Öregedéssel kapcsolatos intracelluláris betegségek

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

2. Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetéseaz Európai Unió új társadalmi kihívásainaka 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 Öregedéssel kapcsolatos intracelluláris betegségek

3. A fehérjék poszt-transzlációs sorsa Transzláció mRNS mRNS Poszt- transzkripció Poszt-transzláció Kovalens módosulás Chaperonok Kofaktorok RNS Fehérje Sejtmag Transzkripció DNS Folding Lebontás Funkció Aggregáció Szabályozás

4. Fehérje módosulások stressz következtében Belső Külső Stressz Fehérjék Fehérje turnover Proteoszóma aktivitás csökken Glikálás Hydroxy-nonenal fehérje módosulás Fehérje-szintézis Fehérjék oxidatív módosulása

5. Lipofuscin, lizoszómálisszemét • A lizoszómák nem képesek maradéktalanul megemészteni az elöregedett fehérjéket • Maradék: barnás-sárgás, autofluoreszcens, elektron-denzgranulum: lipofuscin, ceroid, öregségi pigment • Megnövekedett oxidáció, különösen vas jelenlétében • A mitokondriumokalipofuscin fő forrásai • A neuronok perikaryonjának akár 75%-t teheti ki • Amyloid képződés Alzheimer és Parkinson kórban

6. Neuron EC Abplakkéshatásai Notch Aβplakk Nicastrin Nicastrin APP APH-1 APH-1 BACE Presenilin-1 Presenilin-1 Oxidatív stressz PEN-2 PEN-2 Aβ Neuron belseje Sejt diszfunkció és halál -secretáz NICD APP citoplazma fragmens Ca2+ Endoplazmás retikulum Neuronális plaszticitásért és idegrendszeri fejlődésért felelős gének Ca2+ Sejtmag

7. Amyloidfibrillumok fejlődése és növekedése INKUBÁCIÓS FÁZIS NÖVEKEDÉSI FÁZIS Dimerizáció natív állapotban Natív monomer állapot Natív dimer állapot Részleges denaturáció Kis amyloid-keltő oligomerek Protofibrillum csomózódás Fibrillum csomózódás Amyloid-keltő aggregáció Polimerizáció Misfoldvagy globulus, amyloid-keltő? Érett Fibrillum Teljes denaturáció Filamentum Protofibrillum Amyloidmagok Kolloid átalakulás/ folding Filamentum elongáció Protofibrillum elongáció Fibrillum elongáció Nem-specifikus aggregáció Denaturált állapotú monomerek Strukturálatlan aggregátum Amyloidmagok

8. Amyloidfibrillumok fejlődése és növekedése INKUBÁCIÓS FÁZIS NÖVEKEDÉSI FÁZIS Dimerizáció natív állapotban Natív monomer állapot Natív dimer állapot Részleges denaturáció Kis amyloid-keltő oligomerek Protofibrillum csomózódás Fibrillum csomózódás Amyloid-keltő aggregáció Polimerizáció Misfoldvagy globulus, amyloid-keltő? Proto- fibrillum Érett Fibrillum Teljes denaturáció Filamentum Amyloidmagok Kolloid átalakulás/ folding Filamentum elongáció Protofibrillum elongáció Fibrillum elongáció Nem-specifikus aggregáció Denaturált állapotú monomerek Strukturálatlan aggregátum Amyloidmagok

9. Nem-oxidatív DNS károsodás I. • Spontán változások • Depurináció és depirimidináció • Deamináció • Egyesláncú törések • Spontán metiláció • Glikáció • Keresztkötés

10. Nem-oxidatív fehérje károsodás II. • Bioszintézis hibák • Transzkripciós hibák • Transzlációs hibák • Racemizáció és izomerizáció • Deamidálás (aszparagin és glutamin) • Reaktív karbonil-csoportok (nem-oxidatív) • Szerin defoszforiláció

11. Nem-oxidatívfehérjekárosodásmodulációja • Fehérje turnover (magas turnover = öregedést ellensúlyozó hatás, hígulás) • Stressz fehérjék fokozott szintje, chaperonok, ubiquitin (hormesis, edzés) • Intramitokondriálisproteolizis (Lonproteáz, miscoded és oxidált fehérjék, EGF↑)

12. CR és nem-oxidatív fehérje károsodás • CR→éhezés → hipoglikémia → csökkent EC és IC glikáció • Alacsonyabb inzulin szint, magasabb proteoszóma aktivitás • Magasabb NADPH arány, glutathion redukált formában tartása

