ćwiczenie 5.docx

(30 KB) Pobierz

Biologia hormonów i nowotworów- ćwiczenie 5

Transformacje nowotworowe a apoptoza

Termin apoptoza pochodzi z języka greckiego i nawiązuje do opadanie liści z drzew i płatków kwiatów.

Apoptoza- zaprogramowana śmierć komórki, dzięki temu mechanizmowi usuwane są niepotrzebne lub uszkodzone komórki. Można ją przyrównać do zaplanowanego „ samobójstwa” komórki w organizmie wielokomórkowym mające na względzie dobro całego organizmu. 

Apoptoza

è      immunologia (zanik komórek systemu odpornościowego, autoalergie AIDS)

è      Onkologia ( podłoże rozwoju nowotworów, oporność komórek rakowych na czynniki indukujące apoptozę)

è      Biologia rozwoju (kształtowanie narządów podczas rozwoju embrionalnego

 

Genetycznie zaprogramowana śmierć komórek i organów.

Komórki ulegające apoptozie w dojrzałym organizmie

Komórki co jakiś czas ulegające apoptozie znajdują się we wszystkich tkankach. Zwykle popełniają samobójstwo dla dobra całego organizmu.

OKO à soczewki oka, które formują się podczas rozwoju zarodkowego, zbudowane są z komórek apoptycznych.

JELITAàkomórki tworzące wypustki w ścianie jelita powstają u nasady kosmka i w ciągu kilku dni migrują w kierunku jego czubka

SKÓRAàkomórki skóry rozpoczynają swe życie w najgłębszych warstwach skóry a następnie przesuwają się w kierunku powierzchni, ulegając po drodze apoptozie.

GRASICA

MACICA

ETAPY APOPTOZY

Kurczenie się komórki, kondensacja chromatyny > obkurczanie się błony komórkowej, tworzenie wypukleń > dezintegracja jądra, tworzenie się większych wypukleń błony komórkowej> formowanie ciał apoptycznych

 

Morfologia komórek apoptycznych

1. Utrata wody (odwodnienie):

-obkurczenie komórki do 50 % wielkości pierwotnej

-zanik kontaktów z sąsiednimi komórkami w tkance

-zanik specyficznych struktur błonowych (mikrokosmków, desmosomów)

-zagęszczenie organelli w cytoplazmie (gęsta cytoplazma)

2. kondensacja chromatyny

-postępująca ku obrzeżom jądra, formowanie jąder pyknotycznych

-dezintegracja jąderka

-zanik kompleksów porowych

-fragmentacja jądra (karioreksja)

3. Odpączkowywanie błony komórkowej i formowanie ciał apoptycznych , zawierających cytoplazmę organelle , fragmenty jądra.

4. Fagocytoza ciałek apoptycznych przez sąsiednie komórki lub makrofagi.

 

Białka zaangażowane w proces apoptozy  :

è      Proapoptotyczne : P53, Bax, Bcl-rambo, Bad,Bid, BclXs, Noxa, Puma

è      Antyapoptotyczne: Bcl2. Bcl-Xl, Bcl-W, Mc1-1

Białka proapoptotyczne znajdują się w przestrzeni międzybłonowej , czesciowo w zewnętrznej błonie, zaś białka antyapoptotyczne znajdują się w zewnętrznej błonie mitochondrialnej.

INDUKCJA APOPTOZY MITOCHONDRIALNEJ

W momencie kiedy pojawiają się sygnały apoptotyczne mogą prowadzić do wtórnych zmian DNA. Uwolnienie cytochromu C i czynników białkowych, cyt. C łączy się z białkiem apaf-1 i łączy się struktura zwana apoptosomem.  Taki kompleks przyłącza prokaspazę 9, to powoduje jej aktywację. Czynnikiem niezbędnym do aktywacji jest ATP. Kaspaza 9 powoduje uaktywnienie innych Kaspaz.

Apoptoza może być indukowana przez receptory śmierci albo przez mitochondria.

Apoptoza

> aktywacja kaspazy, inhibicja translacji mRNA

>kondesacja organelli komórkowych i komórek

>kondensacja chromatyny , fragmentacja DNA

>dezintegracja błony komórkowej

>błony pozostają nieprzepuszczalne

>formowanie ciałek apoptycznych

NEKROZA

>wydzielanie cytokinin i substancji prozapalnych

>pęcznienie komórek i organelli komórkowych

>kondensacja chromatyny

>dezintegracja błony komórkowej

>natychmiastowa utrata nieprzepuszczalności błony

>eksplozja błon komórkowych , pozostałości komórek występują razem.

