1
Bi8120 A lik á b ěč á bi l i 9 3 2011Bi8120 A lik á b ěč á bi l i 9 3 2011Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie – 9.3.2011Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie – 9.3.2011
Cytoskelet, 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 biologie
Přírodovědecká fakulta MUPřírodovědecká fakulta MU
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
2
Program přednášky:Program přednášky:
1. Cytoskelet
medicínské aspekty využití v diagnostice
1. Cytoskelet
medicínské aspekty využití v diagnostice medicínské aspekty – využití v diagnostice
 medicínské aspekty – poruchy cytoskeletálních
komponent a asociovaných proteinů
 medicínské aspekty – využití v diagnostice
 medicínské aspekty – poruchy cytoskeletálních
komponent a asociovaných proteinůp ý p
 cytoskeletální toxiny – praktické aplikace
2 Mezibuněčné interakce a spoje
p ý p
 cytoskeletální toxiny – praktické aplikace
2 Mezibuněčné interakce a spoje2. Mezibuněčné interakce a spoje
 medicínské aspekty – poruchy interakcí a spojů
á í
2. Mezibuněčné interakce a spoje
 medicínské aspekty – poruchy interakcí a spojů
á í3. Extracelulární matrix (ECM)
 medicínské aspekty – poruchy ECM
3. Extracelulární matrix (ECM)
 medicínské aspekty – poruchy ECM
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
3
CYTOSKELET:CYTOSKELET:
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.
4
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
5
 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.
-tubulin, F-aktin, DNA-tubulin, F-aktin, DNA
6
Funkce cytoskeletu
• morfologické / strukturální
Funkce cytoskeletu
• morfologické / strukturální• morfologické / strukturální
tvar buněk včetně cytoplazmatických protruzí,
odolnost vůči vnějším mechanickým vlivům,
• morfologické / strukturální
tvar buněk včetně cytoplazmatických protruzí,
odolnost vůči vnějším mechanickým vlivům,odolnost vůči vnějším mechanickým vlivům,
vnitřní organizace buňky
h b é
odolnost vůči vnějším mechanickým vlivům,
vnitřní organizace buňky
h b é• pohybové
intracelulární transport, pohyb chromosomů v
anafázi pohyb buněk po substrátu pohyb
• pohybové
intracelulární transport, pohyb chromosomů v
anafázi pohyb buněk po substrátu pohybanafázi, pohyb buněk po substrátu, pohyb
buněk pomocí kinocilií, svalová kontrakce
anafázi, pohyb buněk po substrátu, pohyb
buněk pomocí kinocilií, svalová kontrakce
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
7
aktinová
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.
(7 nm)(7 nm) (10 nm)(10 nm)
8
MIKROTUBULY (MT)MIKROTUBULY (MT)
• tubulin:
v MT heterodimer:  a  podjednotky
• tubulin:
v MT heterodimer:  a  podjednotkyv MT heterodimer:  a  podjednotky
-tubulin (pouze v MTOC)
• MTOC = mikrotubuly organizující centrum
v MT heterodimer:  a  podjednotky
-tubulin (pouze v MTOC)
• MTOC = mikrotubuly organizující centrumMTOC mikrotubuly organizující centrum
(centrosom, bazální tělíska)
MTOC mikrotubuly organizující centrum
(centrosom, bazální tělíska)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
9
Typy mikrotubulárních struktur
ži čiš ý h b ňká h j ji h f k
Typy mikrotubulárních struktur
ži čiš ý h b ňká h j ji h f kv živočišných buňkách a jejich funkce:v živočišných buňkách a jejich funkce:
• MTOC (mikrotubuly organizující centrum)• MTOC (mikrotubuly organizující centrum)• MTOC (mikrotubuly organizující centrum)
• síť cytoplazmatických mikrotubulů
 intracelulární transport buněčných struktur
• MTOC (mikrotubuly organizující centrum)
• síť cytoplazmatických mikrotubulů
 intracelulární transport buněčných struktur intracelulární transport buněčných struktur
 tvorba axonů a axonální transport
it ti ký át (děli í ř té k )
 intracelulární transport buněčných struktur
 tvorba axonů a axonální transport
it ti ký át (děli í ř té k )• mitotický aparát (dělicí vřeténko)
 pohyb chromozomů při mitóze / meióze
• mitotický aparát (dělicí vřeténko)
 pohyb chromozomů při mitóze / meióze
• kinocilie (bičíky, řasinky)
 pohyb buněk
• kinocilie (bičíky, řasinky)
 pohyb buněk
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
10
Asociované proteiny (s MT) a jejich poruchy:Asociované proteiny (s MT) a jejich poruchy:
Nemotorové AP:Nemotorové AP:
• MAPs (MAP-1, MAP-2, ...)
