Fyziologie buněčných systémů (Lipidy, stres, regenerace) A. Kozubík Biofyzikální ústav AVČR, v.v.i., (Oddělení cytokinetiky) Ústav experimentální biologie, PřF MU (Oddělení fyziologie a imunologie živočichů) Brno 2 Čtyři nejdůležitější skupiny malých organických molekul v buňkách Stimuly: Ovlivnění funkcí celého organismu, homeostázy, regenerace Hlavní dráhy intermediárního metabolismu nahrazjí Biosyntéza MK C 16 (2+7x2) Význam lipidových komponent pro zachování homeostázy, zdraví a regeneraci organismu Brno 10 POTRAVA: Základní podmínka existence, zdroj živin (E), základ veškerých regulací Významné je Složení (kvalita),Množství Časové rozložení (frekvence příjmu) (FOSFOLIPIDY vs. NEUTRÁLNÍ TUKY) Modulace lipidového a celkového metabolismu a růstových vlastností tkání (důležité zejména za stresu) „Úloha lipidů ve fyziologii a patofyziologii buněk“ IF ? je nutriční model spočívající ve změně frekvence příjmu potravy. Významně moduluje metabolismus všech živin (zejména však metabolismus energetický a lipidový) Současně významně moduluje růstové vlastnosti tkání Důsledky modulace pomocí potravního režimu Vysokoglycidová dieta! Krysy: Střídání 24 h hladovění a následné realimentace (Pokusy z 50.-60. let 20.stol.) Deregulace cytokinetiky Rizika vyplývající ze změněné frekvence příjmu potravy (důsledky a možnosti ovlivnění fyziologických funkcí) Charakter odpovědi je nelineární Intenzita je závislá na délce adaptace Upraveno podle: Petrásek R. et al., 1970 Glykogen v Játrech Důsledek střídání 24 h hladovění a následné realimentace Dynamika odpovědi u krys Glykogen v játrech Tukový a energetický metabolismus a ionizující záření Jestliže dojde k celotělovému vystavení ionizujícímu záření, dochází k rozvoji tzv. RADIAČNÍHO SYNDROMU provázeného devastujícími účinky na organismus ) Dobový kontext od 40.- 80. léta 20. stol. Radiobilogický výzkum především pro vojenské účely. Důsledky: Utlumení a poškození krvetvorby (intenzívně proliferujících populací) imunitních funkcí a celého organismu. Vznik nádorů včetně leukémií atd. ,smrt. (Nevada, USA KMENOVÉ a PROGENITOROVÉ buněčné populace (včetně buněk krvetvorných a buněk střevních epiteů) jsou velmi CITLIVÉ k působení škodlivých faktorů vnějšího prostředí (včetně radiace). Proto je a) jejich poškození, (jež vede k destrukci imunitního systému a intoxikaci) b) i rychlost regenerace limitující pro obnovu a přežití celého organismu Dlouho je známo, že Formy nemoci z ozáření (myš) Viz. výše včetně C.N.S.100 GyCentrálně nervová Epitely, zejména střeva5 – 10 GyStřevní Kmenové buňky K.D.0.1- 6 GyDřeňová (má smysl 1) Hlavní oblasti postiženíDávkaForma nemoci z ozáření 1) zvládnutí této formy (do 6-10ti Gy) rozhoduje o přežití organismu Pozitiva: 1) výsledky uplatnitelné v radioterapii nádorů 2) objev kmenové buňky krvetvorby 3) radiací utlumená krvetvorba - model pro studium reg. schopností savčího org. Průběh nemoci závisí zejména 1) na dávce ozáření 2) na druhu a celkové „kondici“ organismu. Prof. Milan Pospíšil – oddělení radiosenzitivity BFÚ Dřívější náhodná pozorování in vivo ukázaly, že: zvířata se spontánně vyšší kapacitou lipogeneze a aktivovaným energetickým metabolismem se vyznačují celkově vyšší radiosenzitivitou !!!!!!!!!! Otázky: Do jaké míry a jakým způsobem může určitá metabolická orientace jedince - ovlivnit celkovou zdatnost a odolnost vůči pronikavé radiaci ? - jak lze tyto vtahy detailněji studovat, metodicky podchytit ? (vhodné metodické propojení) cíl: podrobnější vymezení vztahů mezi specifickou metabolickou orientací a chováním obnovných buněčných populací Další východiska vztahující se k problematice ( RQ 1) Kozubík A., et al.: Gen. Physiol. Biophys.: 7, 293-302, 1988Vlastní výsledky u myší RQ >1 Bez ozáření Po ozáření ? „IF“ - Model - změna frekvence příjmu potravy Dynamika a intenzita lipogeneze POSTIRADIAČNÍÚPRAVA PROLIFERAČNÍAKTIVITYBUŇEK KOSTNÍDŘENĚ PREIRRADIAČNÍBIOSYNTÉZA MASTNÝCHKYSELIN RADIOREZISTENCE 543210 Přežívání po ozáření Vliv délky adaptace na celkovou radiorezistenci ke 30. dni po ozáření (3 kmeny C a IF myší) IF - faktor ovlivňující lipidový metabolismus, proliferaci buněk a odolnost organismu (zhoršení/ zlepšení) Stejná potrava (přístup nepřetržitě/nárazově) Kozubík A, Pospíšil, M.: Strahlentherapie 158, 734, 1982 -+ Koncepce stresu: klasické pojetí (H. Selye) 4 stadia Metabolické důsledky kortikoidů a katecholaminů Záření jako Rychlá metabolická odpověď na akutní stres Adaptace na stres POSTIRADIAČNÍÚPRAVA PROLIFERAČNÍAKTIVITYBUŇEK KOSTNÍDŘENĚ PREIRRADIAČNÍBIOSYNTÉZA MASTNÝCHKYSELIN RADIOREZISTENCE 543210 Kozubík A., Pospíšil M., Netíková J.: Folia biologica (Prague) 36, 291, 1990 Some signaling molecules that bind to nuclear receptors Glukogenní aminokyseliny při odbourávání poskytují meziprodukty, z nichž lze metabolickou cestou vybudovat sacharidy (glukózu); do této skupiny patří např. Ala (deaminací vzniká pyruvát), Asp a Asn (oxalacetát) nebo Glu, Gln a Pro (2-oxoglutarát). Ketogenní aminokyseliny poskytují při odbourávání pouze takové meziprodukty, z nichž lze biosynthesou získat mastné kyseliny, ale ne sacharidy. Těmito meziprodukty jsou zejména acetyl-CoA a acetoacetát (kyselina 3-oxobutanová, keton, odtud ketogenní). Některé aminokyseliny poskytují jak glukogenní, tak ketogenní meziprodukty. Glukoneogeneze - biosyntéza glukózy z jiných než sacharidových zdrojů. Mezi nejvýznamnější výchozí látky pro syntézu glukózy patří laktát nebo pyruvát, glukogenní aminokyseliny a glycerol. Smyslem je udržet glykémii ve fyziologických mezích i za stavu lačnění nebo nadměrné spotřeby. Glukogenní aminokyseliny: alanin, arginin, kyselina asparagová, cystin, kyselina glutamová, glycin, histidin, hydroxyprolin, methionin, prolin, serin, threonin, valin. Ketogenní aminokyseliny: ketogenní je pouze leucin! Smíšené aminokyseliny: isoleucin, lysin, fenylalanin, tyrosin, tryptofan. Koncepce stresu: Nové pojetí (Munck, Pospíšil)