Document

25. IV. 07 r. - CYKL KOMÓRKOWY
- szereg zmian biofizycznych i biochemicznych komórki, zachodzący końcem jednego z początkiem nastepnego
podziału.
Faza G1
- trwa 6-12 h, przerwa pomiędzy zakończeniem podziału i początkiem fazy S
- przygotowanie komórki do podwojemia materiału genetycznego
- synteza RNA, enzymów, białek, węglowodanów i tłuszczów charakterystycznych dla danego typu komórki
Faza S
- trwa 6-8 h
- replikacja DNA z 2n do 4n
- zwiększenie rozmiarów jądra, chromatyna pozostaje zbitą masą
Faza G2
- synteza białek związanych z regulacją procesu podziałowego
- sprawdzenie, czy DNA zostało prawidłowo podwojone
- komórka nadal rośnie wraz z ważniejszymi organellami
- pod koniec tej fazy zachodzi kondensacja chromatyna
- duplikacja centrioli i centrosomów
Faza M
- trwa 1 h
- 2 etapy - podział jądra (kariokineza) i podział cytoplazmy (cytokineza)
- 2 typy fazy M - mitoza w komórkach somatycznych i mejoza w kom. rozrodczych
Faza G0 (GR)
Komórki, które się nie dzielą, wycofują się z fazy G1 albo G2 do G0. Decyzja o wejściu do G0 najczęściej nie
jest nieodwracalna, komórka może wyjść z tej fazy i dokończyć podział.
Regulacja cyklu komórkowego:
- jest inicjowany i regulowany przez wiele białek (kinazy, cykliny) i ich kompleksy
- geny cyklu, których produkty białkowe pobudzają cykl to protoonkogeny, a te których białka hamują cykl to
geny supresorowe
- białka protoonkogenowe są enzymami, białkowymi kinazami zależnymi od cyklin CDK, fosfatazami lub
białkami regulatorowymi
- regulacja cyklu odbywa się przez uruchomienie kaskadowych reakcji fosforylacji cyklinami i defosforylacji
białek
Punkt kontrolny G1/S
- gen kodujący białko p53 chroni komórką przed przemianą w komórkę nowotworową
- uszkodzenie DNA prowadzi do pobudzenia kilku kinaz, które potrafią przyłączać grupy fosforanowe do p53,
który jako czynnik transkrypcyjny uruchamia odczytywanie innych genów regulujących cykl, np. p21
- p21 odpowiada za zatrzymanie cyklu komórkowego na granicy G1/S
Punkt kontrolny replikacji DNA
- występuje w fazie S
- rozpoznaje uszkodzenia DNA i powoduje zatrzymanie cyklu na tym etapie
Punkt kontrolny G2/M
- czynnik MPA, czynnik indukujący mitozę - heterodimer CDK1/cyklina B
- defosforylacja pre-MPF w aktywny MPF - powoduje przejście cyklu komórkowego z fazy G2 do M
Punkty kontrolne w mitozie
- między profazą i metafazą
- wrzeciona mitotycznego
- między anafazą i telofazą
Cykliny
1. Mitotyczne (cyklina A i B)
2. G1: aktywne w fazie G1 i G1/S, należą do nich: cykliny C, D i E ; przy końcu C terminalnym zaw. rejon PEST
rozpoznawany przez enzymy, odp. za ubikwitynację
3. Cykliny związane z jednostką MPF
Kinazy cyklu komórkowego
- CDK - kinazy zależne od cyklin
- znanych jest kilkanaście kinaz, bliżej poznano 7 - CDK1 - CDK7
- przenoszą grupy fosforanowe na różne białka
- są podstawowym składnikiem MPF
Kinaza
CD1
Wiązane cykliny Akt. w fazie cyklu
Cyklina A,B
S; G2/M
CD2
CD3
CD4
CD5
CD6
CD7
A, E, D3, D1
?
D1
D
D1
H
S; G1/S; G1
G1?
G1
G1
G1
?
