Základní reaktivní mechanismy organismu v případě ohrožení

Transkript

1 Základní reaktivní mechanismy organismu v případě ohrožení Franco OH et al., 2009 Programy organismu reagující na poškození Zánět Hypoxické inducibilní faktory (HIF) Stálá kontrola stability genomu (p53) Možnost indukce buněčné smrti (apoptóza) Nekróza Signální transdukce Zajišťuje realizaci buněčného programu

2 Signální transdukce Signální transdukce Signální transdukce Signální transdukce

3 Zánět Genomický účinek látek nebílkovinné povahy na transkripci genů Je reakce živé tkáně na poškození. Akutní zánět má tři základní funkce. Tvorba zánětlivého exsudátu. Obsah: proteiny, buňky, tekutina. Smysl: lokální obrana jako reakce na poškození Pokud je přítomno příčinné agens (mikroorganismy), mohou být zničeny a eliminovány složkami exsudátu Poškozená tkáň je rozložena a částečně zkapalněna; výsledná debris je odstraněna z místa poškození. Zánět Vrozený systém reaguje promptně, nespecificky a bez paměti. Účast fagocytárních buněk, enzymů a aktivace komplementu a proteinů akutní fáze. Při aktivaci fagocytů dochází k aktivaci cytokinů v celých profilech. Ty se potom dále podílejí na aktivaci složek adaptační imunity (lymofocytů). Adaptační imunitní systém reaguje pomaleji, specificky a s pamětí. Prozánětlivé cytokiny Odpovídají za indukci horečky, katabolismu ve svalech a aktivaci prekurzorů bílé krevní řady ve dřeni. TNF-α, IL-1β a INF-γ jsou klíčové pro expresi zánětlivých lipidových mediátorů (prostaglandiny a leukotrieny) a indukují produkci platelet-activating factoru (PAF) a IL-6. Po stimulaci těmito cytokiny Kupfferovy buňky v játrech produkují IL-6. IL-6 je významným mediátorem sekrece většiny proteinů akutní fáze hepatocyty. TNF-α způsobuje katabolismus ve svalech (hyperglykémie způsobená glukagonem a glukokortikoidy a vychytávání aminokyselin játry).

4 Heat shock proteiny (Hsp) Jsou vysoce konzervované proteiny, které jsou schopny chránit buňku proti noxám a poškození. Intracelulárně fungují jako molekulární chaperony a jako antiapoptotické regulátory buněčné signalizace. Mají přímé prozánětlivé účinky Paradoxní účinky: Indukce Hsp před působením prozánětlivého stimulu je jasně přínosná, ale po zánětlivém stimulu je cytotoxická. To je zřejmě dáno různými funkcemi intracelulárních a extracelulárních Hsp: extracelulární Hsp, uvolňované z buněk s kompromisní integritou mohou fungovat jako signály nebezpečí aktivující vrozenou imunitu interakcí s jejími receptory. Potenciální cíl pro imunomodulační protizánětlivou terapii. Chemotaxe Je řízený pohyb buněk v koncentračním gradientu solubilních extracelulárních látek. Chemotaktické faktory, chemotaxiny nebo chemoatraktanty. Pozitivní chemotaxe=buňky směřují do míst s vyšší koncentrací chemotaktických faktory (CHF). Negativní chemotaxe=buňky se pohybují od míst s vyšší koncentrací CHF. Chemokineze=buňky se pohybují neřízeně Chemoinvaze=buňky se pohybují přes bazální membránu Chemotakticky aktivní faktory C5A Oligopeptidy bakteriálního původu Intermediální produkty lipidových metabolismů (AA a LTB4) Cytokiny, růstové faktory Chemotakticky aktivní faktory Funkce: Účast v imunitní odpovědi Zánět Hojení ran Celkové systémové reakce po tkáňovém nebo orgánovém poškození

