1 / 63

Prodromální stádium

„Život jako dědičné, smrtelné onemocnění přenášené pohlavními buňkami“ (s různou prognózou a dobou trvání). J. MASOPUST , Univerzita Karlova v Praze, 2. lékařská fakulta, Ústav klinické biochemie a patobiochemie. Prodromální stádium

rupert
Download Presentation

Prodromální stádium

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. „Život jako dědičné, smrtelné onemocnění přenášené pohlavními buňkami“(s různou prognózou a dobou trvání) J. MASOPUST, Univerzita Karlova v Praze, 2. lékařská fakulta, Ústav klinické biochemie a patobiochemie

  2. Prodromální stádium Připravuje se sblížením dvou jedinců odlišného pohlaví a interakcí jejich funkčních pohlavních buněk: SPERMIEa VAJÍČKA (obsahujících specifickou genetickou informaci)

  3. Transport vajíčka Transport spermie 3. Spermie v dist.části vejcovodu (pod 50) 2. Spermie v dutině dělohy (100 000) 1. Spermie ve vagině po koitu (250 milionů) 4. Vajíčko mezi ampulou a isthmem (1.-2. den) 5. Vajíčko v uterotubulárním spojení (2.-3. den) 6. Vajíčko proniká do dutiny dělohy (3.-4.den) 7. Implantace blastocysty (7. den)

  4. Zona pelucida(15-25 min) Mitotické vřeténko1. dělení(24 hod) Perivitelinníprostor (1 sec) Viditelné mužskéa ženské prvojádro (2-3 hod) Perivitelinní membrána (1 min) • Uvolnění kortikálních granulí • Kompletizace 2. meiotického dělenía tvorba polárních tělísek FERTILIZACE

  5. Plodnost muže Kupř. Epididymální glykoprotein (EG) Člen rodiny CRISP (cystein-rich secretory protein) Jeho inhibice aplikací specifické protilátkyzabrání oplodnění

  6. „KLINICKÉ“ STÁDIUM • (ontogeneze) • Po fertilizací vzniká • EMBRYO • FETUSporod • NOVOROZENEC • DÍTĚ • DOSPĚLÝ JEDINEC Období prenatální Obdobípostnatální

  7. Ačkoliv buněčná struktura těla je velmi složitá, je vytvářena omezeným repertoárem buněčných aktivit: *PROLIFERACE – DIFERENCIACE – APOPTÓZA*ADHERENCE *PŘENOS SIGNÁLU V BUŇCE *REGULACE CELÉHO ORGANISMU

  8. Faktory regulující časnou embryogenezi • Růstové a diferenciační faktory (GDFs) • Fibroblastové růstové faktory (FGFs) a jejich receptory (FGFRs) • Hedgehog proteiny • Wnt proteiny • TGFb nadrodina • Oct ¾ • Nanog • BMP a další

  9. SIGNALIZACE v časné fázi embryogeneze Oplod.vajíčko spermie 1.dělení 2.dělení oocyt Oct 4 morula BMP 4 SOX 2 SRY Oct 4 POU class homeobox Nanoghomeobox Implantaceblastocysty Časnáblastocysta Pozdníblastocysta 7. den gestace

  10. Zvýšenísyntézy NO proliferace přežití Signalizcerůstovýchfaktorů přežití proliferace růst glykogen

  11. Vývoj rizika teratogeneze v prenatálním období riziko 0 3 6 9 POROD týdny gestace Fetogenesis

  12. GENOM Transkriptom PROTEOM METABOLOM Envirom GENOM Transkriptom Kinom PROTEOM METABOLOM Envirom Envirom transdukcesignálu(kinom) Envirom

  13. MATKA OTEC GENOM FARMAKOMETABONOM Vlivy „in utero“ - Životní styl – Choroby Věk – Léky – Potrava (Envirom)

  14. LIDSKÉ TĚLO(hybridní „superorganismus) • 10% vlastních buněk(10 trilionů) • 90% mikrobů (37 druhů) – střevní mikrobionta(90 trilionů) Bakteriální metabolismus poskytuje některé nezbytné vitaminy a kofaktory: - vitamin K, foláty. biotin - produje 5 – 30 % metabolické energie (kyselina máselná) - podílí se na regulaci imunitního mechanismu

