Buňka x Zánět x Hojení
Buňka
Mitochondriální funkce/disfunkce
ROS
Hypoxie
Lysosomální funkce/disfunkce
Buněčná smrt
2
Buňka
vývoj organizmu se stává (na základě genetické informace) z
procesů:
– proliferace
• mitóza
• meióza
– diferenciace
– organizovaný zánik buněk
• apoptóza
nutnou podmínkou existence a fungování mnohobuněčného
organizmu je mezibuněčná komunikace
– se sousedními buňkami
– s mezibuněčnou hmotou
– se vzdálenými buňkami
Reprodukce buněk
• základní znak života
• nové bb. vznikají pouze dělením existujících bb.
• život každé buňky probíhá v reprodukčních cyklech:
– růst (zdvojení všech buněčných struktur)
– dělení (rozdělení genetického materiálu na dvě identické sady)
• reprodukce bb. zakódována v jejich gen. informaci - tendence
se neomezeně množit
• nutná regulace množení pro udržení integrity organismu jako
celku
Cíle reprodukce
reprodukce individua - tvorba gamet při meióze
ontogenetický vývoj – embryogeneze
udržení buněčné homeostázy – regenerace poškozených a
opotřebovaných bb.
v organismu asi 1013 bb., řada se jich stále obnovuje
(erytrocytů vzniká asi 2,5 .106 za sekundu)
porucha regulace vede k nekontrolovanému množení ⇒ nádorový
zvrat
Buněčný cyklus
je sled vzájemně koordinovaných událostí, které vyúsťují v růst a
rozdělení buňky na 2 bb. dceřiné
obvykle se dělí na:
– interfázi (90 % buněč. cyklu), dělí se na G1, S a G2 fázi
– mitotickou fázi (mitóza)
generační doba buňky = časové trvání bun. cyklu je variabilní - hlavně
variabilní délka G1 fáze
G1 (gap) 30 - 40 %
S (synthesis) 30 - 50 %
G2 (gap) 10 - 20 %
M (mitosis) 10 %
Regulace buněčného cyklu
• na rozdíl od jednobuněčných org., kde
dělení závisí na přísunu živin, je dělní u
mnohobuněčného organizmu vysoce
regulovaný proces
• podle potřeb organizmu
• růst
• náhrada za ztracené buňky
• nutné živiny + signály!
• některé buňky v organizmu se nedělí
• jsou ve fázi G0 (následuje po G1)
• regulace cyklu
• signály k dělní – růstové faktory
• EGF, TGFβ, PDGF, VEGF, bFGF, …
• prostřednictvím vazby na receptor vedou k aktivaci/deaktivaci
různých proteinů v buňce
• cykliny
• cyklin-dependentní kinázy
• transkripční faktory
• kontrolní body cyklu
Regulační proteiny
buněčného cyklu
(proto)onkogeny
– (1) cykliny
8 typů – A, B, C, D, E, F, G, H
specifické pro jednotlivé fáze cyklu
– (2) cdk (cyclin-dependent kinases)
9 typů – cdk1 – cdk9
pouze komplex cdk s cyklinem je aktivní
fosforylují seriny a threoniny cílových proteinů a aktivují je » např. Rb-protein
součástí komplexů cyklin/cdc jsou inhibitory cdc (např. p21), teprve jejich proteolýza
umožňuje aktivitu komplexu
zatímco hladina cdk zůstává během cyklu v podstatě konstantní, exprese cyklinů se
liší
- (3) růstové faktory (GF – growth factor) a jejich receptory
GF působí ve velmi malých koncentracích, většinou parakrinně
např. TGF-β, PDGF, EGF, VEGF, …
Regulační proteiny buněčného cyklu
supresorové geny
• kódují inhibiční proteiny zastavující b. cyklus
• velmi důležité jsou proteiny Rb a p53
• (1) Rb protein (ch. 13q14)
• mutace Rb (nejč. mikrodelece) vedou ke vzniku retinoblastomu (nádor sítnice)
• (2) p53 protein (ch. 17p13)
• “strážce genomu” – kontrola cyklu v G1 a G2 kontrolních bodech
• při poškození DNA se zvyšuje exprese p53
• funguje jako transkripční faktor
• mutace v supresorových genech jsou podkladem dědičných typů rakovin
• často názvy podle typu nádoru, který vzniká při jejich mutací, např.
• Rb (retinoblastom)
• WT (Wilmsův tumor)
• NF1 a NF2 (neurofibromatóza)
• APC (adenomatózní polypóza coli)
• VHL (von Hippel-Lindau syndrom
Dělení buněk
Dělení buněk a jeho poruchy
• Mitóza
2 dceřinné buňky s diploidním počtem chromozomů
• Meióza
2 dceřinné buňky s haploidním počtem chromozomů
• vznik pohlavních buněk (spermie, vajíčko)
• Poruchy
– porucha rozdělení sesterských chromozomů = aneuploidie
(změna počtu chromosomů v sadě)
• monosomie
• trisomie (autosomů i gonosomů)
• Downův sy. (47, XX/XY + 21)
• Edwardsův sy. (47, XX/XY +18)
• Patauův sy. (47, XX/XY +13)
• Turnerův sy. (45, X0)
• Klinefelterův sy. (47, XXY)
– porucha rozdělení celých sad = polyploidie u člověka
neslučitelné se životem
Diferenciace a její poruchy
diferenciace = vyzrávání k určitým úkolům na základě stimulace mimobuněčnými
faktory (růst. faktory, cytokiny)
změna genové exprese
změna struktury
změna funkce
pluripotentní kmenová buňka (PKB)
schopnost diferencovat se v jakoukoliv buňku daného orgánového
systému (tj. “zásoba”)
- funkčně plnohodnotná náhrada = regenerace rychlá pokožka,
střevní epitel, krvetvorná tkáň, děložní sliznice
- pokud není možnost – náhrada vazivem nebo glií = reparace
Transport iontů a nízkomol. látek přes
membránu
Pasivní
prostá difuze
nízkomolekulární látky bez náboje
O2, CO2, NO, voda (osmotický tlak), močovina, etanol
nevyžaduje energii, rozhodující je koncentrační
gradient
facilitovaná (usnadněná) difuze
uniport
podle koncentračního gradientu, nevyžaduje energii
nutné specifické nosiče (= saturovatelnost) » glukóza a
