Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie – 9.3.2011Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie – 9.3.2011
Cytoskelet buněčné interakceCytoskelet buněčné interakceCytoskelet, buněčné interakce
a extracelulární matrix
Cytoskelet, buněčné interakce
a extracelulární matrixa extracelulární matrixa extracelulární matrix
doc. RNDr. Renata Veselská, Ph.D., M.Sc.
Ústav experimentální biologie
doc. RNDr. Renata Veselská, Ph.D., M.Sc.
Ústav experimentální biologieÚstav experimentální biologie
Přírodovědecká fakulta MU
Ústav experimentální biologie
Přírodovědecká fakulta MU
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Program přednášky:Program přednášky:
1 Cytoskelet1 Cytoskelet
Program přednášky:Program přednášky:
1. Cytoskelet
 medicínské aspekty – využití v diagnostice
1. Cytoskelet
 medicínské aspekty – využití v diagnostice
 medicínské aspekty – poruchy cytoskeletálních
komponent a asociovaných proteinů
 medicínské aspekty – poruchy cytoskeletálních
komponent a asociovaných proteinů
 cytoskeletální toxiny – praktické aplikace
2 M ib ěč é i t k j
 cytoskeletální toxiny – praktické aplikace
2 M ib ěč é i t k j2. Mezibuněčné interakce a spoje
 medicínské aspekty – poruchy interakcí a spojů
2. Mezibuněčné interakce a spoje
 medicínské aspekty – poruchy interakcí a spojů
3. Extracelulární matrix (ECM)3. Extracelulární matrix (ECM)
 medicínské aspekty – poruchy ECM medicínské aspekty – poruchy ECM
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
CYTOSKELET:CYTOSKELET:CYTOSKELET:
di í ké k (di ik h )
CYTOSKELET:
di í ké k (di ik h )medicínské aspekty (diagnostika, poruchy)
cytoskeletální toxiny (aplikace)
medicínské aspekty (diagnostika, poruchy)
cytoskeletální toxiny (aplikace)cytoskeletální toxiny (aplikace)cytoskeletální toxiny (aplikace)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
-tubulin, F-aktin, DNA-tubulin, F-aktin, DNA
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Funkce cytoskeletuFunkce cytoskeletu
• morfologické / strukturální• morfologické / strukturální
tvar buněk včetně cytoplazmatických protruzí,
odolnost vůči vnějším mechanickým vlivům,
tvar buněk včetně cytoplazmatických protruzí,
odolnost vůči vnějším mechanickým vlivům,j ý ,
vnitřní organizace buňky
j ý ,
vnitřní organizace buňky
• pohybové
intracelulární transport, pohyb chromosomů v
• pohybové
intracelulární transport, pohyb chromosomů vintracelulární transport, pohyb chromosomů v
anafázi, pohyb buněk po substrátu, pohyb
buněk pomocí kinocilií, svalová kontrakce
intracelulární transport, pohyb chromosomů v
anafázi, pohyb buněk po substrátu, pohyb
buněk pomocí kinocilií, svalová kontrakcebuněk pomocí kinocilií, svalová kontrakcebuněk pomocí kinocilií, svalová kontrakce
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
kti ákti á ik t b l MTik t b l MTi t diá íi t diá íaktinová
filamenta - AF
(7 nm)
aktinová
filamenta - AF
(7 nm)
mikrotubuly - MT
(25 nm)
mikrotubuly - MT
(25 nm)
intermediární
filamenta - IF
(10 nm)
intermediární
filamenta - IF
(10 nm)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
MIKROTUBULY (MT)MIKROTUBULY (MT)MIKROTUBULY (MT)MIKROTUBULY (MT)
• tubulin:• tubulin:• tubulin:
v MT heterodimer:  a  podjednotky
tubulin (pouze v MTOC)
• tubulin:
v MT heterodimer:  a  podjednotky
tubulin (pouze v MTOC)-tubulin (pouze v MTOC)
• MTOC = mikrotubuly organizující centrum
á í ě í
-tubulin (pouze v MTOC)
• MTOC = mikrotubuly organizující centrum
á í ě í(centrosom, bazální tělíska)(centrosom, bazální tělíska)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Typy mikrotubulárních strukturTypy mikrotubulárních strukturypy
v živočišných buňkách a jejich funkce:
ypy
v živočišných buňkách a jejich funkce:
• MTOC (mikrotubuly organizující centrum)• MTOC (mikrotubuly organizující centrum)
• síť cytoplazmatických mikrotubulů
 intracelulární transport buněčných struktur
• síť cytoplazmatických mikrotubulů
 intracelulární transport buněčných strukturintracelulární transport buněčných struktur
 tvorba axonů a axonální transport
intracelulární transport buněčných struktur
 tvorba axonů a axonální transport
• mitotický aparát (dělicí vřeténko)
 pohyb chromozomů při mitóze / meióze
• mitotický aparát (dělicí vřeténko)
 pohyb chromozomů při mitóze / meiózepohyb chromozomů při mitóze / meióze
• kinocilie (bičíky, řasinky)
pohyb chromozomů při mitóze / meióze
• kinocilie (bičíky, řasinky)
 pohyb buněk pohyb buněk
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Asociované proteiny (s MT) a jejich poruchy:Asociované proteiny (s MT) a jejich poruchy:p y ( ) j j p yp y ( ) j j p y
N t é APN t é APNemotorové AP:
• MAPs (MAP-1, MAP-2, ...)
