REPRODUKCE BUNĚK BUNĚČNÝ CYKLUS MITÓZA

Transkript

1 REPRODUKCE BUNĚK BUNĚČNÝ CYKLUS MITÓZA

2 REPRODUKCE BUNĚK základní znak života nové bb. vznikají pouze dělením existujících bb. život každé buňky probíhá v reprodukčních cyklech: růst (zdvojení všech buněčných struktur) dělení (rozdělení genetického materiálu na dvě identické sady) reprodukce bb. zakódována v jejich gen. informaci - tendence se neomezeně množit nutná regulace množení pro udržení integrity organismu jako celku

3 CÍLE REPRODUKCE reprodukce individua - tvorba gamet při meióze ontogenetický vývoj - embryogeneze udržení buněčné homeostázy - regenerace poškozených a opotřebovaných bb. v organismu asi bb., řada se jich stále obnovuje (erytrocytů vzniká asi 2, za sekundu) porucha regulace vede k nekontrolovanému množení nádorový zvrat

4 BUNĚČNÝ CYKLUS je sled vzájemně koordinovaných událostí, které vyúsťují v růst a rozdělení buňky na 2 bb. dceřiné obvykle se dělí na: interfázi (90 % buněč. cyklu), dělí se na G 1, S a G 2 fázi mitotickou fázi (mitóza) generační doba buňky = časové trvání bun. cyklu je variabilní - hlavně variabilní délka G 1 fáze G1 (gap) % S (synthesis) % G2 (gap) % M (mitosis) 10 % Espero Publishing, s.r.o.

5 G 1 fáze % délky cyklu - od skončení mitózy do zahájení syntézy DNA syntéza strukturálních a specifických regulačních proteinů a enzymů pro replikaci DNA zmnožení buněčné hmoty a organel buňka roste (zvětšuje se objem buňky) hlavní regulační uzel - k jeho překonání nutné růstové faktory (mitogeny) Espero Publishing, s.r.o.

6 S fáze % délky cyklu - mezi G 1 a G 2 fází pokračuje syntéza RNA a proteinů, hlavně histonů replikace DNA (buňka se stává 4n) homologní chromozomy synchronně, na začátku euchromatin (baze CG), v pozdní S fázi heterochromatin (baze AT) u žen jeden z X chromozomů se replikuje až ke konci S fáze

7 G 2 fáze % délky buněč. cyklu - od konce replikace po zahájení mitózy pokračuje růst buňky intenzivní syntéza fosfolipidů, RNA a proteinů (hlavně nehistonové proteiny chromozomů) příprava buňky na mitózu - syntéza cytoskeletálních struktur a enzymů mitotického aparátu další kontrolní uzel buněčného cyklu Espero Publishing, s.r.o.

8 M fáze - MITÓZA jaderné dělení, při kterém vznikají dceřinná jádra o stejném počtu chromozómů jako mateřské jádro trvá asi 1/10 buněčného cyklu (obvykle cca 1 hod.) je zahájena kondenzací chromozomů in vitro se projeví zakulacením buňky ustává transkripce mizí jadérka značně snížena proteosyntéza rozpadá se jaderná membrána depolymerizovaný cytoplazmatický tubulin se využije pro stavbu dělicího vřeténka

9 MITÓZA se skládá ze dvou dějů: KARYOKINEZE - vlastní rozdělení genetického materiálu (dělení jádra) je to souvislý proces, obvykle se dělí do 4 (5) fází: 1) profáze 4) anafáze 2) (prometafáze) 5) telofáze 3) metafáze CYTOKINEZE - rozdělení cytoplazmy a ostatních organel do dceřiných buněk na dělení živočišné b. se podílí obě složky cytoskeletu: mikrotubuly (dělicí vřeténko) mikrofilamenta (kontraktilní prstenec)

10 Mitóza Tato animace se týká živočišné buňky Centrozómy většiny rostlinných buněk postrádají centrioly

11 PROFÁZE kondenzace a spiralizace chromozomů, stávají se viditelné a barvitelné rozchod centrosomů (včetně centriolů) k pólům buňky depolymerují cytoplazmatické mikrotubuly začíná tvorba astrálních a polárních mikrotubulů vřeténka (bývá ) postupně mizí jadérka obr. 5.4; J.Darnell a kol.: Molecular Cell Biology, Scientific Americal Books, Inc., 1990

