FYZIOLOGIE BUNĚČNÝCH SYSTÉMŮFYZIOLOGIE BUNĚČNÝCH SYSTÉMŮ

Doc. RNDr. Kozubík Alois, CSc. - Doc. RNDr. Hofmanová Jiřina, CSc.Doc. RNDr. Kozubík Alois, CSc. - Doc. RNDr. Hofmanová Jiřina, CSc.

SYLABUSSYLABUS pro studenty pro studenty

4.4. ročníku fyziologie živočichůročníku fyziologie živočichů a obecné zoologie a obecné zoologie, mol. biologie, chemie životního , mol. biologie, chemie životního prostředíprostředí a ekotoxikologie, a ekotoxikologie, výběrová přednáška pro doktorandy výběrová přednáška pro doktorandy

  - Stručný úvod do teorie systémů  - Negativní a pozitivní zpětná vazba   - Základní pojmy, parametry cytokinetiky (proliferace, diferenciace, apoptóza)   - Typy buněčných populací   - Kmenové a diferencované kompartmenty. Totipotentní, pluripotentní, progenitorové, komitované diferencované buněčné populace   - Autokrinní, parakrinní a endokrinní regulace   - Buněčný cyklus a jeho regulace   - Faktory ovlivňující buněčné dělení, cytokiny, růstové faktory a inhibitory, jejich specifita a rovnováha jejich působení   - Struktura plasmatické membrány a její funkce v regulaci buněčné proliferace a diferenciace   - Vysoce nenasycené mastné kyseliny a eikosanoidy   - Transdukce signálů a exprese genetické informace   - Úloha fosfolipidových komponet v transdukci signálů růst modulujících látek   - Mechanismus účinku hormonů a tkáňových mediátorů ( cytokiny a "chalony").   - Regulace proliferace, diferenciace, apoptózy

 

Krvetvorný systém a jeho funkceKrvetvorný systém a jeho funkce

      Hemopoéza ( lymfopoéza, myelopoéza, erytropoéza, megakaryocytopoéza )Hemopoéza ( lymfopoéza, myelopoéza, erytropoéza, megakaryocytopoéza )      Funkce diferencovaných krevních elementů - monocyty, makrofágy - fagocytóza; Funkce diferencovaných krevních elementů - monocyty, makrofágy - fagocytóza; T B lymfocyty - imunitaT B lymfocyty - imunita      Membránové rozpoznávací systémy buněk imunitní soustavaMembránové rozpoznávací systémy buněk imunitní soustava      Tvorba protilátek ( mechanismus a dynamika vzniku, příprava monoklonálních protilátek )Tvorba protilátek ( mechanismus a dynamika vzniku, příprava monoklonálních protilátek )      Sekreční a regulační funkce buněk imunitního systémuSekreční a regulační funkce buněk imunitního systému      Vztah imunitního systému k dalším fyziologickým funkcím ( zánětu apod.)Vztah imunitního systému k dalším fyziologickým funkcím ( zánětu apod.)  

HomeostázaHomeostáza, , zdraví a nemoczdraví a nemoc

      Organismus jako hierarchický systém, spolupůsobení nervové, endokrinní a humorální soustavyOrganismus jako hierarchický systém, spolupůsobení nervové, endokrinní a humorální soustavy      Příklady systémových reakcí jako jsou stres, zánět apod. a jejich význam z hlediska zdraví a Příklady systémových reakcí jako jsou stres, zánět apod. a jejich význam z hlediska zdraví a nemocinemoci      Škodlivé faktory vnějšího prostředí a jejich vliv na zdraví lidské populaceŠkodlivé faktory vnějšího prostředí a jejich vliv na zdraví lidské populace  