Nemotorové AP:
• MAPs (MAP-1, MAP-2, ...)( , , )
• tau-proteiny
( , , )
• tau-proteiny
Motorové AP:Motorové AP:
• ATP-ázová aktivita
• dyneiny (pohyb od + konce k konci)
• ATP-ázová aktivita
• dyneiny (pohyb od + konce k konci)• dyneiny (pohyb od + konce k – konci)
• kinesiny (pohyb od – konce k + konci)
• dyneiny (pohyb od + konce k – konci)
• kinesiny (pohyb od – konce k + konci)y (p y )y (p y )
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
TauopatieTauopatieTauopatie
• tau-protein kódovaný genem MAPT (17q21)
• ve fosforylované formě stabilizuje MT (axony)
Tauopatie
• tau-protein kódovaný genem MAPT (17q21)
• ve fosforylované formě stabilizuje MT (axony)ve fosforylované formě stabilizuje MT (axony)
• abnormální depozity hyperfosforylovaného tau-
proteinu
ve fosforylované formě stabilizuje MT (axony)
• abnormální depozity hyperfosforylovaného tau-
proteinuproteinu
 tělo neuronu a dendrity (Alzheimerova
choroba)
proteinu
 tělo neuronu a dendrity (Alzheimerova
choroba)choroba)
 neurony i gliové buňky (ostatní tauopatie)
• Pick´s Disease
choroba)
 neurony i gliové buňky (ostatní tauopatie)
• Pick´s DiseasePick s Disease
Frontotemporal Dementia with Parkinsonism
Linked to Chromosome 17 (FTDP-17)
Pick s Disease
Frontotemporal Dementia with Parkinsonism
Linked to Chromosome 17 (FTDP-17)Linked to Chromosome 17 (FTDP 17)
Kortikobazální degenerace
Progressive supranuclear palsy
Linked to Chromosome 17 (FTDP 17)
Kortikobazální degenerace
Progressive supranuclear palsyProgressive supranuclear palsy
Alzheimerova choroba (AD)
Progressive supranuclear palsy
Alzheimerova choroba (AD)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Tauopatie
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Pick’s DiseasePick’s DiseasePick s DiseasePick s Disease
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Alzheimerova chorobaAlzheimerova chorobaAlzheimerova choroba
• jeden z typů stařecké demence
7 10% d 65 l t 40% d 80 l t
Alzheimerova choroba
• jeden z typů stařecké demence
7 10% d 65 l t 40% d 80 l t• 7-10% nad 65 let, 40% nad 80 let
• ztráta paměti (nejprve krátkodobá), dezorientace
• 7-10% nad 65 let, 40% nad 80 let
• ztráta paměti (nejprve krátkodobá), dezorientacep ( jp ),
(prostorová, časová), halucinace, upoutání na
lůžko, smrt
p ( jp ),
(prostorová, časová), halucinace, upoutání na
lůžko, smrt,
• histologická diagnostika post mortem:
senilní plaky ( amyloid) extracelulárně
,
• histologická diagnostika post mortem:
senilní plaky ( amyloid) extracelulárněsenilní plaky (-amyloid) - extracelulárně
neurofibrilární vřeténka (forforylovaný tau-protein)
i t l lá ě
senilní plaky (-amyloid) - extracelulárně
neurofibrilární vřeténka (forforylovaný tau-protein)
i t l lá ě– intracelulárně
• komplexní onemocnění (genetické predispozice,
– intracelulárně
• komplexní onemocnění (genetické predispozice,p (g p p
vlivy prostředí - např. hliník, věk)
p (g p p
vlivy prostředí - např. hliník, věk)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
AKTINOVÁ FILAMENTA (AF)AKTINOVÁ FILAMENTA (AF)AKTINOVÁ FILAMENTA (AF)AKTINOVÁ FILAMENTA (AF)
• G-aktin (globulární)  F-aktin (fibrilární)• G-aktin (globulární)  F-aktin (fibrilární)• G aktin (globulární)  F aktin (fibrilární)
• AF tenčí, pružnější, kratší (ve srovnání s MT)
• G aktin (globulární)  F aktin (fibrilární)
• AF tenčí, pružnější, kratší (ve srovnání s MT)
• celková délka AF v buňce ~30x větší (ve srovnání
s MT)
• celková délka AF v buňce ~30x větší (ve srovnání
s MT)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Typy aktinových struktur v živočišných buňkáchTypy aktinových struktur v živočišných buňkách
• síť aktinových filament v cytoplazmě• síť aktinových filament v cytoplazmě• síť aktinových filament v cytoplazmě
