Öregedés, sejtpusztulás

Átírás

1 Öregedés, sejtpusztulás

2 Sejtkárosodás: A sejt nem képes alkalmazkodni a megváltozott körülményekhez, funkciója, szerkezete revezibilisen vagy irreverzibilisen megváltozik. Okai: Oxigén és tápanyag hiány Adaptációs zavarok: sorvadás, rendellenes fejlődés

3 Reverzibilis sejtkárosodás jellemző folyamatok: oxigén hiány miatt a mitokondriumokban nem termelődik ATP, membránpotenciált, ionegyensúlyt fenntartó pumpák működése leáll Na+ beáramlás, és mivel a Na+-ot követi a víz is duzzadás intracelluláris AMP szint növekedés, fokozott glikolízis glikogén szint csökken, tejsav és foszfátképződés miatt intracelluláris ph csökkenés a riboszómák leválnak a RER-ről Ha helyreáll az oxigén ellátás a változások is visszaállhatnak

4 Morfológiai változások Általános változások myelinfigurák jönnek létre (foszfolipid massza az elhalt sejt helyén) mitokondriumok száma csökken, megmarad mitokondriumok lehetnek épek, duzzadtak vagy kondenzáltak az ER tágult ER mérete csökken sejt duzzadt granuláris és fibrilláris elemek kapcsolata megdzűnik lizoszóma aktiválódás sejtváz károsodása

5 DNS károsodás főleg timin károsodik egyláncú törések Keresztkötések fehérjék között a leglabilisabbak: Met, Cys, His, Lys a létrejövő keresztkötések miatt működési zavar lép fel Szabadgyök bomlás spontán szuperoxid-dizmutáz segítségével peroxiszómákban kataláz segítségével bomlik a H2O2

6 Károsodás mértéke Attól függ milyen az egyensúly a képződés és a bomlás, illetve a képződés gátlása közt

7 Irreverzibilis sejtkárosodás Membrán károsodás: megszűnik a volumen reguláció duzzadás a sejthártya levállik, elszakad fokozódik a membrán permeabilitása okok: membránfoszfolipid vesztés: hypoxia miatt mitochondriumból és egyéb rektárakból felszabaduló Ca2+ aktiválja a foszfolipázt, lipid bomlástermékek a membrán oldódásából felhalmozódnak

8 Nekrózis:letálisan károsodott sejt enzimatikus lebomlása Az életműködések irreverzibilis megszűnése. Degradatív enzimatikus folyamatok hatására bekövetkező morfológiai elváltozások összessége.

9 Okai: Hipoxia Trauma Élő kórokozók Toxinok stb Sejtelhalásban szerepet játszó alapvető mechanizmusok: ATP hiány Magas intracelluláris Ca2+ szint Sejt acidózisa Intracelluláris emésztő enzimek aktiválódása

10 Elhalás ultrastrukturális jelei: Sejtalkotók, sejtmembránok: Riboszómák leválása a RER-ről Duzzadás: sejtmag, mitokondriumok Sejtmaghártya, sejtmembrán kitüremkedései, eltöredezése Myelin figurák: perifériás myelin típus proliferációja. Mitokondriumokban Ca2+ lerakódások Genetikai állomány: Chromatin denzitásának csökkenése DNS elbontása, DNS állomány zsugorodása, bazofil masszává válása

11 Citoplazma elváltozásai: Glikogén eltűnése Savasodás Citoplazmolízis: endogén proteázok aktiválódása: vírusfertőzés miatt, pórus formáló baktériumok miatt

12 Nekrotikus sejtek A: Tipikus nekrotikus sejt kondenzált homogén sejtmaggal. B. Korai nekrotikus elváltozások: intact sejtmagmembrán, kondenzálódott heterokromoszómák. C Degenerált sejt, vezikularizálódott, duzzadt sejtplazmável. D. Túlélő tumor sejt E. Apoptotic tumor sejt.

