Sejtöregedés, sejthalál. Bacsó Zsolt 2021

Átírás

1 Sejtöregedés, sejthalál Bacsó Zsolt 2021

2 Sejtöregedés (A) kronológiai öregedés, ROS (nyugvó/posztmitotikus sejtek akkumulálódó hibái) (B) replikatív szeneszcencia Sejtöregedés Immortalizáció (ld. daganatos sejtproliferáció)

3 Hayflick limit L. Hayflick, 1961 Primer sejtkultúrák normál humán Sejt törzs human: replikatív szeneszcencia normál egér vagy bármilyen daganat (emberi, rágcsáló) Immortális sejtvonalak krízis rágcsálók: aktív telomeráz, hosszabb telomer

4 Replikációs buborék lemaradó szál vezető szál A vég-replikációs probléma Replikációs villa lemaradó szál Blackburn-Greider-Szostak, 2009 Lemaradó szál vezető szál Cirkuláris DNS Lineáris DNS Mivel a DNS polimeráznak egy (szabad) 3 OH-ra van szüksége az elinduláshoz, először rövid RNS szál szintetizálódik a primáz által, amit a DNS polimeráz már folytatni tud. Ez azt eredményezi, hogy a lineáris kromoszómák végein bp replikálatlan szakasz és kinyúló 3 végű DNS szál marad. (+ 5-3 exonukleáz)

5 A telomer DNS szerkezete repetitív nukleotidszekvenciák, melyek a lineáris kromoszómák végén helyezkednek el TTAGGG ismétlés - gerincesekben a) Szálvégek G-strand (TTAGGG) C-strand (AATCCC) b) Visszahajló hurok T-loop (telomeric) D-loop (displacement) 3 túllógó egyszálú DNS Humán: TTAGGG kb. 2500x ismétlődik. az átlagos telomérhossz a születéskor körülbelül 11 kilobázis, 4 kilobázisra csökken. a férfiaknál átlagosan nagyobb a csökkenés, mint a nőknél.

6 A shelterin komplex megakadályozza a telomerek fúzióját DDR gátolt (DNA damage response) A shelterin protein komplex védi a telomereket és lehetővé teszi a sejtek számára, hogy megkülönböztessék a természetes kromoszóma végeket a DNS károsodás helyétől.

7 A telomer rövidülés modellje és ellenőrzőpontja Sejtosztódás telomerhossz p53, CDKI, RB Telomeráz aktiváció osztódás leállítása megeleőzi a rövidülést Szeneszcencia telomeráz

8 A telomeráz enzim szerkezete és működése Ismétlődő TTAGGG telomer szekvenciát ad a kromoszomák 3 végéhez Megfordítja a telomer rövidülést A Shelterin complex komponensei stabilizálják a D- és T-hurkokat. Nature Reviews Cancer 1, (December 2001) telomeráz reverz transzkriptáz (TERT) telomeráz RNA (TERC) (TERC mutációk: diszkeratózis kongenita)

9 telomer hossz A replikatív szeneszcencia kialakulása gátolható telomeráz forszírozott kifejeztetésével A proliferatív potenciál nő a telomer hosszal telomeráz expresszió fibroblaszt sejtekben nincs telomeráz expresszió sejtosztódás sejtosztódások száma Telomeropátiák: pl. Diszkeratózis kongenita felgyorsult telomer rövidülés jellemzi

10 fokozott bőr pigmentáció Diszkeratózis kongenita Rövid telomerek jellemzik köröm disztrófia Genetikai betegség Bőr fokozott pigmentáció a köröm disztrofia korai őszülés szájnyálkahártya leukoplákia Progresszív csontvelő-elégtelenség trombocitopénia anémia Tesztikuláris atrófia férfiaknál Daganatképződési hajlam Idő előtti öregedés korai őszülés leukoplákia A mutációk a telomeráz RNS komponensét (TERC) érintik. TERC szint csökkenése A telomer funkció hibái már az egyedfejlődés során jelentkeznek.

11 Telomer hossz A szeneszcencia és az immortalizáció kétlépéses kialakulása Ivarsejtek telomeráz transzdukált sejt Őssejtek prb, inactivation CDKI, p53 of inaktiváció prb, CDKI or p53 Telomeráz aktiválódás Replikatív szeneszcencia vagy mortality stage 1 (M1) Szeneszcencia Krízis Sejtosztódás Krízis vagy mortality stage 2 (M2) Cong Y et al. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2002;66:

12 Kromoszóma instabilitás (aberrációk) keletkezése B/F/B (breakage-fusion-bridge) ciklusok révén 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) telomer telomer vesztés DNS kijavítás fúzió törés génvesztés transzlokáció Murnane J P Cancer Res 2010;70: DNS kijavítás aktiválódik Krízisben a telomerek szabaddá vált DNS végeinek fúziója, majd anafázisban az összeragadt testvér kromatidák elszakadása következik be, újabb szabad végeket generálva mindez sokszor ismétlődik, óriási sejtpusztulást és diverzifikációt okozva. Tumor sejt evolúció

13 Sejthalál o Apoptózis / programozott sejthalál Membrán intakt, nincs gyulladás (észrevétlen) Anoikis, entosis, autofágia Biológiai szerepe: - sejtek steril eltávolítása ontogenezis során (pl. ebihal metamorfózis) - sejtek homeosztázisa Tünetek: Detektálása: o Nekrózis bleb-képződés, membrán aszimmetria elvesztése, mitokondriális permeabilizáció, proteáz kaszkád aktiváció, progresszív kromatin aggregáció, magi és DNS fragmentáció PS (foszfatidilszerin) expozició DNS fragmentáció - TUNEL módszer - szub-g1 csúcs Membrán sérülés, gyulladás indul