• membránový skelet (buněčný kortex)
• síť aktinových filament v cytoplazmě
• membránový skelet (buněčný kortex)
• stresová vlákna
• formování cytoplazmatických protruzí:
• stresová vlákna
• formování cytoplazmatických protruzí:• formování cytoplazmatických protruzí:
microvilli
• formování cytoplazmatických protruzí:
microvilli
lamellipodia, filopodia
• kontraktilní prstenec (ring)
lamellipodia, filopodia
• kontraktilní prstenec (ring)kontraktilní prstenec (ring)kontraktilní prstenec (ring)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
microvilli
lamellipodia
kontraktilní ring
lamellipodia
filopodia
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Funkce aktinových filamentFunkce aktinových filamentFunkce aktinových filamentFunkce aktinových filament
• intracelulární transport (síť cytoplazmatických AF)• intracelulární transport (síť cytoplazmatických AF)intracelulární transport (síť cytoplazmatických AF)
• lokomoce, fagocytóza (stresová vlákna, lamellipodia)
• interakce buněk se substrátem (fokální adheze)
intracelulární transport (síť cytoplazmatických AF)
• lokomoce, fagocytóza (stresová vlákna, lamellipodia)
• interakce buněk se substrátem (fokální adheze)• interakce buněk se substrátem (fokální adheze)
• změny tvaru buňky, axonální růst (lamellipodia,
filopodia)
• interakce buněk se substrátem (fokální adheze)
• změny tvaru buňky, axonální růst (lamellipodia,
filopodia)filopodia)
• cytokineze (kontraktilní ring)
• perforace vajíčka při fertilizaci (polymerace aktinu
filopodia)
• cytokineze (kontraktilní ring)
• perforace vajíčka při fertilizaci (polymerace aktinu• perforace vajíčka při fertilizaci (polymerace aktinu
v akrosomech)
• zvětšení buněčného povrchu
• perforace vajíčka při fertilizaci (polymerace aktinu
v akrosomech)
• zvětšení buněčného povrchu• zvětšení buněčného povrchu
mikroklky (microvilli) - střevní epitel
světločivné výběžky tyčinky sítnice
• zvětšení buněčného povrchu
mikroklky (microvilli) - střevní epitel
světločivné výběžky tyčinky sítnicesvětločivné výběžky - tyčinky sítnice
stereocilie - kochleární epitel
světločivné výběžky - tyčinky sítnice
stereocilie - kochleární epitel
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Nemotorové asociované proteiny:Nemotorové asociované proteiny:Nemotorové asociované proteiny:
 polymerace a prostorové uspořádání AF
Nemotorové asociované proteiny:
 polymerace a prostorové uspořádání AF
- nukleace: ARPs (actin related proteins)
jiš ě í l G k i h i
- nukleace: ARPs (actin related proteins)
jiš ě í l G k i h i- zajištění poolu G-aktinu: thymosiny
- regulace délky AF: -aktinin, Cap Z protein,
- zajištění poolu G-aktinu: thymosiny
- regulace délky AF: -aktinin, Cap Z protein,
capping protein
- stimulace polymerace AF: profilin
capping protein
- stimulace polymerace AF: profilinstimulace polymerace AF: profilin
- depolymerace AF: cofilin, ADF, depactin
- spojování AF: filamin ABP gelactin villin
stimulace polymerace AF: profilin
- depolymerace AF: cofilin, ADF, depactin
- spojování AF: filamin ABP gelactin villin- spojování AF: filamin, ABP, gelactin, villin,
fimbrin, fascin, -aktinin
štěpení AF: gelsolin brevin
- spojování AF: filamin, ABP, gelactin, villin,
fimbrin, fascin, -aktinin
štěpení AF: gelsolin brevin- štěpení AF: gelsolin, brevin- štěpení AF: gelsolin, brevin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Motorové asociované proteiny:Motorové asociované proteiny:Motorové asociované proteiny:
 pohybové funkce AF
Motorové asociované proteiny:
 pohybové funkce AF
• myosiny• myosiny
 konvenční (typ II)
cytokineze, svalová kontrakce
 konvenční (typ II)
cytokineze, svalová kontrakcecytokineze, svalová kontrakce
