fyziologie bun ĚČ nÝch syst ÉmŮ - is.muni.cz filefyziologie bun ĚČ nÝch syst ÉmŮ doc....

50
FYZIOLOGIE BUN FYZIOLOGIE BUN ĚČ ĚČ NÝCH SYST NÝCH SYST É É M M Ů Ů Doc. RNDr. Doc. RNDr. Kozub Kozub í í k k Alois, CSc. Alois, CSc. - - Doc. RNDr. Hofmanov Doc. RNDr. Hofmanov á á Ji Ji ř ř ina, CSc. ina, CSc.

Upload: trinhkien

Post on 18-Aug-2019

220 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

FYZIOLOGIE BUNFYZIOLOGIE BUNĚČĚČNÝCH SYSTNÝCH SYSTÉÉMMŮŮ

Doc. RNDr. Doc. RNDr. KozubKozubííkk Alois, CSc. Alois, CSc. -- Doc. RNDr. HofmanovDoc. RNDr. Hofmanováá JiJiřřina, CSc.ina, CSc.

Page 2: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

DiferenciaceDiferenciace

Page 3: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

differentiation

apoptosis(necrosis)proliferation

?%+-

t0 txtime (t)

Page 4: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Differences in mRNA expression patterns Differences in mRNA expression patterns among different types of human cancer cellsamong different types of human cancer cells

Page 5: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Differences in the proteins expressed by two Differences in the proteins expressed by two human tissueshuman tissues

Page 6: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Polyklonální charakter kostních buněk

Obr. 1. Přirovnání kmenové buňky ke stromu:

a – kmenová buňka v embryonální době

b – kmenová buňka v dospělosti

a

b

b

Page 7: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

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

Přestup do krve

Morfologicky rozpoznatelné buňkyPluripotentní buňky

ProliferujProliferujííccíí bubuňňkyky NeproliferujNeproliferujííccíí

bubuňňkyky

100 %

50 %

0 %

Hem

ato

po

etic

kH

emato

po

etic

kéé

bu

bu

ňňk

y k

ost

nk

y k

ost

níí

ddřř e

neněě

SchSchééma kvantitativnma kvantitativníího zastoupenho zastoupeníí rrůůzných zných prekurzorprekurzorůů krevnkrevníích bunch buněěk v krvetvornk v krvetvornéé tktkáánini. 1Podle Gregorové a Henkelmana (1977); 2podle MacVittieho a Porvaznika (1978); 3nejsou odvozeny od CFU-S.

Page 8: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc
Page 9: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

BunBuněčěčnnéé komponenty komponenty hematopoetickhematopoetickééhoho mikroprostmikroprostřřededíí (H.I.M.) v kostn(H.I.M.) v kostníí

ddřřenieni (K.D.) (K.D.) (podle (podle KnospehoKnospeho 1978)1978)

BunBuněčěčnýný typtyp PPřředpokledpokláádandanáá funkcefunkce

EndotelieEndotelie sinusoidsinusoidůů zachycovzachycováánníí kmenových kmenových bunbuněěkk, vým, výměěna metabolitna metabolitůů,,

uvoluvolňňovováánníí zralých bunzralých buněěk do cirkulace,k do cirkulace,

sousouččáást st mikroprostmikroprostřřededíí umoumožňžňujujííccíí bunbuněčěčnou proliferacinou proliferaci

FibroblastyFibroblasty tvorba kolagenu, tvorba kolagenu, mukopolysacharidmukopolysacharidůů, indukce diferenciace?, indukce diferenciace?

TukovTukovéé bubuňňkyky vyplnvyplněěnníí prostoru po zaniklprostoru po zanikléé kostnkostníí ddřřeni,eni,

proliferace proliferace pluripotentnpluripotentnííchch kmenových kmenových bunbuněěkk

RetikuloendotelovRetikuloendotelovéé bubuňňkyky, , monocytymonocyty fagocytfagocytóóza, tvorba CSF a jiných za, tvorba CSF a jiných hemokininhemokininůů, indukce diferenciace?, indukce diferenciace?