Doporučená literaturaDoporučená literatura

Cell Physiology Source BookCell Physiology Source Book, ed. N. Sperelakis Academic Press Inc., 1995, ed. N. Sperelakis Academic Press Inc., 1995B. Alberts et al.: B. Alberts et al.: Molecular Biology of the CellMolecular Biology of the Cell, 3, 3rdrd edition, Garland Publish. Inc., New York edition, Garland Publish. Inc., New York 19941994BiochemieBiochemie, , B., B., Voet, J.G. Voetová: Victoria Publishing, Praha, 1990Voet, J.G. Voetová: Victoria Publishing, Praha, 1990Molecular Cell biologyMolecular Cell biology, J.E. Darnell:, J.E. Darnell: Eds. Darnell, Lodish, Baltimore, 2Eds. Darnell, Lodish, Baltimore, 2ndnd edition, edition, Scientific American Books Inc., New York 1990Scientific American Books Inc., New York 1990J. Neuwirt, E. Nečas: J. Neuwirt, E. Nečas: Kmenové buňky a krevní chorobyKmenové buňky a krevní choroby, Avicenum Praha 1981, Avicenum Praha 1981Základy buněčné biologie – úvod do molekulární biologie buňkyZáklady buněčné biologie – úvod do molekulární biologie buňky , B. Alberts, D. Bray, A, , B. Alberts, D. Bray, A, Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, Espero Publishing, (orig. 1998)Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, Espero Publishing, (orig. 1998)

Klinická imunologieKlinická imunologie, J. Krejsek, O. Kopecký, Nucleus HK, , J. Krejsek, O. Kopecký, Nucleus HK, 20042004

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------J. Vácha: J. Vácha: Problém normálnosti v biologii a lékařstvíProblém normálnosti v biologii a lékařství, Avicenum, Praha 1980, Avicenum, Praha 1980J. Šterzl: J. Šterzl: Imunitní systém a jeho fyziologické funkceImunitní systém a jeho fyziologické funkce, Čs. Imunol. Společnost, Praha 1993, Čs. Imunol. Společnost, Praha 1993

„Moudrost člověka lze měřit podle starostlivosti, s níž myslí na věci budoucí nebo na konec.“

G. Ch. Lichtenberg

množství informacemnožství informace

využitelnost využitelnost informaceinformace

(kvantita)kvantita)

(kvalita)(kvalita)

čas

organismální,tkáňová

molekulovábuněčná

studium na jednotlivých úrovních organizace systému

POPULACE NORMÁLNÍCH (NETRANSFORMOVANÝCH)

BUNĚK

ONKOGENEZEfáze:

INICIAČNÍ (INITIATION)

PODPŮRNÁ (PROMOTION)

„cell signalling“ (cytokiny vs. eikosanoidy)

klinická data, matematické analýzy,

experimentální ověření

ONKOTERAPIE

PROGRESIVNÍ FÁZE

(PROGRESSION)

POPULACE TRANSFORMOVANÝCH

BUNĚK

VÝZKUMNÉ CÍLE A OBLASTI PRAKTICKÉHO VYUŽITÍ

Typy regulacírůstu a buněčných funkcí)

1) Hormonální (endokrinní) regulace1) Hormonální (endokrinní) regulace

Regulátor – hormon je produkován buňkami žláz s vnit řní sekrecí do krevního řečiště.Ovliv ňuje funkce buněk, které mohou být značně vzdáleny od míst syntézy hormonu.

Hormon – je tedy produkován za účelem kontroly činnosti buněk než těch, které jej produkují

2) Parakrinní regulace2) Parakrinní regulace

Mechanismus působení spočívá v tom, že růstový faktor (regulátor) – tkáňový mediátor(regulátor místního působení) – je syntetizován jedním typem buněk, poté je transportován doextracelulárního prostoru a ovlivňuje f-ce buněk v nejbližším okolí.

(často jediná možnost vzhledem k velmi krátkému poločasu rozpadu)

3) Autokrinní regulace3) Autokrinní regulace

je možná tehdy, jestliže jsou buňky schopny jak syntetizovat tak i reagovat na určitý (růstový)regulátor.

Pozn.: autokrinní model je součástí konceptu vysvětlujícího abnormální regulaci nádorovéhorůstu.Předpokládá, že nádorově změněné buňky produkují stimulační růstové faktory v nadměrnémmnožství, na které samy odpovídají. Tak se autostimulují ve smyslu aktivace proliferace.

