-
Neprogramovaná x Programovaná buněčná smrt?
- Programovaná
- zprostředkovaná specifickým buněčným signálním systémem
- prospěšná pro organismus, jehož je umírající buňka součástí
- Neprogramovaná
- nastává neregulovaně z vnějších příčin (insult)
- každý den v našem těle odumře 50-70 miliard buněk
- složení těla se obměňuje
- zdravá buňka je vždy připravena zemřít, sebedestrukční mechanismus se spustí pouhou absencí signálů „pro-survival“
-
vyjmenuj + definuj typy bun. smrti
apoptóza
autofagie
excitotoxicita
anoikis
nekróza
nekroptóza
- apoptóza (zprostředkovaná kaspázami během vývoje, stárnutí nebo jako odezva na specifické podněty)
- autofagie (rozklad buněčných složek v lysozomech)
- excitotoxicita (smrt nervových buněk v důsledku přílišné aktivace receptorů pro nervové přenašeče)
- anoikis (důsledek poruchy interakcí, které buňku ukotvují v matrix)
- nekróza (indukovaná nespecifickým traumatem)
- nekroptóza (programovaná forma nekrózy, závislá na aktivitě specifických kináz RIP, bez dominantní účasti kaspáz)
-
co víš o apoptóze?
- fyziologický proces odumírání buňky
- popsána u živočichů i rostlin
- probíhá řízeně podle speciálního programu
- destrukci buňky zajišťují speciální enzymy - kaspázy
- výsledkem je rychlá fragmentace a fagocytóza buňky
- nástroj udržování homeostáze
- Proč?
- stresové podněty z okolního prostředí
- nevratné poškození DNA
- vývojové procesy
- reakce na viry/patogeny
- význam:
- protiváha nadměrné proliferace buněk
- podíl na formování a tvarování orgánů a tkání („sculpting“)
- eliminace přestárlých buněk
- eliminace poškozených n. geneticky aberantních buněk (neopravitelné poškození DNA, extrémní kyslíková deprivace, významná signální nerovnováha, apod.)
- název z řečtiny (opadávání květů nebo listů)
- provázena charakteristickými morfologickými změnami
- Apoptóza a formování tkání
- apoptózou jsou během morfogeneze odstraňovány nežádoucí buňky – tvorba funkčních a řádně tvarovaných tkání a orgánů
- spolu s migrací, proliferací a diferenciací buněk jde o klíčový proces doprovázející vývoj organismů
- geneticky pozměněné myši, které postrádají klíčové složky apoptotického aparátu vykazují vývojové poruchy- nadbytek neuronů v mozku, obličejové abnormality, poruchy formování prstů, atd.
-
popiš Morfologické projevy apoptózy
- zmenšování buněk
- kondenzace a fragmentace jádra
- řízená fragmentace chromozomální DNA
- v konečné fázi se fragmentuje celá buňka do malých kompaktních tělísek, které podléhají fagocytóze
- nedojde ke vzniku zánětu
-
popiš Nežádoucí projevy apoptózy
- nadbytek i nedostatek apoptózy je nežádoucí
- přílišná apoptóza poškozuje tkáně (degenerativní procesy)
- nedostatečná apoptóza buňky predisponuje k hromadění genetických poruch a tvorbě nádorů
- změny v apoptóze zaznamenány u autoimunitních chorob, AIDS, rakoviny, neurodegenerativních chorob (Huntington, Alzheimer), mrtvice, infarktu
- snahy indukovat apoptózu u nádorových buněk
- snahy redukovat apoptózu v případě odumírání mozkových buněk po mrtvici
-
apoptóza a formování tkání u člověka
-
Apoptóza versus nekróza
-
- Apoptóza
- aktivní proces
- přesný harmonogram
- kondenzace chromatinu
- rozpad jádra
- odbourání cytoskeletu („zhroucení“ buňky)
- fragmentace chromozomální DNA
- mitochondrie dlouho intaktní
- výběžky buněčné membrány
- fagocytóza pozůstatků buňky
- Nekróza
- pasivní smrt
- postihuje skupiny buněk
- vyvolaná neléčitelným zraněním (nedostatek kyslíku, extrémní teploty, mechanické poškození, atd.)
