Fyziologie buněčných
systémů
A. Kozubík J. Hofmanová
2
Organismus jako komplexní hierarchický
systém
3
organismální,
tkáňová
molekulovábuněčná
Nelze oddělovat (naopak nutno usilovat)
studium na jednotlivých úrovních organizace systému
Obtížně realizovatelné v rámci jedné laboratoře
Výzkumné cíle a oblasti praktického využití
4
POPULACE NORMÁLNÍCH
(NETRANSFORMOVANÝCH)
BUNĚK
ONKOGENEZE
fáze:
INICIAČNÍ
(INITIATION)
PODPŮRNÁ
(PROMOTION)
„cell signalling“
(cytokiny vs. eikosanoidy)
klinická data,
matematické analýzy,
experimentální ověření
ONKOTERAPIE
PROGRESIVNÍ FÁZE
(PROGRESSION)
POPULACE
TRANSFORMOVANÝCH
BUNĚK
Typy buněčných populací
5
TYPY PROLIFERUJÍCÍ
expandující, neopouštějí
populaci, množí se
stacionární
c. konstantní
Tranzitní populace, ve
které se buňky pomnoží
c. konstantní
populace coby zdroj
buněk pro jiné populace
c. konstantní
NÁDOR
BLASTY
KRVE
K. B.
stále ubývá typ průchozí (tranzitní)
c. konstantní
B.
C.N.S.
OOCYTY
metamyelocyty
k. d.
erytrocyty
granulocyty
TYPY NEPROLIFERUJÍCÍ
podle Gilberta a Lajthy (1965)
The early acting growth factor which
maximises host
defense
6
7
Polyklonální charakter kostních buněk
Přirovnání kmenové buňky ke stromu
8
The structure of the hemopoietic system
Obr. 8. Schéma kvantitativního zastoupení různých prekurzorů krevních buněk v krvetvorné tkáni.
1 Podle Gregorové a Henkelmana (1977)
2 Podle MacVittieho a Porvaznika (1978)
3 Nejsou odvozeny od CFU-S
9
10
11
treatment: ovlivňovaný systém parametry cytokinetiky:
VSTUPY
modelové systémy in vitro, buňky lišící se
růstovou „strategií“, pacient VÝSTUPY
„black box“
cytostatika,
ozařování, …
regulační
podněty, atd.
... „0“
proliferace
diferenciace
apoptóza
12
Rovnováha (homeostáza)
13
Výsledek působení mnohočetných zpětných vazeb
14
15
REGULACE „NORMÁLNÍHO“ RŮSTU
1A Schematické znázornění stimulace a inhibice růstu specifickými a nespecifickými faktory. Převaha pozitivního nebo
negativního signálu rozhoduje o výsledné stimulaci nebo inhibiciů závisí na metaboluické a růstové aktivitě buněk, typu buněk
a dalších podmínkách - viz text. Specifické růstové účinky vnějšího prostředí buněk zahajují specifické růstové faktory
(specifické stimulátory) a specifické endogenní inhibitory (chalony). CSF-kolonie stimulující faktor, EGF-epidermální růstový
faktor, FGF-fibroblastový růstový faktor, NGF-nervový růstový faktor, MSA-multiplikaci sti-mulující aktivita,
cAMP-cyklický 3´5 -guanosinmonofosfát, BSC-1, BHK-1, MCIF, FGRF-specifické inhibitory daných buněčných linií.
STIMULACE
INHIBICE
Startovací inhibitorová síla
(odpověď vše nebo nic)
R
Ů
S
T
Mono-
Oligo-
Poly-
Nesspecifické
faktory
kumulace katabolitů
vyčerpání živin
transmem.pot. Em -70 až -90 mV
limitní konc. Na+/K+, Ca2+, Mg2+
snížení cGMP~10-8-10-12 mol.l-1
intracel.
zvýšení cAMP 10-2-10-5 mol.l-1 extr.
katabolické steroidy
interferon
katecholaminy, adrenalin
některé mitostat. hormony ACTH
některé prostaglandiny
inh. myeloidní leukémie
inh. epid. karcinomu, ascitu
inh. lymfomu, melanomu
epidermální, intestinální inh.
FGRF, MCIF inh. Atd.
BSC-1, BHK-1 inh
spec. inhibitory-chalony
spec. endogenní inhibitory
spec. intracel. stim. proteiny
spec. růstové faktory
růstové proteiny, kondic.média
poietiny, CSF
lektiny (A, conc. A)
somatomediny
některé prostaglandiny
EGF, FGF, NGF, MSA atd.
některé hormony - mitogenní
inzulín, serotonín
hydrokortizon, noradrenalin
anbolické steroidy
zvýšení cGMP 10-3-10-6mol.l-1 extr.
snížení cAMP pod 10-8 mol.l-1 i.c.
dodání Ca2+ nad 1,8 mV
transmem. pot. Em -10 až -70 mV
proteázy, trypsinizace
dodání živin
odstránění katabolitů
Mono-
Oligo-
Poly-
Nesspecifické
faktory
Startovací stimulátorová síla
(odpověď vše nebo nic)
Regulace a inhibice
růstu normálních a
nádorových buněk,
Fremuth F., SPN,
Praha, 1986
17
Čtyři nejdůležitější skupiny malých
organických molekul v buňkách
18
Spektrum eikosanoisů
MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS
CYCLOOXYGENASES
EPOXYGENASES
(P450)
LIPOXYGENASES
CH2
CH CO NH CH2 COOH
NH
COCH2CH2CHCOOH
NH2
C5H11
OH
S
COOH
COOH
LTA4
LTF4
LTE4
LTD4
LTC4LTB4
EPOXYACIDS,
DIOLS, etc.
