Normální buňka (homeostáza)

1. Typy a příčiny poškození buňky a tkáníNekróza a apoptózaOsud poškozené tkáněP. Dundr, 3.10.2013

2. Normální buňka (homeostáza) hypertrofie hyperplazie atrofie metaplazie příliš velký škodlivý podnět extra či intracelulární stres změna prostřední, vnitřní a zevní stimuly, regulace … Adaptace reakce buňky na stres Autofagocytóza nekróza Proteiny teplotního šoku reverzibilní apoptóza „Unfolded protein response“ pyroptóza Odpověď na poškození DNA ireverzibilní poškození autofagická buněčná smrt Reakce na oxidativní stres

3. Příčiny poškození buňky • fyzikální • chemické • hypoxie • imunitní • infekční • nutriční • genetické • stárnutí

4. Příčiny poškození buňky • fyzikální • chemické • hypoxie • imunitní • infekční • nutriční • genetické • stárnutí • mechanické poškození (trauma) • změny teploty • - popálení • - omrznutí • UV záření • radiace • elektrický proud

5. Příčiny poškození buňky • fyzikální • chemické • hypoxie • imunitní • infekční • nutriční • genetické • stárnutí • kyseliny • louhy • řada běžně se vyskytujících látek v toxické koncentraci (O2, NaCl, glukóza) • léky • jedy • insekticidy, herbicidy, azbest, arzen, CO, …

6. Příčiny poškození buňky • fyzikální • chemické • hypoxie • imunitní • infekční • nutriční • genetické • stárnutí • O2 nezbytný pro oxidativní fosforylaci ADP • hypoxie = nedostatek O2  snížená tvorba a deplece ATP • ATP pod 5-10% normy – kritické poškození buněčných systémů • nejčatější příčina hypoxie – ischemie (= porucha cévního zásobení) • další příčiny: anémie, otrava CO, poškození plic, tonutí …

7. Příčiny poškození buňky • fyzikální • chemické • hypoxie • imunitní • infekční • nutriční • genetické • stárnutí • autoimunitní choroby • alergie • některé infekce (přehnaná imunitní reakce)

8. Adaptace hypertrofie hyperplazie atrofie metaplazie

9. Atrofie Příčiny Mechanizmus snížená syntéza proteinů - snížení metabolické aktivity zvýšená degradace proteinů - ubikvitinace – degradace v proteasomech - mechanismus ubikvitinace odpovědný i za zvýšenou proteolýzu u katabolických stavů (včetně nádorové kachexie) • denervační • z inaktivity • endokrinní • nutriční • vaskulární • senilní • zmenšení buňky nastolující novou rovnováhu mezi velikostí a sníženým cévním zásobením / nutricí / trofickou stimulací …

10. Hyperplazie Hypertrofie zvětšení buňky (orgánu) – nárůst objemu buňky – zvýšené množství strukturálních proteinů a organel fyziologická či patologická zvýšené funkční nároky či na podkladě specifické hormonální stimulace • výskyt u buněk schopných dělení • fyziologická • - hormonální (proliferace žlazového epitelu mléčné žlázy – gravidita, puberta) • - kompenzatorní (játra – stimulace růstovými faktory) • patologická • - nadměrná stimulace hormony či růstovými faktory (hyperplazie endometria)

11. Metaplazie • reverzibilní náhrada diferencované tkáně jinou diferencovanou tkání • 1) přímá změna fenotypu diferencované buňky (modulace) • - přeměna fibroblastů v myofibroblasty • 2) výsledek přeprogramování kmenových buněk • - působení cytokinů, růstových faktorů … • - dlaždicová metaplazie (cervix, plíce)

12. Typy buněčné smrti

13. Buněčná smrt souhrn mnoha pochodů vedoucích k zániku buňky programovaná buněčná smrt - apoptóza - anoikis - nekróza (nekroptóza) - autofagická buněčná smrt - pyroptóza