• tau-proteiny
• MAPs (MAP-1, MAP-2, ...)
• tau-proteiny
Motorové AP:
á á
Motorové AP:
á á• ATP-ázová aktivita
• dyneiny (pohyb od + konce k – konci)
• ATP-ázová aktivita
• dyneiny (pohyb od + konce k – konci)
• kinesiny (pohyb od – konce k + konci)• kinesiny (pohyb od – konce k + konci)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
11
Tauopatie
tau protein kódovaný genem MAPT (17q21)
Tauopatie
tau protein kódovaný genem MAPT (17q21)• tau-protein kódovaný genem MAPT (17q21)
• ve fosforylované formě stabilizuje MT (axony)
• abnormální depozity hyperfosforylovaného tau•
tau-protein kódovaný genem MAPT (17q21)
• ve fosforylované formě stabilizuje MT (axony)
• abnormální depozity hyperfosforylovaného tau-p y yp y
proteinu
 tělo neuronu a dendrity (Alzheimerova
choroba)
p y yp y
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 Disease
Frontotemporal Dementia with Parkinsonism
Linked to Chromosome 17 (FTDP-17)
Kortikobazální degenerace
Frontotemporal Dementia with Parkinsonism
Linked to Chromosome 17 (FTDP-17)
Kortikobazální degeneraceKortikobazální degenerace
Progressive supranuclear palsy
Alzheimerova choroba (AD)
Kortikobazální degenerace
Progressive supranuclear palsy
Alzheimerova choroba (AD)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
12
Tauopatie
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
13
Pick’s DiseasePick’s Disease
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
14
Alzheimerova chorobaAlzheimerova choroba
• jeden z typů stařecké demence
• 7-10% nad 65 let, 40% nad 80 let
ě
• jeden z typů stařecké demence
• 7-10% nad 65 let, 40% nad 80 let
ě• ztráta paměti (nejprve krátkodobá), dezorientace
(prostorová, časová), halucinace, upoutání na
lůžko smrt
• ztráta paměti (nejprve krátkodobá), dezorientace
(prostorová, časová), halucinace, upoutání na
lůžko smrtlůžko, smrt
• histologická diagnostika post mortem:
senilní plaky (-amyloid) - extracelulárně
lůžko, smrt
• histologická diagnostika post mortem:
senilní plaky (-amyloid) - extracelulárněsenilní plaky ( amyloid) extracelulárně
neurofibrilární vřeténka (forforylovaný tau-protein)
– intracelulárně
senilní plaky ( amyloid) extracelulárně
neurofibrilární vřeténka (forforylovaný tau-protein)
– intracelulárně
• komplexní onemocnění (genetické predispozice,
vlivy prostředí - např. hliník, věk)
• komplexní onemocnění (genetické predispozice,
vlivy prostředí - např. hliník, věk)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
15
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
16
AKTINOVÁ FILAMENTA (AF)AKTINOVÁ FILAMENTA (AF)
• G-aktin (globulární)  F-aktin (fibrilární)
AF t čí ž ější k tší ( á í MT)
• G-aktin (globulární)  F-aktin (fibrilární)
AF t čí ž ější k tší ( á í MT)• AF tenčí, pružnější, kratší (ve srovnání s MT)
• celková délka AF v buňce ~30x větší (ve srovnání
s MT)
• AF tenčí, pružnější, kratší (ve srovnání s MT)
• celková délka AF v buňce ~30x větší (ve srovnání
s MT)s MT)s MT)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
17
Typy aktinových struktur v živočišných buňkáchTypy aktinových struktur v živočišných buňkách
• síť aktinových filament v cytoplazmě
• membránový skelet (buněčný kortex)
• síť aktinových filament v cytoplazmě
• membránový skelet (buněčný kortex)ý ( ý )
• stresová vlákna
• formování cytoplazmatických protruzí:
ý ( ý )
• stresová vlákna
