, RNA, tvorba buněčných struktur syntéza rychlejší, transkripce pravděpodobně z obou chromatid kontrolní bod cyklu pro vstup do mitozy Mitoza - spiralizace chromozomů, rozpad jaderné membrány, vytvoření mitotického aparátu- rozdělení chromatid, rozdělení jádra Cytokineze – rozdělení buňky

http://www.tutorvista.com/biology/sequence-of-cell-cycle

Dělení somatických buněk = mitoza = z diploidní mateřské buňky dvě diploidní dceřinné

profáze interfáze prometafáze Mitoza 2n 2n metafáze telofáze anafáze

Regulace buněčného cyklu Cyklinový systém: cykliny - cyklická syntéza a odbourávání v průběhu buněčného cyklu cykliny ovlivňují cyklin dependentní kinázy (CDK) = enzymy fosforylující další proteiny trvale přítomny v buňce, aktivace vazbou s cyklinem inaktivace vazbou s inhibitory (p21) komplex cyklin / kináza = fosforylace proteinu = spuštění fáze cyklu

Regulační body buněčného cyklu: G1 - vstup do S – G2 -vstup do M – + další kontrolní body (M - na rozhraní metafáze a anafáze)

Mechanizmy regulace buněčné proliferace nadřazeny mechanizmům řízení buněčného cyklu řízení proliferace v: ontogenezi fyziologické obnově buněk reparaci a hojení imunitní odpovědi

Exogenní mechanizmy regulace proliferace - zdroj signálu vně buňky přímé: kontaktem membrán – kontaktní inhibice přímým propojením - „gap junctions“ (kanálky-výměna molekul) zprostředkované : signálními molekulami endokrinní – na velké vzdálenosti – hormony parakrinní – difuze, na krátké vzdálenosti autokrinní – sekretující buňka=cílová buňka synaptická – synapse -neurotransmitery

Signální molekuly cytokiny: regulace proliferace, diferenciace – parakrinní /autokrinní signal. růstové faktory: stimulační signál př. EGF-epidermální růstový faktor IGF – inzulin „like“ růst.faktor PDGF – z trombocytů lymfokiny, monokiny: hemopoetický původ role v imunitních reakcích při zánětu např. IL interleukiny většinou stimulační signál

interferony – inhibice proliferace, protivirový účinek imunomodulátory využití k léčbě nádorů TNF – tumor necrosis faktor regulace buněč.proliferace, genové exprese, zabíjení nádor.buněk hormony

Geny regulující buněčné dělení: Protoonkogeny produkty stimulují buněčné dělení (př. myc, fos, jun aj.) kódují růstové faktory, receptory růstových faktorů, regulační proteiny apod. mutované formy = onkogeny = stálá nebo nadměrná mitotická aktivita

Nádorové supresorové geny produkty inhibují mitotické dělení př. Rb1 gen – mutace u retinoblastomu i jiných tumorů p53 – mutace genu v mnoha nádorech nadřazen dalším genům funkce: zástava cyklu v G1 při poškození DNA a navození reparace nebo apoptózy - programované buněčné smrti

Apoptoza = programovaná buněčná smrt konečné stadium procesu stárnutí buněk odstranění buněk, které již nelze reparovat během embryogeneze-redukce nadbytečných částí Účel: odstranění buněk, které již splnily svou úlohu a mohly by být pro organizmus zhoubné

Apoptoza: zánik buňky bez porušení její integrity a integrity organel rozpad chromatinu, jádra, cytoplazmy – apoptotická tělíska fagocytoza takto změněných buněk bez zánětu nekroza: porušení mebrány buňky, dezintegrace organel, lyze buněk-zánět

Meioza

Meiotické dělení = dělení pohlavních buněk 2 části: MI, MII

M I = redukční 2n = heterotypické Profáze : leptotene - počátek spiralizace zygotene - párování (synapse homologů) = bivalenty synaptonemální komplex zajištuje párování homologů párování X a Y pouze konci - sexuální váček

Synaptonemální komplex Molecular biology of the cell http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=mboc4&part=A3686&rendertype=figure&id=A3699

pachytene - patrny sesterské chromatidy = tetrády crossing over= překřížení a výměna částí nesesterských chromatid homologních chromozomů = rekombinace otcovského a mateřského chrom.materiálu diplotene - separace bivalentů - spojeny v místě crossing overu = chiasmata diakineze - maximální zkrácení chromozomů - terminalizace chiazmat

Metafáze: orientace párů chromozomů v ekvatoriální rovině, centromery se neštěpí Anafáze: rozchod homologů - náhodný – náhodné kombinace otcovských a mateřských chromozomů Telofáze: haploidní sady na opačných polech Interkineze: bez replikace

