starzenieikommac2014..

Starzenie
Mitochondria, ROS…
Starzenie
• Dlaczego się starzejemy?
• Starzenie się komórki vs starzeniu się
organizmu
Starzenie - modele
• Cell 120(4)2005 – Kirkwood 437
• Zaprogramowane – ale w naturalnych
warunkach rzadko mają szansę się
zestarzeć
• Usuwać stare osobniki bo szkodzą?
• Starzenie w zasadzie produkt uboczny
– selekcja na posiadanie potomstwa,
nie na długie życie.
Teoria „disposable
soma”
• Czyli ciało na złom, grunt to się
rozmnażać
• Naprawa DNA i kontrolowanie
uszkodzeń kosztowne energetycznie –
lepiej może za dużo w to nie
inwestować
• Może – ale może – są geny przydatne
za młodu a szkodliwe na starość
(p53??)
Teorie starzenia
•
Stres oksydacyjny,
mitochondrialny
DNA, glikacja białek.
http://gslc.genetics.utah.edu/features/telomeres/images/factors_in_aging.gif
Wolnorodnikowa teoria starzenia
•
•
•
•
Mitochondria są głównym producentem
ROS w komórce
ROS produkowane w mitochondriach
uszkadzają mtDNA
Uszkodzenia oksydacyjne mtDNA prowadzą
do produkcji nieprawidłowych podjednostek
łańcucha oddechowego
Włączenie tych nieprawidłowych
podjednostek do kompleksów łańcucha
oddechowego powoduje wzrost produkcji
ROS
Ale...
•
•
•
•
•
Mitochondria produkują dużo wolnych rodników w dość szczególnych
warunkach, a na co dzień wcale nie, a podwyższona ekspresja
wymiataczy wolnych rodników nie wydłuża życia.
W wyniku działania wolnych rodników liczba dwuniciowych uszkodzeń
mtDNA jest wyższa niż dla nDNA, ale to może być mechanizm
usuwania uszkodzonych cząsteczek.
Jednym z najczęstszych uszkodzeń powodowanym przez wolne
rodniki jest 8 okso-dG, która równie chętnie tworzy pary z C i z A, co
prowadzi do tranzycji G>T, ale wśród patogennych mutacji takie
tranzycje stanowią mniej niż 10%, bo BER jest w mitochondriach b.
aktywna.
Mysz z mutacją POLG mimo, że ma b. uszkodzony mtDNA nie
produkuje nadmiaru wolnych rodników.
Rozbieżne dane dotyczące działania antyoksydantów.
Mysi model starzenia
• Myszy z wprowadzoną mutacją
w domenie korekcyjnej POLG
• Objawy przedwczesnego starzenia
• Masywna apoptoza w wielu
tkankach
• Model starzenia? Brak
Mitochondrial Theory of Aging
Harman,D. 1972 “The biologic clock: the mitochondria?”
J. Am Ger Society 20:145-57
Free radicals escaping from the respiratory chain …would be expected to
produce deleterious effects mainly in the mitochondria
…Are these effects mediated in part by mitochondrial DNA functions?
Altered expression of MnSOD in Drosophila
Sun et al., Genetics. (2002) 161(2):661-72.
Induced overexpression of mitochondrial
Mn-SOD extends the life span
of adult Drosophila melanogaster.
MnSOD Tg
Mean life span increased
by an average of 16%
control
Another study finds no increase
in lifespan in MnSOD Tg flies
(Orr et al., 2003 JBC)
mtDNA mutations -- Shortened lifespan
•
•
Median lifespan, ~48 weeks, or 336 days
All died by 61 weeks, or ~430 days
a link between mtDNA
mutations and ageing
phenotypes in
mammals?
PolgA-mtDNA polymerase mutants
Nature, May 27, 2004, Trifunovic et al
Mitochondrial DNA Mutations, Oxidative Stress,
and Apoptosis in Mammalian Aging
Kujoth et al Science 259, 2005
-Targeted mutation of PolgA Mitochondrial DNA polymerase
-Residue substitution in the exonuclease domain that impairs proof
reading ability
increased mutations in mtDNA
No increase in oxidative damage
Apoptotic markers were increased during aging
[increased caspase 3 activity]
Phenotype shows age-associated characteristics
-Indistinguishable in young age
-Phenotype evident at ~9 months
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Hair loss, graying, and kyphosis.
Thymic involution
Testicular atrophy associated with the depletion of spermatogonia
Loss of bone mass
Loss of intestinal crypts
Decrease in circulating red blood cells
Weight loss
Hearing loss
Loss of muscle mass
Kujoth et al Science 259, 2005
• Maximal survival, 460 days.