 

-regulacja cyklu komórkowego odbywa się przez uruchamianie kaskadowych reakcji fosforylacji i de fosforylacji białek

-fosforylacja (przeniesienie grupy fosforanowej z ATP na odpowiednią resztę aminokwasowa białka docelowego ) jest katalizowana przez różnorodne kinazy białkowe, a de fosforylacja przez fosfatazy

-substratami kinaz białkowych są różne białka jądra i cytoplazmy , a najczęściej fosforyzowanymi aminokwasami tych białek są tyrozyna i treonina.

-fosforylacja i defosforylacja jest jednym z najczęściej używanych przez komórkę sposobów zmiany aktywności białek.

 

Punkty kontrolne, sygnalizacja.

Zatrzymanie lub uszkodzenie widełek replikacyjnych à dwuniciowe pęknięcia DNA

 

Charakterystyka kinaz białkowych

-kinazy białkowe układu kontroli cyklu komórkowego są obecne w komórkach dzielących się podczas całego cyklu

-są jednak aktywowane tylko w odpowiednim okresie cyklu, po czym szybko tracą aktywność

-aktywność każdej z tych kinaz cyklicznie zwiększa się i zmniejsza

Uaktywniane są cykliny różne w różnych fazach cyklu, one są cały czas , tylko w pewnych etapach cyklu są aktywowane.

 

Aktywność kinaz białkowych zależy to od innego zestawu białek układu kontroli- od cyklin

Cykliny same nie mają aktywności enzymatycznej, ale muszą się przyłączyć do kinaz cyklu komórkowego , zanim kinazy te mogą zyskać aktywność enzymatyczną. Stąd kinazy układu kontroli cyklu komórkowego są nazywane kinazami białkowymi zależnymi od cyklin. Nazwa cyklin pochodzi stąd , że przeciwnie niż poziom Cdk, ich stężenie zmienia się cyklicznie w cyklu komórkowym.

Cykliny występują w komórkach jako cykliny A, B oraz C, D , E . w czasie cyklu komórkowego cykliny A,C,D,E, są syntetyzowane de novo i ich stężenie w komórce rośnie w miarę upływu cyklu, zaś cyklina B jest syntetyzowana w fazie G2. Maksymalne stężenie cyklin występuje w metafazie/ anafazie mitozy , po czym ulega ono obniżeniu na skutek trawienia ich przez proteazy.

 

Charakterystyka cyklin

-cykliny same nie posiadają aktywności enzymatycznej, ale muszą się przyłączyć do kinaz cyklu komórkowego, zanim kinazy te mogą zyskać aktywność enzymatyczną.

-cykliny są więc białkami regulatorowymi kompleksu, a kinazy pełnią funkcje katalityczne

-kompleks cyklina/ kinaza CDK jest odpowiedzialny za aktywację szeregu kinaz uczestniczących w procesach mitotycznych a oddziałuje także bezpośrednio na pewne składniki komórki , których fosforylacja prowadzi do takich  zmian na początku mitozy jak : kondensacja chromosomów, rozpad otoczki jądrowej oraz zmiany w cytoszkielecie komórki.

 

Punkty kontrolne cyklu komórkowego

Aktywacja kinaz zachodzi w dwóch krytycznych przedziałach czasowych (punktach kontrolnych) cyklu komórkowego:

1.        W fazie G1 ( co prowadzi do przejścia G1à S, tj. zapoczątkowanie syntezy DNA). Każdy rodzaj kompleksu cyklina – Cdk działa na różnych zestaw białek docelowych w komórce.

2.        Pod koniec fazy G2 (co prowadzi do przejścia G2àM, tj. zapoczątkowanie mitozy)

 

Połączenie cykliny p34 cdc2 lub jej homologiem:

-wyzwala enzymatyczną aktywność kinazy

-nadaje jej specyficzność substratowa

-wpływa na jej lokalizację wewnątrzkomórkową

-reguluje jej funkcje i dostęp do licznych czynników regulacyjnych

 

Podobny do  MPF , kompleks SPF , indukuje fazę S poprzez fosforylację i aktywacje białek niezbędnych do replikacji DNA.

W komórkach ludzkich i zwierzęcych stwierdzono dotąd obecność 10 kinaz CDK , jednak prawdopodobnie tylko dwie z nich ( CDK1, CDK2 ) pełnią kluczowe funkcje regulacyjne w cyklu komórkowym.

NAJWAŻNIEJSZE PUNKTY !!!