M II = homeotypické = n ekvační n = mitotické v metafázi štěpení centromer v anafázi separace chromatid

http://faculty.irsc.edu/FACULTY/TFischer/bio%201%20files/bio%201%20resources.htm

http://faculty.irsc.edu/FACULTY/TFischer/bio%201%20files/bio%201%20resources.htm

I. Meiotické dělení profáze leptotene zygotene pachytene diplotene crossing over diakineze anafáze telofáze

II.Meiotické dělení anafáze

anafáze M I telofáze M I Rozchod chromozomů - náhodný z hlediska rodičovského původu

II.Meiotické dělení anafáze telofáze

Rozdíly mezi spermiogenezou a oogenezou Spermiogeneza začíná v době sexuální zralosti z 1 mateřské buňky vzniknou 4 dceřinné Oogeneza začíná již v časném embryonálním období, pak zastavena na konci profáze MI, dále pokračuje v pravidelných intervalech v době sexuální zralosti a plně je dokončeno až po oplození (anafáze a telofáze MII) Z 1 mateřské buňky vznikne 1 vajíčko a 2-3 polová tělíska

Spermiogeneza – v době sexuální zralosti spermatogonie Mitotické dělení růst primární spermatocyt M I sekundární spermatocyt meioza M II spermatidy zrání, diferenciace spermie Spermiogeneza – v době sexuální zralosti

Oogeneza – začátek v prenatálním období oogonie Mitotické dělení růst 3.měs.fetál.života dictyotene MI v době porodu primární oocyt M I meioza 1.pol.tělísko Metafáze MII ovulace M II sekundární oocyt 2.pol.tělísko Anafáze,telofáze po oplození Oplození – pronukleus vajíčko dokončí MII- pronukleus zygota Oogeneza – začátek v prenatálním období pokračování v době sexuální dospělosti

Spermiogeneza M I M II 2n n n spermatogonie spermatida primární sekundární spermatocyt spermie

Oogeneza a fertilizace I. meiotické dělení polové tělísko oogonie primární sekundární oocyt n 2n fertilizace a II.meiotické dělení

Genetické důsledky meiozy redukce diploidního počtu chromozomů na haploidní segregace alel v MI , MII náhodný rozchod chromozomů – náhodné kombinace chromozomů v gametách (dle rodičovského původu) zvýšení genetické variability crossing overem (segregující chromozom složen z částí mateřského a otcovského původu)

Chyby v meioze Nondisjunkce Opoždění 1 chromozomu v anafázi v MI – nerozdělení homologních chromozomů v MII – nerozdělení chromatid Důsledky: pro 1 pár – disomická nebo nullisomická gameta (trisomie-47chrom. + monosomie-45chrom. po oplození) pro celou sadu – diploidní gameta ( triploidie po oplození- 69chrom.) Opoždění 1 chromozomu v anafázi Důsledek: nullisomická gameta – monosomie po oplození (45chrom.)

Chyby v meioze 46 46 M I 23 24 22 23 M II 23 23 23 23 24 24 22 22 nondisjunkce v M I důsledek: trizomie/monozomie po oplození normální průběh meiozy

46 46 M I 23 22 23 23 (X chrom.) M II 24 22 23 23 22 22 23 22 Opoždění chromozomu v anafázi M I nebo M II Důsledek: monozomie po oplození Nondisjunkce v M II Důsledek: trizomie/monozomie po oplození

46 46 M I 46 23 23 M II 46 46 23 23 46 Chyby v meiose – nondisjunkce celé sady chromozomů (M I nebo M II) Důsledek: neredukovaná gameta, triploidie po oplození

Chyby v mitoze Nondisjunkce ( postzygotická) Opoždění v anafázi → mozaicismus – 2 nebo více linií buněk s různým karyotypem v jednom organismu ! Endoreduplikace- dělení chromozomů bez dělení buňky → tetraploidie (92 chromozomů)

46 46 46 46 46 47 45 46 46 46 46 47 47 Nondisjunkce v mitoze – vznik mozaiky - trizomie/normální chrom.vybavení Monozomie letální s vyjímkou gonosomu X

46 - X 46 45 46 46 opoždění v anafázi : monozomie a normální buněč.linie v mozaice – letální s vyjímkou gonozomu X

Endoreduplikace – dělení chromozomu bez dělení buňky 46 92 tetraploidie

Chyby fertilizace Dispermie – oplození vajíčka 2 spermiemi → triploidie (=69 chromozomů ) = mola částečná Částečná mola -vznik též splynutím normálního haploidního vajíčka s diploidní, neredukovanou spermií (se 46 chromozomy) Chimera – oplození vajíčka a pólového tělíska spermiemi s odlišným gonozomem (XX, XY)→ jedinec je směsí buněk 46,XX a 46,XY