 nekonvenční (typ I, III až XV)
h b b á ý h iklů
cytokineze, svalová kontrakce
 nekonvenční (typ I, III až XV)
h b b á ý h iklů pohyb membránových veziklů
v blízkosti plazmatické membrány
 pohyb membránových veziklů
v blízkosti plazmatické membrány
 tvorba vnitřní struktury protruzí
plazmatické membrány
 tvorba vnitřní struktury protruzí
plazmatické membrány
• tropomyosin, troponin• tropomyosin, troponin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Změny AF a AP jako příčina onemocněníZměny AF a AP jako příčina onemocněníy a ja o p a o oy a ja o p a o o
Změny exprese isoforem aktinuZměny exprese isoforem aktinuy p
• kardiomyocyty u pacientů se srdečními příhodami
(patologická exprese a-skeletálního aktinu)
y p
• kardiomyocyty u pacientů se srdečními příhodami
(patologická exprese a-skeletálního aktinu)
Mutace v genech pro aktin i APMutace v genech pro aktin i APg p
• např. nemaline myopatie
g p
• např. nemaline myopatie
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
INTERMEDIÁRNÍ FILAMENTA (IF)INTERMEDIÁRNÍ FILAMENTA (IF)
• stavební protein se liší podle histogenetického
typu tkáně  využití v diagnostice
• stavební protein se liší podle histogenetického
typu tkáně  využití v diagnostice
• fibrilární molekula, vždy IF-doména na N-konci
• funkce IF:
• fibrilární molekula, vždy IF-doména na N-konci
• funkce IF:• funkce IF:
zvýšení mechanické odolnosti buňky,
d t i t l k li l i t
• funkce IF:
zvýšení mechanické odolnosti buňky,
d t i t l k li l i tdeterminace tvaru, lokalizace organel, integrace
cytoskeletu
determinace tvaru, lokalizace organel, integrace
cytoskeletu
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Třídy intermediárních filamentTřídy intermediárních filament
(I) a (II) keratiny
• epiteliální buňky
(I) a (II) keratiny
• epiteliální buňkyp y
• AP: filagrin, plectin, dermoplakin
(III) vimentin, desmin, GFAP, synemin,
p y
• AP: filagrin, plectin, dermoplakin
(III) vimentin, desmin, GFAP, synemin,(III) vimentin, desmin, GFAP, synemin,
peripherin
• pojivová tkáň, svalové buňky, neuroglie
(III) vimentin, desmin, GFAP, synemin,
peripherin
• pojivová tkáň, svalové buňky, neurogliep j , y, g
• AP: plectin, filensin, epinemin, paranemin
(IV) neurofilamenta, -internexin
p j , y, g
• AP: plectin, filensin, epinemin, paranemin
(IV) neurofilamenta, -internexin(IV) neurofilamenta,  internexin
• neurony
• AP: plectin
(IV) neurofilamenta,  internexin
• neurony
• AP: plectinp
(V) jaderné laminy
(VI) nestin
p
(V) jaderné laminy
(VI) nestin(VI) nestin
• neuronální kmenové buňky, nádorově
transformované buňky endotelie
(VI) nestin
• neuronální kmenové buňky, nádorově
transformované buňky endotelie
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
transformované buňky, endotelietransformované buňky, endotelie
vimentin / DNA
(f b bl )
vimentin / DNA
(f b bl )
cytokeratin / DNAcytokeratin / DNA
(fibroblasty)(fibroblasty)
cytokeratin / DNA
(epitelie)
cytokeratin / DNA
(epitelie)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Řez jazykem krysyŘez jazykem krysyŘez jazykem krysyŘez jazykem krysy
cytokeratin / DNAcytokeratin / DNA cytokeratin / vimentin / DNAcytokeratin / vimentin / DNA
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Imunohistochemická detekce proteinů IFImunohistochemická detekce proteinů IF
cytokeratincytokeratin vimentinvimentin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Alexandrova choroba (Alexander disease)Alexandrova choroba (Alexander disease)Alexandrova choroba (Alexander disease)
• fatální neurodegenerativní onemocnění
• dominantní mutace v genu pro GFAP
Alexandrova choroba (Alexander disease)
• fatální neurodegenerativní onemocnění
• dominantní mutace v genu pro GFAP• dominantní mutace v genu pro GFAP