13 Elhalás következményei: Regeneráció Heg Gyulladás Lízis Fekély Másodlagos fertőzés: pl tályog

14 Apoptózis: Programozott sejthalál Sejtszám szabályozása genetikai program által kiváltható belső/külső hatásokkal Többsejtűekben dinamikus egyensúly: osztódás sejthalál Immunrendszer "killer" sejtjei: Tumoros sejtek eltávolítása Vírus fertőzött sejtek eliminálása Szervek megformálása, méretének szabályozása Idegsejtek számának szabályozása Fölösleges/káros sejtek eltűntetése: pl immunrendszer autoimmun sejtjei

15

16 Jellemzői: Sejttérfogat csökken Membrán blebbing Kromatinkondenzáció Sejtmag feltöredezik Mitokondriumok szétesnek

17 Apoptózis korai morfológiai jelei: sejtméret csökken sejtmagban DNS kondenzálódik citoplazma erőteljesebben festődik Mindig egyedi sejteket vagy kisebb csoportokat érint. Nincs gyulladás körülötte. nyilak jelzik az apoptotikus sejteket az exokrin hasnyálmirigyben H&E festés Elmor Toxicol Pathol. 2007; 35(4):

18 Thymus: A: normál thymus B apoptozis korai szakasza limfocitákba. nyíl: fragmentált sejtmag darab nyílhegy: epoptotikus test ami sejtplazmát tartalmaz organellumok nélkül TEM felvétel Elmor Toxicol Pathol. 2007; 35(4):

19 Mechanizmus: 1. Kaszpázok aktiválódása: iniciátorok: autokatalízis jellemző effektorok aktiválása effektorok: morfológiai elváltozásokért felelős enzimek aktiválása 2. Transzglutaminázok: Ca2+ függő Irreverzibilis protein keresztkötés(glu-lys)apoptotikustestek stabilizációja 3. Endonukleázok: DNS hasítás

20 Kiváltó hatások: exogén: halálreceptor által kiváltott apoptózis kaszpáz-aktiválás mitokondriumtól független útja. fehérje-fehérje kötődés dominál (nem másodlagos hírvivők pl Ca2+) Kaszpázok halál-effektor doménekhez kötődve autoproteolitikusan aktiválódnak endogén: mitokondrium mediált: oxidatív stressz, intracelluláris Ca2+ szint növekedés hatására citokróm szabadul fel kaszpázokat apopszóma aktiválja

21 Programozott sejthalál beindítására képes tényezők: A p53 hibaérzékelő: ha a DNS károsodás javíthatatlan a sejtet az apoptózis felé tereli. Mitokondriumok működési zavara: energia híján a sejt se osztódni se saját magát fenntartani nem tudja. Elégtelenül működő mitokondriumok asejt összes alkotóját köztük a DNS-t is károsítani képes szabadgyököket kezdenek kibocsátani. Kívülről érkező jelzések: immunrendszer külső paranccsal pusztítja el például a vírussal fertőzött vagy a daganatos sejteket - már ha sikerül őket lelepleznie, és azok engedelmeskednek az öngyilkosságra való felszólításnak.

22 Mechanizmus Elmor Toxicol Pathol. 2007; 35(4):

23 Apoptózis útvonalak: külső (extrinsic) belső (intrinsic) immunrendszer T sejtjei által kivitelezett (perforin/granzyme) útvonalakon indulhat be az apoptózis. Mindegyik specifikus szignált igényel és a saját inciátor kaszpázát aktiválja. A kaszpázok elindítanak egy láncreakciót amelynek része a kaszpáz-3 aktiválása. Granzyme-A kaszpáz független útvonalat is képes aktiválni. Kaszpáz-3 hatására alakulnak ki az apoptózisra jellemző események: sejt zsugorodása, kromatin kondenzációja, apoptotikus testek kialakulása és fagocitózisa.

24 Apoptózis, nekrózis összehasonlítása Nekrózis Patológiás Mechanizmus passzív Stimulus hypoxia, éhezés, membrán fizikai-kémiai károsodása Szöveti Sok sejt, nekrotikus lokalizáció zóna Esemény Véletlenszerű sorrend Sejt térfogat duzzadás Sejtmembrán szétesés, a citoplazma kiáramlása felszín sima Apoptózis Fiziológiás aktív Genetikai program, EC v. IC hatások Egyedi sejtek konzervatív zsugorodás asszimetria csökkenése csomók

25 Citoplazma Sejt törmelék eltávolítás Sejtmagkromatin Autolízis Fagocitózis+gyulladás Karyolízis(diffúz degradáció) Új fehérjék szintézise Az apoptikus. testek fagocitózisa, nincs gyulladás Heteropiknozis (kondenzálódás), marginizáció, karyohexis (internucleosomálisbomlás)