1.        G1 DNA  damage checkpoint

2.        Punkt przy przejściu z fazy G1 do S

3.        S-phase DNA damage

4.        S-M (replication checkpoint)

5.        G2 DNA damage checkpoint

6.        Blokada inicjacji mitozy na brak rozłączenia chrmatyd

7.        Blokada przebiegu mitozy w odpowiedzi na brak rozłączenia chromatyd w centromerach

 

MOLEKULARNE PODSTAWY TRANSFORMACJI NOWOTWOROWEJ

Zaburzenia regulacji cyklu komórkowego

Komórki mogą zdemontować swój układ kontroli i opuścić cykl komórkowy .

Układ śmierci samobójczej jest regulowany sygnałami z innych komórek. Niektóre działają jak sygnały zabijania, aktywując mechanizm samobójstwa komórki. W ten sposób działa hormon tarczycy  w ogonie kijanki podczas metamorfozy. Inne działają jako sygnały przeżycia, hamując samobójstwo , by utrzymać komórkę przy życiu.

W organizmie wielkokomórkowym programowana śmierć komórki jest zdarzeniem zwyczajnym, normalnym i ogólnie łagodnym. Natomiast niewłaściwa proliferacja i przeżywanie zbędnych komórek stanowią rzeczywiste niebezpieczeństwo – prowadzą do powstania nowotworów.

 

BIAŁKO p53

Aktywacja > p53: i dalej à

à różnicowanieàzahamowanie procesu angiogenezy

àprocesy starzeniaàapoptoza, śmierć komórki

ànaprawa DNAà zablokowanie cyklu komórkowego

 

Najważniejszym znanym genem supresorowym jest gen p53 zwany strażnikiem genomu.

Funkcje punktu kontrolnego w fazie G1 są ściśle związane z p53- supresorowym białkiem nowotworów . Sygnały aktywujące i stabilizujące p53 inicjowane są za pośrednictwem czynników generujących pęknięcia w cząsteczkach DNA , czynników blokujących ruch widełek replikacyjnych, a także w stanie niedobory rybo nukleotydów, niedotlenienia oraz pod wpływem innych oddziaływań traumatycznych.

Około 50 % nowotworów u człowieka wykazuje mutacje w obrębie genu TP53 kodującego białko p53.

Białko p 53 jest czynnikiem transkrypcyjnym, który- w odpowiedzi na uszkodzenia DNA –aktywuje transkrypcję licznych genów. Najważniejszym z nich jest gen kodujący p21Waf1/Cip1. Białko to jest inhibitorem cyklino-zależnych kinaz decydujących o przejściu G1àS.

W wielu ludzkich nowotworach złośliwych oba allele p53 są nieaktywne; cząsteczki DNA- mimo uszkodzeń- mogą wówczas replikować. W niektórych przypadkach prowadzi to do złośliwych transformacji guzów.

 

Ostatnie wyniki badań dowodzą ,  że powstawanie nowotworów związane jest również z zaburzeniami dotyczącymi inhibitorów CDK.

Gen CDKN2 koduje białko jądrowe p16, stanowiące inhibitor kompleksu cyklina D.CDK4 . Delecje genu CDKN2 prowadzące do zniesienie jego funkcji hamujących kompleks D/CDK4, związane są z niekontrolowaną proliferacją komórkową.

 

Choroby wywołane zaburzeniem procesu apoptozy :

Nadmierna apoptoza:

-atak serca

-udar

-choroby neurodegeneracyjne: Alzheimera, Parkinsona, Huntingtona, stwardnienie zanikowe boczne (Lou-Geringha)

Zahamowanie apoptozy:

-nowotwory

-choroby wirusowe (wirus Epsteina-Baar, wirus brodawczaka wywołujący raka szyjki macicy)

-AIDS

 

Transformacja nowotworowa

Białko Ras = małe białko G = białko p21

Jest to białko wiążące nukleotydy guaninowe (GTP, GDP)

Do tej rodziny zalicza się geny :

- Ha-ras ( v-onc wirus mięsaka Harveya )

Ki-ras (v-onc wirus Kristena)

N-ras (neuroblastoma)

Zlokalizowane jest po wewnętrznej stronie błony komórkowej, ich zakotwiczenie w błonie gwarantują kwasy tłuszczowe.

Białko Ras występuje w formie aktywnej(po związaniu z GTP) i nieaktywnej (po hydrolizie GTP i do GDP)

Czynnikiem regulującym działanie białka p 21 jest białko aktywujące GTPazę (GAP)- w warunkach prawidłowych nasila proces hydrolizy GTP co znosi przekazywanie sygnału przez białko p21.

Aktywne białko p21 pełni rolę w transdukcji oraz wzmocnieniu sygnałów przekazywalnych z błonowych receptorów komórkowych.