TXB2
TXA2 PGI2 PGD2 PGE2
PGH2
PGG2
LTC4:
PLA2
O
OH
COOH
OH
PGE2:
ARACHIDONIC
ACID
MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS
INDOMETHACIN
DICLOPHENAC
MK - 886
NDGA ESC
5-LIPOXYGENASE
CYCLOOXYGENASES 12-LIPOXYGENASE
P450-MONOOXYGENASES
FLAP
Arachidonic acid: metabolic pathways and its possible
modulations
abbreviations:
ETYA = 5,8,11,14 -eicosatetraynoic acid ESC
= esculetin NDGA =
nordihydroguaiaretic acid
FLAP = 5-lipoxygenase activating protein 9HE
= 9-hydroxyellipticin HETEs =
hydroxyeicosatetraenoic acids HPETEs =
hydroperoxyeicosatetraenoic acids EETs
= epoxyeicosatrienoic acids SKF525A
= proadifen
SKF525A,
9-HE
ETYA
PROSTAGLANDINS
THROMBOXANES
PROSTACYCLINS
12-HETEs
12-HPETEs
LEUKOTRIENES
EETs
HETEs
DIOLS
(15-LIPOXYGENASE)
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
doi: 10.1194/jlr.R900004-JLR200.
PG nomenclature and structure. Arachidonic acid carbons are numbered 1–20,
starting from the carboxylate. The prostaglandin letter indicates composition of
the prostane ring, with PGH2 as an example.
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
doi: 10.1194/jlr.R900004-JLR200.
Structures of 5-lipoxygenase metabolites. 5-Lipoxygenase creates the labile
epoxide LTA4, which can be enzymatically converted into LTB4, LTC4, and LXA4.
From:
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
doi: 10.1194/jlr.R900004-JLR200.
Structure of eoxin C4. Eoxins are the 15-LOX analogs of the cysteinyl
leukotrienes, where the thiol attachment occurs at C-14.
From:
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
doi: 10.1194/jlr.R900004-JLR200.
From:
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
Examples of LTB4 metabolism by β-oxidation, CYP ω-hydrolases, and
glucuronidation.
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984
28
D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984
29
30
D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984
D.G.Cornwell and N.Morisaki, Free Radicals in Biology. Vol.6, 1984
VLIV KONCENTRACE NENASYCENÝCH MASTNÝCH KYSELIN
NA PROLIFERACI NÁDOROVÝCH BUNĚK – shrnutí (do r. 1985)
(„FATTY ACID PARADOXES“ )
Efekty závisí na koncentraci – další důkazy z oblasti nádorové problematiky:
(VNMK mohou generovat jak +, tak – signál na proliferaci)
32
Příklad interakce dvou faktorů (data: Eur. J. Pharmacol. 316, 349–357, 1996.)
33
Zhodnocení dat: vymezení významných interakcí
pomocí matematické analýzy dat upřesnění
modelových exp. podmínek pro detailnější studium
mechanismů
Vytvoření souboru dat detekcí proliferace, diferenciace
a apoptózy u buněk v definovaných časových
intervalech
Ovlivnění metabolismu eikosanoidů
I. dodáním exogenní
kyselimy arachidonové
(AA)
II. ovlivněním produkce eikosanoidů
s využitím inhibitorů:
LPO nebo CO nebo P450
TGF- b1 TGF- b1
TNFa TNFa
TGF-b1/ TNFa TGF-b1/ TNFa
diferenciace (+)
po indukci do:
granulocytů
nebo
monocytů -
makrofágů
+
-
35
36
37
„Moudrost člověka lze měřit podle starostlivosti, s níž myslí na
věci budoucí nebo na konec.“
G. Ch. Lichtenberg
množství
informace
využitelnost
informace
(kvantita)
(kvalita)
čas
Doporučená literatura
Cell Physiology Source Book, ed. N. Sperelakis Academic Press Inc., 1995
B. Alberts et al.: Molecular Biology of the Cell, 3rd edition, Garland Publish. Inc., New York 1994
Biochemie, B., Voet, J.G. Voetová: Victoria Publishing, Praha, 1990
Molecular Cell biology, J.E. Darnell: Eds. Darnell, Lodish, Baltimore, 2nd edition,
Scientific American Books Inc., New York 1990
J. Neuwirt, E. Nečas: Kmenové buňky a krevní choroby, Avicenum Praha 1981
Základy buněčné biologie – úvod do molekulární biologie buňky, B. Alberts, D. Bray, A, Johnson, J.
Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, Espero Publishing, (orig. 1998)
Klinická imunologie, J. Krejsek, O. Kopecký, Nucleus HK, 2004
(a všechny novější verze těchto učebnic)
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
J. Vácha: Problém normálnosti v biologii a lékařství, Avicenum, Praha 1980
J. Šterzl: Imunitní systém a jeho fyziologické funkce, Čs. Imunol. Společnost, Praha 1993