Biologie celulară - Biologie celulelor animale MSc

Recomandați documente

Biologie celulară - celule animale Biologie MSc Celule animale - cu durată lungă de viață, celule care se divizează rar sau deloc, de ex. celule epiteliale intestinale Proliferare - diferențiere - moarte celulară: neroză sau apoptoză

Ciclul celular - o serie de evenimente care duc la duplicarea celulelor în toate eucariotele - întreruperea reglării duce la formarea tumorii - celula scapă de sub control Sistemul nervos are și celule stem și celule care se divid, în număr mic, dar majoritatea neuronilor sunt diferențiați, nu este divizat, doar este distrus. Fibroblastele țesutului conjunctiv sunt de obicei celule care nu se divizează, dar atunci când sunt activate, ele pot intra din nou în ciclul celular. Studiu: epiteliu scuamos cheratinizat - exemplu cutanat - strat inferior, bazal: celule stem epiteliale divizibile - dintr-o celulă care se divizează ocazional, o descendență rămâne o celulă stem, cealaltă devine o celulă care se divizează rapid - se produc celulele tuturor straturilor, care se diferențiază spre la suprafață apoi mor

Fazele ciclului celular Esența ciclului celular: crearea a 2 celule descendente complet identice cu celula părinte - faza M - mitoză și citokinezie: diviziunea celulară reală - crearea a două celule descendente echivalente - interfază: intervalul dintre diviziunile celulare . 3 faze: - Faza G1 (primul decalaj): faza dintre mitoză și replicarea ADN - Faza S (sintetică): replicarea ADN - Faza G2 (al doilea decalaj): faza dintre replicarea ADN și intrarea în mitoză - Faza G0: celulele multicelulare diferențiate fac nu împărțiți mai departe, introduceți faza G0 Puncte de control: puncte de control: puncte în care influențele externe pot controla trecerea sau intrarea în anumite etape ale ciclului celular și debutul proceselor apoptotice.

Reglarea ciclului celular Studiul diviziunii celulare a drojdiei de fisiune Schizosaccharomyces pombe - recunoașterea genei ciclului diviziunii celulare-2 + (cdc2 +), care este necesară pentru trecerea G1 → S și G2 → M. Gena codifică o proteină kinază de 34 kF, p34cdc2. În fiecare eucariot - mai mult de 10 proteine kinaze p34cdc2-omoloage diferite la oameni - unele sunt implicate în reglarea ciclului celular - subunitatea lor de reglementare este ciclina - kinazele ciclin-dependente (Cdk) - p34cdc2 - Cdk1: G2 → Reglarea tranziției M în celule animale - Cdk2: G1 → S și G2 → M tranziție - Cdk4 și Cdk6: reglarea tranziției la punctele de restricție - Cdk7: activarea altor Cdks, implicate și în transcrierea RN-urilor, repararea ADN-ului deteriorat - alte Cdk: reglarea transcripțională, diferențiere neuronală, alte Cdk- Înlocuirea k ciclinelor: - legarea lor este necesară pentru activitatea catalitică a Cdks - 35 kD - proteine 130 kD, structură similară: 2 domenii simetrice formate din 5-5 α-elice - unul este cutia ciclinei - 16 cicline la om

Faza G0 - majoritatea celulelor progenitorilor multicelulari se specializează într-o anumită sarcină, formează o structură tisulară specială și nu se împart în continuare - „iese din ciclul celular, intră în faza G0 - nu este latentă, pur și simplu nu se împarte. - nu neapărat final) (ore, săptămâni, viață) pot reveni la ciclul celular pentru anumite efecte - procese bine reglementate, proliferarea necontrolată duce la formarea tumorii - în țesuturi atât localizarea cât și ritmul diviziunii sunt limitate - de obicei doar înlocuirea celule moarte eol; în caz de leziune tisulară, rata de diviziune poate crește

Intrarea fazei G0 - pentru efecte externe care induc diferențierea, de exemplu: TGF-β - conform receptorului/treonin kinazei - Activarea factorului de transcripție Smad - crește expresia familiei Ink4 inhibitor Cdk p15Ink4b - inhibarea specifică a Cdk4-ciclină D și Cdk6-ciclină Complexul D sau peptidele inhibitoare de legare a Cdk4-ciclinei D aparținând clasei CKI permit legarea lor de complexul Cdk2-ciclină E, rezultând o inhibare suplimentară a ciclului celular Inhibare de contact: dacă există prea multe celule învecinate, celulele sănătoase vor fi expuse la TGF-β- t, care suspendă ciclul celular al celulelor prin intermediul peptidei p27Kip1 inhibitor CKI. În mușchiul striat: factorul de transcripție MyoD este principalul regulator al diferențierii musculare - efecte directe asupra mediului: de exemplu, lipsa mitogenilor - duce la apoptoză sau intrarea în faza G0 - prea multe celule divizate (în principal în cultura celulară) sau mediu nefavorabil - „proces de îmbătrânire "