- poškození mitochondrií - vyčerpání ATP
- poškozenou membránou proniká do buňky voda, buňka se zvětšuje
- zvětšují se organely
- celková dezintegrace
- uvolnění nitrobuněčných komponent
- vznik zánětu
-
popiš Signály indukující apoptózu
- vnitřní
- ze samotné buňky podléhající apoptóze
- poškození DNA, virová infekce, exprese onkogenů
- vnější
- z okolních buněk organismu nebo vnějšího prostředí
- nedostatek vyživovacích signály (absence signálů „pro-survival“)
- přítomnost signálů indukujících apoptózu („pro-death“)
-
apoptóza má dvě fáze:
fáze latentní následovaná fází exekuční
-
popiš Latentní fázi apoptózy
- normální vzhled a fungování buněk
- podfáze „odsouzení“ – buňka je na dráze směřující k smrti, ale může být zachráněna anti-apoptotickými faktory
- podfáze „rozhodnutí“ - buňka již nevyhnutelně směřuje k exekuční fázi
- trvání latentní fáze je variabilní
-
popiš exekuční fázi apoptózy
- zahájení morfologických a fyziologických změn
- trvání této fáze je velmi rychlé ve srovnání s latentní fází (do 1 hod)
- konzervativní průběh
-
který transkripční faktor řídí osud buňky?
- p53
- možnosti:
- indukce apoptózy
- zastavení buněčného cyklu
- zahájení opravy DNA
- diferenciace buněk
- účinky dány jeho schopností měnit expresi svých cílových genů
-
v nepoškozené buňce je hladina p53 nízká v důsledku ...
- v důsledku řízené vlastní degradace:
- p53 aktivuje expresi ubikvitin ligázy Mdm2
- Mdm2 připojí ubikvitin k p53
- p53 s kovalentně připojeným řetězcem ubikvitinů je degradován v proteazomu
-
v buňce vystavené stresu se p53 ... a začne aktivovat expresi jiných genů (např. zapojených do kontroly buněčného cyklu a apoptózy)
fosforyluje
bez aktivace mdm2 se p53 stabilizuje a jeho hladina v buňce rychle stoupá
-
na jaké typy stresu reaguje p53?
- negenotoxické
- nedostatek růstových faktorů
- nedostatek ribonukleotidů
- přítomnost určitých cytokinů
- genotoxické
- poškození DNA
- záření
- oxidativní stres
-
na kterém modelu studujeme apoptózu?
- identifikace klíčových regulátorů
- využití modelu hlístice Caenorhabditis elegans (Háďátko obecné)
-
pomocí speciální optiky (...) lze mikroskopií sledovat každoubuňku vyvíjejícího se těla C. elegans
Nomarski
- sestavení mapy původu každé jednotlivé buňky a sledování její historie až k oplozenému vajíčku
- z 1090 somatických buněk vytvořených během embryogeneze 131 buněk odumírá to místně a časově specificky
- identifikováno 14 genů ovlivňujících programovanou buněčnou smrt
- Nobelova cena 2002
- Robert Horvitz, John Sulston, Sydney Brenner
-
V apoptotické signalizaci se uplatňují tři skupiny proteinů, které?
- regulátory
- adaptéry
- efektory
- ced = cell death abnormal mutants
- ced-3 a ced-4 jsou pro-apoptotické
- ced-9 blokuje funkci genů ced-3 a ced-4 (je anti-apoptotický)
-
Ced-3 patří do rodiny proteáz, zvaných ...
kaspázy
-
-
Ced-4 se podílí na aktivaci kaspáz - jeho savčím protějškem je ...
- Apaf-1
- („apoptotic protease-activating factor 1“)
-
Ced-9 patří do rodiny ... regulátorů buněčné smrti
- Bcl-2
-
charakterizuj rodinu Bcl-2
- pro- nebo anti-apoptotická funkce
- lidský gen rodiny bcl-2 může funkčně nahradit chybějící gen ced-9 u C. elegans
- obsahuje strukturně příbuzné proteiny s doménou BH (BCL-homology)
- doména BH je potřebná pro meziproteinové interakce proteinů Bcl-2
- regulátory apoptózy mohou být nebezpečné
- název bcl-2 odráží souvislost s lymfomy B-buněk (B-cell lymphoma)
- tento typ rakoviny vzniká v důsledku translokace t(14;18), díky které se gen bcl-2 dostává do intenzivně přepisované oblasti genu kódujícího těžký řetězec imunoglobulinů- hladina Bcl-2 v těchto buňkách proto stoupá, což je důležitým faktorem nádorové transformace
- bcl-2 je možné považovat za onkogen, který ale neindukuje proliferaci buněk, ale narušuje rovnováhu mezi životem a smrtí buněk
- buňky s vysokou expresí bcl-2 jsou odolné k induktorům smrti
-
regulátory apoptózy mohou být nebezpečné
název bcl-2 odráží souvislost s lymfomy B-buněk (B-cell lymphoma)
tento typ rakoviny vzniká v důsledku ...