Proliferace:Proliferace:je ekvivalentem bunje ekvivalentem buněčného děleníěčného dělení( tzn. zvýšení po( tzn. zvýšení počtu kvalitativně totožných buněk)čtu kvalitativně totožných buněk)

Diferenciace:Diferenciace:„„rozrrozrůzňování buněk“ (vznik kvalitativně odlišných buněkůzňování buněk“ (vznik kvalitativně odlišných buněk))

RůstRůstzvzvětšení „objemu“ buňky, buněčné populace (tkáně nebo organismu).ětšení „objemu“ buňky, buněčné populace (tkáně nebo organismu).Je dJe důsledkem:ůsledkem:a)a) zvzvětšení velikosti buněk při zachování konstantní velikosti populaceětšení velikosti buněk při zachování konstantní velikosti populaceb)b) zvzvětšení počtu buněk (proliferace) bez změn většení počtu buněk (proliferace) bez změn v objemu bunobjemu buněkěkc) zvýšení poc) zvýšení po čtu buněk i jejich objemučtu buněk i jejich objemu

Apoptóza:Apoptóza: programovaná buněčná smrt, nevede k zánětuprogramovaná buněčná smrt, nevede k zánětu

d) odumírání apoptózou nebo nekrózou d) odumírání apoptózou nebo nekrózou

Nekróza:Nekróza: neprogramovaná buněčná smrt, je příčinou zánětuneprogramovaná buněčná smrt, je příčinou zánětu(odlišný průběh biochemických reakcí, rozdílná morfologie)(odlišný průběh biochemických reakcí, rozdílná morfologie)

TYPY PROLIFERUJÍCÍTYPY PROLIFERUJÍCÍ

TYPY NEPROLIFERUJÍCÍTYPY NEPROLIFERUJÍCÍ

TYPY TYPY BUNĚČNÝCH BUNĚČNÝCH

POPULACÍPOPULACÍ

podle Gilberta a Lajthy (1965)

B. C.N.S.

NÁDOR

expandujícíexpandující, neopouštějí

populaci, množí se

c. konstantní

stacionární stacionární

BLASTY KRVE

tranzitnítranzitní populace ve které se buňky

pomnoží c. konstantní

K. B.

populace coby zdroj buněkzdroj buněk pro jiné populace c. konstantní

OOCYTY

stále ubývá

metamyelocytyk. d.ery.gran.

c. konstantní

typ průchozí (tranzitnítranzitní)

Tabulka 1Dělení buněčných populací podle intenzity obnovy u dospělé myši

1. Statické populace bez známek obnovy během života: neurony všech typů srdeční svalové buňky odontoblasty Sertoliho buňky

2. Velmi pomalu se obnovující buněčné populace: Během života se obnoví jen část populace: hladké svalové buňky gliové buňky osteocyty buňky ledvinných tubulů buňky dřeně nadledvinek hlavní buňky žaludeční sliznice intersticiální buňky Leydigovy buňky hnědé tukové tkáně

3. Rychle se obnovující buněčné populace: A. Ne příliš rychle se obnovující populace. Populace, která se během života zcela obnoví, ale za dobu delší než 30 dní: hepatocyty a litorální buňky epitelová výstelka dýchacího traktu buňky slinných žláz buňky pankreatu buňky v kůře nadledvinek parietální buňky žaludeční sliznice pojivové buňky v kůži B. Velmi rychle se obnovující buněčné populace. Všechny se obnoví za dobu kratší než 30 dní: střevní epitel krvetvorné buňky, prekursory krevních buněk epidermis kornea epitelová výstelka ústní dutiny a esofagu povrchový epitel žaludeční sliznice seminiferní epitelová tkáň C. Buňky nádorové

MODELY:MODELY:Buňky tzv. intenzívně proliferujících populacíBuňky tzv. intenzívně proliferujících populací

(zejména b. krvetvorné a b. střevních epitelů).(zejména b. krvetvorné a b. střevních epitelů).

aa

buňky nádorovébuňky nádorové

Polyklonální charakter kostních buněk

Přirovnání kmenové buňky ke stromu:a a – kmenová buňka v embryonální době

b – kmenová buňka v dospělosti

aa

bb

Seznam používaných zkratek kmenových buněk:

BFU-E -BFU-E - burst forming unit - erythroidburst forming unit - erythroid (jednotka vytvá(jednotka vytvářející explozivně vznikající kolonie erytroidní řady).řející explozivně vznikající kolonie erytroidní řady). Velmi nezralá kmenová buVelmi nezralá kmenová buňka erytroidní řady.ňka erytroidní řady.

CFU-BL -CFU-BL - colony forming cell - B - lymfocytecolony forming cell - B - lymfocyte (bu(buňka vytvářející kolonie lymfocytů B).ňka vytvářející kolonie lymfocytů B).