  15. 15tiletá periodizace lidského života (WHO) První věk, Období předprodukční Dospělost Střední věk

  16. STÁRNUTÍ fyziologický vývojový proces se změnami na celulární, sub- celulární i na úrovni celého organismu, které odpovídají postupujícímu věku Nahromadění změn zvyšujících riziko smrti Problém gerontologie: Odlišitgeneticky programované změny buněčných struktur a funkcí od projevů možných chorobných stavů provázejících stárnutí

  17. OČEKÁVANÁ DÉLKA ŽIVOTA Posledních 160 let za každý 1 rok zvýšení o 3 měsíce V současné době nárůst mírnější a v dalších 50ti letechse bude ještě více zpomalovat (v rozvinutých zemích) Důvody(Olshansky): * velký nárůst obezity (civilizační choroby) * infekční choroby (mikroorganismy rezistentní na antibiotika, globalizace usnadňuje šíření – AIDS, SARS, ptačí chřipka .., snížená imunita: senioři, chemoterapie)

  18. Pravděpodobná délka dalšího života Věk 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 zůstává83 73 63 53 43 34 25 17 10 5,5 let Dnes člověk ve věku 47 let má velkou pravděpodobnostse dožít dalších 37 let (tj. do věku 84 let) Za poslední století se délka života zdvojnásobila

  19. „Ženy žijí déle než muži“ (u řady savců) Vysvětlení je v mitochondriální teorii stárnutí (mitochondrie jsounejvětší zdroj „volných radikálů“) Mitochodrie ženského pohlaví generují polovinu H2O2 a mají vyšší množství anti-oxidantu, glutathionu Estrogeny se váží na estrogenový receptor, který aktivuje signalizaci MAP-kinasy a NF-kB, zvyšující tvorbuanti-oxidantů Dále, exprese 16 S mRNA (snižující se stárnutím) zůstávávyšší u žen ve srovnání s muži Oxidační poškození mitochondriální DNA je 4 krát vyšší u mužů Ovarektomie odstraňuje tuto „ženskou“ výhodu Hledají se látky s příznivým účinkem estradiolu, ale bezprojevů feminizace

  20. Proces stárnutí Úroveň Příčina celý nesouhra organismus v regulacích (nervová, endo- krinní, imunitní) buňka involuce, zánik struktur-funkcí chromosomy “geny stárnutí”

  21. Základní problém je PŘÍČINY stárnutí odlišit DŮSLEDKY Mechanismus X Projevy

  22. * Změny v DNA (genetické, epigenetické) * Změny v energe- tickém metabolismu (růstový hormon a IGF-1) * Oxidační stres Mechanismystárnutí

  23. Z hlediska vývojové biologieje stárnutí (ne?)adaptivní proces: Důsledek redukce energie pro udržování a opravy buněk ve prospěch reprodukce druhu Identifikovány geny, jejichž mutace pozměňují délku života u různých živočichů; většinou mají vztah k energetickému metabolismu (kupř. gen pro insulin, IGF 1 a jejich receptory) Jsou preferovány metabolické dráhy šetřící energii Stárnutí je strategie navozená přirozenou selekcí šetřit energii spolu s jinými úspornými strategiemi pro zlepšení předprodukčního přežívání potomstva

  24. ZMĚNY na úrovni CHROMOSOMU (alterace DNA) • Geny (předčasného) zrychleného stárnutíCKN1 ( Cockaynův syndrom typ I) WRN (Wernerův syndrom):potlačuje DNA-replikaci Lamin A (Hutchinson-Gilfordův syndrom -progerie) • Gen KLÓTHÓ (sudička – rozpřádá nit života)Jsou 2 kopie (od matky, od otce), je-li jen 1 > 65 r • Geny prodlužující životgen ApoA I Milano (reverzní transport cholesterolu)

  25. Mechanismus alterace DNA (ovlivňuje expresi genů) • - Methylace DNA(deoxycytosin→ deoxymethylcytosinDNA-methyltransferasaovlivněny jsou oblasti „CpG-ostrůvky“ – vazebná místa četných transkripčních faktorů na promotorech genů (hlavně „geny ochránci genomu“) • Demethylace DNA(děje se 2 mechanismy):* inhibice DNA-methylasy (kupř. 5-azacytidinem) * DNA-demethylasová aktivita + Methylace snižuje transkripční aktivitu kódujících genů * Hypomethylace snižuje expresivitu kódujících genů