26 Apoptózis detektálása TUNEL (Terminal deoxynucleotidyl Transferase Biotin-dUTP Nick End Labeling) festéssel. DNS degradálódását a Ca/Mg-függő endonukleázok okozzák. Hasonló reakció nekrózisnál is előfordul. A TUNEL reakció az apoptózisnál előroduló DNS szál szakadásra specifikus. A Nyilak apoptotic spermatogoniara (barna) mutat a herecsatorna falában. B NA-nal és koffeinnel kezelt szívizom. Nyilak mutatják a barna apoptotikus sejteket. Elmor Toxicol Pathol. 2007; 35(4):

27 Ha H&E festett szövetnél apoptózis-szerű elváltozást látunk, biztos eredményt valamilyen apoptózis alatt megjelenő fehérje elleni immunfestéssel kapunk. NA és koffein kezelt szívizom festése A: anti-phospho-h2a.x, apoptózis alatt foszforilálódó hiszton elleni antitest. nyilak apoptikus testeket mutatják. B negatív kontroll és nem festődő apoptotikus testek C aktivált kaszpáz-3-ra festés pozitiv myofibrillumok (kis nyilak) apoptotikus testek (nagy nyilak) D negativ kontroll Elmor Toxicol Pathol. 2007; 35(4):

28 Öregedés: Gerontológia: Öregedési folyamat tudományos vizsgálata. Életfolyamatok időben előrehaladó változásainak vizsgálata, valamint az öregedés orvosi és szociális vonatkozásainak vizsgálata. Valamennyi élőlény öregedését vizsgálja Geriátria (idősgyógyászat), A gerontológia egyik ága, Idősek egészségügyi problémáival foglalkoznak

29 Öregedés elméletek: Programelméletek: Eleve meglévő alaptervet feltételeznek Öregedést az események egymás utáni, folyamatos programjának tekintik, amit elsősorban a DNS molekulák nukleotid sorrendje és térszerkezete határoz meg. Véletlenszerű események következménye: Véletlenszerű károsodások összegződése és felhalmozódása felelős a szervezet öregedéséért

30 Immunrendszer teória: az öregedéssel csökken az immunrendszer azon képessége, hogy kellő számú és fajtájú antitestet állítson elő T sejtek száma csökken: thymus kéreg- és vellőállománya csökken, benne levő zsír nő. Kevesebb B limfocita, mert a vörös csontvelő állománya Több csökken. végdifferenci- ál1ódott memória sejt.

31 Genetikai determináció elmélete: az öregedés programozott folyamat része az egyedfejlődés programjának tudtunkkal nincsenek öregedés gének, csak olyanok, amik szerepet játszanak az öregedésben. Klotho gén: Öregedés gátló gén amely az FGF-23 specifikus fibroblast növekedés faktor receptort kódolja többek között vesében és a mellékpajzsmirigyben.. a

32 Teloméra elmélet: a kromoszómák két vége minden osztódás után megrövidül a genetikai információ elveszne, ha nem lenne védőmechanizmus =>ez ismétlődő szekvenciák sorozata: TELOMÉRA(TTAGGG) több ezer kópia, genetikai információtartalma nincs minden sejtosztódási ciklusban megrövidül, amikor a teloméra elfogy, leáll a sejtosztódás a teloméra a sejtosztódási óra a sejtben

33 A teloméra rövidülés ellensúlyozása telomeráz: minden sejtosztódás végén megtoldja a telomérákat reverz tranzkriptáz telomeráz jelen van a zigótában ivarsejt-képző sejtekben őssejtekben kikapcsolódik a testi(szomatikus) sejtekben rákos sejtek esetében újra bekapcsolódik (nem törődnek a Hefliek féle 50-es(47-es) limittel)

34 Keresztkötés teória: öregedés során bizonyos fehérjék (pl.: kollagén) keresztkötéseinek száma megnő ez hátráltatja az anyagcserét, főleg a salakanyagok kijutását a sejtből a DNS-t beburkoló hisztonfehérjékbben is megjelennek ezek az információ átadása lelassul

35 Melléktermék felhalmozódás az öregedő sejtekből a salakanyagok eltávolítása lelassul felhalmozódnak az anyagcsere káros melléktermékei fokozatosan megmérgezik a sejtet Lipofuscin: öregedési pigment. Szabad gyökök által okozott protein roncsolás mellékterméke.