CFU-C - colony forming unit - culturecolony forming unit - culture (jednotky vytvá(jednotky vytvářející kolonie v kultuře).řející kolonie v kultuře).(GM-CFC)(GM-CFC) Kmenová buKmenová buňka bílé řady, vňka bílé řady, v poslední dobposlední době stále častěji používaná zkratkaě stále častěji používaná zkratka

GM-CFC – GM-CFC – granulocyty macrophage-colony forming cellgranulocyty macrophage-colony forming cell (buňka vutvářejícíňka vutvářejícíkolonie pro granulocyty a makrofágy).kolonie pro granulocyty a makrofágy).

CFU-E -CFU-E - colony forming unit - erythroidcolony forming unit - erythroid (jednotka vutvá(jednotka vutvářející kolonie erytroidní řady.) .řející kolonie erytroidní řady.) .Kmenová buKmenová buňka erytroidní řadyňka erytroidní řady

CFU-Meg-CFU-Meg- colony forming unit - megakaryocyteolony forming unit - megakaryocyte (jednotka vytvá(jednotka vytvářející kolonie megakaryocytů).řející kolonie megakaryocytů).Kmenová buKmenová buňka erytroidní řady.ňka erytroidní řady.

CFU-S -CFU-S - colony forming unit - spleencolony forming unit - spleen (jednotka vytvá(jednotka vytvářející kolonie ve lsezině).řející kolonie ve lsezině).(CFU -(CFU -GEMM)GEMM)

Nejběžnější používaná zkratka pro hemopoetickou pluripotentní kmenovou buňku.ěžnější používaná zkratka pro hemopoetickou pluripotentní kmenovou buňku.

DCPC –DCPC – diffusion chamber progenitor celldiffusion chamber progenitor cell (kemnová progenitorová bu(kemnová progenitorová buňka proliferující v difúzníchňka proliferující v difúzníchkomkomůrkách.)ůrkách.)

T.M.Dexter and M.Moore

Fig. 1. The structure of the hemopoietic system

PluripotentPluripotentSelf-Self-

renewingrenewingStem CellsStem Cells

CFU-S CFC-Mix

Pre-T cells T-cellsT-cells

Pre-B cells B-cellsB-cells

SELF-RENEWAL CAPACITYSELF-RENEWAL CAPACITY

DIFFERENTIATION AND DEVELOPMENTDIFFERENTIATION AND DEVELOPMENT

GM-CFC NeutrophilsNeutrophilsMacrophagesMacrophages

Eos-CFC

BFU-E

Bas-CFC

Meg-CFC

Basophils/Mast cellsBasophils/Mast cells

MegakaryocyMegakaryocytes/tes/PlateletsPlatelets

EosinophilsEosinophils

CFU-E

Epo

RBCRBC

IL-3(HCGF)

IL-3(HCGF)

STEMSTEMCELL COMPARTMENTCELL COMPARTMENT

PROGENITOR CELLPROGENITOR CELLCOMPARTMENTCOMPARTMENT

MATURE („END“)MATURE („END“)CELL COMPARTMENTCELL COMPARTMENT

Eos-CSF

BPA

GM-CSF¨s

MCGF

Meg-CSF´s

Kompartmentyfunkčně nebo prostorově oddělené soubory prvků (složek).

Důsledek kompartmentace: (existence jednotlivých kompartmentů) prvky (např.látky nebo buňky) jsou nerovnoměrně rozděleny.

Příklady:

všechny membránami ohraničené struktury mají (z hlediska rozdělení látek) „své vnitřní prostředí“ a selektivně akumulují nebo zadržují určité látky proti koncentračnímu spádu.Už tímto prostým faktem jsou některé reakce umožněny, jiným může být zabráněno.

Tato protientropická distribuce molekul v bu ňce směřující proti neuspořádanosti má velký význam pro buněčný metabolismus a regulace.