jiné cukry
symport/antiport
přenos látek proti koncentračnímu gradientu → energii
dodává gradient Na+ » glukóza, aminokyseliny, Ca2+
iontové kanály
buněčná membrána je prakticky neprostupná pro ionty
tok podle elektrochemického gradientu
vrátkování („gating“)
elektrické
ligandem
mechanické
změny koncentrace Ca2+ a H+ („gap junctions“)
podmiňují membránový potenciál
Aktivní = pumpy
energie z ATP
nutný k udržení membránového
napětí a buněčného objemu, vytváří Na+ gradient
pro symporty a Antiporty
Na+/K+-ATPasa
Ca2+-ATPasa
H+-ATPasa
Membránový potenciál
•způsoben rozdílem nábojů na obou stranách
membrány
•určen zejm. 4 hlavními ionty
•Na+, K+, Cl-, organické anionty
•uvnitř buňky záporný náboj jako výsledek
•existence “fixních” intracelulárních aniontů buněčné
proteiny
•činností elektrogenní Na+/K+ ATPázy
•přesun kationtů v poměru
•3Na ven : 2K dovnitř
•nutný pro excitabilitu tkání
Transport vysokomolekulárních látek přes
membránu
sekrece/pohlcení proteinů
endo-/exocytóza
specializované proteiny
za účasti Ca2+
pinocytóza
ve vodné fázi
fagocytóza
pomocí receptorů ve
specializovaných buňkách
Typy buněčné komunikace
Přímým kontaktem
•spojovacími komplexy (nexy)
•kontaktem molekul na površích buněk
(embryonální indukce a imunitní systém)
Prostřednictvím vylučovaných molekul
•parakrynní -chem. mediátory ovlivňují b. pouze v
nejbližším okolí
•autokrynní - b. vysílající signály pro b stejného
typu mohou příjmat své vlastní signály
•synaptická přenos neurotransmitérů v
synapsích, v podstatě parakrynn
•vzdálená - hormonální (endokrynní) – hormony
do krve, specifická, relativně pomalá
Mezibuněčná komunikace
komunikace buněk se sousedními, vzdálenými buňkami a s mezibuněčnou hmotou prostřednictvím:
adhezivních proteinů:
integriny (α- a β-podjednotky)
spojení epitelových buněk k bazální membráně
Adheziny
podobné imunoglobulinům (CD4, CDE8, TCR)
ICAM (InterCellular Adhesion Molecule)
VCAM (Vascular Cell Adhesion Molecule)
PECAM (Platelet-Endothelial Cell Adhesion Molecule)
NCAM (Neural Cell Adhesion Molecule)
selektiny (ligandy pro integriny)
E-selektin - endotel
L-selektin - leukocyty
P-selektin - destičky
kadheriny (Ca2+-dependentní transmembránové molekuly)
prostřednictvím kateninů vázány k cytoskeletu
membránových a nitrobuněčných receptorů pro cirkulující ligandy
neurotransmitery
hormony
transmembránové
intracelulární
cytokiny
růstové faktory
mezibuněčných spojů („tight/gap junctions“)
Mitochondrie
̶ Produkce ATP k pokrytí buněčných potřeb
̶ Metabolismus aminokyselin
̶ Regulace redoxních dějů buňky
̶ Syntéza hemu
̶ Diferenciace a aktivace procesů imunitních buněk
̶ Výsadní role v programu buněčné smrti
18
Mitochondriální síť
Mitochondriální „fusion and fission“
̶ Proces odpovídající na
extra- a intracelulární
změny
̶ Změny dodávky živin,
energie nebo redox stavu,
během diferenciace „celltype
dependent“ charakteru
19
Front. Cell Dev. Biol., 2017
Mitochondriální fúze a štěpení
̶ Odpověď na metabolický/patogenní podnět
̶ FÚZE = autonomní integrace
̶ 1. fúze vnější membrány mezi 2 sousedními
mitochondriemi
̶ Řízené - mitofusin 1 a 2
̶ 2. fúze vnitřní membrány
̶ cardiolipin, dynamin-like GRPase optic atrophy (OPA)
̶ důležité pro udržení integrity mitochondriální
DNA a buněčné dýchání20
Research Reports in Clinical Cardiology 2014(default):111
Mitochondriální fúze a štěpení
̶ ŠTĚPENÍ
̶ důležité pro mitochondriální dědičnost pro
dceřinné buňky během buněčného dělení
̶ při poškození a odstranění - poškozené
mitochondrie „usnadňují“ své odstranění
pomocí mitofagie
21
Research Reports in Clinical Cardiology 2014(default):111
Mitochondrie a ROS
̶ produkce reaktivních forem kyslíku
̶ generované mitochondriemi prostřednictvím elektronového
transportního řetězce
̶ vedlejší produkt při produkci energie, důsledek β-oxidace
mastných kyselin, vystavení záření, světlu, kovům a redoxním
látkám
̶ ROS funkce:
̶ druzí poslové v různých signálních drahách
Imunitní buňky: Ca2+-NFAT signální dráha – kritická pro aktivaci T lymfocytů.
̶ ROS mohou také ničit bakteriální patogeny, ale
̶ pokud jsou nadměrně produkovány - poškodí
produkující buňku nebo sousední buňky.
22
Int. J. Mol. Sci. 2019, 20(18), 4407
Místa produkce ROS
̶ mitochondriální ROS (mROS)
jsou produkovány jako vedlejší
produkty bioenergetického
metabolismu
̶ Cyt c, cytochrome c; MAO, monoamine
oxidase; NOX-4, NADPH oxidase 4;
VDAC, voltage-dependent anion channel
23
Mitochondrie, ROS a imunitní buňky
̶ prozánětlivé buňky - aktivované
monocyty a aktivované T a B
buňky – glykolýza
̶ regulační buňky - regulační T
lymfocyty nebo M2 makrofágy zvyšující
mitochondriální funkci a
beta-oxidaci
24
Biochimicaet Biophysica Acta (BBA) - MolecularBasis of Disease
Volume 1866, Issue 10, 1 October 2020, 165845
Vliv mitochondrií na imunitní reakci
̶ mitochondriální DAMPs
̶ v extracelulárním prostoru a v cirkulaci.
̶ mitochondriální proteiny
̶ FRP receptory - produkce chemoatraktantů.