EndostEndostáálnlníí bubuňňkyky tvorba CSF a jiných tvorba CSF a jiných hemokininhemokininůů, kmenov, kmenovéé bubuňňky ky stromatustromatu??

KostKost mechanickmechanickáá ochrana, tvorba ochrana, tvorba hemokininhemokininůů??

Page 10: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

BFU-E

CFU-C

Obr.27. Model humorálního řízení hemopoézy. Nejnezralejší buňky obsahují receptory k faktork faktorůům nezm nezáávislým na diferenciacivislým na diferenciaci

jednotlivých řad, jako je ILIL33. Při maturaci se postupně tyto receptory ztrácejí a objevují se specifické receptory pro humorální

faktory jednotlivých řad [pro erytropoetinerytropoetin ( ) a pro CSFCSF ( ) ]. Podle Iscova (1978)

Kmenová

buňka

citlivé na erytropoetinerytropoetin

citlivé na CSFCSF

citlivé na ILIL33

CFU-E

Page 11: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Primárníimunitníodpověď

LYMFOPOLYMFOPOÉÉZAZA

PRIMPRIMÁÁRNRNÍÍ L.O.L.O.

SEKUNDSEKUNDÁÁRNRNÍÍ L.O.L.O.(Lymfatick(Lymfatickéé uzlinyuzlinya slezina)a slezina)

Kostní dřeň

Thymus –“thymové hormony“

Sekundárníimunitníodpověď

Recirkulující paměťové buňkys dlouhou dobou života

T- lymfocyty

Buněčná imunita

Plazmatická buňka

B lymfocytyHumorální (IG)

imunita

Page 12: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Progenitorové

erytroidní

kmenové

bunky

BFUBFU--EE

Zvýšená

proliferace

za erytro-

poetického

stresu

CFUCFU--EE

EPEP

stimulace

Obr. 23. Na obrázku je znázorněna

zvýšená proliferace při erytropoetic-

kém stresu, která může vést k značné

expanzi kompartmentu progenitoro-

vých erytroidních kmenových buněk.

Citlivost k Citlivost k erytropoetinuerytropoetinu (EP)(EP) se ob-

jevuje až v pozdějších stádiích. Upra-

veno podle Schofielda a Lajthy (1977).Citlivost na

erytropoetin

Page 13: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

differentiation

apoptosis(necrosis)proliferation

?%+-

t0 txtime (t)

Page 14: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Six steps at which Six steps at which eucaryoticeucaryotic gene expression gene expression can be controlledcan be controlled

Page 15: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Events in cell proliferation

growth factors

receptor

genes

early later

cell

amino acids 18. cytokinesis

10. 9.

8.

2. 1.

regulators

hnRNA

mRNA

kinases/2nd messengers nucleus

replitase

proteins

15. (enzymes)

14.

13.

12.

11.

7.

6.

5.

4.

3.

S

G2

M 17.

16.

Page 16: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

CytokinyCytokinyNNěěkterkteréé ppřřííkladyklady

Page 17: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

cytokin zdroj působení

PŘEHLED NEJDŮLEŽITĚJŠÍCH CYTOKINŮ - 2.

