Karel Souček Kůže, její obnova a regenerace; prostata, prsní epitel jako příklady endokrinně regulovaných tkání Rychlost obnovy buněk http://book.bionumbers.org/wp-content/uploads/2014/08/490-t1-CellsBodyReplacementRate-16.png http://book.bionumbers.org/ KOŽNÍ SYSTÉM * zevní obal těla, chrání tělo před ztrátou tekutin, škodlivými vlivy vnějšího prostředí, je zapojena do metabolických a imunitních procesů, má význam v termoregulaci, obsahuje smyslové receptory (hmat, bolest, teplota) * Pokožka * Epidermis (rohovějící epitel) * Dermis, škára (vazivová složka) * Kožní orgány, adnexa * Deriváty epidermis * Vlasy, nehty * Kožní žlázy * Mléčná žláza * EPIDERMIS * nepropustná pro mnohé látky, chrání organismus před UV zářením, termický a chemický izolátor * vrstvy: * stratum basale: vrstva kubických až cylindrických keratinocytů vzájemně pospojovaných desmosomy, silně bazofilní, intezivní mitotické množení – zdroj nových keratinocytů, kmenové a progenitorové buňky * stratum spinosum: několik (2-5) vrstev polyedrických keratinocytů, které vysílají množství výběžků (v místě jejich kontaktu jsou desmosomy a tonofilamenta → soudržnost mezi buňkami), rozšířené mezib. štěrbiny vyplněné tekutinou (difúze látek) * obě tyto vrstvy jsou mitoticky aktivní → Malpigiho vrstva * stratum granulosum: obsahuje cca 3 vrstvy, granula keratohyalinu, cytoplasmatické agregáty filament cytokeratinu a dalších proteinů, proces rohovění – Epidermální diferenciace Epidermální diferenciace Kallikrein-related serine peptidases Lymphoepithelial Kazal-type inhibitor Epidermální vodní bariéra * Buněčný obal – 15 um nerospustná vrstva proteinů * Mechanická pevnost a opora * Lipidový obal – 5 um vrstva lipidů * „teflonová“ vrstva * Lamelarní tělíska jsou sekretována exocytózou do mezibuněčného prostoru stratum granulosum a stratum corneum * Tvoří je heterogenní směs fosfolipidů, glykosfingolipidů a ceramidů BUŇKY EPIDERMIS: * keratinocyty – tvorba keratohyalinu až keratinu; ve všech vrstvách pokožky; tvoří lamelární tělíska – kontrola odpařování vody * Langerhansovy buňky – dendritické buňky původem z kostní dřeně, hvězdicovitý tvar, antigen prezentující buňky; ve stratum spinosum * Merkelovy buňky – mechanoreceptory (při jejich bazi jsou volná nervová zakončení – dendrit pseudounipolárního neuronu); ve stratum basale * melanocyty – pocházejí s neurální lišty a do epidermis vcestovaly, produkce melaninu (eu/feomelanin) → uvolňování do mezib. prostor → vychytávání keratinocyty (1/36) → rozložení pigmentu; ve stratum germinativum ŠKÁRA * odděluje dermis od hypodermis * stratum papillare – řídké vazivo vybíhající proti epidermis = papily – v nich cévní a nervové zásobení * přítomnost sensitivní inervace (Merkelovy buňky a Meissnerova tělíska) * stratum reticulare – tuhé psťovité vazivo, cévní a nervové zásobení; kožní adnexa a smyslová tělíska KOŽNÍ ŽLÁZY •MAZOVÉ KOŽNÍ ŽLÁZY * exokrinní, exoepitelová * SEKREČNÍ ODDÍL: * alveolární - sekreční oddíl má kulovitý tvar * rozvětvená – více sekrečních oddílů, které navazují na jeden vývodní oddíl (volně ústí na povrch kůže nebo je vázán na vlasový folikul – m. arrector pilli) * polyptychní – více vrstev keratinocytů, které vystýlají žlázu. Bazální buňky mají vysokou proliferační aktivitu (tmavá vrstva u BM) → jejich neustálá náhrada, které podléhají tukové degeneraci * způsob sekrece je holokrinní; sekret je tukové povahy (maz) * lokalizace: celý povrch těla mimo dlaň a bříška prstů ruky a plosky nohy a červeň rtu * KOŽNÍ ŽLÁZY •MAZOVÉ KOŽNÍ ŽLÁZY •VÝVODNÍ ODDÍL: * vyústění do vlasového folikulu – většina mazových žláz, vývodní část má epitel vrstevnatý dlaždicový, jehož koncová část tohoto