72
Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Φυσιολογία 1η διάλεξη

13/11/2009

Κάτια ΚαραλήΕρευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Page 2: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

CELL TISSUE ORGANHeartBrainstomach

SYSTEM

ORGANISM

CARDIOVASCULARNERVOUSGASTROINTESTINAL

Page 3: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

CELL COMMUNICATION

physicalelectrical chemical

neurotransmittershormones

Receptor Signaling pathway

Gene transcription

FUNCTION

Page 4: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

SERIAL ACTIVATION

COMBINED ACTIVATION and INHIBITION

TRANSCIPTIONAL REGULATIONTRANSLATIONAL REGULATIONPOSTTRANSLATIONAL MODIFICATION

Page 5: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

CELL-TO-CELL COMMUNICATION

Page 6: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Modes of signal transduction between different cell types

Page 7: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Types of cellularreceptors

Page 8: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 9: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 10: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 11: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 12: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 13: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

INTERACTION BETWEEN SIGNALING PATHWAYS:

SIMILARITIES TO NEURAL NETWORKS?

Page 14: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

A simple neural network. The activity of each neural unit (shown as a circle) is determined by the unit's inputs.The output of each unit is usually a nonlinear function of the unit's inputs. Each connection between units has a particular strength, or "weight," which is indicated by differences in thickness of the connecting arrows.

Page 15: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

A simple hypothetical signaling network. The network consists of six receptors and three cytosolic protein kinases. Each receptor activates ( green arrows) or inhibits ( black lines) kinase 1 or 2 or both by an unspecified mechanism. Because signals converge onto kinase 3 (the output kinase), this network will be maximally active only when specificcombinations of extracellular stimuli are present. Although this network is far simpler than any likely to be found in a living cell, it could form part of a more complex signaling pathway.

Page 16: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Schematic representation of cross-talk between signaling pathways

Page 17: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

PHYSIOME

The quantitative and integrated description of the Functional behavior of the physiological state of an individual or species.

The physiome describes the physiological dynamics of the normal intact organism

Is built upon information and structure (genome, proteome, morphome).

Page 18: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

PHYSIOMEIn its broadest sense,

the physiome should define relationships

from genome to organism and

from functional behavior to gene regulation.

The Physiome Project includes integrated models of components of organisms, such as particular organs or cell systems, biochemical or endocrine systems.

Page 19: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Physiome Project :

Compiles and provides a central repository of databases, linking experimental information and computational models into a single, self-consistent framework.

-----> it aims to promote comprehensive databases and an integrative, analytical approach to the study of medicine.

Page 20: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

BODY SYSTEMS

Skeletal and MuscleGastrointestinal (Digestive)Circulatory and RespiratoryUrinaryReproductiveNervousEndocrine

Page 21: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

HOMEOSTATIC MEDIATORS

Hormones

Cytokines

Neuro- transmitters

Growth Factors

Page 22: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 23: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

NUCLEAR RECEPTORS

Early response

Delayed response

Page 24: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

THE NUCLEAR RECEPTORS SUPERFAMILY

Page 25: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 26: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Glucocorticoid Receptor Signaling

Nucleus

Cell Membrane

HSPs

GREs

Ligand

GR Import

Ligand Binding

Assembly

Export

TF

TFE

Transactivation/Transrepression

mRNA1 mRNA2

Page 27: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Transcriptional Activation by GR through Interaction with Multiple

Protein ComplexesHistone

Acetyltransferases

AF1

AF2

SWI/SNF DRIP/TRAP

p300/CBP

p160 p/CAF

AF1

Transcription initiation complex

Coactivation

Chromatin modulation

RNA polymerase II

Transcription

GREs

GR GR

Page 28: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Non – nuclear receptor families

Page 29: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 30: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 31: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 32: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 33: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

MODES OF SIGNALING

Page 34: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Typical structure of a G-protein coupled receptor (GPCR)

Page 35: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

C. Enzyme-linked receptors

Page 36: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 37: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 38: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 39: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 40: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 41: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 42: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 43: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

IL-2: an example of a cytokine receptor

Page 44: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 45: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Schematic representation of cross-talk between signaling pathways

Page 46: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 47: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

MOLECULAR MEDIATORS OF ENERGY HOMEOSTASIS

Neuropeptides* Agouti protein* -MSH (-Melanocyte stimulating hormone)* Cocaine- and amphetamine –regulated transcript (Cart)* Hypocretin (or Orexin) 1 and 2* MCH (melanin-concentrating hormone)* NPY (neuropeptide Y)* TRH (thyrotropin-releasing hormone)

Peripheral molecules* Leptin* CCK (cholecystokinin)* Ghrelin* Insulin

Page 48: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Combination of a receptor with the hormone (ligand) leads to activation of adenylate cyclase bound also to themembrane.

Increased activity of adenylate cyclase increases cAMP in the cytosol.cAMP acts inside the cell to alter the rate of process(es).

Page 49: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Endocrine system

Hormones are synthesized by glands

Secreted directly into the blood and carriedto their sites of action

Specifically alter the activities of responsive tissues

Page 50: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

HORMONES:

Chemical substances liberated by specific cell types carried by the bloodstream to act on distant target cells.

The cell membrane contains receptors for hormones.

Page 51: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

HYPOTHALAMUS

pituitary

PHYSIOLOGICAL ACTIONS

PERIPHERALGLAND

Central Nervous System

Stimuli

Releasing hormone

Trophic hormone

Hormone

Page 52: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

GLAND

DEGRADEDDEGRADED

response

prohormone

HORMONE

receptor

effector

DEFECT STIMULATION

Target cell

TISSUEDAMAGE

HYPOFUNCTION HYPERFUNCTION

Destruction block Tumor hyperplasia

Ectopic production

blockstimulation

block

ANTIBODIESANTAGONISTS

ANTIBODIES

Page 53: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 54: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Early thoughts: neuronal contributions to various bodily functions could be localized to discrete brain regions or centers.

Experiment (1940s): lesioning of the brainand evaluation of physiology following the distruction of specific areas.-bilateral lesioning of LHA anorexia and weight loss-bilateral lesioning of VMN obesity

Page 55: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

In the hypothalamus:

LHA controls hunger

VMN controls satiety

Page 56: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 57: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Two classes of neurons involved in responses to leptin in the CNS:

-depolarized-> anorexigenic peptides

-hyperpolarized->orexigenic peptides

Page 58: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Npy increased by starvationnot regulated by overfeeding

Pomc / Cartincreased by starvationdecreased by overfeeding

Page 59: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 60: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 62: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 63: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 64: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 65: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Leptin : an adipose tissue secreted hormone; the product of the ob gene.

Its main physiological role is to signal nutritional status during periods of food deprivation

Page 66: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

Insulin and leptin:

Circulate at levels proportional to body fat contentEnter the CNS in proportion to their plasma levelTheir respective receptors are expressed in neurons involved in energy intakeAdministration of either icv reduces food intakeDeficiency of either or components of their signaling pathway increases food intake

The above strongly support their function as

adiposity signals.

Page 67: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 68: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 69: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 70: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ

OBESITY

Metabolic rate

Exercise

Food intake

Culture

Monogenic disorders Susceptibility genes

Genes

CardiovascularEndocrineGastrointestinalNervous

Page 71: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ
Page 72: Φυσιολογία 1η διάλεξη 13/11/2009 Κάτια Καραλή Ερευνήτρια Β, ΙΙΒΕΑΑ