Signalizace mezi buňkami
Cell-Cell Communication
Co musí buňka vnímat?
• přítomnost živin/růstových faktorů
• přítomnost toxických látek
• přítomnost signálů produkovaných okolními buňkami (podmínka správného růstu, vývoje celého mnohobuněčného organismu -koordinace)
Signál je receptorem zachycen buď na vnějším povrchu buňky nebo v cytoplazmě
Princip signalizace
- úlohu signálu zajišťují speciální molekuly
- pro jejich detekci jsou buňky vybaveny příslušnými receptory
Buňka je běžně vystavena mnoha signálům zároveň
B
C A
B
— přežívá
^^^^) —      dělí se
i \
každá buňka disponuje sadou receptoru, které určují na jaké signály bude reagovat
B
— diferencuje se
t \
zelená šipka: přežití červená šipka: dělení černá šipka: diferenciace
Uvnitř buňky přítomnost komplexu sianál-receptor vyvolá specifickou odpověď
• změnu genové exprese
• změnu aktivity metabolických enzymů
• změnu konfigurace cytoskeletonu
• změnu permeability membrány pro ionty
• aktivaci syntézy DNA
• smrt buňky
Zastavení buněčné odpovědi je podmíněno degradací nebo inaktivací signální molekuly
Rozdělení signálních drah podle rychlosti
reakce
ZMĚNĚNA BUNĚČNÁ PAMĚŤ
3 fáze zpracování signálu
1. Přijetí signálu a jeho konverze do „srozumitelné" podoby
EXTRACELLULAR FLUID
CYTOPLASM
O Reception
Receptor
Signal molecule
Plasma membrane
3 fáze zpracování signálu
2. Přenos signálu buňkou
EXTRACELLULAR FLUID
CYTOPLASM
	O Reception		
Receptor.			
© Transduction
Signal-transduction pathway
Signal molecule
Plasma membrane
3 fáze zpracování signálu
3. Buněčná odpověď
EXTRACELLULAR FLUID
CYTOPLASM
Receptor
r
Signal molecule
Signal-transduction pathway
Plasma membrane
O Reception		Q Transduction		© Response
Activation of cellular responses
Rozdělení signálů živočišných buněk podle dosahu
endokrinní (velká vzdálenost, krevní tok, difúze)
parakrinní (do mimobuněčných tekutin, lokální účinek)
svnaptické (neurony)
přímý kontakt (signální molekula je ukotvena v membráně a zároveň vystavena receptoru cílové buňky)
autokrinní (buňka produkční
je zároveň buňkou cílovou)
(B) Paracrine signaling
(A) Endocrine signaling
Některé buňky využívají i přímého propojení se
sousedními buňkami
Plasma membranes
Gap junctions between animal cells
Plasmo desmata between plant cells
a) Cell junctions
b) Cell-cell recognition
Typy signálů
• proteiny
• peptidy
• aminokyseliny
• nukleotidy
• steroidy
• mastné kyseliny a jejich deriváty
• plyny
Hormony a jejich receptory
Hormone
O
(First messenger)
Extracellular fluid
G-protein
Receptor
(Transducer)    Adenyl cyclase
Intracellular fluid
Adenosine triphosphate (ATP)
vi Cyclic AMP (cAMP)
Second messenger Target cell response
Hormone
Extracellular fluid
Ribosorrte
Translation
New proteins
Endokrinní systém
• Hypothalamus
• Hypofýza (adenohypofýza, neurohypofýza)
• Periferní endokrinní žlázy
• Cílové tkáně (buňky)
Hormony se podílejí na řízení:
1. Trávení, využití a tvorbě zásob živin
2. Růstu a vývoje
3. Metabolismu iontů a vody
4. Reprodukce
Princip řízení
Mechanismus zpětné vazby r negativní
pozitivní (autokrinní)
a) jednoduchá
b) komplexní - víceúrovňová
Source of releasing lactors
Source of ADH and oxytocin
Primary capillary plexus
To dural venous sinuses
Posterior pituitary
Superior hypophyseal artery
Artery of trabecula
ADH
Oxytocin
Hormones stored at fiber linings
Interior hypophyseal artery