  26. GERONTOGENY – změna jejich aktivity ovlivňuje stárnutí a dlouhověkost • Tyto geny kódují faktory ovlivňující celé spektrumrůzných buněčných funkcí: • Kontrola metabolismu • Rezistence vůči stresu • Genová dysregulace • Genová stabilita • GENY dlouhověkosti u: • Saccharomyces(LAG1, LAC1, RAS1,2, PHB1,2, CDC7, BUD1, RTG2, RPD3, HD1, SIR2,4-42, UTH4, YGL023,SGS1 • Caenorhabditis(daf-2, age-1/daf-23, akt-1/akt-2, daf-16,12, ctl-1, old-1, spe-26, clk-1, mev-1) prodloužení života o 30% • Drosophila(sod1, cat1, mth) • Mus(Prop-1, p66)

  27. Geny hrají roli nejen při dlouhověkosti, ale i při udržování zdraví Jsou genypredisponující k chorobáma genychránící zdraví Gen pro hydroxylaci aromatických sloučenin (Kuřáci umírající ve 30, bez tohoto genu mohou žít třeba až do 85 let)

  28. Mnohé z „dlouhověkých“ genů řídí hospodaření s energií Živočichové obvykle mají hlavní úlohu: přivést na svět a vychovatnové pokolení; potom už jejich život nemá valnou cenu pro udržení druhu Dlouhověcí živočichové bývají zakrslí a neplodní Hypotéza: Prodloužení života vyvolané úsporou metabolické energie (aktivace „šetřících genů“) a odklonem od rozmnožování může být univerzální mechanismus (platný i pro člověka ?) Málo živočichů ve volné přírodě se dožije věku, kdy se začnou projevovat známky stárnutí“ (většinou podlehnou dříve přirozeným nepřátelům, úrazům, infekcím, hladu, přírodním zvratům) Pravěcí lidé umírali obvykle na vrcholu svých sil Teprve s moderní civilizací přišel problém stáří

  29. Replikační stárnutí (mitózové hodiny)určuje kolikrát se buňky mohou dělit (podmíněno krácenímtelomerů (inaktivita telomerázy)→poškození DNA) Hayflickův limitZnámkou jsou ložiska fosforylovaného histonu H2A.X.53BP1 a MRE11. Inhibitory histon-deacetylasy mohou navodit stárnutífibroblastůNadměrná exprese lidské histon-deacetylasy (SIRT1)působí proti stárnutí navozenému PML/p53 Závěr:reorganizace struktury chromatinu může být mechanismem provázejícím stárnutí při alteraci expreseurčitých genů Mechanismy stárnutí se mohou lišit u různých typů buněk i u různých živočišných druhů

  30. SIGNÁLNÍ DRÁHY vedoucí k STÁRNUTÍ Dosavadní studie ukazují na směřování k dráze: * p53-p21(p21CIP21/WAF1)(Exprese p21 je zvýšena při stárnutí sdruženém s replikačním zkracování telomérů) * p16-pRb (Progrese buněčného cyklu je zvětší části kontrolována fosforylací pRb pomocí CDK, což uvolňuje E2F, který navázáním na promotor spouští transkripci genu)Inhibitorem je CIP/KIP (člen p21) a INK4 (člen p16) * Inhibice IGF1 –PI3K/ Akt (pomocí PTEN) (omezuje přežívání, snižuje replikační životnost a brání proliferaci)

  31. ALTERACE PROTEINŮ Aspartyl- Asparaginyl- * deamidace * isomerizace * racemizace poškození proteinů STÁRNUTÍ

  32. Forma modifikace proteinů(způsobuje změnu biologických vlastností) • ztráta SH-skupin(vadné poskládání molekuly, funkce, snížení antioxidace, albumin: snížená vazebnost těžkých kovů a sirných aminokyselin) • tvorba dityrosinů (vzniká působením peroxidas hemoproteinů) • adice karbonylových produktů (vazba glyko-oxidovaných postranních řetězců na NH2- lysinu, argininu, prolinu a threoninu) • Fentonova reakce (tvorba hydroxy/ferryl – radikálu)