36 Lipofuscin idegszövetben

37 Szomatikus mutáció teória ionizáló sugárzás meggyorsította a kísérleti állatok öregedését ivarsejtek és őssejtek mutációs rátája alacsony (active repair) szomatikus sejtek mutációs rátája magas (inactive repair ) Szabadgyök teória a sejtszintű kopás megvalüsítói a szabadgyökök (párosítatlan elektronokkal rendelkező atomok vagy molekulák pl.: O2) a sejtekben főleg oxigén szabadgyökök ROS elsősorban mitokondrium károsodása: nincs DNS-en hiszton védelem, közel a ROS keletkezési helyéhez

38 Pacemaker elmélet: Endokrin rendszer teória Bizonyos hormonok szintje fokozatosan csökken i) menopauza ii) öregkori cukorbetegség

39 Rák kialakulása: A szervezet 1014 sejtet tartalmaz, ezek mutálnak és osztódnak A rákos sejt nem követi a sejtosztódás korlátait és végül a rákos sejtek elfoglalják a normál szövetek helyét. Neoplazma - szabályozottság nélküli osztódó sejt Benignus (jóindulatú), ha a sejtek együtt maradnak és nem hatolnak be a szomszédos szövetekbe eltávolítással teljes gyógyulás Malignus (rosszindulatú), ha a sejtek más szövetekbe behatolnak,

40 másodlagos tumorok (metasztázis) Jóindulatú Rosszindulatú

41 Rákos sejtek sajátosságai: Nem veszik figyelembe a sejtosztódás külső és belső szignáljait Tendenciaszerűen ellenállnak az apoptózisnak Képesek kijátszani a sejtosztódás programozott korlátait, mentesülve az osztódási öregedéstől és elkerülik a differenciációt Genetikailag instabilak Invazivak: elhagyják eredeti szövetüket Idegen szövetben túlélnek és szaporodnak (metasztázisra képesek)

42 Rák kialakulása: Szomatikus mutáció következménye Epigenetikus úton (a génállomány nem, csak kifejeződési mintázata változik, pl. X kr. inakt.) Karcinogenezis mutagenezishez kapcsolt DNS javító mechanizmus hibája (Xeroderma pigmentosum: az UV-fény okozta hibák kiküszöbölési képtelensége az epidermisben)

43 A rák keletkezéséhez nem elég egyetlen mutáció, sorozatos mutációk kellenek a tumor keletkezéséhez Emberi élet során 1016 a sejtosztódások száma Spontán mutáció gyakorisága mutagén mentes környezetben 10-6 egy génben, genomonként: minden génünk 1010 alkalommal szenved mutációt Sejtciklus sok szinten szabályozott

44 Mutáció túlélési tényezői: 1. mutációs ráta, 2. az egyedek (sejtek) száma, 3. a reprodukció aránya, 4. a szelekciós előny (időegység alatt létrehozott mutációt öröklő termékeny utód/nem mutáns termékeny utód)

45 Rák kialakulása: Hibás genetikai állomány létrejötte: Kémiai mutagének Aromás szénhidrogének Aromás aminok Nitrozoaminok Alkiláló szerek Legtöbb citokróm P450 módosító hatású (gomba aflatoxin, benzpirén). P450 enzimek exogén (gyógyszermolekulák, toxinok, peszticidek) és endogén (prosztaglandinok, szteroid hormonok, leukotriének) vegyület metabolizmusában vesznek részt. A legtöbb P450 enzim a májban fejeződik ki.

46 Mikrobiális kórokozók és a rák: rákos betegségek 15%-a, lehetnek tumor iniciátorok és promoterek is tumor iniciátor: mutációt indukálni képes tényező- egyben karcinogén tumor promóter: sejtosztódás serkentésével segíti a daganat kialakulását HIV-1: Kaposi-féle szarkoma, ebben az emberi herpes vírus (HHV-8) rákkeltő lehet Helicobacter pylori vékonybélfekély kialakulása Schistosoma hematobium (laposféreg) húgyhólyagrák (pl. Egyiptom) Papilloma vírusok (méhnyakrák) az összes rák 6%-át okozzák. Termékeik: E7 a p53-hoz, az E6 az Rb proteinhez kötődnek

47 Rákgének, onkogének: Az emberi genom olyan génjei, amelyek bizonyos mutációk megszerzése után közvetlenül járulnak hozzá a daganatképződéshez, Az emberi genom mintegy 25 ezer kódoló génje közül mintegy háromszázról igazolódott, hogy káros mutációik révén részt vesz a daganatképződésben. (1 %) A daganatképződéssel kapcsolatban 3 csoport: onkogének, tumorszuppresszor gének és stabilitásgének.