• tvorba tzv. Rosenthal fibers v mozkové tkáni
(eosinofilní okrouhlé nebo protáhlé struktury
• dominantní mutace v genu pro GFAP
• tvorba tzv. Rosenthal fibers v mozkové tkáni
(eosinofilní okrouhlé nebo protáhlé struktury(eosinofilní okrouhlé nebo protáhlé struktury
produkované astrocyty)
(eosinofilní okrouhlé nebo protáhlé struktury
produkované astrocyty)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
CYTOSKELETÁLNÍ TOXINYCYTOSKELETÁLNÍ TOXINY
• místem zásahu MT nebo AF
• inhibitory polymerace nebo depolymerace
• místem zásahu MT nebo AF
• inhibitory polymerace nebo depolymerace• inhibitory polymerace nebo depolymerace
• přírodní látky (rostlinné alkaloidy, mykotoxiny)
• inhibitory polymerace nebo depolymerace
• přírodní látky (rostlinné alkaloidy, mykotoxiny)
Vinca rosea /
Catharanthus roseus
Vinca rosea /
Catharanthus roseusCatharanthus roseus
(barvínek růžový)
Catharanthus roseus
(barvínek růžový)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Mikrotubulární toxiny - inhibitory polymeraceMikrotubulární toxiny - inhibitory polymerace
• tzv. vinca-alkaloidy (Vinca major)
vinkristin, vinblastin, vinorelbin
• tzv. vinca-alkaloidy (Vinca major)
vinkristin, vinblastin, vinorelbinvinkristin, vinblastin, vinorelbin
• mechanismus:
tvorba parakrystalů z molekul tubulinu
vinkristin, vinblastin, vinorelbin
• mechanismus:
tvorba parakrystalů z molekul tubulinutvorba parakrystalů z molekul tubulinu
• využití:
tvorba parakrystalů z molekul tubulinu
• využití:
chemoterapie - např. Velban,
Navelbin
chemoterapie - např. Velban,
Navelbina e ba e b
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Mikrotubulární toxiny - inhibitory polymerace
l hi i (C l hi t l ) l id
Mikrotubulární toxiny - inhibitory polymerace
l hi i (C l hi t l ) l id• colchicine (Colchicum autumnale), colcemide
• mechanismus:
• colchicine (Colchicum autumnale), colcemide
• mechanismus:
vazba na molekuly tubulinu
• využití:
vazba na molekuly tubulinu
• využití:využití:
cytogenetická vyšetření - tzv. c-mitózy
polyploidizace u rostlin
využití:
cytogenetická vyšetření - tzv. c-mitózy
polyploidizace u rostlinpolyploidizace u rostlin
léčba ataků dny (pakostnice)
polyploidizace u rostlin
léčba ataků dny (pakostnice)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Poruchy sítě MT po působení vinblastinuPoruchy sítě MT po působení vinblastinuPoruchy sítě MT po působení vinblastinuPoruchy sítě MT po působení vinblastinu
-tubulin / DNA-tubulin / DNA
linie 3T3linie 3T3 linie MDCKlinie MDCKlinie 3T3
(myš - kožní vazivo)
linie 3T3
(myš - kožní vazivo)
linie MDCK
(pes - ledviny)
linie MDCK
(pes - ledviny)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Mikrotubulární toxiny - inhibitory depolymeraceMikrotubulární toxiny - inhibitory depolymerace
• paclitaxel (Taxus baccata), docetaxel
• mechanismus:
• paclitaxel (Taxus baccata), docetaxel
• mechanismus:mechanismus:
stabilizace mikrotubulů
využití:
mechanismus:
stabilizace mikrotubulů
využití:• využití:
chemoterapie - Taxol, Taxotere
• využití:
chemoterapie - Taxol, Taxotere
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Toxiny aktinových filament - inhibitory polymeraceToxiny aktinových filament - inhibitory polymerace
• cytochalasiny, latrunculin
• mechanismus:
• cytochalasiny, latrunculin
• mechanismus:
vazba na barber end nebo na G-aktin
• využití:
vazba na barber end nebo na G-aktin
• využití:• využití:
základní i aplikovaný výzkum
• využití:
základní i aplikovaný výzkum
Lidský kožní fibroblast
cytochalasin
Lidský kožní fibroblast
cytochalasin
F-aktinF-aktin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Toxiny aktinových filament - inhibitory depolymeraceToxiny aktinových filament - inhibitory depolymeracey ý y p y