vývodu rohovatí * volné mazové žlázy – na povrch pokožky, koncová část vývodu rohovatí (vrst. dlažd. tence rohovatějící epitel); * lokalizace: zevní zvukovod (ceruminální žlázky), oční víčko (Meibomská žláza), rty, glans penis, labia minora, dvorec prsní bradavky * Kmenové buňky kůže * Epidermální kmenové buňky * Regenerace kůže * Bazální vrstva epidermis * Kmenové buňky vlasových folikulů * Obnova vlasových folikulů * Regenerace epidermis a mazových žláz po poškození * Kmenové buňky melanocytů * ? (A) Diagrammatic representation of skin epithelial histology. Laura Alonso, and Elaine Fuchs PNAS 2003;100:suppl 1:11830-11835 (A) Diagrammatic representation of skin epithelial histology. Cells of the basal layer attach to an underlying basement membrane. Basal cells are mitotically active, but they lose this potential when they detach from the basement membrane and embark on the outward trek toward the skin surface. As basal cells enter the spinous layer, they strengthen their cytoskeletal and intercellular connections, gaining resilience to mechanical stress. Once this task is completed, the cells enter the granular layer, where they produce the epidermal barrier. The barrier precursors consist of two major components: (i) glutamine- and lysine-rich cornified envelope precursor proteins, which are synthesized and deposited beneath the plasma membrane, and (ii) lamellar granules, which are filled with lipid bilayers. As the cells enter the final phases of terminal differentiation, a flux of calcium activates the enzyme transglutaminase, which biochemically cross-links the cornified envelope proteins through ε-(γ-glutamyl)lysine isopeptide bonds and which activates the extrusion of the lipid bilayers onto this scaffold. Cell death ensues, leaving dead, flattened squames at the skin surface, the end-process of terminal differentiation. These squames of the stratum corneum eventually slough from the skin surface, to be replenished continually by inner layer cells moving outward. (B) Diagram of the epidermal proliferative unit. A putative slow-cycling epidermal stem cell occasionally divides, giving rise to a stem cell daughter and a transiently amplifying daughter. The transiently amplifying cell divides two to four times, and these progeny then leave the basal layer and execute a program of terminal differentiation. This model is based on retroviral transduction of a β-galactosidase gene into cultured keratinocytes, which were then used in engraftments onto nude mice to trace stem cell lineages (9). Model sebeobnovy kmenové buňky kůže Diagram of the hair follicle and cell lineages supplied by epidermal stem cells. Laura Alonso, and Elaine Fuchs PNAS 2003;100:suppl 1:11830-11835 ©2003 by National Academy of Sciences Diagram of the hair follicle and cell lineages supplied by epidermal stem cells. A compartment of multipotent stem cells is located in the bulge, which lies in the outer root sheath (ORS) just below the sebaceous gland. Contiguous with the basal layer of the epidermis, the ORS forms the external sheath of the hair follicle. The interior or the inner root sheath (IRS) forms the channel for the hair; as the hair shaft nears the skin surface, the IRS degenerates, liberating its attachments to the hair. The hair shaft and IRS are derived from the matrix, the transiently amplifying cells of the hair follicle. The matrix surrounds the dermal papilla, a cluster of specialized mesenchymal cells in the hair bulb. The multipotent stem cells found in the bulge are thought to contribute to the lineages of the hair follicle, sebaceous gland, and the epidermis (see red dashed lines). Transiently amplifying progeny of bulge stem cells in each of these regions differentiates as shown (see green dashed lines). Kmenová buňka vlasového folikulu Jaks, V. et al. Nat. Genet. 