Žlázy nezávislé na ose h y pot al am u s- hypofýza:
a) Endokrinní část pankreatu
b) Přístitná tělíska
c) Dřeň nadledvin
d) Renin-angiotensinový systém
(testosterone)
Endocrine cell
0*
Negativní zpětná vazba
Negative feedback and a decrease in hormone levels
Target cell
T
Physiologic response
CNS input
i
Hypothalamus
Physiologic effect
Regulační osy
Pleiotropní účinek
q v cílové struktuře ovlivnění více procesů
(př. insulin v kost.svalu: uptake glukózy
příjem AMK glykogeneze syntéza proteinů stimulace glykolýzy inhibice proteolýzy)
q stejný hormon - různý účinek v různých tkáních
Chemická charakteristika hormonů
q AMINY (z tyrosinu, malá velikost, hydrofilní)
- hydroxylace benzenového jádra- katecholaminy
- navázání jódu na benzenové jádro - thyroidní hormony
q PEPTIDY/PROTEINY (různá velikost molekuly, různé skupiny = rodiny: Insulinová-insulin, ILFI, ILFII, relaxin Glykoproteinová - LH, FSH, TSH, hCG Růstového hormonu - RH, PRL, hCS Sekretinu - sekretin, glukagon)
- seskupení podle homologní sekvence AMK a struktury - vývojem z původního „prahormonu" (platí i pro receptory)
Steroidy
- podle biologické aktivity - 6 skupin:
1. glukokortikoidy (kortizol) - regulace metabolismu
2. mineralokortikoidy (aldosteron) - regulace Na+ a K+
3. androgeny (testosteron) - testes, kůra nadledvin
4. estrogeny (estradiol) - ovarium, placenta
5. progestiny (progesteron) - ovarium, placenta - těhotenství
6. kalciferol (1,25 dihydroxycholekalciferol) - Ca2+
Transport hormonů
-   závisí na místu syntézy a místu působení Transport krví:
a) rozpustné ve vodě - aminy a peptidové hormony
b) nerozpustné ve vodě - steroidní hormony a TH
^ 90 % vázané na plazmatické proteiny - specifické ^1-10 % volné
Hormon vázaný
Receptory
= proteinové nebo glykoproteinové molekuly lokalizované v membráně nebo uvnitř buňky
q Schopnost rozpoznat a navázat hormon q Spuštění biologického účinku
= v endokrinním systému je základ komunikace mezi buňkami založen na receptorech
REGULACE POČTU RECEPTORU
1. „Down regulace" - nadbytek hormonu
2. „Up regulace"
ZMĚNA CITLIVOSTI RECEPTORU
- dlouhodobé vystavení působení hormonu - snížení
odpovědi na další působení
—► desensitizace - homologní (stejný hormon)
heterologní
Poruchy sekrece hormonů
Hypofunkce Hyperfunkce
Primární - dochází ke změněné sekreci hormonů, které svým účinkem působí změnu buněčného metabolismu, nebo změnu genové exprese v buňkách cílových tkání
Sekundární - nadměrná stimulace nebo inhibice normální periferní endokrinní žlázy
TGfCiární - změny v sekreci hormonů periferních žlaz způsobená vícestupňovou regulací
Diagnostika
• Analýza hladin hormonu
- Tonička sekrece
- Pul sní sekrece
• Dynamické testy
Hypothalamus
• Dochází zde ke koordinaci funkcí autonomního nervového systému, somatického nervového systému, zánětových faktorů a dalších vlivů s fcemi EŽ s cílem udržovat HOMEOSTÁZU vnitřního prostředí
• Různé anatomické části hypotalamu plní spec. fce:
- Produkce hormonů - stimulace endokrinně aktivních buněk adenohypofýzy
- Tvorba vazopresinu (ADH) a oxytocinu
- Termoregulace
- Ovlivňování činnosti autonomního nervstva a reflexního chování
- Regulace množství tukové tkáně
- Řízení příjmu potravy
Hypothalamus
Funkce hypotalamu:
1. regulace vegetativních funkcí (tlak, pulz, teplota, spánek)
2. metabolických funkcí (příjem a výdej tekutin, potravy...)