  33. TVORBA a KUMULACE vedlejších (nežádoucích) produktů metabolismu Enzymy zajišťují termodynamicky upřednostněné ale kinetickynefavorizované reakce buněčného metabolismu s průvodnítvorbou nežádoucích (toxických) produktů, hromadících se v organismu při stárnutí AGE (konečnéprodukty pokročiléglykace) LIPOFUSCIN VOLNÉ RADIKÁLY Enzymy DNA-oprav B E A C F D

  34. Hlavní teorie stárnutí • Teorie volných radikálů(reaktivní formy kyslíku) – vedlejší produkt energetickyvýhodnějšího aerobního metabolismu • Stresová teorie stárnutí(selekce genů pro rezistenci vůči stresu umožňujících maximální využití metabolické energie v období nedostatku) • Teorie deprivačního syndromu(dostatek příjmu energie dnešního člověka se liší od podmínek minulých populací – prodlužující se délka života s akumulací genových mutací) Klasická evoluční teorie stárnutí vysvětluje, proč mortalita stoupá s věkem: jak jedinec stárne, tak klesá jeho fertilitní období (reprodukce);přednost má přežití druhu

  35. Mechanismy (příčiny) stárnutí Omezená schopnost replikace (vyjma kmenových buněk) Buněčné stárnutí Ztráta sekvencí DNA pro opa- kované dělení funkční kapacity vznik inhibitorů proteosyntézy Programovaná ztráta genet.mat. (restrikce kodonu) Hromadění běžných mutací během transkripce nebo translace; běžné chyby v proteosyntéze nakonec poruší funkci buňky Nahromadění běžných omylů

  36. STÁRNUTÍ a OXIDAČNÍ STRES(teorie „volných radikálů“) Zvýšená zvýšená potřeba energie vícebuněčných organismů sivynutila přechod anaerobního metabolismu na aerobní vznik mitochondrií Respirační systém (transport elektronů) Antioxidační systém Vedlejší produkt:superoxidy(ROS)

  37. Metabolity Vitaminy A, E, C, KoQbilirubin, urátMg, Mn, Zn, Selipoát,karnosin NAD(P)H Enzymy Proteiny SOD, CAT, GPX, GST, MSH,RSH-PXa1GP, Trf,Alb ferritin Radiace ZÁNĚT (neutrofily,makrofágy) Arginin(NOS) AutooxidaceElektron-transport Polutanty Oxidasy Chyby Transkripce, Translace Oxid. nukleové kyseliny (-) (-) DNA, RNA (+) ROS Alterované PROTEINY (enzymy) Oxid. modifik. PROTEINYEnzymy LIPIDY oxLP

  38. MITOCHONDRIE ATP FADH2 2H++ 1/2O2 FAD Dysfunkce respiračího řetězce H2O NADH mtDNA ROS NAD+ podjednotkykódované mtDNA poškození mtDNA Chybný cyklus podjednotky kódovanépoškozenou DNA Podjednotky kódovanénukleární DNA

  39. EXHALOVANÉ NANOČÁSTICE Oxidační stres a zánětlivá reakce ATHEROM ENDOTEL TROMBOCYTY MYOKARD Progrese aterogeneze Vaskulárnídysfunkce Dysfunkcefibrinolýzy Aktivace Agregace Poruchyrytmu Ruptura plátu Vazokonstrice Trombogeneze Arytmie Ischemie myokadu a infarkt KARDIOVASKULÁRN Í úmrtí

  40. ROS, RNS Respirace Aktivity katalyzovanéoxidací(oxidace v neutrofilech a makrofázích;autooxidace red. NAD/NADP-dehydrogenas flavoproteinů a cytochromů P450) MODIFIKACE: DNA, RNA LIPIDU PROTEINU- přímá oxidace - konverze na karbonyl-derivátytj. reakce postr.řetězcůs produkty lipoperoxidace (malondialdehyd) a s pro-dukty oxidované glykace//glykoxidace – dikarbonyly ALTERACEbuněčných funkcí

