Wzrost narządów i organizmu przez zwiększenie:

• liczby kom. w wyniku podziałów mitotycznych (proliferacja kom., rozrost)

• objętości i masy kom. (przerost)

• objętości i masy istoty międzykomórkowej (akrecja)

CYKL KOMÓRKOWY

• prowadzi do syntezy (replikacji) DNA i podziału (mitozy) kom.

• składa się z fazy G1, fazy S (syntezy DNA), fazy G2, fazy M (mitozy, podziału kom.)

• fazy G1, S, G2  interfaza

• napędzany i regulowany przez białka (kodowane przez geny cyklu kom.) i ich kompleksów

• geny cyklu, których produkty białkowe pobudzają cykl  protoonkogeny („c”)

• zmutowane protoonkogeny  onkogeny („v”)

• geny, których produkty białkowe hamują cykl  geny supresorowe

• produkty białkowe protoonkogenów:

  • enzymy – białkowe kinazy zależne od cyklin (CDK; fosforylują białka), fosfatazy (defosforylują białka)

  • białka regulatorowe – cykliny (aktywują kinazy białkowe i fosfatazy, łączą się z innymi białkami, wpływając na ich czynności)

REGULACJA CYKLU KOMÓRKOWEGO

• kinaza białkowa – CDK4, CDK2, CDK1, białko RB, czynnik transkrypcji E2F, cyklina D, cyklina A

• hamowanie cyklu kom. – geny cip/kip, geny INK4a/ARF, ich białka: genu cip/kip - p21, p27, p57 (zatrzymują cykl w fazie G1) i genu INK4a/ARF – p14arf, p16INK4a (zatrzymują cykl w fazie G1)

• białko p53:

  • po uszkodzeniu DNA hamuje cykl komórkowy w fazie G1/S

  • pobudza reperację DNA

  • kiedy kom. nie może zreperować DNA włącza program śmierci samobójczej

PRODUKTY KONTROLNE CYKLU KOMÓRKOWEGO

• punkty kontrolne cyklu – miejsca, gdzie może być zatrzymany cykl komórkowy

• punkty kontrolne nieprawidłowości DNA w fazie G1 i w fazie S – pojawienie się nieprawidłowości inaktywuje CDK2, monitorowanie DNA – przy udziale białka ATM, białko p53 blokuje aktywność CDK2 (kom. nowotworów złośliwych mają niefunkcjonujące białko p53)

• punkty kontrolne wrzeciona podziałowego – jeśli chromosom nie jest prawidłowo połączony z mikrotubulą wrzeciona albo wrzeciono jest nieprawidłowo zbudowane, mitoza jest hamowana w metafazie lub cytokinezie, monitorowanie – dzięki białkom MAD, które pozostaje związane z kinetochorem chromosomu

CZYNNIKI WZROSTU I RÓŻNICOWANIA – CYTOKINY

• wydzielają je głównie kom. tk. łącznej i nabłonków

• chemokiny – mogą działać przyciągająco na wiele rodzajów kom. (szczególnie na leukocyty)

• sygnał do podziałów – przechodzi przez błonę kom., cz. cytoplazmatyczna receptora ma aktywność kinazy tyrozynowej lub serynowo-treoninowej (katalizuje fosforylację reszt tyrozynowych lub serynowych i treoninowych białek) i ulega autofosforylacji, wiąże fragmenty SH2 lub SH3 białek (fosfolipaza C, białko przekaźnikowe RAS, które mogą aktywować kinazy MAPERK)  uczynnienie czynników transkrypcji w jądrze przez włączenie transkrypcji protoonkogenów i pobudzenie proliferacji kom.