̶ mitochondriální ROS
̶ intracelulární signalizace, poškození buněk.
̶ mitochondriální ATP a Kardiolipin
̶ aktivují NLRP3 inflamasom nebo TLR4 - produkci
prozánětlivých cytokinů.
̶ mitochondriální DNA
̶ aktivuje TLR9, NLRP3 inflammasomy nebo dráhu
cGAS - produkce prozánětlivých cytokinů.
25
Biochimicaet Biophysica Acta (BBA) - MolecularBasis of Disease
Volume 1866, Issue 10, 1 October 2020, 165845
Mitochondrie - indukce imunitní odpovědi
̶ „mitochondrial danger associated molecules“ (DAMPs) that resemble
structures of bacterial derived pathogen associated molecular patterns
(PAMPs)
̶ mitochondriální DAMPS - mitochondrial DNA with hypomethylated CpG motifs, specific lipid
present in prokaryotic bacteria and mitochondria, i.e. cardiolipin.
̶ via DAMPs mitochondrie řídí imunitní odpověď
̶ mitochondriálí DAMPs - negativní vliv- uvolňovány poškozenými
buňkami bez přítomnosti infekce - nežádoucí zánětlivá reakce, která
vede k poškození tkání a dysfunkci orgánů
26
Clin Microbiol Rev. 2012 Oct; 25(4): 609–634.
Oxidační stres
̶ výsledek nerovnováhy mezi
produkcí ROS a antioxidací
̶ patologické změny u živých organismů
̶ rakovina, ateroskleróza, neurologické nemoci, stárnutí a cukrovka,
poškození buněčných složek (DNA, RNA, lipidy, a proteiny)
̶ ne-enzymatická obrana:
̶ flavonoidy, vitaminy (A, C, and E), a glutathion
̶ enzymatické antioxidanty:
̶ Superoxide dismutase (SOD), superoxide reductase, catalase,
glutathione peroxidase, glutathione reductase, peroxiredoxins
(Prdxs), and thioredoxins (Trx)28
Int. J. Mol. Sci. 2019, 20(18), 4407
Mitochondriální disfunkce
29
Nature Reviews MolecularCell Biology volume 17, pages308–321(2016)
Mitochondriální disfunkce
30
Mitochondriální disfunkce
̶ mutace v mitochondriální DNA a
oxidační stres - rizikový faktor pro
neurodegenerativní onemocnění
̶ mitochondriální dysfunkce se objevuje brzy a
působí kauzálně v patogenezi onemocnění
̶ pro nemoc specifické proteiny
interagují s mitochondriemi
31
Nature volume 443, pages787–795(2006)
Oxidační stres
32
Oxidative Medicine and
Cellular Longevity 2019
Mitochondriální disfunkce
33
Oxidative Medicine and Cellular Longevity 2019
Mitochondriální disfunkce
34
Oxidative Medicine and Cellular Longevity 2019
Mitochondriální dysfunkce a srdce
35
European Society of Cardiology Journals 23. 10. 2018
Mitochondriální dysfunkce a parodontitida
Definujte zápatí – název prezentace nebo pracoviště36 Journal of Periodontal ResearchVolume 58, Issue 5Oct 2023
Efekt na buňky
Definujte zápatí – název prezentace nebo pracoviště37
Journal of Periodontal ResearchVolume 58, Issue 5Oct 2023
Kyslík?
̶ Parodontitida úzce souvisí s
hypoxickým mikroprostředím.
̶ saturace kyslíkem v
parodontálním mikroprostředí je
snížená až o 6 %.
Definujte zápatí – název prezentace nebo pracoviště38
Pathogens 2021, 10(10), 1280
Mitochondrie a hypoxie
39
Nature Reviews Cancer volume 2, pages38–47(2002)
Mitochondrie a hypoxie
̶ Akutní vs. chromická
̶ decreased flux through the
tricarboxylic acid (TCA) cycle
̶ activity of the electron transport
chain (ETC)
̶ hypoxia-induced ROS, …
̶ nízký vs. limitní/žádný O2
40
Mitochondrie až k buněčné smrti
Definujte zápatí – název prezentace nebo pracoviště41 Int. J. Mol. Sci. 2024, 25(2), 1024
Buněčná smrt
Definujte zápatí – název prezentace nebo pracoviště42
Current Aging Science Volume 10 , Issue 1 , 2017
Buněčná smrt
Apoptóza:
programovaný proces
kondenzace chromatinu - fragmentace jádra
odbourání cytoskeletu („scvrknutí“ buňky)
fragmentace chromozomální DNA (180 bp)
mitochondrie zůstávají intaktní
buněčná membrána se vychlipuje
umírající buňka je fagocytována sousedními
buňkami
Nekróza:
smrt buňky obvykle vyvolaná zraněním
bobtnání organel
poškození mitochondrií
celková dezintagrace buňky
uvolnění nitrobuněčných komponent
vznik zánětu
Apoptóza versus nekróza
Zánět
Zánět
Reakce akutní fáze
Cytokiny, chemokiny
45
Zánět
→je soubor reakcí , které se objevují po tkáňovém poškození nebo
infekci nebo imunologické stimulaci jako obrana proti cizím, nebo
alterovaným vlastním substancím.
→Zánětlivé reakce zahrnují četné biochemické a celulární alterace,
jejichž rozsah koreluje s rozsahem iniciálního traumatu. Nevhodná
aktivace zánětlivých odpovědí jako bazální příčina nemocí.
Zánět
̶ Reakce živého organismu na poškození.
̶ 3 hlavní funkce:
̶ Tvorba akutního zánětlivého exsudátu. Ten přináší proteiny,
tekutinu a buňky z krve do poškozené oblasti, kde posiluje
lokální obranyschopnost.
̶ Destrukce a eliminace příčinného činitele (např. bakterií,
pokud jsou přítomny).
̶ Rozklad a likvidace poškozené tkáně (debris).
Etiologie a patogeneze
̶ Fyzikální poškození
̶ Chemické látky
̶ Biologické poškození (např. mikroorganismy).