IFN α α α α 1IFN α α α α 2

dvojitě negativnílymfocyty, monocyty, makrofágy

zvyšuje rezistenci proti virům; inhibuje proliferaci normálních i nádorových buněk; indukuje syntézu MHC I, receptoru pro Ig;aktivuje NK-buňky

IFN ββββ 1 fibroblasty, buňky epitelu stejně jako u IFN ααααIFN ββββ 2 fibroblasty, monocytyIFN γγγγ T – buňky, NK-buňky podobná jako u IFN a a b, navíc má větší schopnost aktivovat

makrofágy, zvyšovat odolnost vůči parazitům; indukuje syntézu MHCI i MHCII;stimuluje syntézu IgG2 a inhibuje syntézu IgG2 a IgEB-buňkami

TNF αααα makrofágy, T-buňky, thymocyty, B-buňky, NK-buňky

působí nekrózu různých typů buněk, převážně nádorových; pleiotropníúčinky na široké spektrum buněk, např. reguluje proliferační a funkčníodpověď B- a T-buněk; stimuluje diferenciaci prekurzorů myeloidnířady; stimuluje expresi cytokin, MHC a prostaglandinů

TNF ββββ T – buňky má stejné účinky jako TNF ααααG-CSF monocyty, makrofágy,

T-buňky, fibroblasty, buňky endotelu

stimuluje proliferaci kolonií granulocytů; aktivuje granulocyty

GM-CSF T-buňky, monocyty, makrofágy, fibroblasty, buňky endotelu

stimuluje proliferaci prekurzorů granulocytů, makrofágů; aktivuje makrofágy, neutrofly, eozinofiy

M-CSF monocyty, makrofágy, fibroblasty

stimuluje růst kolonií monocytů a makrofágů; aktivuje monocyty

EPO ledviny stimuluje růst kolonií erytrocytů a megakaryocytůTGF ββββ krevní destičky, kosti -

matrix, placenta, ledviny, některé nádory

reguluje růst buněk (většinou inhibuje proliferaci vyvolanou působením hematopoietických cytokinů)

stejně jako u IFN αααα

Page 18: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

cytokin zdroj působení

PŘEHLED NEJDŮLEŽITĚJŠÍCH CYTOKINŮ - 1.

IL - 1 monocyty (+ téměřvšechny buňky s jádrem)

pyrogen, komitogenní faktor T-buněk; stimuluje uvolnění lymfokinůT-buňkami; aktivuje NK-buňky;stimuluje diferenciaci B-buněk

IL – 2 T – buňky růstový faktor T-buněk a thymocytů, zvyšuje cytotoxicitu, aktivuje NK-buňky, stimuluje diferenciaci B-buněk

IL - 3 T-buňky (+ žírnébuňky)

stimuluje proliferaci prekurzorů granulocytů, erytrocytů, megakaryocytů, makrofágů; aktivuje monocyty a makrofágy

IL - 4 T – buňky stimuluje syntézu IgG1 a IgE B-buňkami, proliferaci makrofágů, NK-buněk, T-buněk

IL - 5 T – buňky stimuluje diferenciaci a růst eozinofilů, proliferaci T- a B-buněk

IL - 6 T – buňky, makrofágy, monocyty, fibroblasty, buňky endotelu

stimuluje syntézu Ig B-buňkami; stimuluje proliferaci thymocytů, prekurzorů neutrofilů, makrofágů, megakaryocytů, myelomu, plazmacytomu, B-lymfomu

IL - 7 buňky kostní dřeně stimuluje proliferaci prekurzorů B- a T-buněk a T-buněk

IL - 8 monocyty, makrofágy, lymfocyty, fibroblasty, buňky endotelu

stimuluje chemotaxi neutrofilů a dalších leukocytů

IL - 9 T-buňky stimuluje proliferaci T-buněk bez přítomnosti antigenu a APC

IL - 10 T-buňky (+ žírné buňky) Inhibuje syntézu některých cytokinů (IFN γγγγ)

IL - 11 buňky kostní dřeně stimuluje proliferaci multipotentních prekurzorů leukocytů (synergie s IFN γγγγ) a prekurzorů megakaryocytů (synergie s IL – 3)

IL - 12 B-buňky stimulace NK-buněk, cytolyticých T-buněk, T-buněk aktivovaných lymfokiny

Page 19: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Přestože cytokiny představují velmi heterogenní skupinu proteinů, lze uvést některé jejich společné charakteristiky:

SPOLEČNÉ CHARAKTERISTIKY CYTOKINŮ

1) Nízká MW (< 80 kDa), často bývají glykosylovány (glykoproteiny)

2) účastní se imunity a zánětu, kde regulují intenzitu a délku trvání odpovědi

3) jsou produkovány - lokálně, po přechodnou dobu

4) působí autokrinně a parakrinně

5) jsou vysoce účinné (pM)

6) interagují vysoce specificky s povrchovými receptory

7) po vazbě na receptory indukují syntézu mRNA a receptorových proteinů

8) působí v síti, kde

- svoje efekty vzájemně ovlivňují (zejm. svoji produkci)

- indukují transmodulaci povrchových receptorů

- mohou působit na buněčné funkce aditivně, synergicky anebo antagonisticky

Page 20: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

cytokiny jsou polyfunkční

+

G-CSF

++

GM progenitor

cell

maturegranulocytes

GM progenitor

cell

maturemacrophages

maturegranulocytes

maturegranulocyte

myeloblast maturegranulocyte

phagocytosis

superoxide

G-CSFG-CSFG-CSF

GM-CSF

M-CSF

IL-6

multi-CSF

SCF

(a) (d)(c)(b)

(a) cell production is dependent on regulator stimulation

(b) induction of commitment to form cells in a restricted lineage

(c) initiation of maturation

(d) stimulation

of functional activity

Page 21: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

The role of IL - 1 in hematopoiesis

T-cellsendothelial cells

fibroblastsepithelial cells

IL-1

GM - CSF

ELAM - 1ICAM - 1

IL - 2

IL - 6

G - CSF

1. monocyte production and activation

2. proliferation of committedprogenitor cells (BFU-E, CFU-GM)

1. neutrophil activation

2. neutrophil production

3. stem cell activation

1. T - cell growth

2. Ig secretion

adhesion ofleukocytes to other cells

clonalexpansion ofdifferentiated

B - cells

ELAM - endothelial leukocyte adhesive molecule

ICAM - intercellular adhesive molecule

Page 22: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Network of cytokine interaction

GM - CSF

T cell B cell

macrophage

Bone marrow

IL - 3

IL - 1

IFN - γγγγ

IL - 2

IL - 4

IL - 1

LPS

TNF(-)TNF

G - CSF

Antibody

Page 23: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Autoregulace uvnitř systému granulocytů - makrofágů

CFU - C

MG

CFU - C

MG

CFU - C

MG

CFU - C

(GM - CFC)

CSF CSF CSFPGE2 CSF

CBA

inhi-

bitor

+-

různé koncentrace CSF zpětnovazebná stimulace a inhibice PGE

produkce inhibitoru tvorby CSF

G - granulocyty M - makrofágy

Page 24: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

SpolupSpolupůůsobensobeníí

„„regulreguláátortorůů rrůůstustu““

rozdrozdíílnlnéé chemickchemickéé povahypovahy

Page 25: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

The four important families of small organic molecules in cells

Page 26: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Growth factor

Receptor

DNA synthesis

Transducer

Effector

2nd messenger

Target

Regulatory proteins

RNA/protein synthesis

Tyrosine kinaseablerb B2/neufes/fpsfgrfynkitlck

met ret seasrctrk yes

Nuclearfosjun myb

mycski

Serine kinasemil/rafmospim-1

pksrafrel

G proteinrab ral

ras

Receptorbek erb B fkg

fmsmas ros

Growth factorfgf-5 hst

sis int-2

MEMBRANE

CYTOSOL

NUCLEUS

Receptor Receptor Receptor Receptor

Receptor tyrosinekinase

G protein

PLCγ

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

Page 27: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

MEMBRMEMBRÁÁNOVNOVÉÉSYSTSYSTÉÉMY MY a buna buněčěčnnéékompartmentykompartmenty

protientropickprotientropickééddůůsledkysledky

STRUKTURNÍ ÚLOHA

FOSFOLIPIDŮ V BUŇKÁCH

NEODDĚLITELNÁ OD BUNĚČNÝCH FUNKCÍ

Page 28: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Přirozené funkce membránových lipidů