Cykl komórkowy w powiązaniu z apoptozą:
- apoptoza - degradacja białek i genomu
- cykl kom. - genom podwaja się i powstają 2 nowe komórki
- oba procesu są ściśle związane z rakiem (zaburzenia w cyklu, nadmierna proliferacja prowadzi do nowotworu;
apoptoza eliminuje komórki rakowe)
9.V.07 r. - APOPTOZA
Horvitz, Sulston, Brenner - badali apoptozę i dostali Nobla (2002)
Caenorhabditis elegans - dorosły odobnik jest hermafrodytą i składa się z 959 komórek somatycznych. Liczba
komórek powstających - 1090. W wyniku apoptozy ginie 131 (113 umiera w czasie embriogenezy, 18 podczas
dorosłego życia).
Geny proapoptotyczne: ced-3 (u człowieka ICE), ced-4 (u czł. - Apaf-1)
Geny antyapoptotyczne - ced-9 (bcl-2)
Zdrowa komórka -> obkurcza się i oddziela od komórek sąsiednich -> powstawanie pęcherzyków (uwypuklenia
apoptotyczne), kondensacja chromatyny i cytoplazmy -> marginacja skondensowanej chromatyny na brzegach
jądra - fragmentacja jądra i komórki -> fagocytoza
Apoptoza
1. Dotyczy pojedynczych komórek
2. Zmniejszenie objętości komórek i pofałdowanie
błony komórkowej.
3. Kondensacja chromatyny, fragmentacja jądra.
4. Zamknięcie organelli w ciałkach apoptotycznych.
5. Ciągłość błony komórkowej zachowana aż do
momentu sfagocytowania ciałek apoptotycznych.
6. Brak zapalenie, hamowanie reakcji zapalnej.
7. Fagocytoza przez sąsiednie komórki i makrofagi.
Nekroza
1. Dotyczy grup komórek.
2. Zwiększenie objętości i pęcznienie komórki.
3. Brak kondensacji chromatyny, liza jądra.
4. Pęcznienie i rozpad organelli.
5. Perforacja błony, zwartość komórki wydostaje się
do przestrzeni pozakomórkowej.
6. Odczyn zapalny ze strony otoczenia.
7. Fagocytoza przez fagocyty.
Czynniki wywołujące apoptozę:
- hormony i cytokiny
- deficyt czynników wzrostu i troficznych
- czynniki cytotoksyczne
- czynniki fizyczne
Szlak zewnętrzny:
- pobudzenie receptorów śmierci należących do nadrodziny receptorów TNF, np. CD95, TRAIL-R1 i R2
- receptory śmierci posiadają wewnątrzkomórkową domenę śmierci DD
- po związaniu się liganda dochodzi do oligomeryzacji receptora, następnie powstaje kompleks DISC (death
inducing signaling complex)
- kompleks ten powstaje poprzez połączenie domen śmierci z białkiem adaptorowym FADD oraz z prokaspazą 8
- następuje aktywacja prokaspazy 8, która jest bezpośrednim aktywatorem kaspazy 3
Szlak wewnętrzny:
- istotnym etapem jest uwolnienie cytochromu c z przestrzeni między błonami poprzez specjalne kanały
- kanały te tworzone są przez białka z rodziny Bcl-2 samodzielnie lub po połączeniu się z białkami megakanału
- wypływ cytochromu c jest sygnałem do tworzenia kompleksu zwanego apoptosomem
- apoptosom składa się z cytochromu c, prokaspazy 9, ATP i białka Apaf-1, następnie aktywuje kaspazę 3
- podczas apoptozy z mitochondrium uwalniane są także białka Smac/Diablo i Omi, są one antagonistami
inhibitorów apoptozy (IAP)
Apoptoza indukowana przez cytotoksyczne limfocyty T:
- limfocyt w kontakcie z komórką docelową uwalnia perforyny
- cząsteczki perforyny tworzą w błonie komórki docelowej kanały
- przez kanały wnikają granzymy B, aktywują szlak kaspaz
- wraz z granzymami uwalniają się jony wapnia wpływające stymulująco na apoptozę
Właściwości kaspaz:
- proteazy cysteinowe zawierają kw. asparaginowy w pozycji P1 (proteoliza w miejscu reszty Asp)
- syntetyzowane są jako nieaktywne zymogeny
Dotychczas zidentyfikowano 14 kaspaz:
- kaspazy inicjatorowe - 8, 9, również 2 i 10 - posiadają "domeny śmierci" CARD i DED
- kaspazy wykonawcze 3, 6, 7 - aktywne enzymy prowadzące do destrukcji komórki
Białka trawione przez kaspazy:
- większość tych białek uczestniczy w procesach molekularnych związanych z cyklem komórkowym i apoptozą
- do proteolizy białek dochodzi tylko przy udziałe kaspaz 3, 6, 7
Trawione są m. in. białka:
- PARP (bierze udział w rozpoznawaniu i naprawianiu DNA)