• cytokiny:

  • naskórkowy czynnik wzrostu (EGF)

  • płytkopochodny czynnik wzrostu (PDGF)

  • transformujący czynnik wzrostu (TGF)

  • czynnik wzrostu nerwów (NGF)

  • fibroblastyczny czynnik wzrostu (FGF)

  • czynnik martwicy nowotworów (TNF)

  • cytokiny – interleukiny (IL)

• większość – przechodzi do płynów ciała, niektóre – zakotwiczają się w błonie na jej zew. pow. i są odcinane przez metaloproteazę (np. cytokiny prozapalne, TNFα)

• funkcje:

  • rozwijanie wrodzonej i nabytej odporności

  • powstawanie zapalenia

  • wpływ na hemocytopoezę

  • wpływ na rozwój zarodkowy i płodowy

  • gojenie się ran

  • gojenie uszkodzeń tkanek po przywróceniu ukrwienia w zawałach i udarze mózgu

MITOZA

• kariokineza:

  • kondensacja chromatyny z wytworzeniem chromosomów, każdy składa się z 2 chromatyd

  • rozdzielenie każdego chromosomu na 2 chromatydy – chromosomy

  • przemieszczenie chromosomów do biegunów kom.

• budowa DNA kom. nie jest zmieniana, epigenetyczny imprinting genomu jest zapamiętywany i przenoszony do kom. potomnych

• profaza

  • każdy chromosom składa się z 2 rozproszonych chromatyd połączonych między sobą kohezyną

  • kondensacja pod wpływem histonu H1, histonu H3, kohezyny i kondensyny, topoizomerazy II

  • chromosomy profazowe – dłuższe niż metafazowe

  • reorganizacja cytoszkieletu kom. i wytworzenie wrzeciona podziałowego (zbudowane z mikrotubuli, białek towarzyszących, białka tityny – utrzymuje wrzeciono w całości, zapewnia sprężystość)

  • pod koniec – zanika jąderko

  • 2 pary centrioli przemieszczają się ku zew. cz. kom.

  • rozerwanie i pofragmentowanie otoczki jądrowej (ukł. dyneina-mikrotubule)

• metafaza

  • chromosom składa się z 2 chromatyd połączonych przez kompleksy kohezyny centromerowej i telomerowej

  • chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej kom., z góry tworzą figurę podobną do gwiazdy (gwiazda macierzysta), z boku – figurę podobną do płytki (płytka równikowa)

  • składniki cytoplazmy przemieszczane do biegunów kom.

• anafaza

  • rozdzielenie chromatyd chromosomów w miejscach centromerów i telomerów (przez aktywację proteazy – separazy, która rozkłada centromerowe kompleksy kohezynowe)

  • separaza – aktywowana przez kompleks napędzający anafazę (APC) – cyklosom, który rozkłada białko hamujące separazę – sekurynę

  • przemieszczanie chromosomów ku biegunom kom. dzięki:

    • wydłużaniu się wrzeciona podziałowego

    • pociąganiu chromosomów ku biegunom

• telofaza

  • dekondensacja chromosomów po przemieszczeniu się ich do biegunów kom.

  • rozpoczyna się synteza rRNA – początkuje to odtwarzanie jąderka

  • defosforylowanie laminy B przez fosfatazę I (razem z laminami A i C odtwarza blaszkę jądrową)

• cytokineza

  • wytworzenie pierścienia kurczliwego (w anafazie lub telofazie)

  • pierścień – nagromadzenie filamentów aktynowych i miozynowych i innych białek motorowych

  • obkurczanie się pierścienia – prowadzi do powstania bruzdy podziałowej, która pogłębiając się rozdziela cytoplazmę

  • cytoplazma prawie całkowicie podzielonych kom. wytwarza ciałko pośrednie z dużą liczbą mikrotubuli

RÓŻNICOWANIE, CZAS ŻYCIA, STARZENIE SIĘ I ŚMIERĆ KOM.