40, 1291-1299, (2008). Hojení rány * Zajištění homeostázy (sekundy – minuty) * Koagulace * Provizorní ECM * Zánět (hodiny – dny) * Infiltrace leukocytů * Trofické faktory stimulují migraci a proliferaci dalších buněk * Proliferace (dny – týdny) * Vstup fibroblastů a endoteliáních buněk do rány * Reorganizace ECM * Remodelace a maturace (týdny – měsíce –roky) * Reorganizace kolegenové ECM * Zakrytí rány epitelem * Migrace keratinocytů, ustanovení nové bazální membrány • Hojení rány Hojení rány Hojení rány * ch4fb13 Struktura a biosyntéza pohlavních steroidních hormonů: Endocrinology: An Integrated Approach, Nussey S and Whitehead S., 2001. ch4fb2 Modelová aktivace jaderného receptoru – příklad glucocorticoid receptor (GR) ch4fb8 1.Volný lipofilní kortizol snadno prochází buněčnou membránou a váže se na GR; 2. 2.Podobně jako další steroidní receptory je GR v neaktivním stavu vázán v cytoplazmě na tzv. heat shock proteiny (hsp-90, hsp-70 a hsp-56); 3. 3.Po navázání ligandu na receptor dochází k uvolnění Hsp a translokaci GR do jádra; 4. 4.Vznikající homodimer se váže na specifické sekvence DNA – glukokortikoidní responzívní elementy (GRE); 5. 5.Ve spolupráci s dalšími koaktivátory a faktory remodelujícími chromatin iniciuje transkripci cílových genů; Endocrinology: An Integrated Approach, Nussey S and Whitehead S., 2001. MLÉČNÁ ŽLÁZA * Soubor 15 – 20 tuboaveolárních žláz tvořící laloky - lobi * Každý vývod se rozvětvuje, sekreční oddíly - lobuly * Spolu s tukovou tkání a vazivovým stromatem je podkladem prsu * K plnému rozvoji dochází v průběhu těhotenství – laktace * Intenzivní proliferace alveolů na konci interlobulárních vývodů http://www.pathophys.org/wp-content/uploads/2012/12/breastnormal-copy.jpg Změny mléčné žlázy spojené s věkem * Prepuberta * Základ duktů vytvořen, lobuly zůstávají nevyvinuty * Puberta * Estrogen a progesteron produkovaný ovárii indukují větvení duktů a vývoj lobulů * Těhotenství * Progesteron a prolaktin indukují kompletní maturaci prsní žlázy * Zvýšení počtu a velikosti lobulů * Oxytocin indukuje proliferaci a diferenciaci myoepitelialních buněk * Po ukončení laktace dochází k apoptóze epitelu a atrofii lobulů * Menopausa * Lobulární a duktální atrofie * Zvýšení množství interlobulárního stromatu, fibrózní a tukové tkáně Postnatální vývoj mléčné žlázy (myš) Jamie L. Inman et al. Development 2015;142:1028-1042 HORMONÁLNÍ OVLIVNĚNÍ MLÉČNÉ ŽLÁZY * prolaktin – produkován mamotropními buňkami adenohypofýzy; podpora sekrece mléka; jeho produkce se zvyšuje po porodu → pokles progesteronu * oxytocin – produkce nucl. paraventricularis hypotalamu; podpora ejekce mléka (myoepitelové buňky); jeho produkce se zvyšuje po porodu → pokles progesteronu * estrogeny – produkce žlutým tělískem, granulosa cells folikulů, placenta; podpora růstu vývodů * progesteron – produkován žlutým tělískem/syncytitotrofoblastem; podpora růstu acinů * placentární laktogen – produkován placentou; podporuje rozvoj žlázek * STROMA MLÉČNÉ ŽLÁZY * tvořeno hustým kolagenním vazivem (interlobulární septa) a tukovou tkání + cévní a nervové zásobení * podklad lalůčku je tvořen řídkým kolagenním vazivem + cévní a nervové zásobení (v období laktace se zde objevují plazmatické buňky → produkce IgA) * LAKTUJÍCÍ MLÉČNÁ ŽLÁZA * základní stavební jednotka = lalůček (řídké vazivo + intralobulární vývody) → velké lalůčky * základní funkční jednotka = mléčné aciny * úzké interlobulární septa (husté vazivo + cévní a nervové zásobení + interlobulární