5 Chemotakticky aktivní faktory Biologická aktivita těchto faktorů je řízena pomocí specifických receptorů na buněčném povrchu, jejich exprese je pozitivně nebo negativně modulována téměř všemi cytokiny. V chemotaktické odpovědi buněk se aktivně účastní také extracelulární matrix, celulární adhesivní molekuly, cytoskelet a některé nízkomolekulární substance. Cytokiny Definice je problematická. Podle dnešních kritérií se považuje za generické jméno velmi variabilní skupiny solubilních proteinů a peptidů, které fungují jako humorální působky v piko- až nm koncentracích a které modulují funkční aktivity jednotlivých buněk a tkání za fyziologických a patofyziologických podmínek. Tyto procesy také modifikují interakci mezi buňkami přímo a ovlivňují procesy v extracelulární matrix. Cytokiny Účinné modulátory během embryogeneze a organogeneze. Jejich aktivity v pozdějším životě se mohou od působení v tomto období výrazně lišit. Typy cytokinů (nazvy často podle buněčného původu nebo první objevené funkce: Interleukiny, lymfokiny, monokiny, interferony, CSF aj. Cytokiny Glykoproteiny sekretované buňkami klasickými sekrečními cestami. Mnohé ve formě vázané na membrány. Rovnováha mezi solubilními a membránovými formami zřejmě sama o sobě regulujícím faktorem. Většina se neskladuje v buňkách (kromě TGFβ a PDGF v destičkách). Působí také jako růstové faktory (mitogenně nebo antimitogenně), jako celulární survival faktory (zabraňující apoptóze) a jako faktory transformační.

6 Cytokinová síť Cytokiny Nenavozují odpověď přímo. Stimulují nebo inhibují produkci specifických DNA vazných proteinů, které kontrolují expresi dalších genů. Cytokin ve vazbě na receptor vyvolává (hod) expresi immediate early response genes (IEG, několik set). Genové produkty těchto genů se pak vážou na promotorové elementy tzv. delayed early response genes (DEG). Cytokiny Téměř všechny jsou pleiotropní, tj. vykazují několikeré biologické aktivity. Cytokiny s mnohonásobnými účinky se čato ve svých aktivitách přesahují a jednotlivé buňky vstupují do interakce s nimi zdánlivě identickým způsobem. Jsou tedy funkčně nahraditelné, nebo alespoň částečně funkčně kompenzovatelné. Th1/Th2 cytokiny Th-1 (=cytokiny typu 1) a Th-2 (cytokiny typu 2) se sekretují různými subpopulacemi CD+T-lymocytů, monocyty, NK, monocyty, B- buňkami, eozinofily, bazofily, mastocyty aj. Th-1-podpora buněčné imunitní odpovědi [IL-2, IFNγ (IL-18), TNFβ] Th-2-podpora vývoje B-buněk a sekrece protilátek (IgE) (IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13)

7 Th cells are at the center of cell-mediated immunity. The antigenpresenting cells present antigen to the T helper (Th) cell. The Th cell recognises specific epitopes which are selected as target epitopes. Appropriate effector mechanisms are now determined. For example, Th cells help the B cells to make antibody and also activate other cells. The activation signals produced by Th cells are cytokines (lymphokines) but similar cytokines made by macrophages and other cells also participate in this process. Selection of effector mechanisms by Th1 and Th2 cells. In addition to determining various effector pathways by virtue of their lymphokine production, Th1 cells switch off Th2 cells and vice versa. Th1/Th2 paradigm develops into Th1/Th2/Th3/Tr1 paradigm and more. T cells are classified into CD4+ T cells and CD8+ T cells by their surface markers, and these cells are further classified into Th1 cells, Th2 cells, Tc1 cells, and Tc2 cells by their cytokine profile. The Th1 cells and Tc1 cells are involved in cellular immunity, and the Th2 and Tc2 cells are involved in humoral immunity. Recently, other cell types are reported Th3 cells, which produced TGF-β, Tr1 cells, which produce IL-10, and CD4+CD25+ regulatory T cells regulate overstimulation of type 1 immunity or type 2 immunity. NK cells also classified into NK1 and NK2 cells by their cytokine profile. Other cell types, NK3, NKr1, and regulatory NK cells have been reported recently. Th1/Th2/Th3/Tr1 and NK1/NK2/NK3/NKr1 balance in nonpregnancy subjects, pregnancy subjects, and spontaneous abortion cases. In the immunostimulation system, Th1/Th2 and NK1/NK2 are balanced, and these immunostimulation systems are regulated by immunoregulation system such as Tr1, NKr1, Th3, NK3, and CD4+CD25+ Treg cells. These balances are different between peripheral blood lymphocytes and decidual lymphocytes (Saito et al., 2007)

8 Chemokiny Tvoří rodinu cytokinů, indukovatelných prozánětlivou aktivací. 8-10kDa, 20-50% sekvenční homologie, podobná genetická a terciární struktura. Všechny tyto proteiny poskytují množství konzervovaných cysteinových zbytků, které se účastní v tvorbě intramolekulárních disulfidových vazeb. Funkce chemokinů 1. esenciální mediátory normálního pohybu leukocytů 2. podpora zánětu 3. indukce chemotaxe 4. aktivace zánětlivých buněk a/ aktivace granulocytů a makrofágů s následným oxidativním vzplanutím, degranulací a releasem lysosomálních enzymů b/ovlivnění imunitních buněk k odpovědi na suboptimální množství zánětlivých mediátorů c/ mocné uvolňovací faktory pro histamin z bazofilů Funkce chemokinů 5. indukce proliferace a aktivace NK (CHAK-chemokine-activated killer) 6. modulace hemopoézy (BFU-E, CFU-GH, CFU-GEMM) 7. modulace angiogenezy 8. modulace nádorového růstu 9. účast v patogeneze infekcí viry HIV (chemokiny mohou suprimovat infekci HIV-1, chemokinové receptory slouží prostřednictvím CDč jako obligátní koreceptory pro vstup HIV-1) Chemokinové rodiny α- Chemokinová rodina (4q12-21, CXCchemokiny- CXCL 1-16) Někteří její členové obsahují ELR sekvenční motiv (kys.glutamová-leucinarginin), umístěný před prvním cysteinem blízko N-terminálnímu konci) 1. Chemokiny s ELR motivemchemoatrakce a aktivace neutrofilů 2. Chemokiny bez ELR motivuchemoatrakce a aktivace monocytů, APC, T, NK, B-buněk, basofilů a eosinofilů

9 Chemokinové rodiny β-chemokinová rodina 17q (17q11-32, CC-chemokiny- CCL 1-28) Biologické aktivity chemokinů jsou řízeny specifickými receptory a receptory s překrývajícími se ligandovými specifitami, které vážou některé z těchto proteinů, které vždy náleží buď k CC nebo k CXC. Chemokinové receptory jsou G-coupled, 7 hydrofobních α-helixových segmentů (domén), které směřují přes membránu. Chemokinové rodiny chemokinová rodina 16q (CXXXCchemokiny) Fraktalkin- má silnou chemoatrakční aktivitu pro T-lymfocyty a monocyty a zvyšuje adhesivitu leukocytů na aktivované endoteliální buňky indukcí povrchového vazného proteinu CX3CR1 receptor pro fraktalkin Chemokinové receptory CXCR 1-7 CCR 1-12 CXXXCR 1 Kombinatorické efekty mnoha chemokinů a jiných mediátorů jsou odpovědné za buněčné složení v místech zánětu. Mnohé geny kódující chemokiny se silně exprimují v průběhu mnohých patofyziologických procesů včetně autoimunních, nádorů, aterosklerózy a chronických zánětlivých onemocnění.

10 Tachykininy neuromodulátory stres bolest regulace vaskulárního tonusu. Členové: Substance P (NK1) Neurokinin A (NK2) Substance K (NK alfa, neuromedin) Neurokinin B (neurokinin beta, NK3) Hemokinin 1 Endokininy Tachykininy Generické jméno rodiny úzce příbuzných krátkých neuropeptidů, identifikovaných původně podle jejich funkce jako neurotransmitery. Vznikají alternativním splicing trna z preprotachykininového genu (PTT) a různým posttranslačním processing preproproteinu. Alternativním sestřihem β a χ forem preprotachykininů vznikají substance P a neurokinin A, z α forem vzniká pouze substance P. Neuropeptid χ je rozšířená forma neurokininu A v N-terminálním směru. Funkce tachykininů 1. neuromodulátory 2. regulace stresové odpovědi 3. modulace bolesti 4. kontrola vaskulárního tonusu 5. funkce podobné cytokinům a/ proliferace T-buněk b/ podpora uvolňování cytokinů indukovaného mitogeny c/ podpora sekrece Ig d/ modulace chemotaxe a fagocytózy

11 Typy tachykininových receptorů Tři typy NK1-NK3 -G-coupled. Mají vysoce konzervovanou transmembranozní doménu, která sedmkrát přestupuje přes membránu. Vážou také bombesin a gastrin-releasing peptide. HIF-hypoxické inducibilní faktory HIF je rodina bazických transkripčních faktorů typu Helix Loop Helix, které modulují odpověď organismu na změny buněčné hladiny kyslíku. HIF-1 je heterodimer, který se skládá z podjednotky HIF-1α, která je navázána na aryl hydrocarbon nuclear translocator (ARNT), známý jako HIF-1β. Po nukleární translokaci navozené hypoxií a dimerizaci je HIF schopen vazby na hypoxia response element (HRE) cílových genů s konsnzuální sekvencí 5 -CGTG-3, v těchto responzivních genech. HIF ovlivňují expresi mnogha genů participujících na regulaci erythropoézy, angiogeneze, transportu glukózy a glykolýzy. U savců byly identifikovány 3 geny kódující podjednotky HIF-α: Exprese HIF-1α je ubikvitární (základní funkce), zatímco exprese HIF-2α a HIF-3α jsou omezeny (specializované funkce). Hypoxie a transkripce genů Schopnost hypoxie navodit dlouhodobé adaptační změny v organismu závisí na její schopnosti indukovat genomické změny. Regulace exprese mnohých genů zácisí na aktivaci transkripčního faktoru senzitivního na hypoxii, hypoxiainducible factor 1 (HIF-1). HIF-1 je heterodimer skládající se ze dvou podjednotek HIF-1 alfa a HIF-1 beta. Hladiny kyslíku přímo regulují expresi komponenty HIF-1 alfa v závislosti na stupni hypoxie s postupným nárůstem exprese mezi 20 to 5% O2 a podpořeným nárůstem pod 5% O2 ve vdechovaném vzduchu. Protože tkáňový PO2 je normálně torrů, HIF-1 musí být extrémě senzitivní na změny v tkáňové oxygenacii. Dynamika exprese HIF-1 je vysoká, což umožňuje účast exprese HIF-1 i u intermitentní hypoxie, umožńující zvýšení angiogenezi, erytropoézy a glykolýzy. HIF-1 HIF-1 je za normoxických podmínek ubikvitinován a následně degradován během 5 minut. Při nízké hladině O2 (<5% O2) je HIF-1 stabilizován, což vede k tvorbě funkčního komplexu transkripčního faktoru s ARNT (aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator). Tento komplex aktivuje geny účastnící se v následných změnách angiogenezy, erytropoézy a metabolismu glukózy.

12 HIF-1 O2 reguluje rychlost degradace HIF-1α. V normooxických podmínkách dochází k O2-dependentní hydroxylaci of proline (P) 402 a 564 v HIF-1 enzymem PHD (prolyl hydroxylase-domain protein), což je podmínkou vazby von Hippel Lindau (VHL) tumor-supresorového proteinu, který je rozpoznávací komponentou pro E3 ubiquitin-protein ligázu. Vazba VHL je podporována také acetylací lysinu lysine (K) 532 pomocí ARD1 acetyltransferázy. Ubiquitylace HIF-1 zaměří protein pro degradaci 26S proteazomem. HIF-1 O2 také reguluje interakci HIF-1 s transkripčními koaktivátory. O2- dependentní hydroxylace asparaginu (N) 803 v HIF-1 enzymem FIH-1 ( factor inhibiting HIF-1 ) blokuje vazbu p300 a CBP na HIF- 1 a tak inhibuje transkripci genů modulovanou HIF-1. Za hypoxických podmínek se snižuje rychlost hydroxylace asparaginu i prolinu. VHL se nemůže vázat na HIF-1, který není hydroxylován na prolinech, což vede ke snížení degradace HIF-1. p300 a CBP se naproti tomu mohou vázat na HIF-1, který není hydroxylován v poloze asparaginu, což umožňuje transkripci cílových genů pro HIF-1 Zkratky: bhlh, basic helix loop helix; PAS, Per-Arnt-Sim; TAD-C, carboxy-terminal transactivation domain; TAD-N, amino-terminal transactivation

13 Děkuji vám za pozornost