Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 Kvell Krisztián A Gerontológia Molekuláris és Klinikai Alapjai 28. előadás MITOKONDRIÁLIS ÖREGEDÉS ANYAGCSERE ÉS ÉLETTARTAM I.

mtdns által kódolt gének F P T Anergia Myoclonus V E Ataxia Myopathy 12S Cyt b Cardiomyopathy Respiratory deficiency ND6 Cardiopathy FBSN 16S Chorea LHON L ND5 Deafness MELAS I M Q ND1 W A N C Y Human mtdns 16,569 bp ND4 ND2 MELAS: Mitokondriális agyi és izombántalom, laktát acidosis és stroke-szerű epizódok ND3 COX I S D COX III ATPase 8/6 COX II K G R L S H Diabetes MERRF Dystonia? MILS Encephalopathy NARP Induced deafness PEO FBSN: PEO: MELAS: LHON: MERF: Familiális kétoldali striatum necrosis LHON: Progresszív Mitokondriális Leber Myoclorus örökletes epilepszia külső agyi látóideg szembénulás és vörös izombántalom, rostokkal laktát acidosis Leber és stroke-szerű örökletes epizódok látóideg bántalom MILS: PEO: Anyai ágon örökletes Leigh szindróma Progresszív külső szembénulás NARP: Neuropátia, ataxia és retinitis pigmentosa

Mitokondriumok és mtdns jellemzői TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 Változatos szám és méret, dinamikus struktúrák (lefűződés, fúzió, szétválás) Magas metabolikus aktivitás, sejten belüli erőmű, fő ROS forrás és cél Magon kívüli, kettősláncú, zárt, cirkuláris mtdns, hossza 16,569 bp mtdns által kódolt 37 gén, 2 rrns, 22 trns, 13 légzési lánc polipeptid

Mitokondriális DNS replikáció Iniciátor faktorok RNS Polimeráz mttfa mttfb1 mttfb2 O H További aktivitások Priming RNázH1/5-3 Exonukleáz Ligáz III mtdns Polimeráz O L Topoizomeráz Twinkle mtssb

Mitokondriális DNS sérülékenység okai Kódoló szakaszok gazdaságossága (minimális nem kódoló szakasz, nincs intron) Nincs hiszton védelem mtdns repair mechanizmusok gyengék mtdns mutáció gyakori, 10x mint gdns

Mitokondriális öregedés okai, következményei Szuperoxid szivárgás 0.1% a mitokondriumban SOD és co-enzim Q szint kihat az élethosszra Cardiolipin szint csökken a korral

Hospital admission/ 10 5 population TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 mtdns károsodás és kórházi felvétel 16 COX hiány 600 14 12 10 8 6 4 2 0 Kórházi felvétel 1 2 3 4 5 6 7 8 Kor(évtized) 500 400 300 200 100 0 % mt DNS károsodás

mt eredetű szerv / szövet betegségek TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 Idegrendszer: Rohamok, görcsök, késői fejlődés, süketség, dementia, stroke (gyakran 40 éves kor előtt), látórendszeri problémák, rossz egyensúlyozás, perifériás idegek problémái Vázizomzat: Izomgyengeség, rossz terhelhetőség, görcsök, myoglobulinuria Szem: Ptosis, külső szembénulás, vakság (retinitis pigmentosa, látóideg sorvadása), szürkehályog Szív: Szívizombántalom, vezetési blokk Máj: Májelégtelenség (ritka kivéve csecsemőkben mtdns depléció szindróma), hepatic steatosis Emésztőrendszer: Nehéz nyelés, hányás, teltségérzet, krónikus hasmenés, bélelzáródás tünetei Hasnyálmirigy: Diabetes Vese: Falconi szindróma, nefrotikus szindróma (ritka kivéve csecsemőkben co-enzim Q10 hiány esetén)

Mitokondriális betegségek osztályozása TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 Kategória Egyéb elnevezés Tünetek példái I. Komplex diszfunkció II. Komplex diszfunkció NADHQ(1) oxidoreduktáz hiány Szukcinát CoQ reduktáz hiány Rossz terhelhetőség, izomsorvadás, laktát acidosis, szívizombántalom, csökkent fejlődés Alacsony termet, szívizombántalom, izomgyengeség, motoros készségek elvesztése, ataxia Kapcsolt betegségek Leigh szindróma, MELAS, MERRF, Pearson szindróma Kearns-Sayre szindróma, Leigh szindróma OMIM bejegyzés 252010 252011 III. Komplex diszfunkció Ubiquinol citokróm c reduktáz hiány Tubulopátia, idegrendszeri zavar, májelégtelenség, izomgyengeség, myoclonus, ataxia, zavartság, rossz terhelhetőség, metabolikus acidosis Leigh szindróma, Pearson szindróma 124000 IV. Komplex diszfunkció Citokróm c oxidáz hiány Csökkent reflexek, laktát acidosis, proteinuria, glucosuria és aminosavuria, májelégtelenség Leigh szindróma, MNGIE szindróma, Pearson szindróma 220110 V. Komplex diszfunkció ATP szintáz Laktát acidemia, hypotonia, neurodegeneratív betegség, retinitis pigmentosa, ataxia, szellemi visszamaradottság, szívizombántalom, laktát acidosis Leigh szindróma, NARP szindróma 516060

mtdns eredetű betegségek Ugyanazok a polimorfizmusok okoznak mt komplex betegséget és befolyásolják az élettartamot Nincs tünet míg az mtdns mutáció > 60% Előfordulhat a mutáns mtdns dúsulása Citokróm c oxidáz (COX) hiány mint marker