vývody) * produkce mléka: voda, mléčné bílkoviny (kaseiny, laktalbumin…), tuk, laktóza, minerály, vitamíny, protilátky * kolostrum: přechodný typ mateřského mléka, má vyšší podíl bílkovin, vitamínu A, sodíku a chlóru, protilátek * Laktující mamma (Macacus, potkan) Model liniové hierarchie prsní žlázy * Nejprimitivnější fetální buňky jsou negativní na K14 a K19 * Multipotentní progenitorové buňky jsou pozitivní na K14/K19 * Diferencované bazální buňky/myoepiteliální a epiteliální buňky jsou pozitivní na K14, K19, double pozitivní nebo double negativní Parakrinní interakce v mléčné žláze * A) Rspo-1 a Wnt4 jsou sekretovány lumininálními buňkami (pod kontrolovou ER a PG) a indukují expanzi MaSC. RANKL spolupůsobí prostřednictvím Rspo1 * B) ErbB3 exprese je nezbytná pro diferenciaci luminálních buněk a pro udržování rovnováhy mezi luminálním a bazálním epitelem. Exprese p63 je klíčová pro laktační potenciál luminálních buněk * C) FGFR1 indukuje ligand EGFR amphiregulin (AREG) u luminálních buněk Figure 1. Paracrine Interactions in Normal Mammary Gland Development. (A) R-spondin 1 (Rspo1) and Wingless-type MMTV integration site family, member 4 (Wnt4) secreted by the luminal epithelial cells upon estrogen and progesterone regulation are able to expand mammary stem cell (MaSC) and maintain their full developmental potential. Despite a lack of expression of estrogen receptor (ER) and progesterone receptor (PR), MaSCs respond to hormonal stimulation possibly through receptor activator of nuclear factor kB ligand (RANKL)-mediated cell signaling. Similarly, the tumor necrosis factor alpha (TNF/) family member, RANKL, has also been shown to amplify Wnt-responsive mammary progenitors and stem cells through Rspo1. (B) Erb-B2 receptor tyrosine kinase 3 (ErbB3) expression is necessary for luminal epithelial differ-entiation and for maintaining the balance between luminal and basal epithelium. Neuregulin 1 (NRG1), one of the ErbB family ligands, has been reported to signal from basal p63-positive cells to luminal ErbB3-positive cells. The expression of basal p63 is critical for the development and lactation potential of the luminal epithelial cells. (C) Fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1) has been shown to induce the expression of epidermal growth factor receptor (EGFR) ligand amphiregulin (AREG) in luminal epithelial cells. In addition, FGFR1/R2-null cells were rescued in chimeric outgrowths containing wild-type mammary epithelial cells (MECs), indicating the maintenance of basal epithelial stem cell pool was partially dependent on the paracrine feedback loop among factors of FGF, FGFR, EGFR, and AREG. Modified, with permission, from [34]. http://www.pathophys.org/wp-content/uploads/2012/12/breastcancer-copy.png * Muž (%) Varlata Nadledvinky Konverze ve tkáních Testosterone 95 <1 <5 5α-DHT 20 <1 80 Androstenedione 20 <1 90 DHEA 2 <1 98 DHEA-S <10 90 - Endocrinology: An Integrated Approach, Nussey S and Whitehead S., 2001. Hlavní místa syntézy mužských pohlavních hormonů: Image ch6fb6.jpg •úloha testosteronu a DHT ve vývoji vnitřních a vnějších pohlavních orgánů PROSTATA * parenchymatozní orgán, lumen žlázek je složeno v slizniční řasy (vystlány 1vrst.