Umožňuje ji právě

existence buněčných membrán – jeden ze základů biologických systémů

Bude rozvedeno pozdějiBude rozvedeno později

Pluripotentní buňka již neschopná vytvořit slezinnou kolonii 1

CFU-S

- BFU-E- CFU-E- CFU-C- CFU-eozinofilů- CFU-Meg- CFU-makrofágů2

- CFU-BL3

- CFU-TL3

erytroblasty- myelocyty- megakaryocyty

Pře

stup

do

krve

Morfologicky rozpoznatelné buňkyPluripotentní buňky

Proliferující buňkyProliferující buňky NeproliferujícíNeproliferujícíbuňkybuňky

100 %

50 %

0 %

Hem

atop

oeti

cké

bu

ňk

y k

ostn

í dře

ně

Hem

atop

oeti

cké

bu

ňk

y k

ostn

í dře

ně

Obr. 8. Schéma kvantitativního zastoupení různých prekurzorů krevních buněk v krvetvorné tkáni. 1Podle Gregorovéa Henkelmana (1977); 2podle MacVittieho a Porvaznika (1978); 3nejsou odvozeny od CFU-S.

optimální rozsah

regulace

tolerovaná hranice

regulovaného rozmezí

„homeostázy“ na tkáňové

úrovni

diferenciacezánik buněk

(smrt apoptózou)

produkce buněk(intenzita dělení -

proliferace)

zvýšené riziko vzniku nádorových onemocnění

PO

ČE

T B

UN

ĚK

V P

OP

UL

AC

I

zák

lad

ní

sta

v (

„no

rma

lita

“) p

řed

zá

kla

dn

í s

tav

(„n

orm

ali

ta“)

pře

d

ov

liv

ně

ním

bu

ně

čn

é p

op

ula

ce

ov

liv

ně

ním

bu

ně

čn

é p

op

ula

ce

no

vá

úro

ve

ň r

ov

no

vá

hy

n

ov

á ú

rov

eň

ro

vn

ov

áh

y

(vy

so

ký

„o

bra

t“ b

uň

. p

op

ula

ce

)(v

ys

ok

ý „

ob

rat“

bu

ň.

po

pu

lac

e)

cy

toto

xic

ké

pů

so

be

ní

cy

toto

xic

ké

pů

so

be

ní

reg

en

era

tiv

ní

zvý

še

ní

úro

vn

ě

reg

en

era

tiv

ní

zvý

še

ní

úro

vn

ě

bu

ně

čn

éh

o d

ěle

ní

bu

ně

čn

éh

o d

ěle

ní

mit

og

en

ní

sti

mu

lac

em

ito

ge

nn

í s

tim

ula

ce

hy

pe

rpla

zie

h

yp

erp

lazi

e

(v

znik

ná

do

rov

éh

o o

ne

mo

cn

ěn

í(v

znik

ná

do

rov

éh

o o

ne

mo

cn

ěn

í)

úb

yte

k b

un

ěk

úb

yte

k b

un

ěk

(nek

róza

, ap

optó

za)

(nek

róza

, ap

optó

za)

pří

růst

ek b

un

ěk

pří

růst

ek b

un

ěk

(inte

nzita

děl

ení)

(inte

nzita

děl

ení)

rovnovážný rovnovážný stavstav

nerovnovážný nerovnovážný stavstav

hranice hranice (limity):(limity):

zvýšení rizikazvýšení rizika

optimálního optimálního rozmezírozmezí

optimálního optimálního rozmezírozmezí

optimumoptimum

nevratného nevratného poškozenípoškození

++

--

re g u la č n íp o d n ě ty,a td .

... ..“0 ”

m o d e lo v é s y s té m y , b uň ky liš íc í s e rů s to v o u “s trate g ií”, p a c ie n t

in v itro

a p o p tó z a

tre a tm e n t:

VÝS TUP Y

p ro life ra c e

d ife re n c ia c e

differentiation

apoptosis (necrosis)proliferation

?%+-

t0 txtime (t)

Rovnováha (homeostáza) výsledek působení mnohočetných zpětných

vazeb

FAKTORY SPECIFICKÉ

FAKTORY NESPECIFICKÉ

membrána

+-

cytosol

jádro (DNA)

růst

REGULACE „NORMÁLNÍHO“ RŮSTU

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 účinkyvnějšího prostředí buněk zahajují specifické růstové faktory (specifick0 stimul8tory) a specifické endogenní inhibitory (chalony).CSF-kolonie stimulující faktor, EGF-epidermální růstový faktor, FGF-fibroblastový růstový faktor, NGF-nervový růstový faktor, MSA-multiplikaci sti-CSF-kolonie stimulující faktor, EGF-epidermální růstový faktor, FGF-fibroblastový růstový faktor, NGF-nervový růstový faktor, MSA-multiplikaci sti-mulující aktivitamulující aktivita, cAMP-cyklický 3´5 -guanosinmonofosfát, BSC-1, BHK-1, MCIF, FGRF-specifické inhibitory daných buněčných linií.BSC-1, BHK-1, MCIF, FGRF-specifické inhibitory daných buněčných linií.