• kom. międzymitotyczne – zachowują zdolność dzielenia się (większość kom. w życiu zarodkowym, płodowym, u dzieci)

• kom. postmitotyczne – zmniejszyły zdolność dzielenia się (u ludzi dorosłych – bo zmniejsza się produkcja czynników pobudzających cykl kom., a zwiększa czynników hamujących

• odnowa kom. w nabłonkach, szpiku kostnym, jądrze – z udziałem kom. macierzystych

RÓŻNICOWANIE KOMÓRKOWE I KOM. MACIERZYSTE

• uczynnianie/unieczynnianie genów w czasie różnicowania – za pomocą mechanizmów epigenetycznych:

  • imprinting genomu i jego reprogramowanie (metylacja/demetylacja DNA i histonów)

  • efekt pozycji i paramutacja (uczynnianie/unieczynnianie genów przez przemieszczanie z euchromatyny do heterochromatyny)

  • transwekcja (oddziaływanie między allelami 2 homologicznych chromosomów)

  • bookmarking (przenoszenie cech epigenetycznych z kom. do kom. przez mitozę)

• unieczynnieni większości genów struktury – zmniejszenie liczby funkcji kom.

• uczynnianie genów nadrzędnych – zasadnicza rola w różnicowaniu, dzięki nim kom. syntetyzuje i eksponuje receptory

• rola w różnicowaniu kom. – białka bHLH (czynniki transkrypcji, które je pobudzają), białka ID (inhibitory różnicowania)

• oznakowanie epigenetyczne genomu – prawie całkowicie wymazywane po zapłodnieniu, w miarę rozwoju genom kom. jest ponownie epigenetycznie modyfikowany

• mniej zróżnicowane kom. mają większą potencję rozwojową (może z nich powstać kilka rodzajów kom.)

• kom. 2- i 4-komórkowych zarodków są totipotentne (mogą z nich powstawać wszystkie kom. organizmu)

• niektóre kom. moruli i blastocysty oraz zarodków – stają się pluripotentne (mogą z nich powstawać wszystkie kom. organizmu z wyjątkiem kom. błon płodowych)

• najbardziej intensywne różnicowanie – w życiu zarodkowym i płodowym (różnicowanie pierwotne i pośrednie)  powstają zawiązki narządów i kom. macierzyste (pluripotentne lub multipotentne)

• w wyniku terminalnego różnicowania – z kom. macierzystych powstają kom. nabłonka, krwi, plemniki w procesie odnowy tych tkanek (też proces regeneracji)

• ludzkie kom. macierzyste – z kom. węzła zarodkowego ludzkiej blastocysty i wcześniejszych stadiów rozwoju zarodkowego, są pluripotentne (embrionalne kom. macierzyste ES)

• najobfitsze źródło kom. macierzystych – szpik kostny, mm. szkieletowe, krew pępowinowa

• białka WNT – rola w pobudzaniu kom. macierzystych do podziałów i w ich różnicowaniu (zaburzenie prowadzi do nowotworzenia)

• wykorzystanie kom. macierzystych w terapii kom.:

  • reperacja uszkodzonych organów

  • inżynieria tkankowa – do produkcji kom.

  • przenoszenie genów – za pośrednictwem kom. macierzystych w terapii genetycznej

STARZENIE SIĘ I CZAS ŻYCIA KOM.

• przyczyna śmierci kom. – uszkodzenia cząsteczek DNA, białek, tłuszczów przez utlenianie; cz. tlenu zużywanego przez kom. ulega redukcji przez wychwytywanie elektronów, co prowadzi do powstawania wolnych rodników

• wolne rodniki – reaktywne (mają wolne rodniki), łatwo wchodzą w reakcje, których wynikiem jest: karbonylacja białek, utlenianie nienasyconych kw. tłuszczowych błon, zmiany makrocząsteczek DNA; usuwane przez enzymy – dysmutazy nadtlenkowe (SOD), peroksydazę glutationu i katalazę oraz kw. moczowy

• przyczyny starzenia – genetyczne; przez telomery (po podziale kom. skracają się one i zanikają, co hamuje podziały mitotyczne) – starzenie replikacyjne

• czas życia kom.:

  • oocyty I rzędu – 24 h

  • granulocyty obojętnochłonne, kom. nabłonka jelita, plemniki – kilka dni

  • erytrocyty, limfocyty B – 4 miesiące

  • limfocyty T, kom. miąższowe narządów wew. – kilka lat

  • kom. nerwowe, kom. mm. poprzecznie prążkowanych, kom. soczewki – równy czasowi życia człowieka

ŚMIERĆ KOM.