• Median survival, 416 days
• Wildtype, both are > 850 days
Are mtDNA mutations linked to apoptosis and aging?
Mitochondrial DNA polymerase mutant
Kujoth et al Science 259, 2005
Mysz polgamma
Nagromadzanie mutacji w komórkach macierzystych
nie ma przyrostu ROS
Sanz et al. Aging 2010: Mitochondrial ROS production
correlates with, but does not directly regulate lifespan
In drosophila
Postulaty teorii wolnorodnikowej:
1.Długożyjące osobniki/gatunki produkują mniej ROS
2.Spadek ROS wydłuży życie
3.Wzrost ROS skróci życie
Sanz et al. Aging 2010: Mitochondrial ROS production
correlates with, but does not directly regulate lifespan
In drosophila
Postulaty teorii wolnorodnikowej:
2. Spadek ROS wydłuży życie
Wprowadzenie AOX z Ciona intestinalis obniża ROS nie wydłuża życia
Czyli falsyfikacja
Sanz et al. Aging 2010: Mitochondrial ROS production
correlates with, but does not directly regulate lifespan
In drosophila
Postulaty teorii wolnorodnikowej:
3. Wzrost ROS skróci życie
Mutanty dj – zwiększony ROS normalne życie
Sanz et al. Aging 2010: Mitochondrial ROS production
correlates with, but does not directly regulate lifespan
In drosophila
Postulaty teorii wolnorodnikowej:
1.Długożyjące osobniki/gatunki produkują mniej ROS
3 szczepy Drosophila – Oregon, Canton i Dahomey –nie falsyfikuje
Teorii – Oregon żyją dłużej I produkują mniej ROS
Komórki macierzyste
Ewa Bartnik
Instytut Genetyki i Biotechnologii,
Uniwersytet Warszawski i Instytut
Biochemii i Biofizyki PAN
Leczenie chorób
• Na ogół objawowe
• 2 metody by mogły leczyć przyczyny
– Terapia genowa
– Komórki macierzyste
komórki macierzyste
• samoodnawialne, zdolne do potencjalnie
nieograniczonej liczby podziałów
• możliwość różnicowania się
w wyspecjalizowane typy komórek
klasyfikacja
zdolność do różnicowania
-totipotencjalne -pluripotencjalne -multipotencjalne -unipotencjalne
pochodzenie
-embrionalne -płodowe -dorosłe
• totipotencjalne - mogą różnicować
się w każdy typ komórek organizmu
oraz komórki łożyska
• pluripotencjalne - mogą dać początek
każdemu typowi komórek za
wyjątkiem komórek totipotencjalnych
i komórek łożyska
• multipotencjalne - mogą dać
początek komórkom pochodzącym z
jednego listka zarodkowego i mają
mniejszy zakres różnicowania się
• unipotencjalne - mogą wytworzyć
tylko jeden typ komórek
ludzkie komórki macierzyste można otrzymywać
•
•
•
•
•
z embrionów ludzkich uzyskiwanych metodą zapłodnienia in vitro
z embrionów uzyskiwanych metodą klonowania (od 2013)
z tkanki płodu po poronieniu czy aborcji
z krwi pępowinowej podczas porodu
z organizmu ludzkiego (komórki macierzyste dorosłe)
Transfer jądra komórki somatycznej
somatic cell nuclear transfer
- źródło embrionalnych komórek macierzystych
- ominięcie bariery zgodności tkankowej
somatyczne/dorosłe komórki macierzyste
somatic/adult stem cells
- większość dorosłych tkanek
- krew pępowinowa
- odnowa i naprawa tkanek
- potencjał
- plastyczność
ostre białaczki
-ostra białaczka bifenotypowa
-ostra białaczka limfoblastyczna (AAL)
-ostra białaczka małozróżnicowana
-ostra białaczka szpikowa (AML)
białaczki przewlekłe
-młodzieńcza postać przewlekłej białaczki szpikowej (JCML)
-młodzieńcza postać białaczki mielomonocytowej (JMML)
-przewlekła białaczka limfatyczna (CLL)
-przewlekła białaczka szpikowa (CML)
zespół mielodysplastyczny
-niedokrwistość oporna na leczenie (RA)
-niedokrwistość oporna na leczenie ze zwiększoną blastozą (RAEB)
-niedokrwistość oporna na leczenie z obecnością syderoblastów (RA-S)
-przewlekła białaczka mielomonocytowa (CMML)