ROS és fő forrásaik Denham Harman elmélete, 1972 Molekula páratlan elektronnal Mitokondriális légzési lánc szivárgása (90%) Dopamin, nor-adrenalin NOS (nitrit oxid szintáz) Fehérvérsejtekben légzési burst Környezeti hatások, redox egyensúly-hiány

Antioxidánsok SOD (CuZnSOD, MnSOD, FeSOD) Kataláz Glutathion peroxidáz C, E vitamin Karotinoidok Co-enzyme Q10 Glutathion (GSH) Húgysav

Mitokondriális oxigéngyök öregedéselmélet (fő öregedés-elméleti kritériumok) ROS termelődés endogén Állandó hatás, életkorral haladó változások mtdns-t érintő súlyos következmények Visszafordíthatatlan hatások

Mitokondriális ROS termelődés Mitokondrium Magi DNS által kódolt elemek ATP NADH, FADH 2 mtdns által kódolt elemek O 2 Elektron szivárgás mtdns Hiányos mtdns által kódolt elemek Belsőmembrán mtdns mutáció Hiányos elektrontranszport lánc Ördögi kör Lánctörés Bázismódosulás + O 2 OH Lipid peroxidáció Fehérje oxidáció SOD Fenton reakció H 2 O 2 H 2 O 2 GSH CAT GPX GSSG H 2 O + ½ O 2 2 H 2 O Külső membrán Energiahiány Öregedés és mitokondriális betegségek

Mitokondriális ROS termelés A mitokondriális ROS termelés az öregedés releváns paramétere Anti-oxidánsok általában elegendőek (CuZnSOD /MnSOD / FeSOD, GSH-peroxidáz) Légzési lánc I. komplex az öregedési ütem fő forrása és célja Kalóriamegvonás a légzési lánc I. komplexét is megcélozza

mtdns oxidatív károsodása mtdns oxidatív károsodás marker: 8-oxodG 8-oxodG szint 10x > mtdns, mint gdns 8-oxodG mtdns károsodás repair nem hatékony 8-oxodG önmagában is mutagén A kalóriamegvonás célja a 8-oxodG szint is

Mitokondriális apoptosis külső hatásokra STRESSZ/ÉHEZÉS Fas NMDA/AMPA ASIC Ca 2+ ROS Caspase-8 Bid Calpains Bax Bax Bax Bcl-xL Bax tbid Bax Mitokondrium Bcl-2 Bax P p53 P p53 tbid Bax DNS károsodás Sejtmag APOPTÓZIS Nucleophosmin Caspase-3 AIF Caspase-9 Cytc Cytc Apaf-1

Lipid peroxidáció PUFA láncok érzékenyek ROS-ra PUFA láncok ROS célok és mediátorok A mt membrán PUFA tartalma összefügg az élettartammal

PUFA ellentmondás: AA és DHA HOMEOVISZKÓZUS ÉLETTARTAM ADAPTÁCIÓ DBI fordított arányban áll mérettel és MLS-el Súlyos hatások in vivo (mt, szív, idegrendszer) SAM-P törzsben fokozott AA és DHA szint MDA-lizin mint fehérje oxidatív stressz marker

Fehérje peroxidáció MDA-lizin mint fehérje oxidatív stressz marker Fehérje váz oxidáció Fehérje keresztkötések kialakulása Aminosav oldalláncok oxidációja Fehérje fragmentálódás

Repair fehérje peroxidáció után Direkt: oxidált sulfhidril csoportok redukciója Indirekt: Felismerés, eltávolítás, lebontás (proteoszóma, calpain, lizoszóma) Helyettesítés, felhasználás Lipofuscin képzése (öregségi pigment, ceroid)

Fehérje peroxidáció és betegségek Oxidált fehérjék fokozott szintje Alzheimer-kór, ALS, szürkehályog, RA, izomdisztrófia, RDS, progéria, Parkinson-kór, Werner-szindróma Módosult fehérjék fokozott szintje Szív- és érrendszeri, Alzheimer-kór, atherosclerosis, Parkinson-kór Oxidált / glikált fehérjék fokozott szintje DM, atherosclerosis, Alzheimer-kór, Parkinson-kór Fehérje nitrotirozin károsodás fokozott szintje Alzheimer-kór, SM, tüdőbetegség, atherosclerosis