Typy zánětu
̶ Akutní
̶ Chronický
̶ Lokální
̶ Systémový
SYSTÉMOVÉ A MÍSTNÍ KLINICKÉ
SYMPTOMY AKUTNÍHO ZÁNĚTU
Systémové příznaky
horečka
tachykardie
hyperventilace
únavnost
ztráta chuti k jídlu
Lokální příznaky
calor
rubor
dolor
tumor
functio laesa
PŘÍZNAKY ZÁNĚTU A KORESPONDUJÍCÍ
CHEMICKÉ MEDIÁTORY
Zánětlivá odpověď Chemický mediátor
Otok, zčervenání, zteplání Histamin, PG, LT, bradykinin
Tkáňové poškození Lysosomy, látky z M a dalších
zánětlivých buněk
Chemotaxe Komplement, chemokiny
Bolest Prostaglandiny, bradykinin
Horečka IL-1 a IL-6
Leukocytóza TNF a IL-8
Lokální zánětlivé reakce
̶ Zvýšený průtok krve oblastí poškození
̶ Zvýšení permeability cév
̶ Řízený a přímý influx a selektivní
akumulace různých efektorových buněk z
periferní krve v místech poškození
̶ a/rychlá, nespecifická(antigenně) fagocytární
odpověď-neutrofily
̶ b/pozdní odpověď- monocyty- makrofágy, specifické
T a B lymfocyty+ exsudace plasmy
Dynamika zánětlivé reakce
̶ Aktivované zánětlivé buňky (M-M, T,B lymfocyty) samy produkují protektivní a prozánětlivé
molekuly.
̶ Zánětlivé buňky exprimují zvyšující se počet buněčných povrchových proteinů a
glykoproteinů, tzv. adhesivních molekul.
̶ Aktivované endoteliální buňky exprimují receptory pro adhesivní molekuly. Počet těchto
receptorů je regulován a umožňuje precizní směrování požadovaného počtu cirkulujících
leukocytů do místa zánětu.
̶ Celulární přichycení (“attachment”) imunitních buněk k endotelu v cévách v oblasti zánětu
zabraňuje možnosti, že by mohly místo zánětu minout, a je klíčovým krokem pro extravazaci.
AKUTNÍ ZÁNĚT-TYPY PODLE EXSUDÁTU
̶ Serózní
̶ Katarální
̶ Fibrinózní
̶ Hemorhagický
̶ Purulentní
̶ Membranózní
̶ Pseudomembranózní
̶ Nekrotizující (gangrenózní) zánět
SYSTÉMOVÉ MANIFESTACE ZÁNĚTU
1. Horečka
2. Reakce akutní fáze
Justin Root
PŘÍZNAKY ZÁNĚTU A KORESPONDUJÍCÍ
CHEMICKÉ MEDIÁTORY
Zánětlivá odpověď Chemický mediátor
Otok, zčervenání, zteplání Histamin, PG, LT, bradykinin
Tkáňové poškození Lysosomy, látky z M a dalších
zánětlivých buněk
Chemotaxe Komplement, chemokin
Bolest Prostaglandiny, bradykinin
Horečka IL-1 a IL-6
Leukocytóza TNF a IL-8
Systémové manifestace zánětu
→Horečka
Polymorfonukleáry a makrofágy produkují endogenní pyrogeny, které resetují
termoregulační centrum v hypotalamu na vyšší teplotu. Uvolnění endogenních
pyrogenů je stimulováno fagocytózou, endotoxiny a imunitními komplexy.
→Klinické symptomy
Únava, anorexie, nausea. Ztráta hmotnosti u chronického zánětu.
Zduření lokálních nebo systémových lymfatických uzlin se objevuje pravidelně;
splenomegálie u některých specifických infekcí (např. malárie, infekční
mononukleóza).
Systémové manifestace zánětu
Mol Cancer Res; 11(9); 967–72. ©2013 AACR.
SYSTÉMOVÉ PŘÍZNAKY AKUTNÍHO
ZÁNĚTU
̶ Hematologické změny
̶ Zrychlená sedimentace erytrocytů. Častý nespecifický příznak systémového zánětu.
̶ Leukocytóza
̶ Neutrofilie se objevuje u pyogenních infekcí a tkáňové destrukci; eozinofilie u parazitárních infekcí;
̶ Lymfocytóza u chronických infekcí (např. TBC), u mnoha virálních infekcí
̶ Monocytóza u infekční endokarditidy a některých bakteriálních infekcí (TBC)
̶ Anémie
̶ Ztráta do zánětlivého exsudátu (ulcerativní kolitis);
̶ Hemolýza (v přítomnosti bakteriálních toxinů)
̶ „anémie u chronických zánětlivých onemocnění“ jako důsledek toxického útlumu kostní dřeně.
̶ Amyloidóza
̶ Dlouhotrvající chronický zánět (např. u revmatoidní artritidy) může zvýšit sérový amyloid A protein
(SAA),což může vést k depozici amyloidu do tkání
Anémie chronických chorob
vs. anémie z nedostatku
železa
Anémie chronických chorob Anémie z nedostatku železa
Serum Iron Reduced Reduced
Transferrin Reduced to normal Increased
Transferrin Saturation Reduced Reduced
Ferritin Normal to increased Reduced
Soluble transferrin receptor Normal Increased
Cytokine level Increased Normal
Hepcidin Increased Reduced
Bone marrow iron stores Normal to increased Reduced
Erythrocytes Normal, microcytes Microcytes
J Clin Invest. 2007;117(7):1755-1758. https://doi.org/10.1172/JCI32701.
Změny při zánětu Zvýšení Pokles
Buněčné Fagocytující buňky
(v krvi i místně)
Erytrocyty
Metabolické Proteiny akutní fáze
serová Cu
katabolismus bílkovin
glukoneogeneze
Sérové Fe, sérový Zn
syntéza albuminu
transtyretin, transferin
Endokrinní glukagon
insulin
ACTH
GH
T4
kortisol
aldosteron
vasopressin
T3
TSH
Reakce akutní fáze
→Je systémová reakce na lokální nebo systémový imunologický stres způsobený infekcí,
tkáňovým poškozením, traumatem nebo neoplastickým růstem.
→V místě léze uvolňují lokální prozánětlivé buňky neutrofily a makrofágy- prozánětlivé cytokiny
(TNF-α/β, IL-1α/β, IL-6, INF-α/γ a IL-8) do krve.
→Tyto cytokiny aktivují různé cílové buňky, což vede k aktivaci hypotalamu, redukci sekrece
růstového hormonu a dalším dějům charakterizovaným jako horečka, anorexie a
katabolismus svalových buněk.