STIMULACESTIMULACE

INHIBICEINHIBICE

Startovací inhibitorová síla(odpověď vše nebo nic)

RRŮŮSSTT

Mono-

Oligo-

Poly-

N

ess

pe

cific

ké f

akt

ory kumulace katabolitůkumulace katabolitů

vyčerpání živinvyčerpání živintransmem.pot. Etransmem.pot. Emm -70 až -90 mV -70 až -90 mV

limitní konc. Nalimitní konc. Na++/K/K++, Ca, Ca2+2+, Mg, Mg2+2+

snížení cGMP~10snížení cGMP~10-8-8-10-10-12-12 mol.l mol.l-1-1 intracel.intracel.

zvýšení cAMP 10zvýšení cAMP 10-2-2-10-10-5-5 mol.l mol.l-1-1 extr. extr.katabolické steroidykatabolické steroidy

interferoninterferonkatecholaminy, adrenalinkatecholaminy, adrenalin

některé mitostat. hormony ACTHněkteré mitostat. hormony ACTHněkteré prostaglandinyněkteré prostaglandinyinh. myeloidní leukémieinh. myeloidní leukémie

inh. epid. karcinomu, ascituinh. epid. karcinomu, ascituinh. lymfomu, melanomuinh. lymfomu, melanomu

epidermální, intestinální inh.epidermální, intestinální inh.FGRF, MCIF inh. Atd.FGRF, MCIF inh. Atd.

BSC-1, BHK-1 inhBSC-1, BHK-1 inhspec. inhibitory-chalonyspec. inhibitory-chalony

spec. endogenní inhibitoryspec. endogenní inhibitory

spec. intracel. stim. proteinyspec. intracel. stim. proteinyspec. růstové faktoryspec. růstové faktory

růstové proteiny, kondic.médiarůstové proteiny, kondic.médiapoietiny, CSFpoietiny, CSF

lektiny lektiny (A, conc. A)(A, conc. A)somatomedinysomatomediny

některé prostaglandinyněkteré prostaglandinyEGF, FGF, NGF, MSA atd.EGF, FGF, NGF, MSA atd.

některé hormony - mitogenníněkteré hormony - mitogenníinzulín, serotoníninzulín, serotonín

hydrokortizon, noradrenalinhydrokortizon, noradrenalinanbolické steroidyanbolické steroidy

zvýšení cGMP 10zvýšení cGMP 10-3-3-10-10-6-6mol.lmol.l-1 -1 extr.extr.snížení cAMP pod 10snížení cAMP pod 10-8-8 mol.l mol.l-1 -1 i.c.i.c.

dodání Cadodání Ca2+2+ nad 1,8 mV nad 1,8 mVtransmem. transmem. ppot. Eot. Emm -10 až -70 mV -10 až -70 mV

proteázy, trypsinizaceproteázy, trypsinizacedodání živindodání živin

odstránění katabolitůodstránění katabolitů

Mono-

Oligo-

Poly-

N

ess

pe

cific

ké f

akt

ory

Startovací stimulátorová síla(odpověď vše nebo nic)

zák

lad

ní

sta

v (

„no

rma

lita

“) p

řed

zá

kla

dn

í s

tav

(„n

orm

ali

ta“)

pře

d

ov

liv

ně

ním

bu

ně

čn

é p

op

ula

ce

ov

liv

ně

ním

bu

ně

čn

é p

op

ula

ce

no

vá

úro

ve

ň r

ov

no

vá

hy

n

ov

á ú

rov

eň

ro

vn

ov

áh

y

(vy

so

ký

„o

bra

t“ b

uň

. p

op

ula

ce

)(v

ys

ok

ý „

ob

rat“

bu

ň.

