CYTOFIZJOLOGIA

9.12.2013r.

CYKL KOMÓKOWY- Mechanizmy proliferacji, rozrostu, zmian wstecznych komórek

Cykl komórkowy to seria procesów zachodzących w żywej komórce, które w konsekwencji prowadzą do jej podziału.

Najważniejsze procesy zachodzące w cyklu komórkowym:

• podwojenie ilości materiału genetycznego komórki

• precyzyjne rozdzielenie DNA do potomnych komórek

• synteza RNA i białek

Czas trwania cyklu komórkowego waha się w szerokich granicach:

• najkrótszy znany cykl trwa 8 min, w komórkach larw owadów

• u baterii ok. 30 min

• we wczesnych stadiach rozwoju zarodkowego ssaków ok. 4-12 godzin

• w większości kom ok. 24h, w komórkach trzustki może trwać ponad rok!

FAZA G1

• synteza RNA i białek

• komórki, które podejmują decyzje o podziale muszą pod koniec fazy G1 sforsować punkt restrykcyjny cyklu

FAZA G2 rozpoczyna się po zakończeniu replikacji DNA i trwa do momentu wejścia komórki w mitozę;

• trwa zazwyczaj 2-4 godziny synteza RNA, białek oraz dodatkowej błony komórkowej, która jest zużywana w czasie cytokinezy

• komórki wychodzące z tej fazy musza sforsować tzw. punkt kontrolny G2- te mające zaburzenia, zwłaszcza uszkodzenia genomu, są zatrzymywane

MITOZA

PROFAZA

• z chromatyny różnicują się chromosomy w postaci długich nici

• chromatydy łączą się ze sobą za pośrednictwem centromeru

• kolejno dochodzi do ich spiralizacji

• zanika błona jądrowa i jąderko

• każda z centrioli przemieszcza się do przeciwległego bieguna komórki; pomiędzy nimi formuje się wrzeciono kariokinetyczne.

METAFAZA

• chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej tworząc płytkę metafazalną

ANAFAZA:

• podział centromerów z rozdzieleniem chromosomów na dwie chromatydy(chromosomy potomne)

TELOFAZA:

• w momencie osiągnięcia przez chromosomy potomne biegunów komórki, dochodzi do ich dekondensacji(długie nici, które anastomozując ze sobą wytwarzają zrąb jądrowy)

• zanika wrzeciono podziałowe

• odtworzeniu ulega błona jądrowa i jąderko

MEJOZA I dzieli się na profazę, metafazę, anafazę i telofazę

ETAPY PROFAZY I MEJOZY:

LEPTOTEN: kondensacja chromosomów i ustawienie się ich w homologiczne pary

ZYGOTEN: łączenie homologicznych chromosomów w biwalenty lub tetrady chromatyd

PACHYTEN: chromatydy grubieją, zachodzi crossing-over

DIPLOTEN: chromosomy połączone w chiazmach

DIAKINEZA: kończy się kondensacja, zanika jąderko i błona jądrowa, zaczyna powstawać wrzeciono podziałowe

itd.

PROLIFERACJA- zdolność namnażania komórek, regulowana przez złożone mechanizmy kontroli cyklu komórkowego.