→Při dostatečně vysoké hladině prozánětlivých cytokinů (zejména IL-6) v periferní krvi játra
odpovídají změnou exprese proteinů akutní fáze.
Reakce akutní fáze
̶ Metabolické změny: pokles LDL a HDL v krvi, nárůst ACTH a
glukokortikoidů, aktivace komplementu, pokles hladin Ca++, Zn,
Fe, vitaminů rozpustných v tucích a změny v koncentracích
proteinů akutní fáze.
̶ Smysl reakce: zábrana mikrobiálního růstu a pomoc při obnově
homeostázy (limitace poškození navozených vlastním zánětlivým
procesem).
63
Proteiny akutní fáze
̶ Je třída proteinů, jejichž plasmatická
koncentrace stoupá (pozitivní proteiny akutní
fáze) nebo klesá (negativní proteiny akutní
fáze) v odpovědi na tkáňové poškození.
̶ Tato reakce se nazývá reakce akutní fáze
(AFR).
64
N Engl J Med 1999; 340:448-454
DOI: 10.1056/NEJM199902113400607
Pozitivní proteiny akutní fáze
̶ (1) ceruloplasmin a složka komplementu C3
̶ (2) haptoglobin, fibrinogen, a-globuliny a LPS-binding
proteinázy
̶ (3) C-reaktivní protein a sérový amyloid A
̶ Funkce:
̶ Opsonizace a vychytávání bakterií a jejich produktů
̶ Aktivace komplementu
̶ Vychytávání volného hemoglobinu a radikálů
65
Biotechnology Advances Volume 34, Issue 3, May–June 2016
Funkce Protein akutní fáze Nárůst v průběhu
Inhibitory proteáz Alfa 1-antitrypsin
Alfa 1-antichymotrypsin
4 x
6 x
Koagulační proteiny (serin
proteinázy)
fibrinogen
prothrombin
factor VIII
plasminogen
8 x
Složky komplementu C1s
C2b
C3, C4, C5
C9
C5b
2 x
Transportní proteiny haptoglobin
hemopexin
feritin
8 x
2 x
4 x
Scavengerové proteiny ceruloplasmin 4 x
Různé alfa1-kyselý glykoprotein
(orosomukoid)
serum amyloid A protein
C-reactive protein
4 x
1000 x
1000 x
66
C-reaktivní protein
̶ CRP aktivuje komplement
̶ CRP se váže na chromatin pocházející z
mrtvých buněk a na zbytky buněk, který je nutno
z cirkulace odstranit fagocytózou, a to přímo,
vazbou na receptory Fc, C3b nebo CRP.
̶ Inhibice destičkové agregace snižuje riziko
trombózy.
̶ CRP se váže na LDL.67
N Engl J Med 1999; 340:448-454
DOI: 10.1056/NEJM199902113400607
Negativní proteiny akutní fáze
̶ Pokles albuminu, transferinu, kortisol-binding globulinu, transthyretinu a
vitamin A binding proteinu vedou dočasně ke zvýšené nabídce volných
hormonů, které se na tyto bílkoviny obvykle vážou.
̶ Transthyretin (prealbumin vážící thyroxin, transportuje hormony štítné žlázy z
plexus choroideus do mozkomíšního moku) inhibuje produkci IL-1β monocyty
a endoteliálními buňkami. Jeho pokles je tedy možno považovat za
prozánětlivý mechanismus. Tyto změny krevních bílkovinných profilů zřejmě
částečně souvisí s hladověním a katabolismem ve svalech. Jde také o
nabídku aminokyselin pro produkci pozitivních proteinů akutní fáze.
68
Cytokiny
̶ Definice je problematická. Podle dnešních
kritérií se považuje za generické jméno
velmi variabilní skupiny solubilních proteinů
a peptidů, které fungují jako humorální
působky v piko- až nM koncentracích a
které modulují funkční aktivity jednotlivých
buněk a tkání za fyziologických a
patofyziologických podmínek. Tyto procesy
také modifikují interakci mezi buňkami
přímo a ovlivňují procesy v extracelulární
matrix. Nature Reviews Immunology volume 19, pages205–217(2019)
Cytokiny
→Působí také jako růstové faktory (mitogenně nebo antimitogenně),
jako celulární „survival“ faktory (zabraňující apoptóze) a jako
faktory transformační.
→Glykoproteiny sekretované buňkami klasickými sekrečními
cestami. Mnohé ve formě vázané na membrány. Rovnováha mezi
solubilními a membránovými formami zřejmě sama o sobě
regulujícím faktorem. Většina se neskladuje v buňkách (kromě
TGF a PDGF v destičkách).
Rozdíly mezi cytokiny a peptidovými
hormony
→Cytokiny působí na širší spektrum buněk než hormony
→Cytokiny nejsou produkovány specializovanými buňkami
organizovanými do specializovaných žláz
→Místa jejich sekrece primárně neurčují místo jejich cílového
působení (některé cytokiny jsou totožné s enzymy-PD-ECGF)
Cytokiny
➢Nenavozují odpověď přímo. Stimulují nebo inhibují produkci
specifických DNA vazných proteinů, které kontrolují expresi
dalších genů. Cytokin ve vazbě na receptor vyvolává (hod)
expresi immediate early response genes (IEG, několik set).
Genové produkty těchto genů se pak vážou na promotorové
elementy tzv. delayed early response genes (DEG).
Cytokiny
➢pleiotropní, tj. vykazují několikeré biologické aktivity.
➢Cytokiny s mnohonásobnými účinky se čato ve svých aktivitách
přesahují a jednotlivé buňky vstupují do interakce s nimi
zdánlivě identickým způsobem.
➢Jsou tedy funkčně nahraditelné, nebo alespoň částečně
funkčně kompenzovatelné.
Cytokiny
→Účinné modulátory během embryogeneze a organogeneze.
Jejich aktivity v pozdějším životě se mohou od působení v tomto
období výrazně lišit.
→Typy cytokinů (nazvy často podle buněčného původu nebo
první objevené funkce:
→Interleukiny, lymfokiny, monokiny, interferony, CSF aj.