14 Az apoptózis EM morfológiája normál nekrózis apoptózis fagocitált apoptotikus sejt progresszív kromatin aggregáció > karyorrhexis > > internukleoszómális apoptotikus DNS fragmentáció

15 Az apoptózis folyamata Apoptótikus testek kilakulása 4 lépésben A blebbing és mechanizmusa

16 Apoptózis detektálása Propidium jodid festődés (piros). Élő sejt Lipid kettősréteg aszimmetriáj ának elvesztése: foszfatidil-szerin externalizáció (zöld). PS expozíció apoptózisban Julian and Olson, 2014

17 Az apoptózis detektálása áramlási citométerrel és mikroszkóppal Cell cycle without apoptosis Internukleoszómális apoptótikus DNS fragmentáció Apoptótikus szub-g1 csúcs a sejt DNS metanolos fixálása után Szabad DNS végek detektálása: Terminal deoxynucleotidyl transferase dutp Nick End Labeling (TUNEL assay - sárga)

18 Citokróm C fehérje Apoptoszóma képződés Pro-apoptótikus csatornaképző Bcl-2 család fehérjék Cyt C CL Citokróm C (Cyt C) ledisszociál az oxidált cardiolipinről (CL) és a permeabilizált mitokondrium külső membránon át kijut a citoplazmába, ahol a kaszpáz kaszkádot aktiválja. Külső membrán: Mitokondriális apoptózis csatorna - MAC

19 A Bcl-2 fehérjecsalád B cell leukemia Bcl-2 - onkogén Egy anti-apoptotikus bcl-2 fehérje kolokalizál a mitokondriumokkal Mitokondrium Apoptosis indukált Csatorna szabályozó fehérjék: Pro-apoptótikus: csatorna képző Anti-apoptótikus: csatorna gátló

20 pórusok BH3-only proteins Anti-apoptotikus Bcl-2 proteinek Pro-apoptotikus Bcl-2 proteinek A mitokondrium központi szerepe az apoptózisban apo-citokróm C (génje a magban) Cytochrome C* Ca 2+ Szabadgyökök dúzzadás ROS Reactive Oxygene Species (oxigén radikálok) Külső membrán: Mitokondrium Apoptosis indukált Csatorna Bcl-2 fehérjék (MAC) szabályozzák A kaszpázok apoptózis specifikus proteázik melyek a sejtet elbontják Effector-caspases (caspase-3,-6,-7) Apoptoszóma CAD (Kaszpáz Aktivált DNáz) Internukleoszómális apoptótikus DNS fragmentáció

21 Apoptotikus útvonalak: extrinsic és intrinsic Apoptotokus stimulusok: kemoterápia, UV Extrinsic Halál ligand Halál receptor Mitokondrium Intrinsic kaszpáz aktiváció apoptoszóma Sejthalál : ezeket a neveket nem kell megtanulni

22 Az programozott sejthalál Emlőmirigyben megfigyelt sejthalál formák: sokféle lehet Apoptózis Anoikis Entózis Autofágia + Nekrózis Entózis: egy élő sejt inváziója egy másik sejt citoplazmájába az ECM - sejt kölcsönhatás megbomlása miatt az adherens junkciók aktív közreműködése révén. A belső sejt, elpusztulhat, tovább élhet, kiszabadulhat, és károsíthatja is a külső sejt osztódását is.

23 Anoikis a sejt eredeti környezetéből való kiszakadása az adekvát sejt-ecm kölcsönhatások és diffúzibilis túlélési faktorok (pl. célszövet idegsejtek) hiánya által kiváltott sejthalál sejthalál hajléktalanság miatt

24 2016 Nobel Prize Physiology or Medicine Yoshinori Ohsumi pl: éhezés indukálja light chain 3 (LC3)/Atg8 Autofágia A sejtek sérült vagy felesleges komponenseinek sejteken belüli lebontása kettősmembrán határolta vezikulákban lizoszómák segítségével. A sejt-homeosztázis fenntartásának egyik mechanizmusa, de a sejt apoptotikus pusztulásának is egyik gyakori módja. Szerepe van az: egyedfejlődésben; kóros események során.

25 Apoptózis kiváltása transzmembrán jelátvitel túlélési faktorok hiánya letapadási lehetőség elvesztése checkpoint kontroll mechanizmusok aktiválódása kemoterápiás (toxikus) kezelések

26 Kulcsszavak Sejtöregedés 1. kronológiai öregedés 2. replikatív szeneszcencia 3. immortalizáció 4. Hayflick limit 5. telomer 6. Shelterin fehérjék 7. telomer rövidülés 8. telomeráz enzim 9. telomeráz aktiváció 10. krízis (M2 állapot) 11. BFB (breakage-fusion-bridge) ciklus Sejthalál 1. programozott sejthalál 2. apoptózis 3. nekrózis 4. blebbing 5. foszfatidil-szerin externalizáció 6. Szub-G1 csúcs 7. Bcl-2 fehérjék 8. citokróm C 9. kardiolipin 10. kaszpáz kaszkád 11. extrinsic apoptotikus útvonal 12. intrinsic apoptotikus útvonal 13. anoikis 14. entózis 15. autofágia