<Wywód dra Wyrobca <3 >

Białko p53- strażnik genomu, nie dopuszcza do podziałów komórkowych komórek uszkodzonych, poprzez skierowanie ich na szlak apoptozy lub do ,,naprawy’’. Jeśli jego gen jest uszkodzony, podziały zachodzą intensywnie i w sposób niekontrolowany-także w komórkach uszkodzonych. Ma to związek z procesami nowotworowymi- np. guzy lite płuc- pobierają tlen, substancje odżywcze z istniejących naczyń. Dzięki temu dalej się rozrastają i oddalają się od okupowanego naczynia. Guz zaczyna więc stymulować otaczające naczynia do angiogenezy- jest to najważniejszy etap istnienia guza. Wytwarza on szereg różnych substancji do środowiska, albo stymuluje inne komórki do produkcji takich związków, np. VAGF- czynnik angiogenny, produkowany np. przez mastocyty<3. Aż milion komórek guza może istnieć bez własnego naczynia, a więc odżywiając się na zasadzie dyfuzji. Jednak przypuszcza się, że w organizmie człowieka bardzo często zachodzi proces nowotworowy, lecz nie rozwija się ze względu na brak przejścia guza w fazę angiogenną- to przejście stanowi więc pewną barierę dla guza. Dlatego obecnie w nowotworach stosuje się preparaty antyangiogenne.
Ale ogólnie angiogeneza w organizmie jest procesem pozytywnym- dlatego np. osoby starsze częściej przeżywają zawały niż młodsze, gdyż mają wytworzoną sieć naczyń obocznych w sercu. Naczynia powstające w angiogenezie nowotworowej są nieprawidłowe. Anty-CD33, anty-CD34, czynnik von Willebranda- znaczniki, którymi można wyznakować te naczynia, ale istnieją różne hipotezy dotyczące tego, co właściwie uznajemy za naczynie.
</wywód>

Proliferacja komórek zmiennych nowotworowo:

Mutacje DNA z obszarze genów supresorowych i protoonkogenów niekontrolowane podziały komórkowe proces nowotworowy

Wolno dzielące się komórki popełniają najmniej błędów. Procesy podziałów komórkowych u osób starszych zachodzą wolniej, w związku z czym proces nowotworowy również, a ich kliniczny stan pogarsza się wolniej(porównując te same nowotwory w różnych grupach wiekowych).

Zwiększenie liczby komórek powoduje powiększenie tkanki lub narządu co określamy mianem rozrostu. Nowotwór jest patologiczną formą rozrostu.

ZMIANY WSTECZNE: zanik, zwyrodnienie, martwica (doczytać ;/)

Spermatogeneza zachodzi w kanaliku nasiennym i składa się z:

• spermatocytogenezy- przekształcanie spermatogonii w spermatydy zawierające zredukowaną o połowę liczbę chromosomów

• spermiogenezy- przekształcanie spermatyd w plemniki

Kolejne stadia rozwojowe w cyklu spermatogenetycznym, zaczynając od błony podstawnej kanalika nasiennego:

• spermatogonie

• spermatocyty I rzędu
  ( I podział mejotyczny)

• spermatocyty II rzędu

(II podział mejotyczny)

• spermatydy

• plemniki

Ze spermatocytu I rzędu powstają 4 spermatydy zawierające po 23 chromosomy.

Rola mejozy w cyklu spermatogenezy:

• wymiana fragmentów ramion homologicznych chromosomów pochodzących od ojca i matki w procesie crossing-over prowadzi to do zmiany składu genetycznego chromosomów

• zredukowanie o połowę liczby chromosomów z diploidalnej do haploidalnej

16.12.2013r.

Regulacja cyklu komórkowego

Homeostaza organizmu zależy od równowagi pomiędzy komórkami dzielącymi się i umierającymi. Istotnym czynnikiem w procesie nowotworowym jest obniżenie zdolności komórek to prawidłowego obumierania, co może doprowadzić do:

• nieprawidłowego zwiększenia żywotności komórek

• wydłużenia czasu ich życia

• utrwalania zaistniałych mutacji

• zaburzeń cyklu komórkowego

Zaburzenia zachodzące w kolejnych fazach cyklu komórkowego są zorganizowane tzn. inicjacja każdego etapu jest możliwa dopiero po prawidłowym zakończeniu etapu poprzedzającego.

Istotnym elementem regulacji cyklu jest obecność wewnętrznych punktów kontrolnych- ich przejście komórka realizuje poprzez ekspresję swoistych genów.