3. endokrinní regulace:
a) liberiny: tyreoliberin TRH
gonadoliberin Gn-RH korikoliberin CRH somatoliberin GH-RH
b) statiny: somatostatin SR-IH
kortikostatin CR-IH prolaktostatin PIH-dopamin
c) hormony neurohvpofvzv (antidiuretický hormon, oxytocin)
Poruchy hypotalamu
tumory, záněty, degenerativní procesy, operace, vrozené poruchy, traumata
1. poruchy termoregulace
2. poruchy spánku
3. poruchy regulace príjmu potravy
4. pubertas praecox
5. chorobné návaly vzteku
6. diabetes insipidus
Adenohypofýza
Hormony:
- somatotropní STH
- tvreotropní TSH
- folikuly stimulující FSH
- luteinizační LH
- adrenokortikotropní ACTH
(vznik z proopiomelanokortinu: ACTH,beta-endorfin, beta-lipotropin, melanostimulační hormon MSH)
Regulace činnosti adenohvpofvzv
-zpětná vazba z periferie (např. T3,T4) -řízení hypotalamické (liberiny, statiny)
Poruchy funkce adenohvpofvzv
1. ) snížení činnosti: panhypopituitarismus
jeden nebo dva hormony
2. ) zvýšení činnosti: pouze jednotlivé hormony (adenom),
často spojen s hypofunkcí ostatních hormonů
3. ) lokální syndrom z útlaku: bolesti hlavy, poruchy zraku
Akromegalie
- nadprodukce STH v dospělosti (v dětství gigantismus)
- adenom
- bolest hlavy, růst akrálních částí těla (nos, uši, brada, tlapovitá ruka, makroglosie, kardiomegalie, hypertenze), kloubní potíže, změny vizu (útlak chiasma opticum)
- při progresi hypopituitarismus ostatních hormonů (nedostatek gonadální, adrenální)
Cushingova choroba
- nadprodukce ACT H
- většinou adenom adenohypofýzy
- projevy podobné Cushingovu syndromu perifernímu (obezita, hypertenze, diabetes, strie, Psychosyndrom...), někdy hyperpigmentace (nadprodukce MSH)
Terapie:
- operace event. + rádioterapie
- po operaci substituce hormonů
Prolaktinom
adenom adenohypofýzy
zvýšená produkce prolaktinu
u žen poruchy plodnosti, menstruace, galaktorea
u mužů neplodnost, poruchy spermiogeneze, gynekomastie
Hypopituitarismus
-snížení funkce hypofyzárních hormonů -izolované nebo kombinované
Příčiny: expanzivní procesy (nádor, metastáza, krvácení), zánět
- procesy v hypofýze event. v hypotalamu
Projevy: -snížení STH, poté gonadotropní, TSH, ACTH
-STH: hypofyzární nanismus, dospělí: snížená svalová síla, tuk v oblasti břicha, osteoporóza,hypoglykemie
-TSH: hypotyreoza
-ACTH: centrální hypokortikalismus (nejsou pigmentace) -LH,FSH: poruchy sexuálního chování
Hypofýzami koma
- akutní destrukce hypofýzy (krvácení, infekce, ú raz..)
- pokles teploty až na 32 stupňů, chladná bledá suchá kůže, apatie, poruchy vědomí, hypotenze, křeče, hypoventilace
- hypoglykemie, acidoza, dehydratace (podobné Addisonově krizi + hypotyreoze)
Diabetes insipidus centralis
- snížení tvorby ADH (antidiuretický hormon) v hypotalamu Příčiny: - autoimunitní poruchy
- expanzivní procesy hypotalamu
- operace, úraz, zánět mozku
Projevy:
- neschopnost ledvin koncentrovat moč: polyurie 8-20 litrů denně, vysoká žízeň (polydypsie)
- možná i těžká dehydratace