12 PROMETAFÁZE prodlužují se polární mikrotubuly vřeténka v oblasti centromery se objevuje kinetochor tvoří se kinetochorové mikrotubuly vřeténka (u člověka až 40 do 1 kinetochoru) chromozómy ze 2 chromatid ještě těsně u sebe na konci prometafáze se rozpadá jaderná membrána centrozomy jsou na opačných pólech b.

13 Dělicí vřeténko Espero Publishing, s.r.o. centrozom kinetochor astrální kinetochorové polární mikrotubuly astrální anastrální centrozom u vyšších rostlin nemá centrioly, dělicí vřeténko pak nemá astrální MT

14 METAFÁZE jakmile se mikrotubuly připojí ke kinetochoru, začnou si celý chromosom přitahovat ke svému pólu; tento pohyb je vyrovnán mikrotubuly z opačného centrosomu, které činí totéž v následném přetahování se chromosom pohybuje sem a tam výsledkem je, že v metafázi se tak dostávají všechny centromery chromozomů do ekvatoriální roviny kolmé na osu vřeténka zřetelně oddělené chromatidy spojené jen v centromeře je zcela zaniklý jaderný obal i jadérka obr. 5.4; J.Darnell a kol.: Molecular Cell Biology, Scientific Americal Books, Inc., 1990

15 ANAFÁZE chromatidy se oddělí i v centromeře (inaktivují se proteiny držící chromatidy u sebe) rychlý rozchod chromatid k pólům - asi 1 µm / min nejrychlejší část mitózy, trvá jen několik minut depolymerizace kinetochorových MT oddalování pólů a prodlužování polárních MT na pohybu chromozomů se podílí dynein i kinesin obr. 5.4; J.Darnell a kol.: Molecular Cell Biology, Scientific Americal Books, Inc., 1990

16 ANAFÁZE - pokračování posun kinetochoru po kinetochorových MT k mínus konci (dynein) prodlužování polár. MT na plus konci a jejich klouzání (kinesin) - prodloužení osy vřeténka až 15x Espero Publishing, s.r.o.

17 TELOFÁZE dokončuje se karyokineze vytvořením jaderného obalu kolem dceřiného jádra z membrán ER zcela mizí kinetochorové mikrotubuly polární mikrotubuly zůstávají jako telofázové tělísko probíhá event. se dokončuje cytokineze chromozomy despiralizují a ztrácejí barvitelnost obnovuje se syntéza RNA a objevují se jadérka obr. 5.4; J.Darnell a kol.: Molecular Cell Biology, Scientific Americal Books, Inc., 1990

18 CYTOKINEZE živočišné buňky - kontraktilní prstenec mikrofilamenta antiparalelně uspořádaná tvoří prstenec v ekvatoriální rovině těsně pod cytoplazmatickou membránou a jsou do ní svými konci zakotvena prstenec se začíná stahovat již v anafázi, vyžaduje dodání energie, je regulován Ca 2+

19 CYTOKINEZE rostlinné buňky - fragmoplast ze zbytků přetrvávajících polárních mikrotubulů se formuje fragmoplast: podél MT se posouvají váčky z GK naplněné polysacharidy a glykoproteiny doprostřed buňky zde se slévají v diskovitý útvar obalený membránou (tzv. cell plate) fúzí dalších váčků roste k povrchu buňky až se nakonec spojí s plasmalemou a vytvoří střední lamelu buněčné stěny později se přidají celulózové mikrofibrily a dokončí se stavba buněčné stěny

20 Dělení baktérií (binary fission) prokaryonta mají jen 1 chromozom je replikačním počátkem připojen k membráně po replikaci je zdvojen i počátek a růstem membrány mezi nimi se obě repliky DNA oddálí (baktérie přibližně zdvojnásobí svůj objem) bezprostředně následuje příčné rozdělení cytoplazmy celý proces trvá asi min.