Szczególne znaczenie ma regulacja cyklu na granicy:

• faz G1/S

• faz G2/M

• podczas mitozy przy tworzeniu wrzeciona kariokinetycznego i rozdziale chromatyd do komórek potomnych

Opis cyklu z podręcznika

Cykl komórkowy jest regulowany i napędzany wieloma białkami i ich kompleksami:

• białka te są kodowane przez geny cyklu komórkowego:

  • protoonkogeny- geny dominujące, których produkty białkowe pobudzają cykl, odpowiedzialne za proliferację i hamowanie apoptozy, najczęściej są to: czynniki transkrypcyjne, czynniki kontrolujące replikację, receptory i ich ligandy (czynniki wzrostowe), elementy wewnątrzkomórkowych szlaków sygnałowych, regulatory cyklu komórkowego; przykłady: czynnik wzrostu FGF, rodzinny rak rdzeniasty tarczycy RET, rak płuca EGFR, rak piersi HER2, nowotwory: RAS, RAF(sygn.), MYC(czynnik transkrypcyjny), cyklina D1(regulator cyklu)

  • supresorowe- ich produkty hamują cykl

Produkty białkowe genów są enzymami: kinazami, fosfatazami, białkami regulatorowymi, które aktywują lub hamują kinazy i fosfatazy lub łączą się z innymi białkami.

Protoonkogen staje się onkogenem w wyniku mutacji lub amplifikacji.

Mutacja punktowa nadmiernie aktywne białko, amplifikacja zwiększenie ilości prawidłowego białka, translokacja chromosomalna duża ilość prawidłowego białka lub białko fuzyjne w dużej ilości lub nadmiernie aktywne

BIAŁKA RAS

• rodzina białek zaangażowanych w transdukcję sygnałów(GPazy)

• mutacja obecna w ok. 20-40% nowotworów prowadząca do permanentnej aktywności białka nawet przy braku obecności czynników stymulujących

• członkowie to np. H-Ras, K-Ras, N-Ras

• mutacje punktowe Ras są najczęstszą patologią aktywującą onkogeny

• sygnałami zewnętrznymi do rozpoczęcia działania poprzez przekazanie sygnału do dalszej części szlaku mogą być receptory adhezyjne, autokrynne, parakrynne N-RasB-RafMek1/2ERK1/2

• białko Ras rozluźnia chromatynę

• pobudza syntezę nukleotydów

Aktywacja Ras może być wynikiem mutacji punktowej kodonów 12, 13 lub 61 genów N-Ras, K- Ras, H-Ras:

• gruczolakorak trzustki 90%

• rak okrężnicy 50%

• rak płuc 30%

• rak tarczycy 50%

• białaczki szpikowe 30%

Protoonkogen RET:

• koduje receptorową kinazę tyrozynową

• ekspresja: komórki c tarczycy i tkanka nerwowa współczulna przewodu pokarmowego

• ekspresja: guzy neuroendokrynne, rak rdzeniasty tarczycy, guz chromochłonny, nauroblastoma

• aktywacja receptora indukuje zmiany ekspresji wielu genów wzmagając tempo proliferacji i migracji

• badanie genetyczne tego protoonkogenu pozwalają na wczesne wykrycie i podjęcie działań profilaktycznych u członków rodziny będących nosicielami mutacji

• opisane mutacje o charakterze autosomalnym dominującym zlokalizowane są w eksonach 10,11,13,14,15,16 tego genu i w większości przypadków dotyczą konserwatywnego regionu bogatego w reszty cysteinowe

Geny supresorowe nowotworów to geny działające hamująco na procesy proliferacji komórkowej(geny bramkowe), działające stabilizujące na procesy utrzymujące stabilność genetyczną komórki(geny opiekuńcze)

Rola genów supresorowych w procesie nowotworzenia ujawnia się dopiero po inaktywacji obu alleli danego genu.

Mutacje inaktywujące w obszarze genów supresorowych nadmierna proliferacja. Geny supresorowe: TP53, RB1, BRCA1, BRCA2, APC, APM

p53- strażnik genomu, normalnie inaktywowane przez mdm2. Jego okres półtrwania to 20min. Funkcjonuje na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego z mdm2. Gdy uszkodzenia DNA IR.UV ATM/ATRChk2/1 fosforylacja białka p53- odłącza się od mdm2 i staje stabilne.

Uszkodzenia DNAp53 odłącza się od mdm2fosforylacja p53 przez kinazy zahamowanie cyklu/apoptoza

Udział białka p53 w kontroli naprawy DNA polega na modulowaniu aktywności helikaz(enzymów usuwających uszkodzenia DNA)

W przypadku, gdy reparacja DNA zawodzi, białko p53 uruchamia proces programowanej śmierci komórki. Gen p53 to ,,gen śmierci’’. Zmutowane białko p53 przebywa w komórce do 12 godzin i dzięki temu może być wykrywane metodami IHC. Mutacje w p53 są najczęstszym defektem genetycznym w chorobach nowotworowych. Uszkodzenie p53 prowadzi do proliferacji mimo uszkodzenia DNA.

Teoria 2 zdarzeń Knudsona: Aby gen supresorowy Rb utracił funkcję konieczne się mutacje w obu allelach.

BIAŁKO pRB

• wykazuje zróżnicowane ufosforylowanie determinujące jego aktywność

• w G1 jest zdefosforylowane- powstaje zawsze po zakończeniu mitozy

• kinazy CDK2, 4,6fosforylacja pRBuwolnienie z kieszonki pRB czynnika transkrypcyjnego E2Fprzejście komórki do fazy S

13.01.2013r.

Regulacja cykl komórkowego polega na oddziaływaniu w odpowiednim czasie czynników pobudzających i hamujących. Przechodzenie przez cykl komórkowy jest regulowane poprzez fosforylację cyklin. Cykliny pełnią rolę regulacyjnych podjednostek dla CDK- ich nazwa pochodzi z cyklicznej zmiany stężenia w poszczególnych fazach cyklu komórkowego.

Wyróżnia się:

• cykliny mitotyczne (A i B)

• cykliny fazy G1 (D i E)

Cykliny A i B prawdopodobnie utrzymują stan hiperfosforylacji białka RB w dalszych fazach cyklu komórkowego. Odłączenie grupy fosforanowej od białka RB następuje dopiero wtedy, gdy komórka wchodzi ponownie w fazę G1 lub fazę spoczynkową G0.

Cykliny fazy G1
Cykliny fazy G1 są aktywne we wczesnych fazach cyklu. Wykryto 3 cykliny klasy D: 1,2,3 oraz cyklinę E- tworzą one kompleksy w odpowiednimi kinazami z rodziny CDK. Kompleksy złożone z cyklin D i E oraz odpowiednich kinaz fosforylują białko RB.

Podczas fazy S dochodzi do gwałtownego obniżenia stężenia cykliny E. Ekspresja cyklin D jest uzależniona raczej od zewnętrznych bodźców mitogennych niż od fazy cyklu. Cyklina D jest funkcjonalnie związana z CDK4 i CDK6 i działa głównie we wczesnej i środkowej fazie G1.

Cyklina E:

• 39 aminokwasów, kodowana na chromosomie 19

• Obecna od późnej G1 do wczesnej syntezy

• Najwyższe stężenie w okolicy punktu restrykcyjnego

• Białko to pełni kluczową rolę w promocji komórki do fazy S, ulegając zwrotnej aktywacji przez czynnik E2F

• W warunkach prawidłowych liczba komórek, które wykazują ekspresję cykliny E, gwałtownie się zmniejsza po wejściu komórek do fazy S cyklu komórkowego

• Cyklina E może występować w kilku izoformach wynikających z alternatywnego składania mRNA(splicing)

• Jako główny czynnik regulujący przejście z G1 do S kontroluje: replikację DNA, duplikację centrosomów, aktywację transkrypcji

• W komórkach różnych nowotworów może dochodzić do zmian jej ekspresji najczęściej mechanizm tych zmian polega na amplifikacji genu kodującego to białko lub zaburzeniu regulacji ekspresji cykliny E w poszczególnych fazach cyklu komórkowego

Można przypuszczać, że mutacje prowadzące do podwyższenia stężenia cyklin pełnią istotną funkcję w mechanizmie niekontrolowanych podziałów komórkowych.

Kluczowym procesem podczas regulacji cyklu jest proces fosforylacji. Dokonują jej kinazy zależne od cyklin, które fosforylują grupy serynowe i treoninowe białek i są aktywowane przez cykliny. Spośród grupy kinaz szczególną rolę odgrywa CDK1, która jest kinazą białkową przenoszącą grupy fosforanowego z ATP na różne białka.

Cykliczna aktywacja CDK przez cykliny stwarza warunki samonapędzającego się cyklu- wczesne stadia embriogenezy:

• krótki czas trwania

• istnienie wewnętrznego napędu przejawiającego się cyklicznymi zmianami stężeń cyklin

• brak wpływu czynników zewnętrznych

• zredukowane fazy G1 i G2.

Hamowanie cyklu jest pod kontrolą inhibitorów CDK czyli CKI- uniemożliwiają one wiązanie się cyklin z CDK i blokują wiązanie kompleksu cyklina/CDK z substratem.

Rodziny CKI: rodzina białka p21(p27 i p57), rodzina białek INK4 (p15,16,18,19)

Stężenie CKI w komórce, zwłaszcza białka p21 jest regulowane na poziomie transkrypcji pobudzonej przez białko p53. W warunkach prawidłowych p21 charakteryzuje się niskim poziomem ekspresji i pobudza cykl. Pod wpływem czynników stresowych dochodzi do wzrostu ekspresji p21, co skutkuje inhibicją kompleksu cyklina/CDK. W większości komórek nowotworowych białko p21 nie funkcjonuje jako kontrolne, co ma związek z mutacją p53- wówczas obserwuje się zahamowanie apoptozy poprzez blokadę kaspazy 3 i czynnika ASK1.

Faza G1 jest fazą cyklu, w której czynniki regulujące wzrost i podział komórki mają zasadnicze znaczenie. Zaburzenie cyklu w tej fazie wywołane jest dysregulacją w układzie cyklina E/CDK2

Przejście G1-S : CDK4, CDK6, cykliny /D1,2,3; pełna aktywność kompleksów cykliny CDK pojawia się przez niskim stężeniu p27

Czynniki fazy S: współdziałają z kompleksami cyklina E/CDK2 i cyklina A/CDK2. Faza G2 pozostaje pod kontrolą A/CDK2.

Przejście G2/M: rozpoczęcie mitozy zależy od kompleksów B1, B2/CDK1, nazywanych MPF. Do pojawienia się pełnej aktywności B/CDK1 potrzeba podwójnej fosfo i defosforylacji CDK1.

Wyjście z mitozy: zestaw białek wyjścia z mitozy to kompleks MEN powodujący inaktywację kompleksu B/CDK1

Zewnętrzna regulacja cyklu komórkowego: cytokiny(PDGF, EGF, TGF, TNF). Cytoplazmatyczne fragmenty receptorów dla cytokin posiadają aktywność kinaz, które odpowiadają za autofosforylację. Fosforylowane fragmenty receptorów mogą wiązać białka posiadające grupę SH2 która rozpoznaje fosforylowane fragmenty receptorów. Białka posiadające grupę SH2 to fosfolipaza C, kinaza tyrozynowa, białka RAS aktywujące kinazy MAP i ERK.

20.01.2014r.

Mechanizmy śmierci komórki- autofagia, apoptoza, nekroza, onkoza

Główne cechy odróżniające apoptozę od martwicy:

• proces aktywny

• wymaga uruchomienia uśpionych szlaków biochemicznych oraz syntezy nowych białek

• dotyczy pojedynczych komórek

Martwica jest:

• procesem pasywnym

• wywołanym czynnikami zewnątrzpochodnymi, powodującymi rozległe uszkodzenia komórek

• obejmuje skupiska komórek

• zachodzi masowo w jednym określonym momencie

• dochodzi do procesu zapalnego

Komórki martwicze są obrzmiałe:

• rozmycie błony komórkowej

• wylanie cytoplazmy do przestrzeni pozakomórkowej

• pękanie błon otaczających lizosomy i mitochondria

Komórki apoptotyczne kurczą się:

• błona komórkowa uwypuklona

• podział komórki na wiele obłonionych fragmentów zwanych ciałkami apoptotycznymi (zawierają cytoplazmę i funkcjonalne organelle)

Zmiany w strukturze jądra komórkowego:

• chromatyna zostaje skondensowana obwodowo, a kształt jądra komórkowego pozostaje długo niezmieniony

• w końcowych stadiach jądro komórkowe z resztkami chromatyny rozpada się fragmenty dostają się do ciałek apoptotycznych fagocytoza przez makrofagi

Kaspazy:

• proteazy cysteinowe

• występują w cytoplazmie większości komórek jako nieaktywne proenzymy, mające postać pojedynczego łańcucha polipeptydowego

• aktywacja kaspaz następuje na skutek dwóch reakcji enzymatycznych:

  • podział łańcucha polipeptydowego proenzymu na łańcuch długi i krótki i odcięcie
    N-końcowej prodomeny

  • agregacja łańcuchów krótkich i długich tworzących aktywny tetramer mający dwa miejsca katalityczne

Kaspazy rozpoczynające apoptozę(inicjatorowe): kaspaza 8, 9 i 10.

Kaspazy aktywowane przez proteolizę zależną od innych enzymów (efektorowe lub egzekutorowe): kaspaza 3, 6, 7.

W komórkach występują endogenne inhibitory apoptozy, czyli IAP. Są to drobnocząsteczkowe białka wiążące kaspazy. Zapobiegają apoptozie, której przyczyną może być spontaniczna aktywacja kaspaz. Jednym z ważniejszych IAP jest białko surwiwina- blokuje kaspazę 3 i 7. Pojawia się w komórkach wchodzących w mitozę i asocjuje z mikrotubulami wrzeciona mitotycznego.

Szlak zewnątrzpochodny apoptozy

• opiera się głównie na receptorach błonowych oraz ich ligandach

• do receptorów śmierci zaliczamy białka z nadrodziny TNF: TNFR1, TNFR2, Fas/Cd95/Apo1, TRAIL/Apo2

• po związaniu odpowiedniego liganda z receptorem błonowym sygnał śmierci jest przekazywany do białka adaptorowego FADD, które posiada domenę DD(death domain) i łączy z domeną DD receptora

• na N-końcy łańcuch polipeptydowego białka FADD znajduje się domena DED(death effector domain), która umożliwia połączenie z odcinkiem DED prokaspazy 8 lub 10.

• aktywowane kaspazy zapoczątkowują działanie kaskady kaspaz wykonawczych prowadzących do śmierci komórki

• szlak receptorowy może się łączyć ze szlakiem wewnętrznym poprzez białko Bid, które ulega proteolizie w wyniku czego powstaje tBid

• skrócona postać peptydu przemieszcza się do powierzchni mitochondrium i wpływa na uwalnianie cytochromu c

Szlak wewnątrzpochodny(mitochondrialny) apoptozy

• aktywuje go:

  • wzrost stężenia RFT

  • stres oksydacyjny

  • uszkodzenia DNA

  • zaburzenia transportu elektrolitów

  • wzrost stężenia jonów wapnia w cytoplazmie

• najważniejszym elementem szlaku są megakanały PTP umiejscowione na styku dwóch błon mitochondrialnych

• uwolniony cytochrom c połączenie cytochromu c z cytoplazmatycznym czynnikiem Apaf1 oraz prokaspazą 9 tworzy APOPTOSOM aktywacja kaspazy 9 APOPTOZA

• endonukleaza G oraz flawoproteina AIF przemieszczają się do jądra komórkowego i wpływają na apopotyczne zmiany jądrowe

Regulatory apoptozy czyli białka z rodziny Bcl-2:

• inhibitory: Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w, Mcl-1

• aktywatory: Bid, Bad, Bak, Bax, Noxa

Białko p53 i apoptoza w szlaku wewnątrzpochodnym

przemieszczenie białka p53 do mitochondrium zwiększenie przepuszczalności błony mitochondrialnej indukcja proapoptotycznych genów Bax, Apaf-1 uwolnienie cytochromu c

Białko p53 może wpływać na zahamowanie ekspresji białek antyapoptotycznych np. Bcl-2 i surwiwiny

Apoptoza to cicha śmierć komórki. Ciałka apoptotyczne są szybko usuwane z tkanek(obecność na ich powierzchni fosfatydyloseryny). Aktywacja apoptozy wiąże się z uaktywnieniem błonowego białka- floppazy(dokonuje translokacji fosfatydyloseryny z powierzchni wewnątrzkomórkowej na powierzchnię zewnątrzkomórkową błony).

27.01.2014r.

AUTOFAGIA to proces wewnątrzkomórkowej degradacji organelli komórkowych oraz białek o długim okresie półtrwania. Fizjologiczna funkcja tego procesu polega na zapewnieniu dostępności składników odżywczych niezbędnych do utrzymania metabolizmu na poziomie umożliwiającym przeżycie komórki w niekorzystnych warunkach.

Autofagia nieselektywna- strawieniu ulega część cytoplazmy, w celu zachowania równowagi w jej wielkości i składzie.

Autofagia selektywna- degradacja ściśle określonych struktur, takich jak:

• agregaty białek agrefagia

• mitochondria mitofagia

• retikulum endoplazmatyczne retikulofagia

• rybosomy rybofagia

• peroksysomy peksofagia

• bakterie i wirusy ksenofagia

Rola autofagii:

• mechanizm adaptacyjny do warunków stresowych

• zapewnia homeostazę wewnątrzkomórkową poprzez usuwanie zbędnych i uszkodzonych organelli

• regulacja procesów swoistych tkankowo, jak proces dojrzewania erytrocytów, wewnątrzkomórkowa biogeneza surfaktantu na powierzchni pneumocytów

• ochrona przed namnożeniem bakterii i wirusów

Autofagia zależna od białek opiekuńczych

Białka przeznaczone do degradacji, transportowane są do wnętrza lizosomów receptor rozpoznaje i wiąże kompleks chaperon-substrat drugie białko opiekuńcze obecne wewnątrz lizosomu, umożliwia translokację substratu.

Unikalną cechą tego procesu jest to, że każde substratowe białko zawiera w swojej sekwencji motyw KFERQ(Lys-Phe-Glu-Arg-Gln), który pełni funkcję sekwencji kierującej do lizosomu.

W cytoplazmie sekwencja a rozpoznawana jest przez białko szoku termicznego o masie 73 kDa- hsc73 utworzony zostaje kompleks substrat/hsc73 białko chaperonowe łączy się z receptorem lamp2a znajdującym się na błonie lizosomu. (mikroautofagia?)

Dostarczony w ten sposób substrat po zmianach konformacyjnych transportowany jest do wnętrza lizosomu, gdzie ulega hydrolizie.

Makroautofagia:

Fragment cytoplazmy zostaje otoczony przez podwójną błonę, kształtem przypominającym literę C tzw. błonę izolującą bądź fagofor. Oba końce fagoforu wydłużają się, zamykając w swym wnętrzu cytoplazmę z białkami lub całymi organellami. Następnie powstały pęcherzyk o wielkości 300-900 nm czyli autofagosom dojrzewa. Po połączeniu z lizosomem powstaje autofagolizosom. W nim następuje proces degradacji wielkocząsteczkowych substratów do ich podstawowych składników. Modyfikacja jednego z białek uniemożliwia utworzenia autofagosomu. Przez to komórki Panetha nie są w stanie niszczyć bakterii powstaje stan zapalny i owrzodzenia jelita(choroba Crohna).

Alternatywna droga: zlanie autofagosomu z endosomami powstaje amfisom.

Substancja zwana dasatinib indukuje autofagię w komórkach.

Autofagia jako proces promujący rozwój nowotworu

W czasie rozwoju guza komórki nowotworowe, ze względu na brak unaczynienia, znajdują się w stanie hipoksji oraz stresu oksydacyjnego. W takich warunkach autofagia przyczynia się do powstania komórek nowotworowych o dużym potencjale przerzutowania. Białkiem odpowiedzialnym za indukcję autofagii w warunkach niedotlenienia jest czynnik indukowany przez hipoksję HIF-1alfa, który indukuje transkrypcję genu proapoptotycznego białka BNIP3. Białko to ma również zdolność wiązania się do białek antyapoptotycznych Bcl-2, Bcl-xl, które poprzez interakcję z Bekliną 1 regulują autofagię.

Autofagia jako alternatywny sposób eliminacji komórek nowotworowych

Intensywne nagromadzenie autofagosomów, charakteryzujące śmierć za pośrednictwem autofagii, zostało udokumentowane w różnych komórkach nowotworowych traktowanych między innymi związkami alkilującymi(aktynomycyna), stosowanymi w terapii hormonalnej (analogi witaminy D), związkami naturalnymi(cytokiny).

Śmierć w wyniku autofagii została zaobserwowania również w komórkach, w których zablokowano aktywność kaspaz lub ekspresję genów z rodziny Bcl-2. Obniżenie aktywności białka Bcl-2 w komórkach HL-60 indukuje autofagię, prowadząc do ich śmierci (???aktywność Bekliny 1, która kontroluje ekspresję Bcl-2 ???)

W wielu przypadkach nie wiadomo czy autofagia pełni aktywną rolę podczas śmierci komórki, czy jest tylko przejawem próby, by jak najdłużej utrzymać funkcje życiowe umierającej komórki. Rozpatrując autofagię w kontekście śmierci, należy rozważyć dwa istotne aspekty: czy mamy do czynienia ze śmiercią komórki w wyniku autofagii, czy też ze śmiercią komórki, której towarzyszy autofagia.

Porównanie apoptozy, autofagii i nekrozy

	Jądro	Cytoplazma	Błona komórkowa	Cechy biochemiczne	Metody detekcji
Apoptoza	kondensacja chromatyny, fragmentacja DNA, rozpad jądra	depolimeryzacja cytoszkieletu, fragmentacja, ciałka apoptotyczne	zaburzenie integralności, tworzenie pączków apoptycznych	zależna od kaspaz	mikroskopia elekronowa, metoda TUNEL, metoda z zast. aneksyny 5, detekcja spadku potencjału mitochondrialnego
Autofagia	częściowa kondensacja chromatyny, brak fragmentacji DNA	zwiększona liczba wakuoli autofagowych, degradacja: polirybosomów, aparatu Golgiego, ER	tworzenie pęcherzyków	niezależna od kaspaz, podwyższona aktywność lizosomów	mikroskopia elektronowa, ocena poziomu degradacji białek, ocena translokacji białek markerowych do błon autofagosomalnych
Nekroza	agregaty chromatyny, przypadkowa degradacja DNA	pęcznienie organelli	rozpad organelli, pęcznienie mitochondriów, wakuolizacja		mikroskopia elektronowa, detekcja stanu zapalnego