• phalloidin (Amanita phalloides), jasplakinolid
• mechanismus:
y ý y p y
• phalloidin (Amanita phalloides), jasplakinolid
• mechanismus:• mechanismus:
vazba na F-aktin, stabilizace filament
žití
• mechanismus:
vazba na F-aktin, stabilizace filament
žití• využití:
základní výzkum (vizualizace aktinových filament)
• využití:
základní výzkum (vizualizace aktinových filament)ý ( ý )ý ( ý )
F ktiF ktiF-aktin:
phalloidin -
rhodamin
F-aktin:
phalloidin -
rhodaminrhodaminrhodamin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
MEZIBUNĚČNÉ INTERAKCE A SPOJE:MEZIBUNĚČNÉ INTERAKCE A SPOJE:MEZIBUNĚČNÉ INTERAKCE A SPOJE:MEZIBUNĚČNÉ INTERAKCE A SPOJE:
medicínské aspekty - poruchy interakcí a spojůmedicínské aspekty - poruchy interakcí a spojů
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
MEZIBUNĚČNÉ INTERAKCEMEZIBUNĚČNÉ INTERAKCE
• principem selektivní exprese receptorů CAM
(cell adhesion molecules)
• principem selektivní exprese receptorů CAM
(cell adhesion molecules)(cell adhesion molecules)
• interakce CAM: navzájem mezi buňkami (cell-cell)
(cell adhesion molecules)
• interakce CAM: navzájem mezi buňkami (cell-cell)
s ECM (cell-matrix)
• vazba na cytoskelet uvnitř buňky (stabilizace)
s ECM (cell-matrix)
• vazba na cytoskelet uvnitř buňky (stabilizace)• vazba na cytoskelet uvnitř buňky (stabilizace)
• regulace změnou lokalizace (membrána vs. vezikly)
• vazba na cytoskelet uvnitř buňky (stabilizace)
• regulace změnou lokalizace (membrána vs. vezikly)
4 rodiny CAM: integriny4 rodiny CAM: integriny
selektiny
ICAMs (imunoglobulin-like CAMs)
selektiny
ICAMs (imunoglobulin-like CAMs)ICAMs (imunoglobulin like CAMs)
kadheriny
ICAMs (imunoglobulin like CAMs)
kadheriny
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Integriny
• hlavní komponenta interakcí buněk s ECM
Integriny
• hlavní komponenta interakcí buněk s ECM• hlavní komponenta interakcí buněk s ECM
• dimery:  (18 typů) a  (8 typů) podjednotka
• hlavní komponenta interakcí buněk s ECM
• dimery:  (18 typů) a  (8 typů) podjednotka
Funkce:
• fokální adheze (vazba na AF)
Funkce:
• fokální adheze (vazba na AF)( )
• pohyb buněk v ECM (fibroblasty, leukocyty)
• interakce trombocytů, resp. gamet při fertilizaci
( )
• pohyb buněk v ECM (fibroblasty, leukocyty)
• interakce trombocytů, resp. gamet při fertilizaciinterakce trombocytů, resp. gamet při fertilizaci
Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)
interakce trombocytů, resp. gamet při fertilizaci
Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)
• dědičná (AR) porucha tvorby CD18 (podjednotka
2 integrinu)
Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)
• dědičná (AR) porucha tvorby CD18 (podjednotka
2 integrinu)2 integrinu)
• nedostatečná adheze leukocytů k endotelu cév →
imunodeficience časté bakteriální infekce
2 integrinu)
• nedostatečná adheze leukocytů k endotelu cév →
imunodeficience časté bakteriální infekceimunodeficience, časté bakteriální infekce
• transplantace kostní dřeně
imunodeficience, časté bakteriální infekce
• transplantace kostní dřeně
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)
Canine Leukocyte AdhesionCanine Leukocyte AdhesionCanine Leukocyte Adhesion
Deficiency (CLAD)
• irský setr
Canine Leukocyte Adhesion
Deficiency (CLAD)
• irský setr• irský setr
• mutační analýza
• genetické testování
• irský setr
• mutační analýza
• genetické testování• genetické testování• genetické testování
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
MEZIBUNĚČNÉ SPOJE A ADHEZEMEZIBUNĚČNÉ SPOJE A ADHEZE
Gap junctions = „kanálky“ umožňující průchod vody a
malých rozpustných molekul = o průměru 1,5 nm:
Gap junctions = „kanálky“ umožňující průchod vody a