21 Poruchy dělení buněk opakovaná replikace DNA bez následného dělení buňky polyploidní buňky (po působení MT mitotických jedů, např. kolchicin) polytenní chromozomy drosofily karyokineze bez cytokineze vícejaderné buňky (např. hepatocyty, megakaryocyty, nebo po působení MF mitotických jedů, např. faloidin) široký časový odstup karyokineze od cytokineze - např. rýhování hmyzích vajíček obr a 26; S.L. Wolfe: Molecular and Cellular Biology, Wadsworth Publ. Comp.,1993

22 Proliferační aktivita buněk některé buňky, např. buňky kůže, střevní sliznice, kostní dřeně se dělí v průběhu celého života jiné bb., např. buňky jater, se dělí pouze v případě zranění některé buňky dospělého člověka ztratily schopnost se dělit (vysoce diferencované buňky, jako neurony a buňky svalů) většina buněk našeho těla je ve fázi G 0 (necyklující bb.) v těle dospělého člověka proliferují pouze: buňky epidermis (obnova během 2 měsíců) buňky střevní sliznice (obnova za 2-3 dny) buňky kostní dřeně (erytrocyty 120 dní) pohlavní buňky kmenové bb. při reparaci poškození mitotický index (%) = počet dělících se bb. x 100 celkový počet bb.

23 REGULACE BUNĚČNÉHO CYKLU buněčný cyklus je řízen hladinou určitých chemických látek v buňce, které následující krok rozběhnou až je předchozí krok ukončen těmito látkami jsou pro každou fázi cyklu určité komplexy cyklinu a cyklin-dependentní kinázy (Cdk) cykliny = proteiny, jejichž koncentrace v buňce se cyklicky mění kinásy = enzymy, které aktivují či inaktivují jiné enzymy připojením fosfátové skupiny; kinásy jsou v proliferující buňce ve stále stejné koncentraci, ale po většinu času jsou neaktivní kinásy se aktivují spojením s cyklinem, naopak inaktivují po rozpadu či odpojení cyklinu aktivita Cdk tedy roste a klesá s koncentrací cyklinu v buňce kontrolní body cyklu jsou minimálně 3: v G 1, G 2, M fázi

24 Změny koncentrace a aktivity cyklinů a Cdk rostoucí koncentrace nebo aktivita koncentrace CDK koncentrac e cyklinu aktivita CDK Aktivace a inaktivace komplexů G 1 S G 2 mitóza G 1 Espero Publishing, s.r.o.

25 NECYKLUJÍCÍ BUŇKY - G 0 fáze zástava nevratná - nervové bb., bb. koster. svalů, přechodná: poškození DNA - nepostoupí do S fáze porucha replikace DNA - nevstoupí do mitózy chybně vytvořené dělicí vřeténko, chyby v napojení chromozomů na kinetochor - nenastane anafáze mitózy inhibice transkripce, proteosyntézy - není dostatek stavební hmoty pro novou buňku nedostatek živin či nevhodné životní podmínky (ph, teplota...) nedostatek prostoru pro nové bb. - kontaktní inhibice proliferace poruchy buněčné adheze brzdí proliferaci - nutnost kontaktu s okolními buňkami i s podložkou (např. kultivační nádobou) nutná přítomnost růstových faktorů = proteiny vytvářené jednou buňkou, které stimulují proliferaci jiné buňky (např. PDGF = platelet-derived growth factor, který je tvořen krev. destičkami) zástava v G 1 fázi, někdy v G 2 fázi (b. ledvin, epidermis myší )

26 MEIÓZA SPERMATOGENEZE A OOGENEZE

27 POHLAVNÍ ROZMNOŽOVÁNÍ kombinace genomů dvou buněk za vzniku nového jedince = tzv. sexuální proces, který zajišťuje: genetickou variabilitu druhu, tím i jeho adaptibilitu velkou evoluční potenci druhu potomek vzniklý ze zygoty (spojením 2 haploidních gamet) má novou skladbu genů, neshoduje se ani s jedním rodičem izogamety - všechny gamety stejně velké (některé jednobuněčné zelené řasy, kvasinky, někteří prvoci) anizogamety - vznikají z buněk zárodečných epitelů v pohlavních orgánech - varlatech a vaječnících samičí makrogamety (vajíčko) velké, nepohyblivé a obsahují zásobní látky samčí mikrogamety (spermie) malé, pohyblivé, bez zásob (výtrusovci, vyšší rostliny a živočichové)