13. TranszkripcióséstranszlációsszabályozászavaraöregedéssoránTranszkripcióséstranszlációsszabályozászavaraöregedéssorán • Transzkripciós változások, 15-30%-al csökkent aktivitás • tRNS ás aminoaciláció • mRNS feldolgozás és stabilitás, teljes poly(A+) csökkenés • Transzlációs módosulások, csökkenő fehérjeszintézis, de CR képes visszaállítani • A fehérjeszintézis hatékonysága és pontossága csökken • Iniciáció, elongáció és termináció hatékonysága csökken (EF1a-aktivitás csökken 35-45%-al)

14. AmyloidfibrillumokAFM-el

15. Amyloiddepozitumokszövettaniképe Amyloiddepozit Nyelőcső

16. Proteoszómafunkciók • Fő nem-lizoszomálisproteolitikus gépezet • Aktivitások: • Chimotripszin-szerű (CT-szerű) • Tripszin-szerű (T-szerű) • Peptidil-glutamilpeptidhydroláz (PGPH) • Nem csak ‘housekeeping’ funkció: • Apoptosis • Sejtciklus • Sejt differenciáció

17. Proteoszómafunkcióöregedéssorán • Oxidált, ubiquitinált fehérjék lebontása • A proteoszóma funkció csökken idős korban • Makromolekulák fokozott módosulásai • Fokozott terhelés, csökkent hatékonyság, emiatt ideg- és és immunrendszeri öregedés

18. Proteoszómafunkcióés CR • Csökkent inzulin szint, fokozott proteoszóma aktivitás • CR visszaállítja a PGPH aktivitást (amely 50%-al csökkent öregedésben) • Fenntartja / stimulálja a proteoszómasubunit (Rpt5) és aktivátor (PA 28 asubunit) expressziót • Egészséges százévesekben normális a proteoszóma aktivitás

19. Proteoszómafunkcióésimmunológiaiöregedés • Csökkent mértékű IkB lebontás, csökkent NF-kB aktiváció, immunológiai hanyatlás • CT-szerű aktivitás csökkenése T-sejtekben • A 26S subunit specifikus módosulása, központi az antigén feldolgozásban

20. Proteoszómafunkcióésidegrendszeriöregedés • CT-aktivitás csökken (kivéve cerebellum / agytörzs) • A proteoszóma hanyatlása sebezhetővé teszi a neuronokat • Sérült fehérjék felgyülemlése, aggregációja • Elszaporodó Lewis testek, huntingtinfragmensek • Aktív szerep Alzhemier és Parkinson-kórban • Lipofuscin felgyülemlése, küszöbérték jelenség

21. Autophagiaés IC lebontás PI3K / Akt jelátvitel MAPK / Erk1/2 jelátvitel AMPK jelátvitel Genotoxikus stressz/p53 mTOR Aminosavak Raptor GβL PRAS40 VPS15 Autophagiaindukciója Atg1 PI3K III Apoptózis Beclin1 Bcl-xL Apaf-1 Sequestratio Atg5 Phagophor Atg7 Fúzió Atg12 Atg3 Atg10 Autophagoszóma Autophagolizoszóma Atg16 LC3-II Atg4 Atg7 Lizoszóma LC3-I

22. Prion fehérje átalakulása átalakulás normál prion kóros prion

23. Prionbetegségekszövettaniképe NORMÁL KURU CJD SCRAPIE

24. Hutchinson-Guilfordprogéria • LaminA mutáció (sérülékeny mag-envelope) • Elsősorban a mesenchymális szöveteket érinti • HGPS sejtek stressz-tűrő képessége csökkent • Gyors progéria, korai halál

25. Mag envelope összetétele Endoplazmatikus retikulum C Magpórus komplexum Belső membrán Citoplazma C Nurim LAP-1 Emerin MAN-1 C LAP2β LBR C N Külső membrán Lamin B N BAF N BAF Lamin A/C Magplazma C BAF C HP1 N N C N LAP2α Kromatin BAF Kromatin N LEM domén

26. Mag envelope instabilitás IM FEHÉRJÉK KÓROS MEGJELENÉSE AZ ER—BEN ER RETENCIÓ EndoplaplazmatikusRetikulum Emerin Megpórus komplexum LAP Külső membrán Laminok Aktin Belső membrán Heterokromatin TÖRÉKENY MAG KROMATIN ÁTRENDEZŐDÉS SUN/ANC MAG RÖGZÍTÉSE