- ICAD - uczestniczy w apoptozie
- Rb - bierze udział w cyklu komórkowym
- MDM 2 - wiąże sięz p53 i je stabilizuje
- niektóre białka szkieletu komórkowego, np. laminy, aktyna, fodryna
- inne cząsteczki kaspaz
Śmierć komóki niezależna od kaspaz:
- proteaza aktywowana wapniem, kalpaina, pełni autonomiczną rolę w apoptozie
- ostatnie doniesienia wskazują na jej rolę w procesie aktywacji i unieczynniania kaspaz 3, 7, 9 i 12; kaspazy
mogą regulować jej działanie poprzez aktywację
- proteazy serynowe: AP24 jest zaangażowne we fragmentację DNA
- katepsyna D, proteaza lizosomalna, zaangażowana w zewnątrzpochodną dorgę aktywacji apoptozy
- także inne katepsyny mogą uczestniczyć w regulacji apoptozy
Rodzina białek Bcl-2:
- białka proapoptotyczne np. Bax, Bad, Bak, Bik, Bid, Bel-xs zmuszają komórkę do apoptozy
- białka antyapoptotyczne np. Bcl-2, Bcl-XL, Mcl-1 zwiększają prawkopodobieństwo przeżycia komórki
- pełnią funkję regulatorową apoptozy przez oddziaływanie na wiele procesów komórkowych
- kontrola komórkowego poziomu jonów (wapniowych, wodorowych, potasowych i chlorowych)
- nadzór nad stanem redoks
- regulacja wypływu z mitochondrium cytochromu c i AIF
- aktywacja enzymów: kaspaz i DN-az
- białka te tworzą homo- i heterodimery
- stosunek białek antyapoptotycznych do proapoptotycznych o śmierci lub przeżyciu komórki
- połączenie się białek w heterodimery o przeciwstawnym charakterze powoduje inhibicję ich biologicznej
aktywności
Fizjologiczne znaczenie apoptozy:
- ma ogromne znaczenie w embriogenezie, wzroście i rozwoju narządów
- jest procesem przeciwstawnym do mitozy i wspólnie z nią decyduje o liczbie komórek w populacji
W rozwoju kręgowców:
- śmierć komórek ogona kijanki w procesie metamorfozy
- śmierć prawie połowy neuronów powstających w trakcie embriogenezy w rozwoju ukł. nerwowego
- śmierć komórek soczewki oka w czasie jej kształtowania
- zanik błony pławnej między palcami u zarodka ludzkiego
- w życiu postnatalnym: apoptoza keratynocytów skóry, krypt jelitowych, komórek endometrium macicy itd.
Apoptoza w stanach patologicznych:
Ograniczenie apoptozy prowadzi do nowotworów i autoagresji komórek ukł. odpornościowego.
Wzrost apoptozy jest charakterystyczny dla chorób zwyrodnieniowych: choroby Alzheimera, Parkinsona, AIDS,
zawału serca czy udaru mózgu
16.V.07 r. - WZROST I RÓŻNICOWANIE KOMÓREK
Wzrost zespołu komórek zachodzi na drodze zwiększania:
- liczby komórek (proliferacja, rozrost, hiperplazja)
- objętości i masy pojedynczych komórek (przerost, hipertrofia)
- objętości i masy międzykomórkowej (akrecja)
Przerost - zachodzi w fazie G1 cyklu komórkowego i w czasie różnicowania się komórek w życiu płodowym,
objętość i masa poszczególnych komórek znacznie wzrasta
Akrecja - zachodzi w wielu tkankach, głownie w tkance łącznej w życiu płodowym i pozapłodowym do okresu
pokwitania, przyczynia się do zwiększania masy i objętości narządów. Wzrost organizmu w okresie rozwoju
zarodkowego oraz w późniejszych etapach rozwoju odbywa się głównie przez proliferację. Jest ona sposobem
odnowy komórek i zachodzi w cyklu komórkowym
Populacje komórek:
- rozrastająca się - komórki tej populacji znajdują się w cyklu komórkowym (proliferują), np. stadia rozwoju
zarodkowego oraz wzrost nowotworów
- wzrastająca - część komórek jest w cyklu komórkowym, a pozostałe w stanie G0 - populacje takie znajdują
się w narządach organizmu rosnącego w życiu pozapłodowym
- odnawiająca się - liczba komórek tej populacji nie zmienia się, chociaż pewna liczba komórek ją opuszcza
(migracja, obumieranie, złuszczanie), na jej miejsce powstaje taka sama liczba nowych komórek przez
proliferację, np. nabłonek
- statyczna - stałą liczba komórek, np. nerwowe, mięśniowe. Wskutek starzenia się organizmu liczba komórek
tych populacji zmniejsza się.