28 GAMETOGENEZE princip je u všech vyšších živočichů stejný: v časné embryogenezi se oddělí od somatických buněk buňky prapohlavní z nich se mitoticky namnoží buňky zárodečného epitelu = gametogonie (2n) ty se mitoticky dělí a zvětšují v gametocyty I. řádu (2n) vstupují do meiózy gametocyty II. řádu (1n) po 2. meiot. dělení jsou 4 haploidní gamety (1n) při mitóze jde o zachování diploidie, při meióze naopak dosažení haploidie

29 MEIÓZA před vstupem do meiózy v S fázi replikace DNA buňka má 4n molekul DNA (u člověka 92 molekul) následují dvě dělení za sebou, mezi nimi není interfáze, ani replikace DNA gameta má 1n molekul DNA (u člověka 23) MEIÓZA I = heterotypické (redukční) dělení buňka má 23 chromozomoů, ale každý je tvořen 2 sesterskými chromatidami, takže je 2n molekul DNA, u člověka 46) MEIÓZA II = homeotypické (ekvační) dělení buňka má 23 chromozomů, každý je tvořen jen jednou chromatidou, takže je 1n molekul DNA, u člověka 23)

30 MEIÓZA I její zvláštnosti profáze I - trvá asi 90% celé meiózy a je komplikovanější než u mitózy kondenzace chromozomů a jejich zviditelnění, synapse homologních chromozomů, tvorba bivalentů (drží je u sebe synaptonemální komplex) nastává crossing-over výměna úseků nesesterských chromatid, místa překřížení jsou patrná jako chiasmata ke konci profáze rozpad jaderné membrány, vznik dělicího vřeténka, chromozomy viditelné jako tetrády anafáze I segregace celých chromozomů (haploidní počet chromozomů, množství DNA ještě není haploidní každý chromozom ze 2 chromatid, tj. 2 molekul DNA)

31 MEIOZA I obr. 25-3; S.L. Wolfe: Molecular and Cellular Biology, Wadsworth Publ. Comp.,1993

32 MEIOZA I - bivalenty, šipka = pár XY a synaptonemální komplex obr ; S.L. Wolfe: Molecular and Cellular Biology, Wadsworth Publ. Comp.,1993 obr. 2-14; Thompson & Thompson: Genetics in Medicine, W.B. Saunders Comp., 1991

33 MEIÓZA I - crossing-over a chiasmata obr. 11-6; Mange A.P.: Genetics: human aspects, Sinauer Associates Inc., 1990

34 MEIOZA I a II obr. 25-3; S.L. Wolfe: Molecular and Cellular Biology, Wadsworth Publ. Comp.,1993

35 VÝZNAM MEIÓZY meióza II se prakticky neliší od mitózy anafáze II - rozchod chromatid haploidnímu počtu chromozomů odpovídá i haploidní množství DNA sexuální proces vytváří genetickou variabilitu: náhodná segregace - vznik nových kombinací původních rodičovských chromozomů (u člověka je 23 homolog. párů, počet kombinací je 2 n, tj = přes možných kombinací) rekombinace - nové kombinace rodičovských alel na chromozomech po crossing-overu (u člověka 2-3 crossing-overy na 1 homolog. pár chromozomů - počtu kombin.) náhodné oplození - zygota vzniká kombinací 2 gamet (je-li přes možných kombinací jedné gamety, pak je celkem 2 23 x 2 23 = přes možných zygot

36 SPERMATOGENEZE celý vývoj spermie trvá asi 74 dní začíná při dosažení pohlavní dospělosti (kolem let) probíhá po celé období sexuální aktivity mužů dělení je rovnoměrné z 1 spermatogonie jsou celkem jsou 4 spermatidy během spermiohistogeneze získávají spermatidy bičík zralá spermie obr. 2-9; Thompson & Thompson: Klinická genetika, W.B. Saunders Comp., 1991, překlad: P. Goetz, Triton, 2004