STRUKTURNÍFUNKČNÍ

(REGULAČNÍ)

Page 29: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS

CYCLOOXYGENASES

EPOXYGENASES (P450) LIPOXYGENASE

S

CH2

CH CO NH CH2COOHNHCOCH2CH2CHCOOH

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:

Page 30: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Signal transmission systems

R

PLCAC

G

R

G

PKCPLA2

ATP cAMP PI

IP3

DAG

R

G

… receptor

… G-protein

arachidonic acid (AA)

prostaglandins (PG)

leukotrienes

Page 31: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Ca 2+

Ca 2+Ca 2+

Ca 2+

AA 5HETE LTC4LTA4 PIP2DAG

Tyr-K Tyr-K

PLA25-LOX

PKC PLC

+

Nuclear responses

EGF EGF

positive effect on cell proliferation– an example

Page 32: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Negative effect on cell proliferation– an example

cell cycle phases

e.g. G protein, kinase

PGE2Phorbol esters CSF-1 GM - CSFIL- 3

cAMP

PKC

PKC

CSF-1R (c- fms)

GM - CSF R

IL- 3R

tyr-P

EFFECTOR

RESPONSE

PKA

DNA synthesis

G0 G1 S

?

-

adenylylcyclase

+

-

Page 33: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Protein Protein kinaseskinases andandphosphatasesphosphatases

SIGNAL Ca2+

PtdIns(4,5)P2 PC

Phospholipase C Phospholipase A2 Phospholipase D

Ins(1,4,5)P3 DAG FFA LysoPC DAG

Ca2+

Transient PKC activation Sustained PKC activation

Early responsese.g. SecretionRelease reaction

Late responsese.g. ProliferationDifferentiation

Page 34: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

pokrapokraččovováánníí

Page 35: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

SpolupSpolupůůsobensobeníí

„„regulreguláátortorůů rrůůstustu““

rozdrozdíílnlnéé chemickchemickéé povahypovahy

Page 36: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

mRNARE

proteins

inhibition(NSAIDs)

membranephospholipids

nuclear receptorstranscription factors(NFκκκκB, PPAR, AP-1...)

signalcascade

membranefluidity

PUFAs

intracellularfunctions

membranephospholipids

SIGNAL

(e.g. cytokines)

secretion

insertion

dietaryn-6 PUFAs(AA, LA)

n-3 PUFAs

extracellular stimuli (cytokines, hormones, pollutants, irradiation)

eicosanoids

LOXs COXsP450s

arachidonic acid

ROS

lipid peroxidation

gene expressionDNA

Page 37: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

PLA 2

PLA 2

P

receptor

growth factorshormones

AA

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

cyclooxygenaseslipoxygenasesCP450 monooxygenases

eicosanoids

transcription factors

gene expressioncell growth

+

AccordingAccording to: A. to: A. SellmayerSellmayer etet alal.:.:

ProstaglandinsProstaglandins, , LeukotrienesLeukotrienesandand EssentialEssential FattyFatty AcidsAcids ;;

57: 353 57: 353 -- 357, 1997.357, 1997.