• formování cytoplazmatických protruzí:formování cytoplazmatických protruzí:
microvilli
lamellipodia, filopodia
formování cytoplazmatických protruzí:
microvilli
lamellipodia, filopodiap , p
• kontraktilní prstenec (ring)
p , p
• kontraktilní prstenec (ring)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
18
microvilli
l lli di
kontraktilní ring
lamellipodia
filopodia
kontraktilní ring
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
19
Funkce aktinových filamentFunkce aktinových filament
• intracelulární transport (síť cytoplazmatických AF)
• lokomoce, fagocytóza (stresová vlákna, lamellipodia)
• intracelulární transport (síť cytoplazmatických AF)
• lokomoce, fagocytóza (stresová vlákna, lamellipodia), g y ( , p )
• interakce buněk se substrátem (fokální adheze)
• změny tvaru buňky, axonální růst (lamellipodia,
filopodia)
, g y ( , p )
• 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 aktinuperforace vajíčka při fertilizaci (polymerace aktinu
v akrosomech)
• zvětšení buněčného povrchu
ik klk ( i illi) tř í it l
perforace vajíčka při fertilizaci (polymerace aktinu
v akrosomech)
• zvětšení buněčného povrchu
ik klk ( i illi) tř í it lmikroklky (microvilli) - střevní epitel
světločivné výběžky - tyčinky sítnice
stereocilie - kochleární epitel
mikroklky (microvilli) - střevní 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.
20
Nemotorové asociované proteiny:
é řá á í
Nemotorové asociované proteiny:
é řá á í polymerace a prostorové uspořádání AF
nukleace: ARPs (actin related proteins)
 polymerace a prostorové uspořádání AF
nukleace: ARPs (actin related proteins)- nukleace: ARPs (actin related proteins)
- zajištění poolu G-aktinu: thymosiny
- regulace délky AF: -aktinin, Cap Z protein,
- nukleace: ARPs (actin related proteins)
- zajištění poolu G-aktinu: thymosiny
- regulace délky AF: -aktinin, Cap Z protein,regulace délky AF:  aktinin, Cap Z protein,
capping protein
- stimulace polymerace AF: profilin
regulace délky AF:  aktinin, Cap Z protein,
capping protein
- stimulace polymerace AF: profilin
- depolymerace AF: cofilin, ADF, depactin
- spojování AF: filamin, ABP, gelactin, villin,
fimb in fas in aktinin
- depolymerace AF: cofilin, ADF, depactin
- spojování AF: filamin, ABP, gelactin, villin,
fimb in fas in aktininfimbrin, fascin, -aktinin
- štěpení AF: gelsolin, brevin
fimbrin, fascin, -aktinin
- štěpení AF: gelsolin, brevin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
21
Motorové asociované proteiny:Motorové asociované proteiny:
• myosiny• myosiny
 pohybové funkce AF pohybové funkce AF
• myosiny
 konvenční (typ II)
cytokineze svalová kontrakce
• myosiny
 konvenční (typ II)
cytokineze svalová kontrakcecytokineze, svalová kontrakce
 nekonvenční (typ I, III až XV)
 pohyb membránových veziklů
cytokineze, svalová kontrakce
 nekonvenční (typ I, III až XV)
 pohyb membránových veziklů pohyb membránových veziklů
v blízkosti plazmatické membrány
 tvorba vnitřní struktury protruzí
 pohyb membránových veziklů
v blízkosti plazmatické membrány
 tvorba vnitřní struktury protruzíy p
plazmatické membrány
• tropomyosin, troponin
y p
plazmatické membrány
• tropomyosin, troponin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
22
Změny AF a AP jako příčina onemocněníZměny AF a AP jako příčina onemocnění
Změny exprese isoforem aktinu
• kardiomyocyty u pacientů se srdečními příhodami
( t l i ká k l tál íh kti )