International Journal of Oral Science volume 11, Article number: 30 (2019)
“cytokine storm”
̶ extreme increase in inflammatory
cytokines, including IL-1β, IL-2, IL-
6, IL-7, IL-8, IL-10, granulocytecolony
stimulating factor (G-CSF),
granulocyte macrophage-colony
stimulating factor (GM-CSF),
interferon-inducible protein-10
(IP10), monocyte chemotactic
protein 1 (MCP1), macrophage
inflammation protein-1α, IFN-γ, and
TNF-α.
76
SignalTransduction and Targeted Therapy volume 5, Article number: 128 (2020)
77
Journal of Infection 80 (2020) 607-613
Chemotaxe
→Je řízený pohyb buněk v koncentračním gradientu solubilních
extracelulárních látek.
→Chemotaktické faktory, chemotaxiny nebo chemoatraktanty.
→Pozitivní chemotaxe=buňky směřují do míst s vyšší koncentrací
chemotaktických faktory (CHF).
→Negativní chemotaxe=buňky se pohybují od míst s vyšší koncentrací
CHF.
→Chemokineze=buňky se pohybují neřízeně
→Chemoinvaze=buňky se pohybují přes bazální membránu
Chemotakticky aktivní faktory
̶ Funkce:
→ Účast v imunitní odpovědi
→ Zánět
→ Hojení ran
→ Celkové systémové reakce po tkáňovém nebo
orgánovém poškození
Chemotakticky aktivní faktory
→C5A
→Oligopeptidy bakteriálního původu
→Intermediální produkty lipidových metabolismů (AA a LTB4)
→Cytokiny, růstové factory
→Chemokiny
Chemotakticky aktivní faktory
→Biologická aktivita těchto faktorů je řízena pomocí specifických
receptorů na buněčném povrchu, jejich exprese je pozitivně
nebo negativně modulována téměř všemi cytokiny.
→V chemotaktické odpovědi buněk se aktivně účastní také
extracelulární matrix, celulární adhesivní molekuly, cytoskelet a
některé nízkomolekulární substance.
Chemokiny
→Tvoří rodinu cytokinů, indukovatelných prozánětlivou aktivací.
8-10kDa, 20-50% sekvenční homologie, podobná genetická a
terciární struktura. Všechny tyto proteiny poskytují množství
konzervovaných cysteinových zbytků, které se účastní v tvorbě
intramolekulárních disulfidových vazeb.
Funkce chemokinů
➔1. esenciální mediátory normálního pohybu leukocytů
➔2. podpora zánětu
➔3. indukce chemotaxe
➔4. aktivace zánětlivých buněk
a/ aktivace granulocytů a makrofágů s následným oxidativním vzplanutím, degranulací a
releasem lysosomálních enzymů
b/ovlivnění imunitních buněk k odpovědi na suboptimální množství zánětlivých mediátorů
c/ mocné uvolňovací faktory pro histamin z bazofilů
➔5. indukce proliferace a aktivace NK (CHAK-chemokine-activated killer)
➔6. modulace hemopoézy (BFU-E, CFU-GH, CFU-GEMM)
➔7. modulace angiogenezy
➔8. modulace nádorového růstu
➔9. účast v patogeneze infekcí viry HIV (chemokiny mohou suprimovat infekci
HIV-1, chemokinové receptory slouží prostřednictvím
Hojení
85
Hojení ran
̶ Je opravný proces, který navazuje na poškození kůže a měkkých
tkání.
̶ Hojení je interakce komplexní kaskády buněčných reakcí, které
vedou k obnovení povrchu, rekonstrukci a o obnovení napětí
poškozené tkáně.
̶ Hojení je systémový proces, tradičně popisovaný třemi fázemi:
zánět, proliferace, remodelace
Hojení ran
̶ Zánětlivá fáze: vytváří se trombus a zánětlivé buňky
odstraní debris poškozené tkáně.
̶ Proliferační fáze: epitelizace, fibroplazie a
angiogeneze; vytváří se granulační tkáň a rána se
začíná stahovat.
̶ Remodelační fáze: Kolagenní vlákna vytváření pevné
vazby s jinými kolagenními vlákny a molekulami bílkovin:
tak se zvyšuje napětí v jizvě.
I. Zánětlivá fáze
̶ Trvání:od poškození 2-5 dní
̶ Hemostáza
̶ Vazokonstrikce
̶ Agregace destiček
̶ Koagulace
̶ Zánět
̶ Vazodilatace
̶ Fagocytóza
Zánětlivá fáze
̶ Tělo rychle odpovídá na jakékoliv narušení kožního povrchu.
̶ Na začátku procesu hojení se rozvíjí vaskulární a celulární
odpověď na poškození.
̶ Hlubší poranění kůže vede k poškození mikrocirkulace a
následnému krvácení.
̶ Během sekund se dochází k vazokonstrikci v místě poškození,
která má za cíl omezit místně krvácení.
̶ V průběhu minut se krvácení zastavuje pomocí aktivace
primární hemostázy (aktivace a agregace destiček) a
koagulace (tvorba trombu).
Zánětlivá fáze
✓Vazokonstrikce rozvíjející se v důsledku incize kůže se rozvíjí
pod vlivem adrenalinu, noradrenalinu, prostaglandinů, serotoninu
a tromboxanů. Vazokonstrikce způsobí dočasné vyblednutí rány
a slouží k redukci krvácení po tkáňovém poškození.
✓Endoteliální buňky se retrahují a tím odkrývají subendoteliální
kolagen, na němž jsou schopny se uchytit krevní destičky.
✓Adheze destiček na exponovaný kolagen a adhezivita destiček
vůči ostatním destičkám se uskutečňuje prostřednictvím
adhezívních glykoproteinů: fibrinogenu, fibronektinu,
trombospondinu a von Willebrandova factoru.
Zánětlivá fáze
̶ Destičky také uvolňují chemoatrakční faktory pro:
̶ Neutrofily
✓omezují infekci
✓povolávají makrofágy.
̶ Makrofágy
✓štěpí a odstraňují tkáňovou debris
✓aktivují odpověď fibroblastů
̶ Zánětlivá fáze trvá asi 24 hod. Navazuje na ni proliferativní fáze
hojivého procesu
Zánětlivá fáze
̶ Adhese, aktivace a agregace destiček vede k tvorbě bílého trombu
(destičky+fibrin).
✓Adhese destiček na exponovaný kolagen vede k jejich aktivaci,
jejímž důsledkem je degranulace. V průběhu degranulace se
uvolňují chemotaktické a růstové faktory:
✓platelet-derived growth factor (PDGF)
✓proteázy
✓vazoaktivní látky (ADP, serotonin, histamin).
