Fyziologiebuň.systémů Karel Souček Kůže, její obnova a regenerace; prostata, prsní epitel jako příklady endokrinně regulovaných tkání Fyziologiebuň.systémů Rychlost obnovy buněk http://book.bionumbers.org/ Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů 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 Stratum lucidum: Stratum lucidum je tenká vrstva epidermis obsahující 2–3 vrstvy buněk. V této vrstvě se přeměňuje keratohyalin v granula glykogenu a eleidinu. Tvoří důležitou bariéru a nejnápadněji je vyvinuta na dlaních a chodidlech. Stratum corneum: Skládá se z několika vrstev bezjaderných, zcela oploštělých buněk, korneocytů. Podle tloušťky této vrstvy rozlišujeme tlustý a tenký typ epidermis. Nejsilnější typ je na chodidlech a dlaních. Stratum corneum se dělí na dvě části - stratum conjunctum (spodní kompaktní vrstva) a stratum disjunctum (horní olupující se vrstva). Epi – Epidermis Derm – Dermis SC – stratum corneum SB – stratum basale SS – stratum spinosum SGr – stratum granulosum PL – papillary layer RL – reticular layer D – duct CT – connective tissue Fyziologiebuň.systémů Epidermální diferenciace Fyziologiebuň.systémů Epidermální diferenciace Kallikrein-related serine peptidases Lymphoepithelial Kazal-type inhibitor Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů 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 ? Fyziologiebuň.systémů (A) Diagrammatic representation of skin epithelial histology. Laura Alonso, and Elaine Fuchs PNAS 2003;100:suppl 1:11830-11835 Ki67 Fyziologiebuň.systémů Model sebeobnovy kmenové buňky kůže Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů Kmenová buňka vlasového folikulu Jaks, V. et al. Nat. Genet. 40, 1291-1299, (2008). Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů Hojení rány Fyziologiebuň.systémů Hojení rány Fyziologiebuň.systémů Hojení rány Fyziologiebuň.systémů Struktura a biosyntéza pohlavních steroidních hormonů: Endocrinology: An Integrated Approach, Nussey S and Whitehead S., 2001. Modelová aktivace jaderného receptoru – příklad glucocorticoid receptor (GR) 1. Volný lipofilní kortizol snadno prochází buněčnou membránou a váže se na GR; 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. Po navázání ligandu na receptor dochází k uvolnění Hsp a translokaci GR do jádra; 4. Vznikající homodimer se váže na specifické sekvence DNA – glukokortikoidní responzívní elementy (GRE); 5. Ve spolupráci s dalšími koaktivátory a faktory remodelujícími chromatin iniciuje transkripci cílových genů; Endocrinology: An Integrated Approach, Nussey S and Whitehead S., 2001. Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů Postnatální vývoj mléčné žlázy (myš) Jamie L. Inman et al. Development 2015;142:1028-1042 Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů Fyziologiebuň.systémů 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) Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů Laktující mamma (Macacus, potkan) Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů Fyziologiebuň.systémů 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: • úloha testosteronu a DHT ve vývoji vnitřních a vnějších pohlavních orgánů Fyziologiebuň.systémů PROSTATA parenchymatozní orgán, lumen žlázek je složeno v slizniční řasy (vystlány 1vrst.-dvouřadým kubickým až cyl. epitelem) 30-50 rozvětvených tuboalveolární žlázek uložených ve vazivověsvalovém 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) Fyziologiebuň.systémů Prostata člověk vs. myš Fyziologiebuň.systémů Prostata - člověk Fyziologiebuň.systémů Členění prostaty člověka Zóna centrální (C), periferní (P), přechodová (T), periutherální (PU), přední, nežlaznatá (A) Fyziologiebuň.systémů Zonální predispozice k onemocnění prostaty Fyziologiebuň.systémů Benigní hyperplazie prostaty Izumi, K. et al. The American Journal of Pathology 182, 1942-1949, (2013). Fyziologiebuň.systémů Kmenová buňka prostaty Fyziologiebuň.systémů Model liniové hierarchie prostaty Fyziologiebuň.systémů Fyziologiebuň.systémů Fyziologiebuň.systémů Fyziologiebuň.systémů Slinivka břišní, pankreas Fyziologiebuň.systémů 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) Fyziologiebuň.systémů Pankreas Fyziologiebuň.systémů 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 Fyziologiebuň.systémů 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 System“ (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%) Fyziologiebuň.systémů Langerhansův ostrůvek http://quasargroupconsulting.com/Encyclopedia/anatomy/pancreas.php Fyziologiebuň.systémů 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) Fyziologiebuň.systémů Regenerace pankreatu Fyziologiebuň.systémů Identification of an LGR5 as a marker for a tripotent stem/progenitor cell of the human fetal pancreas. Organoids derived from single LGR5+ cells are capable of long-term expansion in vitro and generation of the three main epithelial cell lineages that make up the mammalian pancreas. Fyziologiebuň.systémů 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