Změny exprese isoforem aktinu
• kardiomyocyty u pacientů se srdečními příhodami
( t l i ká k l tál íh kti )(patologická exprese a-skeletálního aktinu)
Mutace v genech pro aktin i AP
(patologická exprese a-skeletálního aktinu)
Mutace v genech pro aktin i APMutace v genech pro aktin i AP
• např. nemaline myopatie
Mutace v genech pro aktin i AP
• např. nemaline myopatie
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
23
INTERMEDIÁRNÍ FILAMENTA (IF)
• stavební protein se liší podle histogenetického
INTERMEDIÁRNÍ FILAMENTA (IF)
• stavební protein se liší podle histogenetického• stavební protein se liší podle histogenetického
typu tkáně  využití v diagnostice
• fibrilární molekula, vždy IF-doména na N-konci
• stavební protein se liší podle histogenetického
typu tkáně  využití v diagnostice
• fibrilární molekula, vždy IF-doména na N-konci, y
• funkce IF:
zvýšení mechanické odolnosti buňky,
, y
• funkce IF:
zvýšení mechanické odolnosti buňky,ý y,
determinace tvaru, lokalizace organel, integrace
cytoskeletu
ý y,
determinace tvaru, lokalizace organel, integrace
cytoskeletu
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
24
Třídy intermediárních filamentTřídy intermediárních filament
(I) a (II) keratiny(I) a (II) keratiny(I) a (II) keratiny
• epiteliální buňky
• AP: filagrin, plectin, dermoplakin
(I) a (II) keratiny
• epiteliální buňky
• AP: filagrin, plectin, dermoplakin
(III) vimentin, desmin, GFAP, synemin,
peripherin
• pojivová tkáň svalové buňky neuroglie
(III) vimentin, desmin, GFAP, synemin,
peripherin
• pojivová tkáň svalové buňky neuroglie• pojivová tkáň, svalové buňky, neuroglie
• AP: plectin, filensin, epinemin, paranemin
(IV) neurofilamenta, -internexin
• pojivová tkáň, svalové buňky, neuroglie
• AP: plectin, filensin, epinemin, paranemin
(IV) neurofilamenta, -internexin
• neurony
• AP: plectin
(V) jaderné laminy
• neurony
• AP: plectin
(V) jaderné laminy(V) jaderné laminy
(VI) nestin
• neuronální kmenové buňky, nádorově
(V) jaderné laminy
(VI) nestin
• neuronální kmenové buňky, nádorově
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
y,
transformované buňky, endotelie
y,
transformované buňky, endotelie
25
vimentin / DNA
(fibroblasty)
vimentin / DNA
(fibroblasty)
cytokeratin / DNA
(epitelie)
cytokeratin / DNA
(epitelie)
(fibroblasty)(fibroblasty)
(epitelie)(epitelie)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
26
27
28
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
29
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
30
Řez jazykem krysyŘez jazykem krysy
t k ti / DNAt k ti / DNA t k ti / i ti / DNAt k ti / i ti / DNAcytokeratin / 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.
31
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.
cytokeratincytokeratin vimentinvimentin
32
Alexandrova choroba (Alexander disease)
f tál í d ti í ě í
Alexandrova choroba (Alexander disease)
f tál í d ti í ě í• fatální neurodegenerativní onemocnění
• dominantní mutace v genu pro GFAP
• tvorba tzv Rosenthal fibers v mozkové tkáni
• fatální neurodegenerativní onemocnění
• dominantní mutace v genu pro GFAP
• tvorba tzv Rosenthal fibers v mozkové tkáni• tvorba tzv. Rosenthal fibers v mozkové tkáni
(eosinofilní okrouhlé nebo protáhlé struktury
produkované astrocyty)
• tvorba tzv. Rosenthal fibers v mozkové tkáni
(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.