48 Onkogének: Proto-onkogénekből funkciónyeréssel járó mutációk következtében kialakuló gének. A sejtek szintjén egyetlen hibás allél (génváltozat) jelenléte már befolyásolja a sejt fenotípusát. Stabilitás-gének (caretaker vagy magyarul gondnok gének) DNS hibajavítási rendszer tagjai, a genom integritásának fenntartásában vesznek részt. Lényegében közvetett szuppresszorok, hiszen meghibásodásuk a mutációk felhalmozódását teszi lehetővé.

49 Tumorszuppresszor-gének: Funkcióvesztéssel járó mutációk eredménye. A sejtek szintjén mindkét allél inaktivációja vagy csökkent működése szükséges a malignus fenotípus megjelenéséhez. A tumorszuppresszor-gének, mindkét allélját érintő inaktivációja sebességmeghatározó a daganatképződés szempontjából (ezért gatekeeper, magyarul kapuőr géneknek is hívják őket).

50 A tumoros sejtben a sejtciklus és a differenciáció szabályozása hibás: A rákos sejtben nem érvényesül az osztódási öregedés folyamata (t.i. egy fibroblaszt életében csak szor osztódik), rákos sejtek bármennyiszer (halhatatlanok) Növekedési szignálokból önellátás (embrionális sejtosztódás ellemzője volt) Növekedést gátló szignálokra érzéketlenség Apotózis elkerülése, kivédése A rák kialakulásához fontos gének a sejtosztódást fokozzák v. az apoptózist segítenek elkerülni

51 Metasztázis kialakítása: A tumoros sejtnek át kell jutnia a kötőszöveti membránon A célszövetben ki kell védeni a sejtfelismerésen alapuló szignálokat Képesnek kell lenni az angiogenezis indukciójára (indukáló faktorok bősége) Az erek tápanyagot, oxigént és újabb metasztázist biztosíthatnak

52

53 Gyakoribb onkogének: p53 fehérje: A legtöbb tumorban hibás p53 gén található, Egészséges sejtekben stressz hatására képződik Folyamatos degradációja miatt a szintje alacsony Szerepe: gátolja a sejtciklust a p21-en keresztül időt hagy a DNS javító mechanizmusoknak DNS károsodás érzékelésével beindítja az apoptózist, ellenőrzi a genetikai stabilitást

54 Adenomatous polyposis coli (APC) APC gén által kódolt protein, mutációja vastag és végbélrákok okozója Tumorszuppresszor gén: sejtosztódás szabályozása, túlzott osztódás leállítása Kontrollált folyamatok: milyen gyakran osztódjon a sejt hogyan kapcsolódjon a szomszédos sejtekhez eltávolodjon-e a szomszédos sejtektől korrekt kromoszóma szám biztosítása

55 A rák kezelése: Sebészeti Kemo- és radioterápia A terápiák jó része azon alapul, hogy a rákos sejt elvesztette a sejtciklus szabályozását. A kemo- és sugárterápia után csak a tumoros sejtek osztódnak a nagymértékű DNS károsodás ellenére is, ami az apoptózisukhoz vezethet Her2 (trk) a mellrákos sejtek termelik a Her2 antitesttel növekedésük gátolható P53 kötő fehérjét nem termelő papilloma vírus szelektíven csak a rákos sejtekre hat

56 A rákos sejtek megváltozott fiziológiája megváltozott/speciális jelfelfogó receptorokat és intracelluláris szignáltranszdukciós útvonalakat igényel. Rákos sejt felszíni markerei, biokémiája más. Specifikus citosztatikumok használata, citosztatikumot összekötik egy a rákfajtára specifikus liganddal és így általmos sejtpusztítás helyett specifikusan a rákos sejtek pusztítása történik. Antitest/biokémiai terápiák ezt használják fel. Céljuk nem feltétlenül a rákos sejtek eliminálása, hanem a megváltozott fiziológiai jellegzetességek gátlása illetve ha lehet visszaállítása

57 Kezelés hatékonyságát befolyásoló tényezők: Metasztázisok mennyisége Az egészséges szövetek károsodása a kezelésnél A tumorok rezisztenssé válhatnak a kezelésre: a genetikai stabilitás hiánya miatt alakul ki Egyéb beteg állapotát befolyásoló faktorok: pl anémia