  41. Klinické projevy stárnutí • Ženy • menopauza (vyhasínání funkce vaječníků)Muži (po 40 r.)- andropauza(testosteron) – 20 % 60-80 letpsycholog. problémy, únavnost, slabost, úbytek svaloviny a kostní hmoty, porucha hematopoeze, oligospermie, sexuální dysfunkce, podrážděnost, úzkost, nespavost, porucha paměti, snížení kognitivních funkcí • adrenopauza(dehydroepiandrosteron DHEA) • somatopauza (GH/IGF-1, melatonin)

  42. SARKOPENIE (úbytek svalové hmoty) - za každou dekádu o 2,5 až 5,0 kg (úbytek aktivní tělesné hmoty)- zvyšuje se hmota neaktivní - úbytek o 10 % snížení imunity- snížení výdeje energie (základ rozvoje obezity)- pohybová inaktivita vede k atrofii svalových vláken(znamená to „šlápnutí na klouzačku, z níž je nesnadné vystoupit“)- k oslabování svalu dochází, není-li pravidelně zatěžován na hladině 70 - 90% maxima

  43. OSTEOPORÓZA(úbytek kostního minerálu)Postmenopauzová (nedostatek estrogenů potlačení životnosti osteocytů, nedostetečná odpověď osteoblastů na mechanické podněty a opravy mikropoškození při stárnutí) • Senilní (převaha osteoresorpce nad osteoprodukcí)Potenciace osteoklastogeneze (změna v interakci mezi RANKL-RANK-osteoprotegerin) • Tvorba kosti vyžaduje: (1) osteoinduktivní signály, (2) schopnost buněk reagovat na signályMorfogenní proteiny a nadrodina TGFbOsteoresorpci potlačuje: kalcitonin(inhibuje osteoklasty, ale nepotlačuje tvorbu kolagenu osteoblasty)aminobisfosfonátysnižují kostní remodelaci potlačením a apoptózou osteoklastůraloxifen (agonista estrogenů)

  44. Stárnutí EPIDERMIS (POKOŽKA)Morfologie: oploštění dermis-epidermálních spojeníFAS/FASL-apoptóza: ztenčování epidermis, poklesproliferace a nárůst apoptózy buněk pod granulární vrstvou Stárnutí vlasůCyklická rekonstrukce intaktní jednotky pigmentového vlasového váčku je shodná na celé vlasové pokrývce, a to v prvních 10ti vlasových cyklech tj. asi do 40 let věku Pak se nastává geneticky regulované vyčerpávání pigmentové potence jednotlivých foliklů a tvorba šedivých až bílých vlasů; ůbytek pigmentu navozuje nejprve snížení aktivity tyrosinasy v melanocytech vlasového bulbu, po té suboptimální interakce mezi kortikálními keratocyty a melanocyty a defektní migrace melanocytů z rezervoárů v horních vrstvách kořínků do pigmentovaných oblastí rozruší normální funkci celé vlasové jednotky. Významnou roli hraje zvýšení ROS a snížení anti-ROS potenciálu s poškozováním nukleární a mitochondriální DNA

  45. Stáří není nemoc (ale nebývá bez nemocí)

  46. Choroby přibývající s věkem * Alzheimer. ch. * Ateroskleróza ICHS, AMI,mrtvice nefropatie * Nádory * Katarakty * Diabetes typ 2 * Osteoporóza * Parkinson *Hyperparatyreóza *Hypotyreóza *Poruchy imunity *Monoklonální gamapatie *Mnohočetný myelom *Degenerace makuly Jejich přítomnost ovlivňuje hodnoty biochemických testů

  47. Alzheimerova choroba neurodegenerativní onemocněnístarších jedinců s progresivní ztrátou paměti a demencí Depozitypeptidu amyloidu (A) v senilních plátech a mozkových cévách tvorbaneurofibrilárních smotků a zánik neuronů Mutace: APP-gen (chromosom 21) Presenilin 1 (PS-1) gen, presenilin 2 (PS-2) Riziko: 4 ApoE, LDL-receptor related protein, CYP2D6

  48. (770 aminokyselin)(17 a,k.-sign.peptid) Proteinový prekursor -amyloidu -sekretasa-sekretasa sAPPb sAPPa Ab1-40 + + C83C99 Ab1-42 g-sekretasa Alzheimerova choroba

More Related