33
CYTOSKELETÁLNÍ TOXINY
• místem zásahu MT nebo AF
CYTOSKELETÁLNÍ TOXINY
• místem zásahu MT nebo AF• místem zásahu MT nebo AF
• inhibitory polymerace nebo depolymerace
• přírodní látky (rostlinné alkaloidy mykotoxiny)
• místem zásahu MT nebo AF
• inhibitory polymerace nebo depolymerace
• přírodní látky (rostlinné alkaloidy mykotoxiny)
Vinca rosea /Vinca rosea /
• přírodní látky (rostlinné alkaloidy, mykotoxiny)• přírodní látky (rostlinné alkaloidy, mykotoxiny)
Catharanthus 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.
34
Mikrotubulární toxiny - inhibitory polymerace
• tzv vinca alkaloidy (Vinca major)
Mikrotubulární toxiny - inhibitory polymerace
• tzv vinca alkaloidy (Vinca major)• tzv. vinca-alkaloidy (Vinca major)
vinkristin, vinblastin, vinorelbin
• mechanismus:
• tzv. vinca-alkaloidy (Vinca major)
vinkristin, vinblastin, vinorelbin
• mechanismus:• mechanismus:
tvorba parakrystalů z molekul tubulinu
• využití:
• mechanismus:
tvorba parakrystalů z molekul tubulinu
• využití:y
chemoterapie - např. Velban,
Navelbin
y
chemoterapie - např. Velban,
Navelbin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
35
Mikrotubulární toxiny - inhibitory polymerace
• colchicine (Colchicum autumnale), colcemide
Mikrotubulární toxiny - inhibitory polymerace
• colchicine (Colchicum autumnale), colcemide( ),
• mechanismus:
vazba na molekuly tubulinu
( ),
• mechanismus:
vazba na molekuly tubulinu
• využití:
cytogenetická vyšetření - tzv. c-mitózy
• využití:
cytogenetická vyšetření - tzv. c-mitózy
polyploidizace 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.
36
Poruchy sítě MT po působení vinblastinuPoruchy sítě MT po působení vinblastinu
-tubulin / DNA-tubulin / DNA
linie 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.
( y )( y ) (p y)(p y)
37
Mikrotubulární toxiny - inhibitory depolymerace
• paclitaxel (Taxus baccata) docetaxel
Mikrotubulární toxiny - inhibitory depolymerace
• paclitaxel (Taxus baccata) docetaxel• paclitaxel (Taxus baccata), docetaxel
• mechanismus:
stabilizace mikrotubulů
• paclitaxel (Taxus baccata), docetaxel
• mechanismus:
stabilizace mikrotubulůstabilizace mikrotubulů
• využití:
chemoterapie - Taxol, Taxotere
stabilizace mikrotubulů
• využití:
chemoterapie - Taxol, Taxoterep ,p ,
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
38
Toxiny aktinových filament - inhibitory polymerace
• cytochalasiny latrunculin
Toxiny aktinových filament - inhibitory polymerace
• cytochalasiny latrunculin• cytochalasiny, latrunculin
• mechanismus:
vazba na barber end nebo na G-aktin
• cytochalasiny, latrunculin
• mechanismus:
vazba na barber end nebo na G-aktin
• využití:
základní i aplikovaný výzkum
• využití:
základní i aplikovaný výzkum
id ký k ž í fib blid ký k ž í fib blLidský 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.
39
Toxiny aktinových filament - inhibitory depolymerace
h ll idi (A it h ll id ) j l ki lid
Toxiny aktinových filament - inhibitory depolymerace
h ll idi (A it h ll id ) j l ki lid• phalloidin (Amanita phalloides), jasplakinolid
• mechanismus:
vazba na F-aktin stabilizace filament
• phalloidin (Amanita phalloides), jasplakinolid
• mechanismus:
vazba na F-aktin stabilizace filamentvazba na F-aktin, stabilizace filament
• využití:
základní výzkum (vizualizace aktinových filament)
vazba na F-aktin, stabilizace filament
• využití:
základní výzkum (vizualizace aktinových filament)základní výzkum (vizualizace aktinových filament)základní výzkum (vizualizace aktinových filament)
F-aktin:F-aktin:F aktin:
phalloidin -
rhodamin
F aktin:
phalloidin -
rhodamin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
40
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.