Zánětlivá fáze
̶ Následuje aktivace koagulační kaskády - vede k aktivaci trombinu,
který aktivuje fibrinogen na fibrin.
̶ Trombin podporuje také migraci zánětlivých buněk do místa
poškození prostřednictvím zvýšené cévní permeability.
̶ Produkce fibrinu je pro proces hojení ran zcela zásadní a je
primární složkou ranné matrix, do které migrují zánětlivé buňky,
destičky a plasmatické proteiny. Odstranění fibrinu komplikuje
hojení ran.
Zánětlivá fáze
̶ Výsledkem aktivace primární (destičky) a sekundární hemostázy (aktivace
koagulačních kaskád) v průběhu procesu hojení ran je tvorba sraženiny v
místě poškození.
̶ Tvorba sraženiny se omezuje na trvání a místo tkáňového poškození.
̶ Tvorba sraženiny ustává, jak ustává aktivace hemostázy. Následně je
plasminogen aktivován na plasmin, který stimuluje fibrinolýzu a dále
pomáhá v lýze buněk v místě poškození.
̶ Tvorba sraženiny je místně omezována prostřednictvím endoteliálních
buněk, které produkují prostacyklin PGI2 (antiagregační a vazodilatační
účinky). V místě poškození se uplatňují také faktory přirozené antikoagulace
(antitrombin III vyvazuje aktivované vitamin-K dependentní koagulační
faktory, protein C a protein S vážou aktivované faktory V a VIII).
II. Proliferační fáze
̶ Trvání: 2 dny až 3 týdny
̶ Granulace
̶ Fibroblasty vytvářejí kolagen
̶ tkáň vyplňuje defekt a vede k
neovaskularizaci
̶ Kontrakce
̶ Konce ran se slepují a redukují
defekt
̶ Epitelizace
̶ se uskutečňuje ve vlhkém prostředí
̶ Buňky cestují až 3 cm ve všech
směrech
Journal of Theoretical Biology 459, 2018, 1-17
Proliferační fáze
̶ Na povrchu rány se během 24-72 hodin epidermální buňky
dostávají do mitotické aktivity. Tyto buňky pak migrují přes povrch
rány.
̶ Fibroblasty proliferují v hlubších vrstvách rány. Tyto fibroblasty
začínají syntetizovat malé množství kolagenu, který představuje
jakési “lešení“ usnadňující migraci a další proliferaci fibroblastů.
Proliferační fáze
̶ Granulační tkáň se skládá
̶ z kapilárních kliček nově vznikajících ve vyvíjející se kolagenní
matrix
̶ objevuje se v hlubších vrstvách rány.
̶ Proliferační fáze trvá od 24 do 72 hodin a přechází do remodelační
fáze procesu hojení
Proliferační fáze
̶ Za 4 až 5 dní od poškození začínají fibroblasty produkovat velké
množství kolagenu a proteoglykanů.
̶ Kolagenní vlákna leží původně náhodně, později jsou organizována
do pevných svazků.
̶ Proteoglykany podporují tvorbu kolagenních vláken, ale přesně není
jejich role dosud známa. Za 2-3 týdny zhojená rána odolává normální
zátěži, ale odolnost rány se buduje ještě několik dalších měsíců.
Fibroblastická fáze trvá 15-20 dní a potom se rána dostává do
remodelační fáze hojení.
Proliferační fáze
Epitelizace
̶ Epidermis se rekonstruuje z okrajů ran a zbytků vlasových folikulů
(z keratinocytů)
̶ Keratinocyty putují přes místo rány
̶ Během migrace a po ní se neodermis diferencuje a stratifikuje
̶ Epitelizaci pomáhá vlhké prostředí
III. Remodelující fáze
̶ tři týdny až 2 roky
̶ vytváří se nový kolagen, který
zvyšuje tenzní napětí v jizvě.
̶ Jizevnatá tkáň je přesto nanejvýš z
80% stejně silná jako tkáň původní.
Tvorba jizvy
̶ Proces hojení je velmi podobný ve všech tkáních a je relativně
nezávislý na typu poškození, malá variabilita je v relativním podílu
různých elementů, které se na výsledku hojení podílejí.
̶ Konečným produktem hojení je jizva. Jedná se o relativně
avaskulární a acelulární masu kolagenu, která slouží k obnovení
tkáňové integrity, síly a funkce.
̶ Zpoždění v procesu hojení vede k dlouhodobému
nezhojenému defektu, zatímco
̶ abnormální proces hojení vede k tvorbě abnormálních jizev.
Remodelační fáze
̶ Během remodelační fáze fibroblasty opustí místo rány a kolagen
je remodelován do organizovanější matrix.
̶ Tenzní napětí zhojené rány se zvyšuje až do jednoho roku po
poškození. Kožní defekty mají výsledně 70-80% původní „síly“.
Hojení se může zpozdit několika faktory:
̶ Ischémie
̶ Suché okolí rány
̶ Infekce
̶ Cizí tělesa
̶ Protizánětlivá terapie
̶ Nutriční deficity
Místní faktory ovlivňující hojení ran
̶ Mechanické poškození
̶ Infekce
̶ Edém
̶ Místní podmínky (vlhkost, pH …)
̶ Ischémie/nekróza
̶ Ionizující záření
̶ Nízká pO2
̶ Cizí tělesa
Regionální faktory ovlivňující hojení ran
̶ Arteriální insuficience
̶ Venózní insuficience
̶ Neuropatie
Systémové faktory ovlivňující hojení ran
̶ Neadekvátní perfúze
̶ Zánět
̶ Výživa
̶ Metabolické nemoci
̶ Imunosuprese
̶ Nemoci pojivové tkáně
̶ Kouření
Hojení: akutní rány
̶ Akutní rána se obvykle hojí kontinuálně a v odhadnutelném
časovém horizontu
̶ Obyčejně se hojí per primam
̶ Zvýšená reaktivita během hojení akutních ran:
̶ Keloidy
̶ Hypetrofické jizvy
Hojení: chronické defekty
̶ V případě selhání nebo opoždění hojivého procesu
̶ Neodpovídavost na normální růstové signály
̶ Opakované trauma, špatná perfúze /oxygenace tkání, excesivní
zánět
̶ Systémová onemocnění
̶ Genetické faktory
Děkuji za pozornost
„I just need a closer look...“
Inflamasom
̶ Multiproteinové komplexy, které se aktivují při zánětu.