po

pu

lac

e)

cy

toto

xic

ké

pů

so

be

ní

cy

toto

xic

ké

pů

so

be

ní

reg

en

era

tiv

ní

zvý

še

ní

úro

vn

ě

reg

en

era

tiv

ní

zvý

še

ní

úro

vn

ě

bu

ně

čn

éh

o d

ěle

ní

bu

ně

čn

éh

o d

ěle

ní

mit

og

en

ní

sti

mu

lac

em

ito

ge

nn

í s

tim

ula

ce

hy

pe

rpla

zie

h

yp

erp

lazi

e

(v

znik

ná

do

rov

éh

o o

ne

mo

cn

ěn

í(v

znik

ná

do

rov

éh

o o

ne

mo

cn

ěn

í)

úb

yte

k b

un

ěk

úb

yte

k b

un

ěk

(nek

róza

, ap

optó

za)

(nek

róza

, ap

optó

za)

pří

růst

ek b

un

ěk

pří

růst

ek b

un

ěk

(inte

nzita

děl

ení)

(inte

nzita

děl

ení)

rovnovážný rovnovážný stavstav

nerovnovážný nerovnovážný stavstav

hranice hranice (limity):(limity):

zvýšení rizikazvýšení rizika

optimálního optimálního rozmezírozmezí

optimálního optimálního rozmezírozmezí

optimumoptimum

nevratného nevratného poškozenípoškození

++

--

optimální rozsah

regulace

tolerovaná hranice

regulovaného rozmezí

„homeostázy“ na tkáňové

úrovni

diferenciacezánik buněk

(smrt apoptózou)

produkce buněk(intenzita dělení -

proliferace)

zvýšené riziko vzniku nádorových onemocnění

PO

ČE

T B

UN

ĚK

V P

OP

UL

AC

I

receptory

růstové signály

molekulysignálové

transdukce

molekuly zesilovacíkaskády

regulátorytranskripce

cykliny

CDKs

p27 p21 p16 p15

CSF-1

c-fms

PKC??

e.g.u-PA, JE, KC actin, fibronectin R () hck, frg fos, jun, myc G1 cyclins

DNAsynthesis

mRNA

nucleus

??

Glucose

??

K+

Na+

Na+

H+

PKC

tyr tyr-Preceptor substrates

e.g. PI-3 kinase

G proteins (ras/GAP?)

other effectors e.g. RAF-1 kinase

Fluid-phase pinocytosis

phospholipids phospholipases

DAG

?? ??

Growth factor

Receptor

DNA synthesis

Transducer

Effector

2nd messenger

Target

Regulatory proteins

RNA/protein synthesis

Tyrosine kinaseabl erb B2/neu fes/fps fgr fyn kit lck

met ret sea src trk yes

Nuclearfos jun myb

myc ski

Serine kinasemil/raf mos pim-1

pks raf rel

G proteinrab ral

ras

Receptorbek erb B fkg

fms mas ros

Growth factorfgf-5 hst

sis int-2

ME

MB

RA

NE

CY

TO

SO

LN

UC

LEU

S

Receptor Receptor Receptor Receptor

Receptor tyrosine kinase

G protein

PLC

G protein G protein

PLA2 Adenylyl-cyclase

Na+/H-

antiport

[pH]i

?

cAMP

PKA

Arachidonate

PG TX

Calmodulin

DG IP3

PKC PK (?)

[Ca2+]i

Oncogenes

According to: G.Powis: TiPS; 12: 188 -194, 1991

Epigeneticky působící faktory, které Epigeneticky působící faktory, které mohou modulovat rychlost dělení, mohou modulovat rychlost dělení,

diferenciaci anebo zánik buněkdiferenciaci anebo zánik buněk

Faktory, které mohou ovlivnit cytokinetiku změnamiFaktory, které mohou ovlivnit cytokinetiku změnami

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1)1) exprese anebo funkce molekulexprese anebo funkce molekul zapojených v přenosu signálů zapojených v přenosu signálů přímo přímo regulujících regulujících proliferaci, diferenciaci a buněčnou smrt (apoptózou), proliferaci, diferenciaci a buněčnou smrt (apoptózou),

včetně exprese protoonkogenů a nádorově-supresorových genůvčetně exprese protoonkogenů a nádorově-supresorových genů

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2)2) signálůsignálů, které tyto funkce ovlivňují do určité míry , které tyto funkce ovlivňují do určité míry nepřímonepřímo, ,

jako jsou inhibice mezibuněčných spojení, ovlivnění funkce enzymů reparujících DNA, jako jsou inhibice mezibuněčných spojení, ovlivnění funkce enzymů reparujících DNA,

metylace DNA apod.metylace DNA apod.