Formarea tumorii Clonele celulare modificate genetic din tumori creează populații de celule care se caracterizează printr-o creștere necontrolată. Celulele nu își îndeplinesc funcția inițială și pot duce în cele din urmă la moarte Deși rata cancerului este ridicată, se poate spune că este scăzută la nivel celular în comparație cu numărul de diviziuni celulare la un individ. Cauză: modificări genetice multiple trebuie, de obicei, să fie prezente în același timp pentru a avea loc o transformare sănătoasă a celulei-celule tumorale, deoarece procesele ciclului celular sunt atât de strâns reglementate. În mai multe tipuri de tumori, pot fi detectate deteriorarea sau lipsa mecanismului de reglare. În aproape toate tipurile de tumori, întreruperea diviziunii celulare poate fi asociată cu întreruperea proceselor de reglare în faza G1. Inhibiție de contact: observată în culturi celulare: celule care formează monostrat atunci când se ajunge la confluență - caderine - inhibiția diviziunii Celulele tumorale pierd adesea acest control (din cauza mutației sau a virusurilor tumorigenice: papilomavirusuri, adenovirusuri, produse genetice SV40)

Celulele tumorale Există, de obicei, anomalii în activitatea a două familii de gene: - oncogene: produse genetice care reglează creșterea și divizarea celulelor, mai mult de 100 de efecte care imită stimularea mitogenă constantă - diviziunea celulară nereglementată. De exemplu: Ras - cascadă MAP/ERK kinază - supraproducție ciclină D, mutație a fost detectată la 15% din tumorile umane. Datorită activării inadecvate a Ras, se crede că celula suferă un stimul mitogen constant - proliferare constantă. Hiperactivitatea proteinelor implicate în reglarea sitului de restricție (E2F1, ciclina D (supraexprimată în 50% din carcinoamele mamare), Cdk4) - gene supresoare tumorale (Rb, p16): produsele lor genetice inhibă oncogenele Rb: inhibarea punctului de restricție (până la stimulare mitogenică) la copii: retinoblastom, la adulți: osteosarcom) mutație a genei p16 în celulele tumorale comune

Celulele stem - în timpul embriogenezei, cu primele diviziuni ale ovulului fertilizat, se formează un grup de celule stem embrionare capabile să se diferențieze în toate celulele somatice ale corpului - sunt create diferite țesuturi și organe ale embrionului. Un alt grup de celule este responsabil pentru formarea altor țesuturi specializate în hrănirea și protejarea embrionului. - celulele stem embrionare sunt pluripotente: după multe diviziuni și diferențieri - pot forma orice celulă a corpului - se găsesc în majoritatea tipurilor de țesut adult, așa-numitele celule stem de țesut sau „adulte” - înlocuirea celulelor, regenerare - celule stem: își păstrează capacitatea de divizare; diviziune celulară simetrică și asimetrică - celulele stem „adulte” se pot diviza continuu, de exemplu: celule stem epiteliale (piele, tract gastrointestinal), celule stem hematopoietice, celule meristemice ale plantelor; bolnav. poate fi inactiv, activat numai la rănire, de ex. ficat, mușchi scheletic, IR - neactivat

Context istoric: 1981 - derivat de celule stem embrionare de șoarece 1998 - celule stem embrionare umane (de la embrioni derivați din ovule fertilizate in vitro neplantate). 2006 - „celule stem reprogramate” înseamnă producerea de celule stem modificate genetic din celule somatice derivate de la un adult specializat: celule stem pluripotente induse (IPSC). Există două grupuri principale de celule stem - celule stem embrionare: morula în stadiile incipiente ale dezvoltării embrionare sau celule cultivate din celule derivate din epiblast din masa celulară internă a unui blastocist de 4-5 zile (germenul vezicii urinare). Sunt capabili să creeze toate tipurile de celule. Pentru experimente: se folosesc celule stem embrionare de șoarece sau umane - celule stem „adulte”: celule nediferențiate care apar în țesuturi specifice diferențiate, se divid la activare, formează celule stem similare între ele și formează celule progenitoare în celulă, sunt capabile să diferențiază, nu sunt capabili să creeze niciun tip de celulă în corp. Ele apar în număr relativ mic, în locuri din corpul adultului. Este adesea dificil de separat sau a identifica - aplicarea lor este greoaie. De exemplu: măduvă osoasă, sânge, cornee, retină, creier, mușchi scheletic, ficat, piele, tract gastro-intestinal, pancreas, celule stem din sângele cordonului ombilical.