̶ Inflamasom se obvykle skládá z cytoplasmatické
senzorové molekuly (NLRP3), adaptačního („apoptosis
associated specklike protein containing caspase
recruitment domain“) proteinu a efektorové prokaspázy-1.
̶ Inflamasom reguluje aktivaci kaspázy -1, což má za
následek sekreci interleukinu- 1β a interleukinu-18.
̶ K aktivaci inflamasomu vedou infekce, stres nebo jiné
imunologické signály, které se účastní zánětu.
̶ NLRP3 inflamasom se účastní imunologických regulací,
interakcí receptor-ligand během zánětu,
„microbialassociated molecular patterns“, „danger“ a
„pathogen associated molecular patterns“.
̶ Účastní se taky cytokinových a chemokinových zánětlivých
reakcí v PNS a CNS.
111
J Mol Biol. 2017 Oct 12. pii: S0022-2836(17) 30471-0. doi:
10.1016/j.jmb.2017.10.001
„THE SYSTEMIC INFLAMMATORY
RESPONSE SYNDROME“ (SIRS)
112
̶ Klinická manifestace nespecifického zánětu, významná příčina
morbidity a mortality a vedoucí příčina smrti na jednotkách
intenzivní péče.
̶ SIRS může být iniciován mnoha příčinami, včetně infekce,
závažnost kolísat až k život ohrožujícímu stavu.
Závažné poškození nebo infekce
̶ Závažné poškození nebo infekce začínají tím, že jsou rozpoznány alarminy, které se
primárně skládají z mikrobiálních produktů a poškozené tkáně.
̶ Vrozený imunitní systém na základě vrozených rekogničních receptorů (PRRs – „pattern
recognition receptors“) rozpoznává cizí antigeny a poškozené buňky. PRRs jsou
exprimovány na mnoha buněčných liniích (myeloidní, endoteliální a epiteliální).
̶ PRRs detekují konzervované mikrobiální komponenty zvané „pathogen-associated molecular
patterns (PAMPs)“, stejně jako hostitelské molekuly derivované z poškozených buněk,
známě jako „damage-associated molecular patterns (DAMPs)“.
113
Front Immunol. 2018; 9: 595.
PRRS
̶ PRRs zahrnují Toll-like receptory (TLRs), C-type lectin receptory
(CLRs), nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like
receptors (NLRs), retinoic-acidinducible gene-I (RIG-I)-like
receptors (RLRs) a receptor pro získané produkty glykaces
(RAGE).
̶ Velký počet, diverzita a redundance se uplatňují v rámci
optimalizace imunitní odpovědi.
114
PRRS
̶ Na základě rozpoznání hostitelských PAMPs nebo DAMPs PRRs iniciují komplexní soubor
signálních událostí , které indukují hostitelskou obranyschopnou odpověď. Jedná se o
povolávání a fosforylaci intracelulárních intermediálních látek, což vede částečně k aktivaci
genů okamžité odpovědi.
̶ PRRs aktivace a následná signalizace vede k nespecifickým i pro patogen specifickým
buněčným odpovědím, které mají zajistit eliminaci stresorů nebo prevenci jejich uplatnění.
Těmito stresory jsou mikrobiální infekce nebo tkáňové poškození.
̶ Suprese mikrobiální replikace, invaze Mb do tkání a diseminace z místa infekce zahrnují
mnoho buněk vrozeného imunitního systému: neutrofily (PMNs), monocyty/makrofágy (Mφ),
dendritické buňky (DCs), natural killer (NK) buňky a innate lymphoid cells (ILCs) . Tyto buňky
hrají klíčovou roli v časné zánětlivé odpovědi.
115
Toll-like receptory
̶ Zatím u člověka známo 13 různých TLRs.
̶ Některé exprimovány na plasmatické membráně buněk (TLRs 1, 2, 4, 5, 6) jako konstantní
součást lokálního prostředí
̶ Jiné jsou v endosomálních kompartmentech (TLRs 3, 7, 8, 9, 11, 12, 13), kde vnímají signály
nebezpečí pro hostitele, mikrobiální proteiny a nukleové kyseliny.
̶ TLRs na plasmatických membránách detekují vnější mikrobiální komponenty a cirkulující
signály poškození, jako jsou lipopolysacharidy (LPS), fosfolipidy, zymosan, flagellin,
peptidoglycan, S100A8/9 a „endogenous high-mobility group box (HMGB)“ nukleární proteiny
z buněk poškozených distresem.
̶ Cytoplasmatické TLRs detekují virové nebo mikrobiální nukleové kyseliny a mitochondriální
nukleové kyseliny asociované se poškozením buňky.
̶ TLRs hrají centrální roli v iniciaci vrozené imunitní odpovědi ve spolupráci s jinými PRRs
prostřednictvím různých i přesahujících se pathways.
116
NETosis and patophisiology of disorders
̶ Neutrophil extracellular traps (NETs) are
formed by activated neutrophils during the
process of NETosis in which the nuclear
material is released into extracellular space,
including DNA molecules, citrullinated
histones, and neutrophil granule enzymes,
such as elastase. This material forms
networks that are able not only to physically
entrap bacteria but also to provide elevated
concentration of bactericidal components.
Inflammation Research
May 2017, Volume 66, Issue 5, pp 369–378
Nádorové buňky se neřídí regulačními
signály pro buněčnou smrt
zdravé buňky mohou žít jen za přítomnosti růstových faktorů, jinak odumírají
apoptózou x nádorové buňky přežívají i bez růstových faktorů
zdravé buňky s poškozenou DNA odumírají apoptózou x nádorové buňky
přežívají i s poškozenou DNA
rezistence k apoptóze je jedním z důvodů prodloužené životaschopnosti
nádorových buněk
Apoptóza a nádory
zvýšená exprese bcl-2 zaznamenána
u různých pevných nádorů, leukémií i
lymfomů
zvýšená exprese bcl-2 je nepříznivý
faktor: zvýšená odolnost na
chemoterapii
terapie zaměřené na ovlivnění
apoptózy se mohou uplatnit při léčbě
některých nádorových i
nenádorových chorob