14. Buněčná smrt Nekróza Apoptóza patologická i fyziologická aktivní proces vyžadující energii síla noxy menší pomalý nástup (hodiny) buňka menší (svráštění) jádro – fragmentace (velikost nukleozómů) buněčné membrány intaktní buněčný obsah intaktní, může být uvolněn do apoptotických tělísek není zánětlivá reakce pH buňky se mění (acidifikace), je aktivace kaspáz • dřívější názor vždy patologická? • děj indukovaný, regulovaný proces (spolupráce mnoha signálních molekul) • síla noxy větší • rychlý nástup (sekundy-minuty) • buňka větší (edém) • jádro – pyknóza - karyorexe - karyolýza • buněčné membrány porušené • buněčný obsah enzymaticky natráven, může unikat z cytoplazmy • je zánětlivá reakce • pH buňky se nemění, není aktivace kaspáz

15. Buněčná smrt Nekróza Apoptóza patologická i fyziologická aktivní proces vyžadující energii síla noxy menší pomalý nástup (hodiny) buňka menší (svráštění) jádro – fragmentace (velikost nukleozómů) buněčné membrány intaktní buněčný obsah intaktní, může být uvolněn do apoptotických tělísek není zánětlivá reakce pH buňky se mění (acidifikace), je aktivace kaspáz • Recentní poznatky naznačují, že nekróza může být součást fyziologických procesů: • Účastní se spolu s apoptózou obnovy sliznice tenkého střeva (bez vzniku zánětlivé reakce) • Zřejmě může zastoupit apoptózu během normálního vývoje • Alternativní cesta likvidace nádorových buněk, které jsou schopny díky mutacím inaktivovat apoptózu. • vždy patologická? • děj indukovaný • síla noxy větší • rychlý nástup (sekundy-minuty) • buňka větší (edém) • jádro – pyknóza - karyorexe - karyolýza • buněčné membrány porušené • buněčný obsah enzymaticky natráven, může unikat z cytoplazmy • je zánětlivá reakce • pH buňky se nemění, není aktivace kaspáz

16. Nekróza (nekroptóza) může být regulovaný proces, součást fyziologických pochodů aktivace receptorů smrti (TNF-α, FasL) důležitá role při začátku nekrózy RIP1 (serin/threoninová kináza) – spolus s RIP3 formace „nekrozómu“ – aktivace pronekrotické kinázové aktivity – spuštění produkce reaktivních kyslíkových radikálů (ROS) vykonavatelé – volné radikály (superoxid, hydroxylový radikál), H2O2, CA2+ nezávislá na kaspázách aktivace v případě selhání kaskády kaspáz (např. některé virové infekce, mutace u nádorů) = záložní mechanismus u nádorů rezistentích k apoptóze

17. Nekróza (nekroptóza) - efektory volné radikály - poškození lipidů a DNA - porucha funkce mitochondrií - pokles ATP - porucha iontové rovnováhy - poškození membrán Ca2+ - zvýšení hladiny v mitochondriích - aktivace proteáz a fosfolipáz

18. Typy nekrózy • Prostá nekróza– kůže, svaly • Kolikvační nekróza – CNS, enzymy buněk způsobí lýzu tkání • Koagulační nekróza – parenchymové orgány, denaturace bílkovin tkání • Zvláštní formy: • - kaseifikační nekróza (poprašková) – tbc • - Zenkerovavosková nekróza svalů • - hemoragická nekróza – reflux nebo stáza krve • Fibrinoidní nekróza - pojivo cévy, tinkčně podobná fibrinu • Nekróza tukové tkáně - po traumatizaci, působením lipázy – při nekróze slinivky

19. Změny provázející nekrózu • Změny buněk: • - jádro – pyknóza – karyorrhexis- karyolysis • - buňky jsou zduřelé, cytoplazma eozinofilní, zduření organel, vakuoly • - disrupcemembrán – uvolnění lysozomálních enzymů, influxkalcia – aktivace enzymů, autolýza buněk • Změny v okolí: • - tkáňová reakce, PMN a makrofágy, reparativní pochody • Biochemické změny: • - pokles pH (ve tkáni), influxCa do cytoplazmy • - uvolnění enzymů do krve • Klinické projevy: • - změny funkce, teplota • - leukocytóza, edém, vředy atd.