Dispermie- oplození vajíčka 2 spermiemi Poruchy oplození 23X 23X 23,X 23,X 23Y 46 XX 69 XXY oplození Dispermie- oplození vajíčka 2 spermiemi

oplození vajíčka a polového tělíska – vznik chimery 23X 23,X 23,X 23Y 46XX/46,XY oplození vajíčka a polového tělíska – vznik chimery

Hydatiformní mola – kompletní (hypertrofie trofoblastu bez přítomnosti fetální tkáně) karyotyp 46,XX (XY), ale pouze samčí sada chromozomů a) duplikace chromozomů spermie v enukleovaném vajíčku (90%) b) dispermie v enukleovaném vajíčku- (10%)

hydatiformní mola (úplná) = dispermie nebo duplikace spermie v enukleovaném vajíčku Case contributed by Nazila Azordegan MD of Tehran, IRAN http://library.med.utah.edu/WebPath/COW/COW167.html

Mechanizmy vzniku úplné moly 23X 23X 23Y Duplikace chromozomů 46 XX 46 XY Mechanizmy vzniku úplné moly

Partenogeneze Ovariální teratom –původ z oocytů po prvním meiotickém dělení- duplikací samičí sady chromozomů (dělení neoplozeného vajíčka) karyotyp buněk benigního tumoru je 46,XX přítomnost různých druhů tkání ( kůže, chrupavka, štítná žláza atd.)

Partenogeneze u člověka ovariální teratom = duplikace chromozomů a dělení neoplozeného vajíčka http://www.humpath.com/ovarian-dermoid-cyst

ASISTOVANÁ REPRODUKCE Úbytek obyvatel na severní polokouli ČR od roku 1994 menší porodnost než úmrtnost - odkládání porodu prvního dítěte - snižování plodnosti mužů ( snížení počtu spermií o 50% za 50 let ) Celosvětové zvyšování počtu mnohočetných těhotenství Ve vyspělých zemích cca 8000 AR / 10 000 000 obyvatel ( asi 1,5 % dětí je “ze zkumavky“ ) Počet neplodných párů stoupá

Nejčastější důvody neplodnosti: muži – azoospermie – nepřítomnost spermií oligospermie – malý počet spermií azoospermie - 8-15% aberace gonozomů Yq mikrodelece genu DAZ („deleted in azoospermia“) oligospermie - častěji strukturní aberace autozomů (4%-balancovaná strukturní aberace) mutace CFTR – cystická fibroza ženy – gynekologické: tubární sterilita endometriosa imunologické chrom.abnormality ( balancovaná strukturní aberace)

CFTR gen - cystická fibroza – u některých mutací je neplodnost muže jediným projevem ( vyšetření heterozygotnosti partnerů ) (možnost chirurgického odběru spermií) Další důvody k AR : genetická choroba ( např. Turnerův syndrom ) stav po protinádorové terapii ( kryokonzervace gamet před začátkem léčby )

Indikace k AR - pouze zdravotní Matka je žena, která plod donosí a porodí. Nemožnost prenatální adopce. Od 18 let má dítě právo na informace o biologickém rodiči. Uchování informací o dárcích 15 - 70 let. Etický problém likvidace zmrazených embryí ( pojem preembryo tj. neimplantované embryo ).

Dárcovství gamet Anonymita dárce i příjemce. Nepřípustnost příbuzeneckého vztahu. Věk od 18 do 40 u mužů a do 35 let u žen. Informace o dárci ( IQ, rasa aj. ) Ochrana proti AIDS – opakované vyšetření po 180 dnech a pak teprve použití zmrazených gamet. Vyšetření karyotypu dárců. V některých zemích je podmínkou dárcovství být rodičem dvou zdravých dětí. Souhlas manželů aj..

Metody asistované reprodukce Spermie: dárce nebo biopsie testes u azoospermie IVF (in vitro fertilizace) intracytoplazmatická injekce spermie (ICSI) disekce zona pellucida intracytoplazmatická injekce spermie Nejčastější indikace ICSI : sterilita muže imunologická sterilita (antizonální protilátky)

http://www.goivf.com/about_us/breakthroughs-icsi.php4

Preimplantační diagnoza: polové tělísko nebo buňky embrya po biopsii (z blastocysty možno odebrat více buněk) Metody vyšetření : PCR = polymerázová řetězová reakce FISH = fluorescenční “in situ“ hybridizace - zjištění numerických chrom. aberací

Po oplození – pólová tělíska a v zygotě 2 prvojádra - pronuclei Rýhující se zygota http://www.spacesciencegroup.nsula.edu/sotw/newlessons/defaultie.asp?Theme=humanbody&PageName=embryo

Jestli se cítíš malý(á), deprimovaný(á), neužitečný(á), vzpomeň si, že díky perfektnímu vajíčku a nejrychlejší spermii a jimi nesenými genetickými informacemi jsi absolutně jedinečná a neopakovatelná jednotka tohoto vesmíru!