 

MUTACJA PUNKTOWA GENU RAS I JEJ NASTĘPSTWA

Mutacja pktowa genu Ras> powstanie zmienionego białka p21 opornego na hydrolityczne działanie GAP > nie ma hydrolizy GTP do GDP> ras jest cały czas połączone z GTP – jest aktywne> w sposób ciągły przekazuje sygnał> stymulacja komórki do podziałów

Mutacje pktowe genów z rodziny ras występują w około 30 % nowotworów

Dla niektórych nowotworów są bardzo specyficzne , np.:

-mutacje w Ha-ras w gruczolakorakach jelita grubego

-mutacja w Ki-ras w raku trzustki

 

Gen Myc- czynnik transkrypcyjny

Czynnik transkrypcyjny , to na którą drogę prowadzi komórkę zależy od równowagi pomiędzy miogenami a cytostatykami

Przewaga mitogenów w komórce (cytokiny wzrostowe ) à proliferacja

Przewaga cytostatyków w komórce ( interferon ,leki) àapoptoza

Geny z rodziny myc: c-myc, N-myc, L-myc

Geny myc ulegają amplifikacji w wielu nowotworach złośliwych

-n-myc w neuroblast omach

-L-myc- w drobnokomórkowych rakach płuc

-c-myc- w rakach sutka

Ponadto aktywacja tego genu dokonuje się również w wyniku translokacji z chromosomu 8 na 14 lub 2 lub 22 (obok genów kodujących łańcuchy immunoglobulin)à

àGen myc pod kontrolą promotorów genów 0legających aktywnej ekspresji

àznacznie większa ilość kopii genu myc ( Chłoniak Burkitta)

 

Czego potrzeba do metastazy ?

-enzymów (normalnie nie występujących ) zdolnych do rozpuszczenia powłok otaczających całość organu

-zdolności lokalnego nowotworu do inwazji układu krążenia przez który może dotrzeć do innego organu à w odległym organie te napływające komórki muszą być zdolne do wzrostu w obcym otoczeniu (tzn. nie posiadają wsparcia ze strony tkanek komplementarnych, pochodzących z tego organuàsą to zdolności nie występujące normalnie u komórek à więc mogą zaistnieć tylko po kolejnych zmianach genetycznych

NOTOTWORZENIE ?

Ognisko pierwotne à naciek komórek nowotworowychà zator z komórek nowotworowychà ekspansjaàrozrost i tworzenie naczyń krwionośnychàprzerzuty w wątrobie

 

Nowe naczynia tworzone są w 2 procesach :

-waskulogeneza : formowanie naczyń krwionośnych w okresie płodowym poprzez różnicowanie i proliferacje komórek śródbłonka w oparciu o komórki macierzyste, proces ten doprowadza do wytworzenia podstawowego splotu naczyniowego

-angiogeneza: formowanie naczyń krwionośnych ze śródbłonka naczyń już istniejących

Agniogenezą nazywamy tworzenie nowych naczyń krwionośnych na bazie naczyń już istniejących

Fizjologicznie angiogeneza występuje podczas :

-gojenia się raz

- w krezce jelita

-menstruacji

-implitacji zarodka

 

W warunkach fizjologicznych angiogeneza jest procesem ściśle regulowanym przez szereg czynników aktywujących i hamujących , poprzez podziały komórek endotelialnych

Zwykle poziom inhibitorów angiogenezy jest większy hamując podziały komórek i wzrost naczyń.

Endogenne stymulatory angiogenezy : VEGF , FGS, płytkowy czynnik wzrostu PDGF

 

Angiogeneza odgrywa zasadniczą rolę w rozwoju guza nowotworowego , warunkuje wzrost (tlen, składniki odżywcze), tworzenie przerzutów .

 

W nowotworach proces angiogenezy wymyka się spod mechanizmów kontrolnych à komórki guza nowotworowego w sposób ciągły uwalniają

Bez naczyń krwionośnych guz nowotworowy może osiągnąć rozmiar ok. 1- 2 mm à niedotlenienie komórek prowadzi do tworzenia naczyń krwionośnych przez produkcję przez komórki nowotworowe białek aktywujących ten proces > hipoksja może także prowadzić do apoptozy

 

Stan równowagi pomiędzy proliferacją a apoptozą trwa do czas, aż w pewnej grupie komórek pojawi się fenotyp angiogenny à komórki guza nowotworowego w sposób ciągły uwalniają czynnik wzrostu o działaniu angiogennym à osłabienia negatywnych regulatorów czy inhibitorów wzrostu naczyń à tworzenie nowych naczyń krwionośnych (neowaskularyzacja) àtworzenie przerzutów i wtórnych ognisk nowotworowych

 

Wczesne ognisko nowotworowe à nabycie fenotypu angiogennego ...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin