29.04 / 06.05 / 13.05.2009, wykład, - Wzrost, różnicowanie i starzenie się
komórek; Paul Esz
Wzrost zespołu komórek zachodzi na drodze zwiększania
–
liczby komórek (proliferacja, rozrost, hiperplazja)
–
objętość i masy pojedynczych komórek (przerost, hipertrofia)
Proliferacja → rozrost
Hipertrofia → przerost pojemności komórki
Akrecja → rozrost istoty międzykomórkowej
Akrecja – wzrost liczby tkanki lub narządu na drodze zwiększenia objętości i masy istoty międzykomórkowej. W
akrecji rozmiar oraz liczba komórek się nie zmienia.
Przerost (łac. hypertrophia) - pojęcie z zakresu patomorfologii oznaczające powiększenie tkanki lub narządu na
skutek powiększenia poszczególnych komórek, bez zwiększenia ich liczby. Przerost występuje najczęściej w przypadku
tkanki mięśniowej: macicy, mięśni szkieletowych, serca, ale może też dotyczyć prostaty, a także jednej z nerek przy
usunięciu drugiej. Przerost zaliczany jest w patomorfologii do zmian postępowych.
Rozrost (hiperplazja, łac. hyperplasia) - pojęcie z zakresu patomorfologii oznaczające powiększenie tkanki lub
narządu na skutek zwiększenia liczby komórek. Rozrost nie jest równoważny z procesem nowotworowym, lecz
nowotwór jest patologiczną jego formą. Jest często poprawną, fizjologiczną reakcją na zwiększone zapotrzebowanie i
ustępuje, gdy znika bodziec.
Narządy, w których rozrost zaznacza się szczególnie:
–
macica
–
prostata
–
wątroba po wycięciu jej fragmentu.
Przykładem rozrostu mogą być też: modzel, nagniotek, brodawka pospolita.
W patomorfologii rozrost zaliczany jest do zmian postępowych.
Rodzaje plazji
–
(Hiper)plazja - wzrost liczby komórek
–
(Meta)plazja - zmiana typu komórek
–
(Dys)plazja - nieprawidłowe dojrzewanie
–
(Ana)plazja – odróżnicowanie
–
(Kata)plazja - ↓ różnicowanie czynnościowe
–
(Neo)plazja – nowotworzenie
–
Aplazja - niewykształcenie się narządu
–
Hipoplazja - "niedorozwój" narządu
Populacje komórek
–
rozrastająca się
–
wzrastająca w cyklu komórkowym
–
wzrastające w fazie G0
–
odnawiające się (stała liczba komórek, migracja i rozrost)
–
statyczna (liczba komórek zmniejsza się)
Różnicowanie komórek (cytodyferencjacja)
–
proces powstawanie różnych wyspecjalizowanych komórek
–
jeśli zmiany prowadzące do różnicowania są odwracalne, mówimy o modulacji
–
różnicowanie charakteryzuje nieodwracalność, obniżenie potencji rozwoju oraz ograniczenie liczby funkcji
specjalistycznych do kilku lub nawet jednej.
Wyróżnia się różnicowanie
–
pierwotne – w najwcześniejszych fazach rozwoju
–
pośrednie – w późniejszych fazach rozwoju embrionalnego
–
terminalne – pojawia się w życiu postembrionalnym
Etapy różnicowania
–
różnicowanie biochemiczne – wskutek przestrojenia potencji genomu ujawnia się kilka cech fenotypowych
lub jedna z nich (synteza odpowiednich enzymów i katalizowanie przez nie syntezy kilku produktów komórki,
które są wyrazem jej specjalizacji)
–
różnicowanie komórkowe – wskutek zmian biochemicznych zmienia się odpowiednia budowa komórek,
zwiększa się odpowiednia liczba struktur komórkowych np. mitochondriów, rybosomów, pojawiają się
wyspecjalizowane struktury np. mikrofibryle, tono-neuro-itp.
–
różnicowanie tkankowe – zespół komórek zróżnicowanych biochemicznie i komórkowo zestraja swoje
właściwości i zaczyna działają jako tkanka
Czynnik wzrostu i różnicowania
–
polipeptydy (około 40 rodzajów) i pochodne kwasu
–
arachidonowego – leukotrieny, są wspólnie nazywane czynnikami wzrostu i różnicowania
Sygnał do podziałów jest przekazywane przez błonę komórkową po związaniu czynnika wzrostu z receptorem
błonowym.
Do najbardziej znanych czynników wzrostu i różnicowanie należą:
–
czynnik wzrostu naskórka EGF
–
transformujące czynnik wzrostu TGF
–
czynnik wzrostu nerwów NGF
–
czynnik wzrostu fibroblastów FGF
Starzenie się komórek
–
w organizmie komórki starzeją się , degenerują i obumierają
–
starzenie się komórek in vivo – to postępujące i nieodwracalne zmiany prowadzące do ograniczenia
możliwości adaptacyjnych a w końcu do śmierci organizmu
–
procesy te zachodzą;
–
w komórkach
–
składnikach poza komórkowych
Zmiany na terenie komórki
–
zmiany w błonie komórkowej
–
dotyczą one receptorów powierzchniowych błony komórkowej
–
spada ich iloci na jednostek powierzchni błony, ich zdolność wiązania liganda pozostaje nie zmieniona
–
zmiany w jądrze komórkowym co odbija się na jego funkcjonowaniu
–
dotyczą samego dna jak również oddziaływań z białkiem chromatycznym
–
zmiany w cytoplazmie
–
spowolnienie procesu translacji wraz ze spadkiem aktywności enzymów, upośledzenie funkcji lizosomów,
zmiany w mitochondriach ( obniżenie gęstości macierzy i skrócenie grzebieni mitochondrialnych
Wraz ze starzeniem się komórek i istoty międzykomórkowej zmieniają się także właściwości i jej składniki.
Przyczyny starzenia komórek nie są do końca wyjaśnione, obecnie uważa się ze jest to
–
ekspresja swoistych genów starzenia się
–
skracanie
Przebieg starzenia się jest inny w komórkach populacji różniących się intensywnością proliferacji. Starzenie się
komórek populacji proliferacyjnych- zwolnienie tempa proliferacji ( wydłużenie cyklu komórkowego), częściej ulegają
spontanicznej transformacji nowotworowej i są bardziej podatne na karcinogeny.
Starzenie się komórek populacji nieproliferujących
–
komórki w tych populacjach określonej ilości podziałów ostateczny stopień zróżnicowania
–
zmiany w tych komórkach spowodowane są przypadkowym działanie m czynników uszkadzających
Populacja nieproliferująca:
–
zawiera komórki niezmienione o różnym stopniu uszkodzenia,
–
z wiekiem funkcja komórek nieuszkodzonych maleje, zmniejsza się ilość komórek w populacjach co prowadzi
do jej zaniku, jeśli wcześniej nie nastąpi śmierć organizmu
Hayflick wraz z Mooheadem wykazali, że ludzkie fibroblasty w hodowli dzielą się ograniczoną ilość razy – oblany
został mit o nieśmiertelności komórek prawidłowych. Komórki starzeją się a odzwierciedleniem tego jest zanik ich
zdolności replikacyjnych.
Komórki wolne od śmierci
–
komórki macierzyste
–
komórki nowotworowe
Czy istnieje zależność pomiędzy liczbą podziałów a długością życia? → TAK
Komórki ludzkie w hodowli dzielą się około 50 razy, od starszych dawców to tylko 20-30 podziałów. Gromadzenie się
rDNA w komórkach drożdży i ludzkich komórkach osób chorych na progerie prowadzi do powiększenia fragmentacji
jąderek, zaburzenia syntezy DNA i transkrypcji. Telomery stają się krótsze po każdym podziale komórkowym komórek
prawidłowych.
Harley (1992) – telomeraza - hipoteza starzenia się komórek somatycznych i założyli oni że
–
aktywna w komórkach płciowych telomeraza utrzymuje stałą długość telomerów i zapewnia przekazanie
zygocie pełnej informacji genetycznej
–
represja aktywności telomerazy w kom. somatycznych przyczynia się do skracania telomerów z każda runda
replikacyjną
–
uzyskanie krytycznej długości telomerów po określonej liczbie podziałów (limit Hayfliscka) powoduje
zatrzymanie proliferacji
!@#$%^&*()_#$!@#$%^&*(!@#$%^&*()_!@#$%^&*()_
Zaprzeczenie teorii Harley'a są między innymi komórki nowotworowe, produkujące telomerazę, mają krótsze telomery
niż zdrowe komórki somatyczne. Telomeraza nie może być więc jedynym mechanizmem utrzymującym długość
telomerów, a długość telomerów nie może być jedynym licznikiem podziałów w komórce.
Elizabeth Blackburn, która odkryła telomerazę, zaproponowała nową hipotezę według której sama obecność telomerazy
w komórce może być ważniejsza od długości telomerów. Telomeraza tworzy czapeczki maskujące wolne końce DNA i
stabilizuje nawet bardzo krótkich telomery (Blackburn).
Wniosek: Obecność krótkich telomerów zwiększa prawdopodobieństwo zatrzymania podziałów komórkowych, ale nie
jest jednoznacznym wyznacznikiem wieku komórki.
Inne teorie:
–
przyczyny starzenia się i śmierci komórek są powiązane z regulacją cyklu komórkowego
–
wolne rodniki tlenowe (Wolnorodnikowa teoria starzenia się opiera się na sprawności reakcji łańcucha
oddechowego. Z wiekiem jego sprawność jest coraz niższa, czego skutkiem jest wzmożona produkcja
aminorodników ponadtlenowych – O
2
– które same inicjują łańcuch reakcji wolnorodnikowych lub z nich
powstają rodniki hydroksylowe. Rodniki są bardzo reaktywne, powodują karbonylację białek, utlenianie
nieansyconych kwasów tłuszczowych, mutacje DNA i uszkodzenia chromosomów. Zmienione
makrocząsteczki obniżają funkcje genomu oraz enzymów uważane są za fenotypowe cechy starzenia
–
George Martin – maksymalna długość życia została ustalona w toku ewolucji i starzejemy się ponieważ
właściwie nie ma powodu, aby jakiś organizm żył po zakończeniu swojego okresu reprodukcyjnego
–
Hayflick – uważa, że górna granica długość ludzkiego życia jest zapisana w naszych genach w wynosi 125 lat
Czas życia komórek
–
oocyty II rzędu – około 24 godziny
–
granulocyty obojętnochłonne – kilka dni
–
komórki jelitowe – kilka dni
–
plemniki – kilka dni
–
erytrocyty – 4 miesiące
–
limfocyty B – 4 miesiące
–
limfocyty T – kilka lat
–
komórki miąższowe narządów wewnętrznych – kilka lat
–
komórki nerwowe – czas równy czasowi życia człowieka
–
komórki mięśni poprzecznie prążkowane – czas równy czasowi życia człowieka
–
komórki soczewki – czas równy czasowi życia człowieka