37 OOGENEZE celý vývoj vajíčka trvá let oocyt I. řádu vstupuje do meiózy již v embryonálním období (kolem 5. měsíce) na konci profáze I - meioza se zastavuje (v měsíci) - diktyoten až do puberty oocyt I. řádu hromadí zásobní látky, roste jeho objem od puberty v cyklech po 28 dnech se dokončuje v jednotlivých Graafových folikulech meióza I - dělení nerovnoměrné (oocyt II. řádu + 1. polární tělísko) obr. 2-10; Thompson & Thompson: Klinická genetika, W.B. Saunders Comp., 1991, překlad: P. Goetz, Triton, 2004

38 hned pokračuje meióza II - dělení je nerovnoměrné (ootida + 2. pólocyt) (1.pólocyt se může též rozdělit) ovulace nastává u většiny obratlovců v průběhu metafáze II II. meiotické dělení se dokončuje jen v případě oplození výsledkem 4 haploidní bb., pouze jedna z nich (vajíčko) je funkční OPLOZENÍ - musí být ve vodním či vlhkém prostředí vnější (vodní živočichové) vnitřní (suchozemští živoč.) - vodní prostředí nahrazují sekrety pohlavních vývodů obr. 2-10; Thompson & Thompson: Klinická genetika, W.B. Saunders Comp., 1991, překlad: P. Goetz, Triton, 2004

39 SMRT BUŇKY NEKRÓZA, APOPTÓZA

40 STÁRNUTÍ BUNĚK na úrovni mnohobuněčných živočichů smrt chápána jako opak života, něco nežádoucího, smrt je nevyhnutelná existence organismu v čase je omezena maximální délka života je geneticky naprogramována přirozená smrt organismu jako celku - nasává vlivem - stárnutí organismu nebo nepříznivých faktorů vnějšího a vnitřního prostředí není ale rozřešeno, zda smrt je determinována pouze procesy stárnutí buněk nebo procesy řídícími integritu organismu

41 STÁRNUTÍ BUNĚK různě staré buňky mají odlišné morfologické i funkční projevy starší buňky: obsah vody až o 15 % viskozita cytosolu zpomalení buněčných pochodů (transport, intenzita metabolismu) hromadění odpadních látek (lipofuscin, melanin) přesto v organismu jsou bb. různého stáří nervové buňky - stejně staré jako organismus epiteliální buňky, erytrocyty - velmi mladé i ve starém organismu

42 STÁRNUTÍ BUNĚK na buněčné úrovni neplatí vše jako pro celý organ. z pokusů na buněč. kulturách je patrné, že kinetika proliferace u mladých bb. je jiná než u starých bb. buňky se nemohou množit neomezeně dlouho každá buňka má geneticky naprogramovaný počet buněčných cyklů (lidské embryonální bb. in vitro vytvoří asi generací, bb. ze starého organismu podstatně méně) bb. jednobun. organ. se za příznivých podm. množí bez omezení bb. mnohobun. organismů zanikají spolu se smrtí organismu přesto i zde jsou relativně nesmrtelné bb. pohlavní buňky, které se zúčastnily fertilizace transformované (zpravidla nádorové) buňky

43 Smrt buněk je jedním ze základních projevů biologických systémů. patologická (nefyziologická) smrt buněk působení nepříznivých podmínek neslučitelných s existencí buňky fyziologická smrt buněk cílený proces, na kterém se aktivně podílí sama buňka je součástí řady fyziologických i patologických procesů v organismu je terapeutickým cílem (např. léčba nádorů) Život organismu je podmíněn smrtí některých jeho buněk.

44 Život organismu je podmíněn smrtí některých jeho buněk Proč některé buňky organismu musí zemřít? v embryonálním vývoji je produkován nadbytek buněk (zanikají ty, které se nezapojily do organizační struktury organismu) - např. eliminace neuronů Espero Publishing, s.r.o.