Modulace cytokinetiky látkami tukové povahyModulace cytokinetiky látkami tukové povahy

LipidyLipidy a zejména jejich složky a zejména jejich složky vysoce nenasycené kyselinyvysoce nenasycené kyseliny (PUFA), včetně jejich metabolitů (PUFA), včetně jejich metabolitů eikosanoidůeikosanoidů, ,

patří mezi významné epigeneticky působící faktory schopné patří mezi významné epigeneticky působící faktory schopné ovlivnit jak dělení a zánik ovlivnit jak dělení a zánik normálníchnormálních, ,

ale i transformovaných buněčných populací, tak ale i transformovaných buněčných populací, tak proces maligní proces maligní transformacetransformace. .

Hlavní mechanismy působení PUFAsHlavní mechanismy působení PUFAs

1)1) přímé ovlivnění aktivity přímé ovlivnění aktivity transkripčních faktorůtranskripčních faktorů regulujících expresi genů významných z hlediska regulujících expresi genů významných z hlediska cytokinetikycytokinetiky

2)2) produkce produkce eikosanoidůeikosanoidů působících na přenos signálů působících na přenos signálů cytokinů a imunitní systémcytokinů a imunitní systém

3)3) produkce produkce reaktivních kyslíkových metabolitůreaktivních kyslíkových metabolitů vznikajících peroxidací lipidů.vznikajících peroxidací lipidů.

Význam rovnováhy v přísunu prekursorových PUFAs Význam rovnováhy v přísunu prekursorových PUFAs

aa

v produkci jednotlivých jejich metabolitů v produkci jednotlivých jejich metabolitů

D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984

PR

OL

IFE

RA

CE

n - 6n - 3n - 9 KONCENTRACE MASTNÝCH KYSELIN

PR

OL

IFE

RA

CE

PE

RO

XID

AC

E

LIP

IDŮ

n - 6n - 3n - 9

D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984

KONCENTRACE MASTNÝCH KYSELIN

PR

OL

IFE

RA

CE

KONCENTRACE MASTNÝCH KYSELINn - 6

PR

OS

TA

GL

AN

DIN

Y

D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984

MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS

CYCLOOXYGENASES EPOXYGENASES (P450)

LIPOXYGENASES

CH2

CH CO NH CH2 COOHNH

COCH2CH2CHCOOH

NH2

C5H11

OH

S

COOH

COOH

LTA4

LTF4

LTE4

LTD4

LTC4LTB4

EPOXYACIDS,DIOLS, etc.

TXB2

TXA2 PGI2 PGD2 PGE2

PGH2

PGG2

LTC4:

PLA2

O

OH

COOH

OH

PGE2:

ARACHIDONIC

ACID

MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS

INDOMETHACIN DICLOPHENAC

MK - 886

NDGA ESC

5-LIPOXYGENASE

CYCLOOXYGENASES 12-LIPOXYGENASE

P450-MONOOXYGENASES

FLAP

Arachidonic acid: metabolic pathways and its possible modulations

abbreviations:ETYA = 5,8,11,14 -eicosatetraynoic acid ESC = esculetin NDGA = nordihydroguaiaretic acidFLAP = 5-lipoxygenase activating protein 9-HE = 9-hydroxyellipticin HETEs = hydroxyeicosatetraenoic acids HPETEs = hydroperoxyeicosatetraenoic acids EETs = epoxyeicosatrienoic acids SKF525A = proadifen

SKF525A,9-HE

ETYA

PROSTAGLANDINS

THROMBOXANES

PROSTACYCLINS

12-HETEs

12-HPETEs

LEUKOTRIENES

EETs

HETEs

DIOLS

(15-LIPOXYGENASE)

PLA 2

PLA 2

P

receptor

growth factors hormones

AA

-ion channel activity - guanylate cyclase - adenylate cyclase - protein kinase C - protein kinase A - tyrosine kinase - MAP kinase - G-proteins

cyclooxygenases lipoxygenases CP450 monooxygenases

eicosanoids

transcription factors

gene expression cell growth

+

According to: A. Sellmayer et al.:According to: A. Sellmayer et al.:

Prostaglandins, Leukotrienes Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids ;and Essential Fatty Acids ;

57: 353 - 357, 1997.57: 353 - 357, 1997.