41
MEZIBUNĚČNÉ INTERAKCE
i i l kti í t ů CAM
MEZIBUNĚČNÉ INTERAKCE
i i l kti í t ů CAM• principem selektivní exprese receptorů CAM
(cell adhesion molecules)
• interakce CAM: navzájem mezi buňkami (cell cell)
• principem selektivní exprese receptorů CAM
(cell adhesion molecules)
• interakce CAM: navzájem mezi buňkami (cell cell)• interakce CAM: navzájem mezi buňkami (cell-cell)
s ECM (cell-matrix)
b t k l t itř b ňk ( t bili )
• interakce CAM: navzájem mezi buňkami (cell-cell)
s ECM (cell-matrix)
b t k l t itř b ňk ( t bili )• 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: integriny
selektiny
4 rodiny CAM: integriny
selektinyselektiny
ICAMs (imunoglobulin-like CAMs)
kadheriny
selektiny
ICAMs (imunoglobulin-like CAMs)
kadheriny
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
42
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
43
Integriny
• hlavní komponenta interakcí buněk s ECM
Integriny
• hlavní komponenta interakcí buněk s ECMp
• dimery:  (18 typů) a  (8 typů) podjednotka
Funkce:
p
• dimery:  (18 typů) a  (8 typů) podjednotka
Funkce:
• fokální adheze (vazba na AF)
• pohyb buněk v ECM (fibroblasty, leukocyty)
• interakce trombocytů resp gamet při fertilizaci
• fokální adheze (vazba na AF)
• pohyb buněk v ECM (fibroblasty, leukocyty)
• interakce trombocytů resp gamet při fertilizaci• interakce trombocytů, resp. gamet při fertilizaci
Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)
• interakce trombocytů, resp. gamet při fertilizaci
Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)y y ( )
• dědičná (AR) porucha tvorby CD18 (podjednotka
2 integrinu)
• nedostatečná adheze leukocytů k endotelu cév
y y ( )
• dědičná (AR) porucha tvorby CD18 (podjednotka
2 integrinu)
• nedostatečná adheze leukocytů k endotelu cév• nedostatečná adheze leukocytů k endotelu cév →
imunodeficience, časté bakteriální infekce
• transplantace kostní dřeně
• nedostatečná adheze leukocytů k endotelu cév →
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.
pp
44
Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)
Canine Leukocyte AdhesionCanine Leukocyte Adhesion
Deficiency (CLAD)
• irský setr
• mutační analýza
Deficiency (CLAD)
• irský setr
• mutační analýza• mutační analýza
• genetické testování
• mutační analýza
• genetické testování
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
45
MEZIBUNĚČNÉ SPOJE A ADHEZE
Gap junctions = kanálky“ umožňující průchod vody a
MEZIBUNĚČNÉ SPOJE A ADHEZE
Gap junctions = kanálky“ umožňující průchod vody aGap junctions = „kanálky umožňující průchod vody a
malých rozpustných molekul = o průměru 1,5 nm:
konexin (6 molekul) → konexon
Gap junctions = „kanálky umožňující průchod vody a
malých rozpustných molekul = o průměru 1,5 nm:
konexin (6 molekul) → konexon( )
Tight junctions = těsné spojení sousedních buněk v
epitelu, obvykle v blízkosti apikální strany
( )
Tight junctions = těsné spojení sousedních buněk v
epitelu, obvykle v blízkosti apikální strany
• 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.