45 formování embryonální masy buněk do finální struktury (tvorba dutin, přepážek) - např. vývoj prstů ruky Espero Publishing, s.r.o. organismus eliminuje nebezpečné buňky (nádorové bb., bb. infikované viry, autoreaktivní lymfocyty aj.) organismus se zbavuje opotřebovaných a nefunkčních (zestárlých) buněk - např. obnova kůže, střevního epitelu

46 eliminace nepotřebných buněk (pro organismus je energeticky výhodnější likvidace buněk než jejich výživa) involuce hormonálně závislých tkání (např. mléčná žláza po laktaci) ztráta ocasu při metamorfóze žab Espero Publishing, s.r.o.

47 Základní typy buněčné smrti neprogramovaná smrt - - proces nefyziologický, je opakem života - je důsledkem náhodného poškození bb. programovaná smrt - - proces fyziologický, zcela zákonitý, geneticky řízený, relativně častý koncepce programované smrti se prosadila teprve v 90. letech 20. století

48 Neprogramovaná smrt - nekróza vyvolána rozsáhlým poškozením buněk působením nepříznivých vnějších faktorů přesahujících adaptační možnosti buňky dlouhodobý nedostatek živin a kyslíku vysoká teplota vysoké dávky radioaktivního záření ultrazvuk vysoké dávky toxických chemikálií virová infekce aj. proces pasivní, není geneticky řízený většinou postihuje větší skupinu buněk proces trvá řádově hodiny až desítky hodin

49 Nekróza - pokračování začíná poruchou plazmat. membr. a membrán uvnitř b. ztráta zdroje energie (zástava syntézy ATP) narušena distribuce iontů časný projev - bobtnání buněk, tvorba vakuol (vakuolární degenerace), dilatace ER, mitochondrií, tvorba hernií následuje rozpad organel, z nichž se uvolňují ionty a enzymy nakonec buněčný obsah se uvolní do okolí vyvolá zánětlivou reakci okolních bb. DNA dlouho neporušená, štěpí se náhodně na různě dlouhé fragmenty

50 Naprogramovaná smrt buněk proces přesně geneticky řízený běžný v embryonálním i postembryonálním vývoji a při udržování buněčné homeostázy (počtu buněk) zbytky buňky jsou odstraňovány fagocytózou bez známek zánětu existuje asi více variant programované smrti: apoptóza (1 ze způs. realizace progr. smrti u vyš. živoč.) lysosomální smrt buněk Rozdíl mezi nekrózou a apoptózou Espero Publishing, s.r.o. A - nekróza B + C - apoptóza

51 APOPTÓZA termín zaveden v r (není totožný s termínem programovaná smrt buňky) Nobelova cena za fyziol. a lékařství 2002: Sydney Brenner (GB), H. Robert Horvitz (USA), John E. Sulston (GB) součástí života všech mnohobuněčných organismů od jednoduchých až po člověka vyskytuje se u mnohobuněčných rostlin (např. tvorba xylenu, opadávání listů) ve vývoji jednobuněčných eukaryont i prokaryont (např. autolýza sporangiálních buněk při sporulaci bacilů) proces aktivní, vyžaduje dodání energie ATP týká se jednotlivých buněk, ty mizí beze stopy trvá desítky minut až několik hodin

52 mechanismy apoptózy jsou evolučně velmi staré a konzervativní morfologické změny kondenzace chromatinu na periferii jádra fragmentace jádra svraštění celé buňky tvorba cytoplazmatických výběžků (blebbing) odštěpování apoptotických tělísek fagocytóza okolními buňkami buněčná membrána intaktní nerozvíjí se v okolí zánětlivá reakce

53 Průběh apoptózy biochemické změny počátek apoptózy je charakterizován dvěma souběžně probíhajícími kroky: aktivace proteolytické kaskády (dosud popsánoí asi 11 enzymů, tzv. kaspázy) poškození mitochondrií oba procesy nakonec vedou k aktivaci endonukleáz, které štěpí DNA

54 1. proteolytické enzymy - kaspázy kaspáza = cysteinová proteáza, která štěpí substrát v místě kyseliny asparagové (cysteinová aspáza = caspáza) funkce jako efektory apoptózy v bb. inaktivní prokaspázy, které jsou aktivovány proteolytickým štěpením aktivované exekuční kaspázy štěpí důležité proteiny: např. lamin, aktin, DNA dependentní protein kinázu reakce jsou ireverzibilní Espero Publishing, s.r.o.