Page 38: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

ARACHIDONIC

ACID

MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS

INDOMETHACIN

DICLOPHENAC

MK - 886

NDGA ESC

5-LIPOXYGENASE

CYCLOOXYGENASES 12-LIPOXYGENASE

P450-MONOOXYGENASES

FLAP

Arachidonic acid: metabolic pathwaysand its possible modulations

abbreviations:ETYA = 5,8,11,14 -eicosatetraynoicacid ESC = esculetinNDGA = nordihydroguaiaretic acidFLAP = 5-lipoxygenase activatingprotein 9-HE = 9-hydroxyellipticinHETEs = hydroxyeicosatetraenoic acidsHPETEs = hydroperoxyeicosatetraenoicacids EETs = epoxyeicosatrienoic acidsSKF525A = proadifen

SKF525A,9-HE

ETYA

PROSTAGLANDINS

THROMBOXANE

SPROSTACYCLIN

S

12-HETEs

12-HPETEs

LEUKOTRIENES

EETs

HETEs

DIOLS

(15-LIPOXYGENASE)

Figure 1

Page 39: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

-90-70-50-30-101030507090

1 3 10 30 100

% kontroly

-90-70-50-30-101030507090

0,3 1 3 10 30

koncentrace (µµµµM)

% kontroly

Ibuprofen

-90-70-50-30-101030507090

1 3 10 30 100

koncentrace (µµµµM)

% kontroly

-90-70-50-30-101030507090

0,3 1 3 10 30

koncentrace (µµµµM)

% kontroly

PRODUKTYLIPOXYGENÁZ A CYKLOOXYGENÁZ

VORE VORE etet alal., J. ., J. ImmunolImmunol. : . : 11, 435 11, 435 -- 442, 1989 442, 1989

koncentrace (µµµµM)

NDGA

Esculetin Indomethacin

Page 40: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

some interactions

of TGF-β1 and AA metabolism with otherregulatory molecules

which should be studied(unknown effects)

effect

+lipoxygenase inhibitors(MK886, esculetin) +

differentiation agents(TPA, RA, DMSO)

lipoxygenases

leukotrienes

cell membraneTGF-β1 receptor

serin -threoninkinase

arachidonicacid

induction ofdifferentiation

inhibition ofproliferation

G1 SDNA synthesis

unknown well documentedcell cycle turnover

cytosol

nucleus

EETsHETEsdiols

prostaglandinsthromboxanes

p21 c-myc c-fos??

?? ?(G1 cyclins)

p27

p27Rb Rb

cyclin Ecyclin E

cdk2cdk2

P

P

?

cyclooxygenases

P450

TGF-β1β1β1β1

Page 41: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

P450

?EETsHETEsdiols

12 - LIPOXYGENASE

(15 - LIPOXYGENASE)

PROSTAGLANDINSTHROMBOXANESPROSTACYCLINS

LEUKOTRIENES

12 HPETs12 HETEsCYCLOOXYGENASES

?ARACHIDONIC

ACID

MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS

?

5 - LIPOXYGENASE

FLAP

ESC

MK-886

Page 42: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Zhodnocení dat: vymezení významných interakcípomocí matematické analýzy dat upřesnění modelových exp. podmínek pro detailnější studium mechanismů

Vytvoření souboru dat detekcí proliferace, diferenciace a apoptózy u buněk v definovaných časových intervalech

Ovlivnění metabolismu eikosanoidů

I. dodáním exogenníkyselimy arachidonové

(AA)

II. ovlivněním produkce eikosanoidůs využitím inhibitorů:

LPOLPOLPO nebo COCOCO nebo P450P450P450

TGF- β1 TGF- β1

TNFα TNFα

TGF-β1/ TNFα TGF-β1/ TNFα

diferenciace (+) po indukci do:

granulocytůnebo monocytů -makrofágů

+

-

Page 43: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

0 5 10 15 20

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Bio

log

ica

l re

spo

nse

(% o

f co

ntr

ol)

Factor 1 - concentration

Factor 2 -

concentration

An example of interactions of two factors (data from Eur. J. Pharmacol. 316, 349-357, 1996, see Publications.)