Pot fi: - celule somatice sau corporale - celule germinale

Potențial de diferențiere a celulelor stem 1. celule stem totipotente: capabile să producă toate țesuturile și organele (embrionare și extraembrionare). De exemplu: ou fertilizat. 2. celule stem pluripotente: o celulă stem cu potență redusă care este incapabilă să formeze țesut extraembrionar, dar este, de asemenea, capabilă să formeze toate cele 3 plăci germinale și celule germinale. De exemplu: celula stem embrionară. 3. celule stem multipotente: celule stem cu potență redusă, incapabile să genereze gameți, dar orice alt tip de celule se poate dezvolta din ele. Astfel sunt celulele stem tisulare ale corpului. 4. celule stem unipotente: pot produce doar 1 tip de celule, dar sunt capabile să se regenereze, ceea ce o distinge de celulele somatice cu celule non-stem (celule stem musculare)

Celule stem pluripotente induse (iPSC) - reprogramate genetic, celule adulte care diferențiază, - starea asemănătoare celulelor stem embrionare - markeri exprimați ai celulelor stem: dezvoltarea medicamentelor, modelarea bolii; ? transplant? „Reprogramare”: factori de reprogramare introduși în celulă de viruși - risc de degenerare tumorală Cercetare și dezvoltare: direcționare non-virală

Celulele stem „adulte” - o diviziune simetrică și asimetrică, în funcție de ceea ce este necesar - au nevoie de un mediu special (nișă de celule stem) pentru a-și menține statutul de celule stem - furnizat de celulele tisulare și matricea extracelulară. Celula de nișă ancorează celula stem și îi oferă suprafața celulară necesară, proteinele implicate în mecanismele de semnalizare care îi reglează ciclul celular. Unii factori stimulează, alții inhibă diviziunea. În măduva osoasă, osteoblastul și celulele endoteliale îndeplinesc această funcție.

Celule stem epidermice - piele: un organ care se reînnoiește în permanență, cu o capacitate mare de regenerare - celulele multipotențiale și implicate sunt implicate și în înlocuirea și regenerarea celulelor: în partea bazală a epidermei - un strat de celule care se divid - diviziune asimetrică a celulelor - cu celule multiple membrana bazală după divizare se diferențiază în mai multe etape - creează diferite straturi ale pielii - se pot observa celule stem multipotențiale în jurul foliculilor de păr - creează celule ale foliculului de păr - la fel ca alte celule stem „adulte”, se află într-o stare relativ latentă starea, se activează numai factorii de creștere și diferențierea efectelor sale

Celulele stem ale mușchilor scheletici - un număr mic de celule stem situate între gigantele fibre musculare multinucleate și membrana bazală. - la rănire, celulele satelite în repaus încep să se divizeze - regenerare - semnale care stimulează proliferarea și diferențierea receptorilor tirozin kinaze - calea MAP kinazei - semnale inhibitoare prin miostatină (familia TGF-β) - inhibarea creșterii masei musculare. - mușchiul este capabil să se regenereze mult deoarece populația de celule stem se regenerează în timpul regenerării și/sau celulele stem care provin din măduva osoasă și din alte țesuturi de către sânge

Celulele stem din celula stem neuronală IR - capacitate regenerativă redusă, - unele zone ale creierului din jurul ventriculelor conțin celule stem - capabile să împartă un număr mic

Celulele stem Meristem - diviziune asimetrică - la rădăcină și vârf de tragere

Celulele stem tumorale - o sursă de celule proliferante - o explicație pentru faptul că celulele tumorale cu diviziune rapidă sunt ușor de ucis, totuși tumora nu poate fi eliminată datorită celulelor stem tumorale care se divid mai rar.

Utilizarea practică a celulelor stem Barieră etică - vindecare: terapie individuală, terapie genetică, înlocuirea țesuturilor deteriorate, organe, boli de exemplu: Parkinson, boala Alzheimer, diabet, infarct miocardic, tumori, leziuni ale măduvei spinării, scleroză multiplă. - Un domeniu promițător al industriei biotehnologiei este ingineria țesuturilor, producția de țesuturi și organe din celulele stem. Scopul său este de a produce țesuturi care pot fi utilizate pentru a crea valve cardiace, articulații, discuri și apoi pentru a prelua funcția de țesuturi și organe bolnave. - poate juca un rol în terapia genică: înlocuirea genelor defecte din celulele stem cu cele sănătoase - transplant autolog: implantarea celulelor stem „îmbunătățite”. - pentru o utilizare mai eficientă: noi metode pentru proliferarea artificială a celulelor stem - screening: evaluarea impactului noilor medicamente și substanțe active. - cercetare de bază: - diferențierea, - angajarea în direcții specifice, - dezvoltarea sistemelor model: - proliferarea celulelor canceroase - divizarea celulelor sănătoase - regenerarea, moartea celulară, - procesele care stau la baza defectelor congenitale

Selectarea unui obiect de testare adecvat - datorită unei origini comune, celulele din orice organism pot fi utilizate pentru a studia funcția celulelor, de exemplu: diviziune, structura cromozomială, mutație - ciuperci (drojdie) - procese speciale, proprietăți - celule specializate, de exemplu: contractile proteine - celule musculare, whiplash - specii Chlamydomonas - „mai frecvent utilizate”, obiect de test „mai bine cartografiat” - mai multe cunoștințe, hartă genetică, genom cartografiat, fiziologie cunoscută, cele mai bune metode de testare Organism model genetic

genom mărimea genomului și genele biochimie meiotică omologă număr de secvențe ploid recombinare recombinare