- translokace t(14;18),
- díky které se gen bcl-2 dostává do intenzivně přepisované oblasti genu kódujícího těžký řetězec imunoglobulinů- hladina Bcl-2 v těchto buňkách proto stoupá, což je důležitým faktorem nádorové transformace
- bcl-2 je možné považovat za onkogen, který ale neindukuje proliferaci buněk, ale narušuje rovnováhu mezi životem a smrtí buněk
- buňky s vysokou expresí bcl-2 jsou odolné k induktorům smrti
-
jak dělíme Kaspázy?
- dosud známo 13 členů rodiny kaspáz, které se dělí na iniciační, exekuční a zánětové
- zánětové kaspázy nemají souvislost s apoptózou, ale indukcí zánětlivé reakce
- (produkcí cytokinů, apod.)
-
Kaspázy jsou v aktivní formě složené ze ...
- 2 velkých a 2 malých podjednotek
- inaktivní zymogeny obsahují N-koncovou pro-doménu, za kterou následuje velká a malá doména
- mezi doménami jsou aspartátové zbytky, tj. cíle kaspázového aktivačního štěpení, po kterém vzniká velká a malá podjednotka, které spolu heterodimerizují
-
jaké Iniciační kaspázy znáš?
kaspázy 2, 8, 9, 10
-
-
při aktivaci jsou iniciační kapsázy adaptérovými molekulami převedeny do podoby
dimerů
-
vyjmenuj Exekuční kaspázy
kaspázy 3, 6, 7
-
charakterizuj Exekuční kaspázy
- obsahují malou pro-doménu na N-konci
- aktivují se štěpením iniciačními kaspázami, následkem je zpřístupnění aktivního místa
- nejsou schopné autoaktivace
- štěpí různé substráty, které přímo způsobují
- morfologické a biochemické změny v buňkách
-
definuj Cíle kaspázového štěpení
- kaspázy jsou selektivní enzymy, štěpí jen omezené spektrum jaderných a cytoplazmatických proteinů
- štěpeno je několik strukturních proteinů a mnoho proteinů zapojených do buněčných signalizací (např. kináz)
- kinázy mají často autoregulační domény, díky kterým se zapínají nebo vypínají podle potřeby; tyto domény jsou kaspázami odstraněny- výsledkem jsou konstitutivně aktivní/inaktivní kinázy, které aktivují pro-apoptotické procesy
-
vyjmenuj Substráty exekučních kaspáz
- FAK (focal adhesion kinase): kináza nutná pro adhezi buněk k matrix nebo okolním buňkám (ztráta aktivity při apoptóze)
- laminin na vnitřním povrchu jaderné membrány (kondenzace chromatinu a pyknóza jádra)
- aktin, plektin, vimentin, gelsolin (intermediární filamenta): kolaps cytoskeletu a tvorba vychlípenin plazmatické membrány- tvorba apoptotických tělísek
- inhibitor kaspázou-aktivované DNAázy (ICAD) uvolňuje DNázu CAD (caspase-activated DNase), která pak fragmentuje DNA
-
popiš funkce kaspázy 3
- efektor apoptotické signalizace
- štěpí různé buněčné proteiny
- aktivuje specifickou DNázu (CAD – „caspase-activated DNase“)
- v buňkách je CAD v komplexu se svým inhibitorem ICAD
- kaspáza 3 v apoptotických buňkách štěpí ICAD a umožňuje tak CAD štěpit DNA mezi nukleozomy
-
Jak jsou kaspázy aktivovány?
- specifickými induktory:
- vnitřními podněty: abnormalitami ve struktu
- ře DNA
- vnějšími podněty: absencí růstových faktorů, přítomností specifických cytokinů (TNF, ligand Fas)
- apoptózovými signálními drahami:
- vnitřní dráhou závislou na mitochondriích
- vnější dráhou nezávislou na mitochondriích
|
|
