Zpětné vazby
(optimum funcí)
využití poznatků
(řešení praktických problémů)
Polyklonální charakter kostních buněk Přirovnání
kmenové buňky ke stromu:
a – kmenová buňka v embryonální podobě
b – kmenová buňka v dospělosti
a
b
b
Attractor
„cílový“
pohyb
Negativní zpětná vazba
Reakce
na vychýlení
Vácha, J.: Problém normálnosti v biologii a lékařství (Avicenum, 1980)
Výstup
systému
Žádaná
hodnota
Akční
veličina
Regulační
odchylka
optimální
rozsah
regulace
tolerovaná
hranice
regulovaného
rozmezí
„homeostázy“
na tkáňové
úrovni
diferenciace
zánik buněk
(smrt apoptózou)
produkce buněk
(intenzita dělení -
proliferace)
zvýšené riziko vzniku
nádorových onemocněníPOČETBUNĚKVPOPULACI
Vácha, J.: Problém normálnosti v biologii a lékařství (Avicenum, 1980)
Vácha, J.: Problém normálnosti v biologii a lékařství (Avicenum, 1980)
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
9-HE = 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)
dříve - dnes
-90
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
90
1 3 10 30 100
%kontroly
-90
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
90
0,3 1 3 10 30
koncentrace (mM)
%kontroly
Ibuprofen
-90
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
90
1 3 10 30 100
koncentrace (mM)
%kontroly
-90
-70
-50
-30
-10
10
30
50
70
90
0,3 1 3 10 30
koncentrace (mM)
%kontroly
PRODUKTY
LIPOXYGENÁZ A CYKLOOXYGENÁZ
VORE et al., J. Immunol. :
11, 435 - 442, 1989
koncentrace (mM)
NDGA
Esculetin Indomethacin
Další efekty inhibitorů
metabolismu AA
význam rovnováhy
v přísunu prekursorových PUFAs
a
v produkci jednotlivých jejich metabolitů
P450
?
EETs
HETEs
diols
12-LIPOXYGENASE
(15 - LIPOXYGENASE)
PROSTAGLANDINS
THROMBOXANES
PROSTACYCLINS
LEUKOTRIENES
12 HPETs
12 HETEsCYCLOOXYGENASES
?ARACHIDONIC
ACID
MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS
?
5 - LIPOXYGENASE
FLAP
ESC
MK-886
Fosfolipidový metabolismus
a působení ioniz. radiace
(škodlivých faktorů
životního prostředí)
Efekty aplikace NDGA
„v protektivním režimu“
a její dávkově závislé
účinky na regeneraci ESC
a GM-CFC (v čase).
Efekty dalších
inhibitorů
Kostní
dřeň
Periferní
krev
Příklad aplikace inhibitorů metabolismu AA
v „terapeutickém režimu“
Příklad aplikace inhibitorů
metabolismu AA v
„terapeutickém režimu“
Inhibitory
cyklooxygenáz stimulují (+)
a lipoxygenáz inhibují (-)
granulopoézu
i
lymfopoézu
Efekty inhibitorů mohou být tedy způsobeny zásahy do biosyntézy eikosanoidů a
jejich
regulačními účinky na krvetvorbu
Radiorezistence
kmenových a
prekurzorových
buněk není
oblivněna !!!
Dílčí shrnutí
(MOŽNÉ MECHANISMY)
Negativní účinek PGE2 na proliferaci k. buněk
Fáze buněčného
cyklu
e.g. G protein,
kinase
PGE2„Phorbol esters“ CSF-1 GM - CSF
IL- 3
cAMP
PKC
PKC
CSF-1R
(c- fms)
GM - CSF R
IL- 3R
tyr-P
EFFEKTOR
ODPOVĚĎ
PKA
DNA syntéza
G0 G1 S
?
-
adenylyl
cyclase
+
+
Indomethacin
Trends Biochem Sci. 2010 Apr
27. [Epub ahead of print]
Mitochondrial reactive
oxygen species regulate
cellular signaling and dictate
biological outcomes.
Hamanaka RB, Chandel NS
Major eicosanoid biosynthetic pathways. The metabolites
of the major pathways are indicated in color:
COX (purple),
5-LOX (orange),
15-LOX (green),
12-LOX (yellow),
CYP epoxygenase (red),
CYP ω-hydroxylase (cyan),
and nonenzymatic oxidation (gray)
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
.
Temporal genomic and lipidomic changes
in eicosanoid biosynthesis in RAW264.7 macrophages
in response to Kdo2-Lipid A stimulation.
