#7 Klíčové molekulární komponenty vývoje II Signály z vnějšího prostředí Signály z vnějšího prostředí Notch • Notch=zářez – podle prvního fenotypu octomilky se zářezy na křídlech (T.H. Morgan, 1919) Notch dráha - overview Notch dráha, stejně jako ostatní morfogenetické systémy, reguluje (ať už negativně nebo pozitivně) jednotlivé vývojové procesy na několika stupních. Příklad: vývoj jednotlivých buněčných typů v nervovém systému Notch a asymetrické buněčné dělení Notch a asymetrické buněčné dělení Notch and the segmentation clock Signály z vnějšího prostředí Wnt/b-kateninová dráha Signály z vnějšího prostředí Hedgehog dráha • hedgehog (Hh) u octomilky – název „ježek“ podle fenotypu larvy • u savců jsou tři homology – sonic hedgehod (Shh), indian hedgehog (Ihh) a desert hedgehog (Dhh) Schéma Shh dráhy Schéma aktivace transkripčního faktoru Gli – současný pohled (2007) Shh – jeden z nejlépe popsaných klasických morfogenů (tzv. model francouzské vlajky) – v závislosti na koncentraci morfogenu se spouští odlišné transkripční programy Shh – jeden z nejlépe popsaných klasických morfogenů (tzv. model francouzské vlajky) – v závislosti na koncentraci morfogenu se spouští odlišné transkripční programy Elektroporace kuřecí nervové trubice umožnila poznat jakým způsobem buňky během vývoje získávájí a udržují svou identitu Přirozené inhibitory Shh dráhy Primary cilia vs. motile (secondary) cilia • struktura 9+2 • pohyblivé • epitely tracheje, vejcovodů, ependym… Primary cilia - function • délka 2-10µm, průměr 0.25µm • chemo- a osmosenzory • fotoreceptory • mechanoreceptory • komunikace v extracelulární matrix • nodal cilia – pohyblivá – blastocysta – pravolevá souměrnost • model trandukce – receptory iontové kanály, efektorové proteiny, transkripční faktory Hedgehog (Hh) a Wnt signální dráhy jsou vázané na primární cilie • Wnt a Hh signální dráhy regulují embryonální vývoj a formování mnoha tkání. • Abnormální Hh/Wnt a s nimi spojená onemocnění jsou způsobena defekty ve tvorbě primárních cilií (infertilita, polydaktylie, polycystické ledviny, degenerace retiny). • Hh, Wnt jsou přímo vázány na primární cílie. Intraflagelární transport (IFT) • Poprvé popsali Kozminski et al. 1993 pomocí DIC mikroskopie • Za transport zodpovědný kinesin-II – transport k distálnímu „+“ konci a dynein zodpovědný za transport k „-“ konci. • Kif3A, Kif3B (podjednotky kinesinu) KO buňky netvoří cilie. • IFT je zodpovědný za regulaci signálních drah vázaných na primární cilie Primary cilia and Hh signaling • Je spojen s primárními ciliemi • Ligand se naváže na patch (Ptc) protein, což způsobí zrušení inhibičního efektu Ptc na protein smoothened (Smo), který transdukuje signál přes glioma transkripční faktory (Gli) do jádra, kde řídí expresi Hh genů. (Gli1, Gli2 a Gli3A jsou aktivátory a Gli3R je represor). Hlavním represorem je SuFu. • IFT hraje klíčovou úlohu ve funkci regulace Hh signální dráhy (spojuje Smo a Gli) • Partial loss-of-function v genu polaris vede u myší k preaxiální polydaktýlii a k poruchám při formování končetin. Při úplné ztrátě dojde v embryu k formování náhodné pravo-levé symetrie -> důležitost primárních cílií a Hh ve vývojí. • Mutace Kif3A a Kif3B mají podobné fenotypy v důsledku ztráty cilie. • 3 typy Hh – Sonic Hh (Shh), Indian Hh (Ihh) a Desert Hh (Dhh) PDGFR signaling Hypoxie a HIF Část podkladů dodali: Eva Lincová Jana Kamarýtová Filip Trčka Hypoxie a HIF • Hypoxie: snížený parciální tlak O[2] ve tkáni x normoxie • HIF – Hypoxia-Inducible Factor: – Heterodimerický TF aktivující geny obsahující v promotorové sekvenci HRE (Hypoxia response element), vlastní transkripce je iniciována pomocí koaktivátorů p300 a CBP (CREB-binding protein) – Prozatím je známo kolem 60 (100) genů regulovaných HIF, řada z nich reguluje odpověď na hypoxii (angiogeneze, proliferace, metabolismus glukózy, migrace, apoptóza, erytropoeza, metabolismus Fe) – Heterodimer sestává ze tří α podjednotek (HIF1α, 2α, 3α) a jedné podjednotky β (HIFβ=ARNT) – α podjednotky jsou při normoxii silně labilní, podjednoteka β je na koncentraci O[2] nazávislá HIF při normoxii a hypoxii Modelové vývojové změny spojené s hypoxií/HIF systémem • embryonální vývoj • angiogenese • růst chrupavek • krvetvorba – aktivace EPO genu Angiogenese • Angiogenese – tvorba nových krevních cév • HIF-2 se váže do oblasti promotoru a iniciuje transkripci receptoru VEGFR 2 i expresi VEGF(Vascular Endothelial Growth Factor) – hlavní faktor angiogenese • v normálním vývoji ale i během nádorového růstu Růst chrupavek • HIF přítomen při růstu chrupavek • HIF-1 může hrát roli v adaptaci chondrocytů na nízký tlak kyslíku • osteoartritis Hypoxie v karcinogenezi Příčiny a důsledky aktivace HIF • PŘÍČINY • Hypoxie • Působení růstových faktorů a onkogenních signálních drah (EGF, Ras, Src, …) • Mutace nádorových supresorů (p53, PTEN, pVHL) • Nedostatečná aktivita hydroxyláz • DŮSLEDKY • Podpora angiogeneze a růst nádoru • Metabolická adaptace na hypoxii (podpora glykolýzy)