55 2. poškození mitochondrií: vlivem určitých externích či interních faktorů (virová infekce, poškození DNA, xenobiotika, tvorba kyslíkových radikálů, ztráta koordinace energetických pochodů) změna membrán. potenciálu vnitřní mitoch. membrány - projeví se přechodným zvýšením permeability této membrány pro cytochrom c dojde k uvolnění řady dalších proapoptotických faktorů, které aktivují kaskádu kaspáz

56 Klíčovou roli v exekuci hraje kaspáza 3 kaspáza 3 (červená fluorescence) fragmenty cytokeratinu 18 (žlutozelená fluorescence)

57 konečným důsledkem změn je aktivace endonukleáz - fragmentují jadernou DNA v místě H 1 histonů, tj. mezi nukleosomy délka fragmentů je v násobcích pb po elektroforéze v agarózovém gelu vzniká DNA žebříček (je to marker apoptózy) při nekróze se DNA štěpí náhodně na různě dlouhé fragmenty, proto žebříček se netvoří

58 Řízení apoptózy modelový objekt - Coenorhabditis elegans (hlístice) vzniká 1030 somatických bb., z nichž 131 bb. za definovaných podmínek zaniká apoptózou proces je řízen řadou genů: ced-3, ced-4 aktivace apoptotických genů ced-2, ced-9 potlačení aktivity apopt. genů homologické geny s podobnou funkcí jsou u savců i u člověka apoptóza řízena asi 10 geny z rodiny Bcl-2

59 Řízení apoptózy - suprese gen bcl-2 kóduje protein Bcl-2 jeho nadprodukce: chrání buňku před apoptotickými signály, prodlužuje přežívání buňky (integrální protein membr. mitoch., ER i jádra u dlouhožijících nebo životně důležitých bb.) např. neurony, bazální keratinocyty, žlázový epitel, střevní krypty, zralé B lymfoc., T lymfocyty dřeně thymu, prekurzory hematopoetických bb. tkáň s vyšší produkcí Bcl-2 vykazují vyšší výskyt nádorů (např. kůže, tlusté střevo, prs, prostata)

60 Řízení apoptózy - stimulace proteiny Bax, Bcl-x S jejich nadprodukce navozuje apop. Bcl-2 / Bax reostat poměr hladin Bcl-2 a Bax rozhoduje o životě a smrti buňky hladiny Bax - převaha heterodimerů Bax-Bcl-2 = chrání b. před apoptózou hladiny Bax - převaha homodimerů Bax-Bax = indukce apoptózy gen p53 - přímým aktivátorem genu bax a expresi genu bcl-2 při poškození DNA nejprve zastaví bun. cyklus možnost opravy DNA; je-li poškození DNA neopravitelné, aktivuje apoptózu buňky protein R-Ras a Myc (Myc protein v G 0 fázi se neexprimuje) regulace apoptózy možná pouze u proliferujících buněk podmínkou pro indukci apoptózy je exprese Myc proteinu

61 Využití v klinické praxi apoptózy - Alzheimerova ch., Parkinsonova ch., ICHS, AIDS, vývojové vady apoptózy - nádorové, autoimunitní, virové nemoci léčba nádorů (ozáření, cytostatika poškozují DNA) - to stimuluje apoptózu a tím zpomaluje nádorový růst v regulaci imunitních pochodů - eliminace autoreaktivních lymfocytů (imunologická tolerance) cytotoxický efekt T lymfocytů a NK buněk na infikované, nádorové bb. a bb. transplantátu útlum imunitní odpovědi po likvidaci cizího antigenu

62 Lysosomální (cytoplazmatická) smrt buněk typická pro epiteliální tkáně a metamorfozující tkáně hmyzu a obojživelníků zvětšuje se počet lysosomů tvorba autofagických vakuol později kondenzace chromatinu a rozpad jádra žebříčkovitá degradace DNA do pozdních fází probíhá proteosyntéza a syntéza ATP