20. Osud nekrózy • demarkace nekrózy- polynukleáry • nekróza malého rozsahu • - rezorpce nekrotických buněk makrofágy • - hojení • - regenerace • - reparace jizvou • - vznik pseudocysty-dutiny • velké nekrózy: • - ohraničení vazivem-opouzdření • - sekvestrace nekrózy a opouzdření

21. Gangréna • sekundárně modifikovaná nekróza: • 1) suchá gangréna: • - modifikovaná vysycháním • - hlavně DK při cévních uzávěrech • 2) vlhká gangréna: • - modifikovaná infekcí hnilobnými baktériemi • - vlhký vzhled, zapáchá, cárovitě se rozpadá • - DK u diabetiků, nádory (střevo, plíce, čípek) • - toxický šok • 3) plynatá gangréna: • - modifikovaná infekcí plynotvornými klostridiemi (C. perfringens) • - traumata (zavlečení hluboko do tkáně – anaeroby) • mění glykogen na metan

22. Apoptóza programovaná buněčná smrt

23. Buněčná smrt Nekróza Apoptóza patologická i fyziologická aktivní proces vyžadující energii síla noxy menší pomalý nástup (hodiny) buňka menší (svráštění) jádro – fragmentace (velikost nukleozómů) buněčné membrány intaktní buněčný obsah intaktní, může být uvolněn do apoptotických tělísek není zánětlivá reakce pH buňky se mění (acidifikace), je aktivace kaspáz • dřívější názor vždy patologická? • děj indukovaný, regulovaný proces (spolupráce mnoha signálních molekul) • síla noxy větší • rychlý nástup (sekundy-minuty) • buňka větší (edém) • jádro – pyknóza - karyorexe - karyolýza • buněčné membrány porušené • buněčný obsah enzymaticky natráven, může unikat z cytoplazmy • je zánětlivá reakce • pH buňky se nemění, není aktivace kaspáz

24. Apoptóza - výskyt Fyziologicky Patologicé stavy eliminace buněk které mají: genetické aberace poškození DNA kumulace chybně složených proteinů infekce (zvl. virové) zánik buněk při atrofii nádory (spontánně i po léčbě) • embryogeneze • involuce hormonálně dependentních tkání v případě hormonální deprivace • zánik buněk v proliferujících buněčných populacích • eliminace nadbytečných buněk (např. leukocytů po proběhlém zánětu)

25. Průběh apoptózy • Fáze signalizační • Vliv pro- a protiapoptotickýchsignálů • Vnější cesta (stimulace specifických receptorů smrti) – faktory zevního prostředí, navázání ligandu na receptor • - rodina TNF receptorů (typ I TNF, Fas - CD95) • - TRAIL receptory (TNF-relatedapoptosisinducing ligand) • FADD (Fas- associateddeathdomain) + prokaspáza 8 → kaspáza 8 • Vnitřní cesta (klíčová role – mitochondrie a p53) – volné radikály, anoxie, viry

26. Průběh apoptózy • Fáze kontrolní a integrační • rodina Bcl-2 proteinů (pro i protiapoptotické) Bcl-2, Bcl-X2 x Bax, Bak • vznik pórů v mitochondriích – pokles ATP • uvolnění cytochromu C, AIF do cytozolu • aktivace latentních kaspáz (kaspáza 8 a 10 – vnější cesta, kaspáza 9 vnitřní cesta) • Vlastní exekuce • efektorové kaspázy (3, 6 a 7) – destrukce cytoskeletu • endonukléazy- destrukce jádra

27. Autofagocytární buněčná smrt • autofagocytóza • – proces vedoucí k degradaci starých cytoplazmatických proteinů a organel (např. mitochondrií – riziko uvolnění cytochromu c; poškozené DNA; nesložených proteinů z ER) • - udržování homeostáze • proces spouštěn produktem onkosupresorického genu Beclin 1 v komplexu s Vps34 (fosfatidylinositol 3-kináza III třídy) a kinázou p150 • typicky se vyskytuje u buněk vystavených metabolickému či terapeutickému stresu (deprivace růstových faktorů, inhibice Akt/mTOR signální dráhy, nutriční deprivace, ischemie/reperfůze, akumulace Ca2+) • obvykle slouží jako mechanizmus chránící před buněčnou smrtí, zároveň ale představuje alternativní cestu buněčné smrti • mechanismus buněčné smrti není známý

28. Pyroptóza • ochranný mechanismus proti infekci • programovaná buněčná smrt spojená s reakcí na mikroorganismy během zánětlivé reakce • oproti apoptóze závisí na kaspáze-1 (IL-1-beta konvertující enzym) • oproti apoptózedochází k aktivaci a uvolnění prozánětlivých mediátorů