malých rozpustných molekul = o průměru 1,5 nm:ý p ý p ,
konexin (6 molekul) → konexon
Tight junctions těsné spojení sousedních buněk v
ý p ý p ,
konexin (6 molekul) → konexon
Tight junctions těsné spojení sousedních buněk vTight junctions = těsné spojení sousedních buněk v
epitelu, obvykle v blízkosti apikální strany
l di l di JAM
Tight junctions = těsné spojení sousedních buněk v
epitelu, obvykle v blízkosti apikální strany
l di l di JAM• claudin, occludin, JAMs (junction adhesion molecules)• claudin, occludin, JAMs (junction adhesion molecules)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Hypomagnesemie (dědičná varianta)
t kód jí í l di 16 (3 27)
Hypomagnesemie (dědičná varianta)
t kód jí í l di 16 (3 27)• mutace v genu kódujícím claudin 16 (3q27)
• porucha transportu hořčíku
é á
• mutace v genu kódujícím claudin 16 (3q27)
• porucha transportu hořčíku
é á• hladina Mg2+ v séru regulována ledvinami
(reabsorbce v proximálním tubulu)
í á ř č
• hladina Mg2+ v séru regulována ledvinami
(reabsorbce v proximálním tubulu)
í á ř č• nízká hladina Mg2+ v krvi → křeče
• identifikováno 15 různých mutací CLDN16
• nízká hladina Mg2+ v krvi → křeče
• identifikováno 15 různých mutací CLDN16ýý
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Adherentní spojeAdherentní spoje
• vazba na aktinová filamenta (AF) → propojení AF v
sousedních buňkách prostřednictvím CAMs
• vazba na aktinová filamenta (AF) → propojení AF v
sousedních buňkách prostřednictvím CAMsp
• kadherin – -katenin – -katenin – AF
í é ř í
p
• kadherin – -katenin – -katenin – AF
í é ř í• místa lokalizace: cytoplazmatické plaky (vnitřní
strana plazmatické membrány)
• místa lokalizace: cytoplazmatické plaky (vnitřní
strana plazmatické membrány)
aktin / -kateninaktin / -katenin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Desmosomy
b i t diá í fil t (IF) j í IF
Desmosomy
b i t diá í fil t (IF) j í IF• vazba na intermediární filamenta (IF) → propojení IF
v sousedních buňkách prostřednitvím CAMs
• vazba na intermediární filamenta (IF) → propojení IF
v sousedních buňkách prostřednitvím CAMs
• kadheriny (desmoglein, desmocollin) – plakoglobin,
plakofilin – desmoplakin – IF
• kadheriny (desmoglein, desmocollin) – plakoglobin,
plakofilin – desmoplakin – IFp p
• místa lokalizace: cytoplazmatické plaky (vnitřní
strana plazmatické membrány)
p p
• místa lokalizace: cytoplazmatické plaky (vnitřní
strana plazmatické membrány)strana plazmatické membrány)strana plazmatické membrány)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Pemphigus vulgaris
t i it í k ž í h b
Pemphigus vulgaris
t i it í k ž í h b• autoimunitní kožní choroba
• syntéza protilátek proti desmogleinu 1 a 3
í í í
• autoimunitní kožní choroba
• syntéza protilátek proti desmogleinu 1 a 3
í í í• poruchy adhezivních vlastností epitelií → tvorba
puchýřů
• poruchy adhezivních vlastností epitelií → tvorba
puchýřů
• léčba kortikoidy• léčba kortikoidy
anti-IgGanti-IgG
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
INTERAKCE MEZI BUŇKAMI A SUBSTRÁTEM / ECMINTERAKCE MEZI BUŇKAMI A SUBSTRÁTEM / ECM
Hemidesmosomy = připojení IF k ECM prostřednictvím
CAMs
Hemidesmosomy = připojení IF k ECM prostřednictvím
CAMs
Fokální adheze = připojení AF k ECM prostřednictvím
CAMs
Fokální adheze = připojení AF k ECM prostřednictvím
CAMsCAMsCAMs
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Muskulární dystrofie
ti ké h i t k í i kti ECM
Muskulární dystrofie
ti ké h i t k í i kti ECM• genetické poruchy interakcí mezi aktinem a ECM
• Duchenova, Beckerova
• genetické poruchy interakcí mezi aktinem a ECM
• Duchenova, Beckerova
• mutace v genu pro dystrofin
(interakce aktin – dystroglykan)
• mutace v genu pro dystrofin