46
Hypomagnesemie (dědičná varianta)
• mutace v genu kódujícím claudin 16 (3q27)
Hypomagnesemie (dědičná varianta)
• mutace v genu kódujícím claudin 16 (3q27)mutace v genu kódujícím claudin 16 (3q27)
• porucha transportu hořčíku
• hladina Mg2+ v séru regulována ledvinami
( b b i ál í t b l )
mutace v genu kódujícím claudin 16 (3q27)
• porucha transportu hořčíku
• hladina Mg2+ v séru regulována ledvinami
( b b i ál í t b l )(reabsorbce v proximálním tubulu)
• nízká hladina Mg2+ v krvi → křeče
• identifikováno 15 různých mutací CLDN16
(reabsorbce v proximálním tubulu)
• nízká hladina Mg2+ v krvi → křeče
• identifikováno 15 různých mutací CLDN16• identifikováno 15 různých mutací CLDN16• identifikováno 15 různých mutací CLDN16
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
47
Adherentní spoje
• vazba na aktinová filamenta (AF) → propojení AF v
Adherentní spoje
• vazba na aktinová filamenta (AF) → propojení AF v• vazba na aktinová filamenta (AF) → propojení AF v
sousedních buňkách prostřednictvím CAMs
• kadherin – -katenin – -katenin – AF
• vazba na aktinová filamenta (AF) → propojení AF v
sousedních buňkách prostřednictvím CAMs
• kadherin – -katenin – -katenin – AF• kadherin  katenin  katenin AF
• místa lokalizace: cytoplazmatické plaky (vnitřní
strana plazmatické membrány)
• kadherin  katenin  katenin AF
• místa lokalizace: cytoplazmatické plaky (vnitřní
strana plazmatické membrány)p y)p y)
aktin / -kateninaktin / -katenin
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
48
Desmosomy
• vazba na intermediární filamenta (IF) → propojení IF
Desmosomy
• vazba na intermediární filamenta (IF) → propojení IFvazba na intermediární filamenta (IF) propojení IF
v sousedních buňkách prostřednitvím CAMs
• kadheriny (desmoglein, desmocollin) – plakoglobin,
vazba na intermediární filamenta (IF) propojení IF
v sousedních buňkách prostřednitvím CAMs
• kadheriny (desmoglein, desmocollin) – plakoglobin,y ( g , ) p g ,
plakofilin – desmoplakin – IF
• místa lokalizace: cytoplazmatické plaky (vnitřní
t l ti ké b á )
y ( g , ) p g ,
plakofilin – desmoplakin – IF
• místa lokalizace: cytoplazmatické plaky (vnitřní
t l ti ké b á )strana plazmatické membrány)strana plazmatické membrány)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
49
Pemphigus vulgaris
• autoimunitní kožní choroba
Pemphigus vulgaris
• autoimunitní kožní chorobaautoimunitní kožní choroba
• syntéza protilátek proti desmogleinu 1 a 3
• poruchy adhezivních vlastností epitelií → tvorba
hýřů
autoimunitní kožní choroba
• syntéza protilátek proti desmogleinu 1 a 3
• poruchy adhezivních vlastností epitelií → tvorba
hýřůpuchýřů
• léčba kortikoidy
puchýřů
• léčba kortikoidy
anti-IgGanti-IgG
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
50
INTERAKCE MEZI BUŇKAMI A SUBSTRÁTEM / ECM
Hemidesmosomy = připojení IF k ECM prostřednictvím
INTERAKCE MEZI BUŇKAMI A SUBSTRÁTEM / ECM
Hemidesmosomy = připojení IF k ECM prostřednictvímHemidesmosomy = připojení IF k ECM prostřednictvím
CAMs
Fokální adheze = připojení AF k ECM prostřednictvím
Hemidesmosomy = připojení IF k ECM prostřednictvím
CAMs
Fokální adheze = připojení AF k ECM prostřednictvímFokální adheze = připojení AF k ECM prostřednictvím
CAMs
Fokální adheze = připojení AF k ECM prostřednictvím
CAMs
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
51
Muskulární dystrofie
• genetické poruchy interakcí mezi aktinem a ECM
Muskulární dystrofie
• genetické poruchy interakcí mezi aktinem a ECMgenetické poruchy interakcí mezi aktinem a ECM
• Duchenova, Beckerova
• mutace v genu pro dystrofin
(i k k i d l k )
genetické poruchy interakcí mezi aktinem a ECM
• Duchenova, Beckerova
• mutace v genu pro dystrofin
(i k k i d l k )(interakce aktin – dystroglykan)(interakce aktin – dystroglykan)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
52
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.