Kom. nerwowe, mięśniowe - nieproliferujące ; stacjonarne
Kom. wątroby, nerek, wyspy trzustkowe, gruczoły ślinowe - słabo proliferujące, wolno odnawiające się
Kom. szpiku, ukł. limfatycznego, naskórka, nabłonka i rogówki - intensywnie proliferujące, szybko odnawiające
się
Różnicowanie charakteryzuje nieodwracalność, obniżenie potencji rozwoju oraz ograniczenie liczby funkcji
specjalistycznych do kilku lub nawet jednej.
Różnic. komórek (cytodyferencjacja) - proces powstawania różnych wyspecjalizowanych komórek. Jeżeli zmiany
prowadzące do różnicowania są odwracalne, mówimy o modulacji.
Wyróżnia się różnicowanie:
- pierwotne - w najwcześniejszych fazach rozwoju
- pośrednie - w późniejszych fazach rozwoju embrionalnego
- terminalne - w życiu postembrionalnym
Etapy różnicowania:
Różnicowanie biochemiczne - wskutek przestrojenia potencji genomu ujawnia się kilka cech fenotypowych lub
jedna z nich (synteza odpowiednuch enzymów i katalizowanie przez nie kilku produktów komórki, które są
wyrazem jej specjalizacji)
Różnicowanie komórkowe - wskutek zmian biochemicznych zmienia się budowa komórki, zwiększa się
odpowiednio liczba struktur komórkowych, np. mitochondriów, pojawiają się wyspecjalizowane truktury, np.
miofibryle, tono-neuro itp.
Różnicowanie tkankowe - zespół komórek zróżnicowanych biochemicznie i komórkowo zestraja swoje
właściwości i zaczyna działać jako tkanka.
Czynniki wzrotu i różnicowania - cytokiny:
- polipeptydy (ponad 40 rodzajów): pochodne kw. arachidonowego - leukotrieny, są wspólnie nazywane
czynnikami wzrostu i różnicowania. Wysyłane są przez jedne komórki po to, aby swoiście zmienić zachowanie
się innych komórek.
Sygnał do podziałów jest przekazywany przez błonę komórkową po związaniu czynnika wzrostu z receptorem
błonowym.
Do najbardziej znanych czynników wzrostu i różnicowania należą:
- czynnik wzrostu naskórka (EGF)
- transformujący czynnik wzrostu (TGF)
- czynnik wzrostu nerwów (NGF)
- czynnik wzrostu fibroblastów (FGF)
- leukotrieny B4, C4, D4 i E4
Obecnie dzięki wprowadzeniu inżynierii genetycznej wytwarza się cytokiny na skalę przemysłową i wykorzystuje
jako leki.
Zastosowanie cytokin w medycynie:
- profilaktycznie, np. wykorzyst. erytropoetyny, aby zwiększyć liczbę erytrocytów
- interwencyjne lub lecznicze: w celu leczenia konkretnego zaburzenia, np. neutropenii
Sztuczne regulowanie różnicowania:
- indukcja protoonkogenami
- indukcja hormonami steroidowymi
- czynnik wzrotu - dodawany do hodowli
Odróżnicowanie - determinacja, redyferencjacja, powrót wyspecjalizowanych morfologicznie i funkcjonalnie
komórek do stanu niezróżnicowanego, zach. w czasie transformacji nowotworowej.