-dvouřadým kubickým až cyl. epitelem) * 30-50 rozvětvených tuboalveolární žlázek uložených ve vazivově-svalovém stromatu; vývody ústí na colliculus seminalis uretry * žlázky mají jako podklad fibromuskulární stroma * trojí lokalizace: slizniční , podslizniční, hlavní * sekret: hojně bílkovin, kapénky lipidů, kyselá fosfatáza (klin.významná), pH lehce kyselé, kyselina citronová, fibrinolyzin, prostaglandiny; ve vyšším věku konkrementy prostaty (corpora amylacea) * Související obrázek Prostata člověk vs. myš * Výsledek obrázku pro murine human prostate gland Schematic illustration of the anatomy of the human prostate (a) and mouse prostate (b) (adapted from McNeal [42] and Cunha et al. [43], resp.). Used with permission: Abate-Shen and Shen [2]. Prostata - člověk Členění prostaty člověka * Zóna centrální (C), periferní (P), přechodová (T), periutherální (PU), přední, nežlaznatá (A) Zonální predispozice k onemocnění prostaty https://www.researchgate.net/profile/Siobhan_Sutcliffe/publication/6422150/figure/fig3/AS:281151857 020951@1444043234692/Figure-1-Zonal-predisposition-to-prostate-diseaseMost-cancer-lesions-occur-in- the.png Benigní hyperplazie prostaty Schematic of prostate structure Schematic of EMT and proliferation in development of BPH Izumi, K. et al. The American Journal of Pathology 182, 1942-1949, (2013). Kmenová buňka prostaty Model liniové hierarchie prostaty * Výsledek obrázku pro prostate hormonal function * Slinivka břišní, pankreas Slinivka břišní, pankreas * smíšená exo/endokrinní žláza, produkující trávicí enzymy a hormony (váha ~ 80g, velikost ~ 15 cm) * stroma: na povrchu pouzdro (husté vazivo) – z něj vybíhají septa → laloky → lalůčky (cévní + nervové zásobení + větvení vývodů); podkladovou tkání je řídké vazivo * parenchym: pankreatické aciny + trámčité uspořádání buněk (Langerhansovy ostrůvky) * Pankreas EXOKRINNÍ ČÁST PANKREATU * složená alveolární žláza * syntetizuje a produkuje trávicí štávu (cca 2 L/den): proteolytické endopeptidázy (trypsinogen, chymotrypsinogen), amylázy, lipázy a deoxyribonukleázy → mají za úkol štěpit tráveninu (chymus), přicházející z žaludku * také zde probíhá produkce látek, podílejících se na alkalizaci sekretu (snížení pH = ↑ funkčnost trávicích enzymů) * pankreatické aciny – bazofilní cytoplazma, množství sekrečních granulí, produkce trávicích enzymů * centroacinózní buňky – světlá cytoplazma, přímo navazují na vsunuté vývody, alkalizace sekretu * absence myoepitelových buněk * ENDOKRINNÍ ČÁST PANKREATU •Langerhansovy ostrůvky •velikost 100-200 um, počet ~ 1 mil., 1-2% objemu slinivky •trámčitý stavební typ s bohatým kapilárním zásobením (fenestrované kapiláry) * ostrůvky jsou obklopeny tenkou vrstvou řídkého vaziva * součástí „Diffuse Neuroendocrine Systém“ (DNES) systému * světlá cytoplazma s přítomností sekrečních granulí → 4 typy buněk: * A buňky – glukagon (cca 20%) * B buňky – inzulín (cca 70%) * D buňky – somatostatin (cca 5%) * PP buňky – pankreatický polypeptid – (< 5%) * Langerhansův ostrůvek Výsledek obrázku pro pancreatic islet http://quasargroupconsulting.com/Encyclopedia/anatomy/pancreas.php Regenerace pankreatu * Nízká intenzita proliferace * Nízká klonogenní kapacita * Délka života u myších buněk ~ 1 rok (podobně jako u jater) * Regenerační kapacita odlišná od jaterní * Buňky zvýší svoji proliferační kapacitu, ale k úplné obnově poškozené tkáně nedojde * Lgr5+ buňky nejsou přítomny, jsou indukovány při poškození v buňkách duktu nebo v podmínkách in vitro – vliv mikroprostředí? * Buňky pankreatu jsou plastické * Během zánětu lze nalézt buňky s duktální i acinární charakteristikou * Transdiferenciace * Risk pro vnik onemocnění (acinar-to-ductal metaplasia) * Regenerace pankreatu Literatura * Histologie, Renate Lullmann-Rauch, GRADA, 2012 * Histology – A Text and Atlas, M. H. Ross. W. Pawlina, Wolters Kluwer, 2011 * GUIDE to GENERAL HISTOLOGY and MICROSCOPIC ANATOMY, Petr Vaňhara, Miroslava Sedláčková, Irena Lauschová, Svatopluk Čech, Aleš Hampl, Published by Masaryk University, ISBN 978-80-210-8453-7 * Atlas fyziologie člověka, S. Stefan, D. Agamemnon, Grada, 2016