NEKROZA I STAN AGONALNY KOM.

• śmierć kom. (nekroza) – ich struktura zmienia się nieodwracalnie, ustaje większość czynności życiowych, w końcu ustają wszystkie

• nekroza poprzedzona jest stanem agonalnym – włączaniem przez kom. różnych programów genetycznych dających obrazy apoptozy, paraptozy, onkozy i autoschizy

• w stanie agonalnym – wzmożona autofagia

• końcowy wynik włączenia programów śmierci kom.:

  • nekroza apoptotyczna

  • nekroza paraptotyczna

  • nekroza onkotyczna

  • nekroza autoschizalna

APOPTOZA

• wynik włączenia wielu genów apoptozy (produkty tych genów: kaspazy – rozkładają białka, nukleazy – rozkładają DNA)

• zmiana struktury kom.: fragmentacja DNA i jądra, kondensacja chromatyny (pyknoza) i fragmentacja całej kom. oraz wytworzenie ciałek apoptotycznych

• zmiany są wynikiem włączenia programu zew. i wew.

• ciałka apoptotyczne – wyraz nekrozy, ulegają szybkiej fagocytozie przez sąsiednie kom. lub makrofagi

• program zew. apoptozy – zaczyna się związaniem z błonowym receptorem jego ligandów  powstanie na wew. cz. receptora kompleksu białkowego  uaktywnia kaspazę 8  uaktywnia kaspazy 4, 9 i 11  uaktywniają główne enzymy tego szlaku - kaspazy 3 i 6  kaspaza 3 rozkłada białko ICAD, DNA-za tnie DNA, kaspazy 3 i 6 uaktywniają białko acinus wywołujące kondensacje chromatyny i tną białko laminę otoczki jądrowej

• program wew. apoptozy – zaczyna się na pow. mitochondrium, cytochrom c opuszcza mitochondrium  uaktywnienie kaspazy 9  uaktywnia kaspazę 3 i 6

• oba programy mogą wpływać na siebie za pośrednictwem białka BID (przycięte przez kaspazę 8 otwiera kanał BAX); białka BID i BAX wywołują apoptozę

• białko BCL2 – blokuje kanał BAX, hamuje wypływ cytochromu c i wstrzymuje apoptozę

PARAPTOZA

• pojawia się w stanach braku ligandów hormonalnych dla swoistych receptorów

• niezwiązanie hormonu z receptorem  przesłanie do wnętrza kom. sygnału do kinaz MAP  wprowadzenie kom. na drogę stanu agonalnego

• pęcznienie kom, uwypuklenie błony kom., pojawienie się w nich pęcherzyków i wakuoli wypełnionych płynem

ONKOZA

• pęcznienie całych kom., ich organelli, denaturacja białek, karioliza

• przechodzi po 24 h w nekrozę

• w niedokrwionych cz. narządów (główna przyczyna: niedotlenienie kom. i zahamowanie błonowej pompy Na⁺, co powoduje zwiększenie w kom. tych jonów, napływ wody, zwiększenie objętości kom. kończące się śmiercią)

• inna przyczyna: zahamowanie wytwarzania ATP przez mitochondria

AUTOSCHIZA

• zmniejszenie całych kom. i ich jąder, oddzielanie fragmentów cytoplazmy od kom., wypływ z kom. cytoplazmy

• przyczyna: zaburzenie przewodzenia elektronów między cząsteczkami organicznymi, co prowadzi do obniżenia ilości NADH i ATP, wytwarzania w nadmiarze H₂O₂ oraz aktywacji czynnika transkrypcji NF-kB

• uaktywniają się DNA-zy I i II

7