Fyziologie buněčných systémů. A. Kozubík J. Hofmanová

Transkript

1 Fyziologie buněčných systémů A. Kozubík J. Hofmanová

2 2

3 Organismus jako komplexní hierarchický systém organismální, tkáňová buněčná molekulová Nelze oddělovat (naopak nutno usilovat) studium na jednotlivých úrovních organizace systému Obtížně realizovatelné v rámci jedné laboratoře 3

4 Výzkumné cíle a oblasti praktického využití INICIAČNÍ (INITIATION) ONKOGENEZE fáze: PODPŮRNÁ (PROMOTION) POPULACE NORMÁLNÍCH (NETRANSFORMOVANÝCH) BUNĚK cell signalling (cytokiny vs. eikosanoidy) klinická data, matematické analýzy, experimentální ověření POPULACE TRANSFORMOVANÝCH BUNĚK PROGRESIVNÍ FÁZE (PROGRESSION) ONKOTERAPIE 4

5 Typy buněčných populací podle Gilberta a Lajthy (1965) TYPY PROLIFERUJÍCÍ expandující, neopouštějí populaci, množí se populace coby zdroj buněk pro jiné populace c. konstantní Tranzitní populace, ve které se buňky pomnoží c. konstantní NÁDOR K. B. BLASTY KRVE TYPY NEPROLIFERUJÍCÍ B. C.N.S. stacionární c. konstantní OOCYTY stále ubývá metamyelocyty k. d. erytrocyty granulocyty typ průchozí (tranzitní) c. konstantní 5

6 The early acting growth factor which maximises host defense 6

7 Polyklonální charakter kostních buněk Přirovnání kmenové buňky ke stromu 7

8 The structure of the hemopoietic system 8

9 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 9

10 10

11 treatment: ovlivňovaný systém parametry cytokinetiky: cytostatika, ozařování, proliferace regulační podněty, atd. black box diferenciace... 0 apoptóza VSTUPY modelové systémy in vitro, buňky lišící se růstovou strategií, pacient VÝSTUPY 11

12 12

13 Rovnováha (homeostáza) Výsledek působení mnohočetných zpětných vazeb 13

14 14

15 15

16 Nesspecifické faktory Nesspecifické faktory REGULACE NORMÁLNÍHO RŮSTU 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 INHIBICE R Ů S T Startovací stimulátorová síla (odpověď vše nebo nic) 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 10-8 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- Mono- Oligo- Poly- Startovací inhibitorová síla (odpověď vše nebo nic) STIMULACE 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 (specifické stimulátory) 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 aktivita, camp-cyklický 3 5 -guanosinmonofosfát, BSC-1, BHK-1, MCIF, FGRF-specifické inhibitory daných buněčných linií. Regulace a inhibice růstu normálních a nádorových buněk, Fremuth F., SPN, Praha, 1986

17 Čtyři nejdůležitější skupiny malých organických molekul v buňkách 17

18 Spektrum eikosanoisů 18

19 MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS PLA 2 COOH CYCLOOXYGENASES EPOXYGENASES (P450) LIPOXYGENASES PGG 2 LTA 4 PGH 2 EPOXYACIDS, DIOLS, etc. OH LTB 4 LTC 4 TXA 2 PGI 2 PGD 2 PGE 2 TXB 2 O PGE 2 : COOH C 5 H 11 LTC 4 : S COOH CH 2 CH CO NH CH 2 COOH NH COCH 2 CH 2 CHCOOH NH 2 LTD 4 LTE 4 LTF 4 OH OH

20 Arachidonic acid: metabolic pathways and its possible modulations INDOMETHACIN DICLOPHENAC MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS ARACHIDONIC ACID ETYA 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 CYCLOOXYGENASES 12-LIPOXYGENASE 12-HETEs 12-HPETEs SKF525A, 9-HE NDGA ESC PROSTAGLANDINS THROMBOXANES PROSTACYCLINS P450-MONOOXYGENASES FLAP 5-LIPOXYGENASE LEUKOTRIENES EETs HETEs DIOLS MK (15-LIPOXYGENASE)

21 J Lipid Res June; 50(6): doi: /jlr.R JLR200.

22 PG nomenclature and structure. Arachidonic acid carbons are numbered 1 20, starting from the carboxylate. The prostaglandin letter indicates composition of the prostane ring, with PGH 2 as an example. J Lipid Res June; 50(6): doi: /jlr.R JLR200.

23 Structures of 5-lipoxygenase metabolites. 5-Lipoxygenase creates the labile epoxide LTA 4, which can be enzymatically converted into LTB 4, LTC 4, and LXA 4. From: J Lipid Res June; 50(6): doi: /jlr.R JLR200.

24 Structure of eoxin C 4. Eoxins are the 15-LOX analogs of the cysteinyl leukotrienes, where the thiol attachment occurs at C-14. From: J Lipid Res June; 50(6): doi: /jlr.R JLR200.

25 From: J Lipid Res June; 50(6):

26 Examples of LTB 4 metabolism by β-oxidation, CYP ω-hydrolases, and glucuronidation. J Lipid Res June; 50(6):

27 J Lipid Res June; 50(6):

28 D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6,

29 D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6,

30 D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6,

31 Efekty závisí na koncentraci další důkazy z oblasti nádorové problematiky: VLIV KONCENTRACE NENASYCENÝCH MASTNÝCH KYSELIN NA PROLIFERACI NÁDOROVÝCH BUNĚK shrnutí (do r. 1985) ( FATTY ACID PARADOXES ) (VNMK mohou generovat jak +, tak signál na proliferaci) D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984

32 32

33 Příklad interakce dvou faktorů (data: Eur. J. Pharmacol. 316, , 1996.) 33

34 Ovlivnění metabolismu eikosanoidů I. dodáním exogenní kyselimy arachidonové (AA) II. ovlivněním produkce eikosanoidů s využitím inhibitorů: LPO nebo CO nebo P450 TGF- b 1 TGF- b 1 TNFa TGF-b 1 / TNFa TNFa TGF-b 1 / TNFa diferenciace (+) po indukci do: granulocytů nebo monocytů - makrofágů + - Vytvoření souboru dat detekcí proliferace, diferenciace a apoptózy u buněk v definovaných časových intervalech Zhodnocení dat: vymezení významných interakcí pomocí matematické analýzy dat upřesnění modelových exp. podmínek pro detailnější studium mechanismů

35 35

36 36

37 množství informace (kvantita) (kvalita) využitelnost informace čas Moudrost člověka lze měřit podle starostlivosti, s níž myslí na věci budoucí nebo na konec. G. Ch. Lichtenberg 37

38 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 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, 2004 (a všechny novější verze těchto učebnic) J. Vácha: Problém normálnosti v biologii a lékařství, Avicenum, Praha 1980 J. Šterzl: Imunitní systém a jeho fyziologické funkce, Čs. Imunol. Společnost, Praha 1993