Page 44: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

MEK1

According to: Rizzieri: Drug Resistance Updates; 1: 359 - 376, 1998

EnvironmentalStress UV light

Ionizing RadiationChemotherapyXenobioticsO2, TM, Heat

Cytokines

MEKK1

ROS

SEK1

ERK1/2

p53

? Ceramide

PKC

Apoptosis

NFκκκκB

DNA damage

c-jun, c-fosantioxidantsHSP

AT

DNA-PK

c-Abl Ku

MDM2

GADD45 p21 PCNA replication

E2FRb-PiRbE2F

G1 Arrestc-Abl

S phaseReplication

ROSJNK/SAPK

c-Jun, ATF2c-myc

ras

Raf-1

GPL

SPL

NFκκκκB

Caspases

Apoptosis bax

Bcl-2

CytokinesFas-ligandTNF-alpha

Mitogens GrowthFactorsHormonesSerum

Nutrient/GF Deprivation? Heat

Page 45: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

differentiation

apoptosis(necrosis)proliferation

?%+-

t0 txtime (t)

Page 46: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

komunik

ace

inform

ace

materiální zázemí, finanční zdroje, atd.

komunik

ace

inform

ace

materiální zázemí, finanční zdroje, atd.

potenciál

Page 47: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

;;nněěkterkterááOBECNOBECNÁÁ VÝCHODISKAVÝCHODISKA, ,

DDŮŮLELEŽŽITITÁÁ PRO POSTIPRO POSTIŽŽENENÍÍ CHOVCHOVÁÁNNÍÍ A SMA SMĚĚROVROVÁÁNNÍÍ BUNBUNĚČĚČNÝCH NÝCH POPULACPOPULACÍÍ, Z NICH, Z NICHŽŽ LZE VYCHLZE VYCHÁÁZET, MOHOU BÝT TATOZET, MOHOU BÝT TATO:

- Zachování rovnováhy v nejširším slova smyslu mezi produkcí buněk (intenzitou proliferace) a jejich úbytkem (např. smrtí apoptózou) je podmínkou pro zachováníhomeostázy na tkáňové úrovni.

- Proto změny v intenzitě proliferace, diferenciace a apoptózy po působení jakýchkoli podnětů, jež mohou tyto procesy ovlivnit, lze chápat jako integrální ukazatele porušení této homeostázy.

- Vhodný způsob detekce těch změn, které vedou k trvalejšímu porušení rovnováhy mezi produkcí a úbytkem buněk může celkově odrážet nejen poruchy, které jsou základem tzv. proliferativních chorob (nádorových onemocnění), ale být i ukazatelem procesů vedoucích k obnově porušené rovnováhy.

- Parametry, jimiž lze postihnout tyto tendence, by proto měly být předmětem zájmunejen teoreticky orientovaných pracovníků, ale i laboratoří zabývajících se účinky škodlivých látek vnějšího prostředí, šlechtitelských a zejména klinicky orientovaných laboratoří.

Page 48: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

receptory

růstové signály

molekulysignálovétransdukce

molekuly zesilovacíkaskády

regulátorytranskripce

cykliny

CDKs

p27 p21 p16 p15

Page 49: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Summary of the mechanisms by which specific gene regulatory Summary of the mechanisms by which specific gene regulatory proteins control gene transcription in proteins control gene transcription in procaryotsprocaryots

Page 50: FYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ - is.muni.cz fileFYZIOLOGIE BUN ĚČ NÝCH SYST ÉMŮ Doc. RNDr. KozubíkAlois, CSc. -Doc. RNDr. HofmanováJiřina, CSc

Co by mCo by měělo být rozhodovlo být rozhodovááno nejdno nejdřříív:v:

ProPročč chceme studovat, jaký je opravdový zchceme studovat, jaký je opravdový záájem?jem?

Na zNa záákladkladěě ččeho se rozhodujeme?eho se rozhodujeme?

Kdy zaKdy začčíít a prot a pročč??

Kde zaKde začčíít?t?

JakJakéé mmááme mome možžnosti uplatnnosti uplatněěnníí

po skonpo skonččeneníí studia?studia?