Greater intensity of red indicates increasing levels,
greater intensity of green indicates decreasing levels,
and gray represents
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
Příklad využití inhibitorů biosyntézy eikosanoidů in vitro
Posílení přirozených regulátorů
diferenciace a apoptózy
pomocí různých inhibitorů
přeměny AA nádorových
Leukemických buněk
Intact cells
DMSO pretreatment DMSO pretreatment
RA
TGF/ MK5
TGF/MK5
TGF/ MK1
TGF/ MK5
TGF/ esculetin
Příklad působení
NSAIDs na nádorové
buňky in vivo
PŘEŽÍVÁNÍ ZVÍŘAT
s nádorem (G:5:113)
PO TERAPII
S INHIBITORY
CYKLOOXYGENÁZ
Další praktické důsledky
zásahů do metabolismu PUFAs
Kombinovaná „terapie“,
(radioprotektiva) - příklady
dose (Gy)
ESCNo.
6 6.5 7 7.5 8
100
80
60
40
1
2
4
8
6
10
20
cystamine
control
indomethacin
Indomethacin +
cystamine
Kozubík A., Pospíšil M., Netíková J.: Folia biologica (Prague) 36, 291, 1990
Dávková závislost
control
cystamine
indomethacin
Indomethan
+ cystamine
3,5
4
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0 5 10 15 20 25 30
4,5
5
days after irradiation 6.5 Gy
Kozubík A., Pospíšil M., Netíková J.:
Folia biologica (Prague) 36, 291, 1990
Odpověď v čase
control
cystamine
indomethacin
Indomethacin
+ cystamine
12
0
13
0
11
0
90
80
60
50
30
20
0 5 10 15 20 25 30
14
0
15
0
40
70
100
days after irradiation 6.5 Gy
Kozubík A., Pospíšil M., Netíková J.:
Folia biologica (Prague) 36, 291, 1990
Odpověď v čase
Doposud uvedené výsledky
- na úrovni celého organismu buněk a tkání
Příklad na úrovni organismů
populací
35
Zpětná vazba negativní:
Působení na vyšších úrovních
organizace systémů
HDP
představuje veškerou finální produkci v peněžních jednotkách
(celkový objem výrobků a služeb) za určité období (zpravidla 1 rok)
národními výrobními faktory dané země ,
bez ohledu na to, ve kterém státě působí.
Je odrazem sumy vnějších a vnitřních faktorů schopných ovlivnit ekonomiku
Nevypovídá nic o “kvalitě života”,
finální produkce - taková produkce, která je vyrobena a prodána,
aby byla spotřebována domáctnostmi, státem,
použita jako investice nebo vyvezena jako export
Vývoj HDP meziročně v % - reálné oscilace
0,3
-11,6
-0,5
0,1
2,2
5,9
4,2
-0,7 -1,1
1,2
3,9
2,5
1,9
3,6
4,5
6,3
6,8
6
3,2
-2,3
0,8
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
*2009
*2010
* predikce dle MFČR
ZměnaHDPv%
Vývoj inflace meziročně v %
17,5
52
12,7
18,2
10,2
7,9 8,6
10
6,8
2,5
4 4,1
0,6 1
2,8 2,2 1,7
5,4
3,6
0
10
20
30
40
50
60
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
Inflacev%
Vývoj inflace meziročně v %
zdroj: www.kurzy.cz
Nominální mzda SŠ profesora
3990,- Kč
13528,-Kč
(3,4x)
1989 90 91 92 93 94 95 96 97
13528,-
Kč
6764
ROK
60
70
80
90
120
110
100
199719961995
199419931992199119901989
3990,-Kč
13528,-
Kč
mzdav%
hrubá
mzda
čistá mzda
Vývoj reálných mezd (relace k roku 1989)
0,3
-11,6
-0,5
0,1
2,2
5,9
4,2
-0,7 -1,1
1,2
3,9
2,5
1,9
3,6
4,5
6,3
6,8
6
3,2
-2,3
0,8
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
*2009
*2010
Vývoj HDP meziročně v %
zdroj: MFČR
Porušení funkcí
negativní zpětné vazby
(důsledky,………….
…obecnější platnost….!!!)
Důsledky převahy
pozitivní zpětné vazby
1,1 1,1 1,1
-1,6
-29,6
-87,7
-109
-97,6
-19,4
-175
-200
-150
-100
-50
0
50
Státnírozpočet(vmld.Kč)
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
rok
Masivní příjmy z privatizací
„povodně“
„KRIZE“
sanace bank cca 400 - 800 mld Kč ???
„Krachy bank“
Deficity
Plýtvání
Fakta - dynamika a některé příčiny zadlužování
??
2010 2011 2012
-156
-135
-105
??
-20
-10
0
10
20
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
nároky
Propad „možností ??“
%
Propad HDP???