53
Extracelulární matrix (ECM)
• odlišné uspořádání a vlastnosti v závislosti na typu
Extracelulární matrix (ECM)
• odlišné uspořádání a vlastnosti v závislosti na typu• odlišné uspořádání a vlastnosti v závislosti na typu
tkáně
• pojivové tkáně (kosti, šlachy, chrupavky, sklivec):
• odlišné uspořádání a vlastnosti v závislosti na typu
tkáně
• pojivové tkáně (kosti, šlachy, chrupavky, sklivec):
převaha ECM (nutnost mechanické pevnosti)
• svaly, epitely:
C ( h k šť
převaha ECM (nutnost mechanické pevnosti)
• svaly, epitely:
C ( h k šťminimum ECM (mechanickou oporu zajišťuje
cytoskelet)
minimum ECM (mechanickou oporu zajišťuje
cytoskelet)
Funkce ECM:
1. Mechanická opora
Funkce ECM:
1. Mechanická opora1. Mechanická opora
2. Specifické funkce tkání (vazba signálních molekul)
3. Regulace embryogeneze
1. Mechanická opora
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.
g y gg y g
54
Složení ECM
b ňk ří l š é tká ě d k jí l žk ECM i t l lá ě
Složení ECM
b ňk ří l š é tká ě d k jí l žk ECM i t l lá ě• buňky příslušné tkáně produkují složky ECM intracelulárně
a vylučují je exocytózou:
1. kolagen - základní strukturní komponenta (zajištění
• buňky příslušné tkáně produkují složky ECM intracelulárně
a vylučují je exocytózou:
1. kolagen - základní strukturní komponenta (zajištěníg p ( j
pevnosti v tahu)
2. elastin + fibrilin - komponenty elastických vláken
(zajištění pružnosti)
g p ( j
pevnosti v tahu)
2. elastin + fibrilin - komponenty elastických vláken
(zajištění pružnosti)(zajištění pružnosti)
3. proteoglykany - výplňová komponenta (zábrana
stlačování)
(zajištění pružnosti)
3. proteoglykany - výplňová komponenta (zábrana
stlačování)
4. hyaluronany
5. adhezivní glykoproteiny
4. hyaluronany
5. adhezivní glykoproteiny
• různé 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.
55
Poruchy syntézy kolagenu
• osteogenesis imperfecta
Poruchy syntézy kolagenu
• osteogenesis imperfecta• osteogenesis imperfecta
defekt syntézy kolagenu I (bodová mutace, AD)
abnormality kostí, časté fraktury
• osteogenesis imperfecta
defekt syntézy kolagenu I (bodová mutace, AD)
abnormality kostí, časté frakturyab o a ty ost , časté a tu y
• epidermolysis bollusa
defekt syntézy kolagenu VII nebo keratinů (IF)
ab o a ty ost , časté a tu y
• epidermolysis bollusa
defekt syntézy kolagenu VII nebo keratinů (IF)y y g ( )
extrémně křehká pokožka (puchýře, traumata)
y y g ( )
extrémně křehká pokožka (puchýře, traumata)
OOOIOI EBEB
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
56
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
57
Poruchy elastických vláken
• Marfanův syndrom
Poruchy elastických vláken
• Marfanův syndrom• Marfanův syndrom
AD mutace v genu pro fibrillin 1
postižení kostry, CVS, kůže, očí
• Marfanův syndrom
AD mutace v genu pro fibrillin 1
postižení kostry, CVS, kůže, očípost e ost y, C S, ů e, oč
• cutis laxa
AD mutace v genu pro elastin
post e ost y, C S, ů e, oč
• cutis laxa
AD mutace v genu pro elasting p
nedostatečná pružnost tkání
g p
nedostatečná pružnost tkání
MSMS
CLCL
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
MSMS
58
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.
59
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 03 / 9.3.