(interakce aktin – dystroglykan)( y g y )( y g y )
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
EXTRACELULÁRNÍ MATRIX (ECM):EXTRACELULÁRNÍ MATRIX (ECM):EXTRACELULÁRNÍ MATRIX (ECM):EXTRACELULÁRNÍ MATRIX (ECM):
medicínské aspekty - poruchy ECMmedicínské aspekty - poruchy ECM
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Extracelulární matrix (ECM)
š é řá á í á
Extracelulární matrix (ECM)
š é řá á í á• odlišné uspořádání a vlastnosti v závislosti na typu
tkáně
• odlišné uspořádání a vlastnosti v závislosti na typu
tkáně
• pojivové tkáně (kosti, šlachy, chrupavky, sklivec):
převaha ECM (nutnost mechanické pevnosti)
• pojivové tkáně (kosti, šlachy, chrupavky, sklivec):
převaha ECM (nutnost mechanické pevnosti)převaha ECM (nutnost mechanické pevnosti)
• svaly, epitely:
minimum ECM (mechanickou oporu zajišťuje
převaha ECM (nutnost mechanické pevnosti)
• svaly, epitely:
minimum ECM (mechanickou oporu zajišťujeminimum ECM (mechanickou oporu zajišťuje
cytoskelet)
minimum ECM (mechanickou oporu zajišťuje
cytoskelet)
Funkce ECM:Funkce ECM:
1. Mechanická opora
2. Specifické funkce tkání (vazba signálních molekul)
1. Mechanická opora
2. Specifické funkce tkání (vazba signálních molekul)2. Specifické funkce tkání (vazba signálních molekul)
3. Regulace embryogeneze
2. Specifické funkce tkání (vazba signálních molekul)
3. Regulace embryogeneze
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Složení ECMSložení ECM
• buňky příslušné tkáně produkují složky ECM intracelulárně
a vylučují je exocytózou:
• buňky příslušné tkáně produkují složky ECM intracelulárně
a vylučují je exocytózou:y j j y
1. kolagen - základní strukturní komponenta (zajištění
pevnosti v tahu)
y j j y
1. kolagen - základní strukturní komponenta (zajištění
pevnosti v tahu)p )
2. elastin + fibrilin - komponenty elastických vláken
(zajištění pružnosti)
p )
2. elastin + fibrilin - komponenty elastických vláken
(zajištění pružnosti)( j p )
3. proteoglykany - výplňová komponenta (zábrana
stlačování)
( j p )
3. proteoglykany - výplňová komponenta (zábrana
stlačování))
4. hyaluronany
5 adhezivní glykoproteiny
)
4. hyaluronany
5 adhezivní glykoproteiny5. adhezivní glykoproteiny
• různé typy ECM v různých tkáních (izoformy, regulace
5. adhezivní glykoproteiny
• různé typy ECM v různých tkáních (izoformy, regulacerůzné typy ECM v různých tkáních (izoformy, regulace
genové exprese)
různé typy ECM v různých tkáních (izoformy, regulace
genové exprese)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Poruchy syntézy kolagenuPoruchy syntézy kolagenu
• osteogenesis imperfecta
defekt syntézy kolagenu I (bodová mutace, AD)
• osteogenesis imperfecta
defekt syntézy kolagenu I (bodová mutace, AD)defekt syntézy kolagenu I (bodová mutace, AD)
abnormality kostí, časté fraktury
id l i b ll
defekt syntézy kolagenu I (bodová mutace, AD)
abnormality kostí, časté fraktury
id l i b ll• epidermolysis bollusa
defekt syntézy kolagenu VII nebo keratinů (IF)
é ě ř á ž ýř
• epidermolysis bollusa
defekt syntézy kolagenu VII nebo keratinů (IF)
é ě ř á ž ýřextrémně křehká pokožka (puchýře, traumata)extrémně křehká pokožka (puchýře, traumata)
OIOI EBEB
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Poruchy elastických vlákenPoruchy elastických vláken
• Marfanův syndrom
AD mutace v genu pro fibrillin 1
• Marfanův syndrom
AD mutace v genu pro fibrillin 1AD mutace v genu pro fibrillin 1
postižení kostry, CVS, kůže, očí
ti l
AD mutace v genu pro fibrillin 1
postižení kostry, CVS, kůže, očí
ti l• cutis laxa
AD mutace v genu pro elastin
č á ž á í
• cutis laxa
AD mutace v genu pro elastin
č á ž á ínedostatečná pružnost tkánínedostatečná pružnost tkání
MSMS
CLCL
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.