Očekávané tendence – 2009/2011
Kritické období
Propad „možností??“
?
Příklad extrémně
„regulačně nevyváženého“
vnitřně rozporného systému
(očekávánému zachování růstu
Neodpovídají prostředky a zdroje)
Hledání „OPTIMA“
According to: Pospíšil 1977 ?
100
50
%hynutípoozáření
Na / K poměr v moči
vyvážená regulace
(biol. optimum)
nevyvážená regulace
tendence k retenci Na tendence ke ztrátám Na
1
1´
2
3
3´
1,1´ - „celkové náklady“ potřebné k navození změny stavu
(reakce)
3,3´ - „celkové náklady“ potřebné k utlumení (reakce)
55
Dosažení dynamické rovnováhy v systému po
podnětech rozdílné intenzity
56
Dosažení dynamické rovnováhy v systému po
podnětech rozdílné intenzity
57
Dosažení dynamické rovnováhy v systému po
podnětech rozdílné intenzity
58
Dosažení dynamické rovnováhy v systému po
podnětech rozdílné intenzity
59
Dosažení dynamické rovnováhy v systému po
podnětech rozdílné intenzity
kontroly
cystamin
indomethacin
indomethan
+ cystamin
3,5
4
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0 5 10 15 20 25 30
4,5
5
leukocyty/mlx103
Dny po ozáření 6,5 Gy
kontroly
cystamin
indomethacin
indomethan
+ cystamin
3,5
4
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0 5 10 15 20 25 30
4,5
5
leukocyty/mlx103
Dny po ozáření 6,5 Gy
dose (Gy)
ESCNo.
6 6.5 7 7.5 8
100
80
60
40
1
2
4
8
6
10
20
cystamin
kontroly
indomethacin
indomethacin +
cystamin
Kozubík A., Pospíšil M., Netíková J.: Folia biologica (Prague) 36, 291, 1990
Dny po ozáření 6,5 Gy
dose (Gy)
ESCNo.
6 6.5 7 7.5 86 6.5 7 7.5 8
100
80
60
40
1
2
4
8
6
10
20
100
80
60
40
1
2
4
8
6
10
20
cystamin
kontroly
indomethacin
indomethacin +
cystamin
Kozubík A., Pospíšil M., Netíková J.: Folia biologica (Prague) 36, 291, 1990
Dny po ozáření 6,5 Gy
kontroly
cystamin
indomethacin
indomethacin
+ cystamin
Hmotnostslezity(mg)
120
130
110
90
80
60
50
30
20
0 5 10 15 20 25 30
140
150
40
70
100
Dny po ozáření 6,5 Gy
kontroly
cystamin
indomethacin
indomethacin
+ cystamin
Hmotnostslezity(mg)
120
130
110
90
80
60
50
30
20
0 5 10 15 20 25 30
140
150
40
70
100
Dny po ozáření 6,5 Gy
Kontrola
Cystamin
Indomethacin
Cystamin +
Indomethacin
Silně
poškozený
systém
Zátěž
nižší
intenzityVlastní výsledky
Posílení inhibitorů COX
Kombinovaná léčba
platí, že
- čím větší destrukce systému, tím delší fáze jeho regenerace
ustanovení nové rovnováhy
- zachování alespoň relativní stability nemohou zajistit
jednostranně akcentované tendence (např. důraz na růst)
- nutno respektovat existenci protichůdných tendencí,
mít však na zřeteli jejich uměřenost,
míru (limity jejich působení)
61
čas
stimulujícítendence
omezujícítendence
62
63
Významnou úlohu zde hrají lipidové
složky výživy - VNMK a jejich metabolityLTs PGs
Růstové
inhibitory
Růstové
stimulátory
Homeostáza jako výsledek mnohačetných
zpětných vazeb a protichůdně působících
regulátorů a tendencí.
„Ideální stav“
Modulace cytokinetiky látkami tukové povahy
- závěryLipidy
a zejména jejich složky vysoce nenasycené kyseliny
(PUFAs), včetně jejich metabolitů eikosanoidů,
patří mezi významné epigeneticky působící faktory schopné
ovlivnit jak dělení a zánik normálních,
ale i transformovaných buněčných populací, tak proces maligní
transformace.
Hlavní mechanismy působení PUFAs
v buněčných signalizacích
1) přímé ovlivnění aktivity transkripčních faktorů
regulujících expresi genů významných z hlediska
cytokinetiky
2) produkce eikosanoidů působících na přenos signálů
růstových faktorů, cytokinů a imunitní systém
3) produkce reaktivních kyslíkových metabolitů
vznikajících peroxidací lipidů.
Pozvání:
- Nabídka odborně pedagogických míst
PřF MU v Brně.