choroby spowodowane defektem komórki macierzystej
-ciężka niedokrwistość aplastyczna
-napadowa hemoglobinuria nocna (PNH)
-niedokrwistość Fanconiego
zespoły mieloproliferacyjne
-agnogeniczna metaplazja szpikowa
-czerwienica prawdziwa
-ostra mielofibroza
-pierwotna nadpłytkowość
choroby fagocytów
-dysgenezja retikularna
-niedobór aktyny neutrofilowej
-przewlekła choroba ziarniniakowa
-zespół Chediaka-Higashiego
choroby związane z zaburzeniami spichrzania w liposomach
-adrenoleukodystrofia
-choroba Gauchera
-choroba Krabba
-choroba Niemana-Picka
-choroba Wolmana
-metachromatyczna leukodystrofia
-mukolipidoza II
-mukopolisacharydoza (MPS)
-zespół Huntera (MPS-II)
-zespół Hurlera (MPS-IH)
-zespół Maroteaux-Lamy'ego (MPS-VI)
-zespół Morquio (MPS-IV)
-zespół podkradania, niedobór beta- glukoronidazy (MPS-VII)
-zespół Sanfilippa (MPS-III)
-zespół Sheiego (MPS-IS)
inne nowotwory złośliwe
-mięsak Ewinga
-nerwiak zarodkowy współczulny
-rak nerki
-rak piersi
histiocytozy
-hemofagocytoza
-histiocytoza-X
-rodzinna erytrofagocytarna limfohistiocytoza (FEL)
dziedziczne nieprawidłowości krwinek czerwonych
-aplazja czysto czerwonokrwinkowa
-b-talasemia major
-niedokrwistość sierpowatokrwinkowa
wrodzone (dziedziczne) zaburzenia układu odpornościowego
-ataksja-teleangiektazja
-ciężki złożony niedobór odporności (SCID)
-SCID z brakiem limfocytów T i B
-SCID z brakiem limfocytów T i normalną liczbą limfocytów B
-SCID z niedoborem deaminazy adenozynowej
-zaburzenia adhezji krwinek białych
-zaburzenia proliferacji limfocytów sprzężone z chromosomem X
-zespół DiGeorga
-zespół Kostmanna
-zespół nagich limfocytów
-zespół Omenna
-zespół Wiskotta-Aldicha
-zwykły zmienny niedobór odporności
inne choroby dziedziczne
-hipoplazja chrząstek i włosów
-osteopetroza Trombastenia Glanzmanna
-zespół Lesch-Nyhana
nieprawidłowości płytek krwi
-amegakariocytoza
-wrodzona trombocytopenia
nieprawidłowości komórek plazmatycznych
-białaczka plazmocytowa
-makroglobulinemia Waldenstroma
-szpiczak mnogi
banki komórek macierzystych
Activision Life
Cryo-Save Polska
Europejski Bank Krwi Pępowinowej MACIERZYNSTWO
Longa Vita
Novum
Polski Bank Komórek Macierzystych
Progenis
opłata wstępna
opłata podstawowa
opłata za przechowywanie
1 rok
5 lat
10 lat
17 lat
99 lat
500
1500
400
1600
2800
4400
9800
Hodowla komórek
macierzystych
• „Feeder layer” – nierozmnażające się
komórki
• Różne czynniki wzrostowe
• Nic zwierzęcego, więc nośniki zamiast
komórek
USA i ES
 2001 – Prezydent Bush ograniczył
finansowanie federalne do 70 linii
zarodkowych (uważano że tyle ich jest
w USA)
 Obecnie jest ich 11
Klonowanie dla uzyskania ES itp
Klonowanie
terapeutyczne
Klonowanie
reprodukcyjne
IVF – In Vitro Fertilization
Dostępne od 1986 (Louisa
Brown)
100000 dzieci po IVF w USA
Często dodatkowe zarodki
USA około 400000 zamrożonych
zarodków (brak przepisów)
Anglia – 52000 (5 lat potem
niszczone)
Klonowanie ludzi
• Problemy etyczne i techniczne
• Techniczne – że chyba póki co to nie działa
Hwang Woo-Suk sfałszował klonowanie i
wyprowadzanie linii (a wykorzystał 129 kobiet do
uzyskania 2061 komórek jajowych)
• Próby wyprowadzania bez niszczenia zarodka, to
nie obchodzi problemu dopasowania ale
częściowo
• 2013 – Mitalipov; 2014 – dwa inne laboratoria
I co dalej
• 65 chorób – a tak naprawdę 9 (hematologiczne i
poprawianie stanu pacjenta po terapii raka)
• Anegdotki i cytowanie niewłaściwe literatury
• Obiecujące są z płynu owodniowego
• Lepsze markery – bo na ogół Y i fuzje
• Szukanie genów odpowiedzialnych za toti i
pluripot. (siRNA)