Рекомендувати документи

клітинна

Клітинна біологія - клітини тварин Біологія MSc Клітини тварин - довговічні, рідко або зовсім не діляться клітини, наприклад нейрони - короткоживучі клітини, напр. клітини епітеліального кишечника Проліферація - диференціація - загибель клітин: нероз або апоптоз

Клітинний цикл - низка подій, що призводять до дублювання клітин у всіх еукаріотів - порушення регуляції призводить до утворення пухлини - клітина виходить з-під контролю. Нервова система також має стовбурові клітини та клітини, що діляться, у невеликій кількості, але більшість нейронів диференційовані, а не розділений, лише руйнується Фібробласти сполучної тканини, як правило, не діляться клітин, але при активації вони можуть знову вступити в клітинний цикл. Дослідження: ороговілий плоский епітелій - приклад шкіри - нижній, базальний шар: подільні епітеліальні стовбурові клітини - з однієї клітини, що періодично ділиться, одне потомство залишається стовбуровою клітиною, інше стає швидко ділиться клітиною - утворюються клітини всіх шарів, які диференціюються поверхні, то вони гинуть

Фази клітинного циклу Суть клітинного циклу: створення 2 клітин потомства, повністю ідентичних батьківській клітині - фаза М - мітоз та цитокінез: фактичний поділ клітини - створення двох еквівалентних клітин потомства - інтерфаза: інтервал між клітинними поділами . 3 фази: - фаза G1 (перша щілина): фаза між мітозом і реплікацією ДНК - S (синтетична) фаза: реплікація ДНК - фаза G2 (друга щілина): фаза між реплікацією ДНК і входом в мітоз - фаза G0: багатоклітинні диференційовані клітини не ділити далі, входити у фазу G0 Контрольно-пропускні пункти: контрольно-пропускні пункти: пункти, де зовнішні впливи можуть контролювати проходження або входження в певні стадії клітинного циклу та початок апоптотичних процесів.

Регулювання клітинного циклу Дослідження клітинного поділу дріжджів поділу Schizosaccharomyces pombe - розпізнавання гена циклу клітинного ділення-2 + (cdc2 +), це необхідно для схрещування G1 → S та G2 → M. Ген кодує 34 кФ протеїнкіназу, p34cdc2. У кожному еукаріоті - більше 10 різних p34cdc2-гомологічних білкових кіназ у людини - деякі беруть участь у регуляції клітинного циклу - їх регуляторна субодиниця - циклін - циклінозалежні кінази (Cdk) - p34cdc2 - Cdk1: G2 → M перехідна регуляція в клітинах тварин - Cdk2: G1 → S і G2 → M перехід - Cdk4 і Cdk6: регулювання переходу в точках обмеження - Cdk7: активація інших Cdks, також задіяних у транскрипції RNs, відновлення пошкодженої ДНК - інша Cdk: регуляція транскрипції, нейрональна диференціація, інші Cdk - Заміна k циклінів: - їх зв'язування необхідне для каталітичної активності Cdks - 35 кД - білки 130 кД, схожа структура: 2 симетричні домени, що складаються з 5-5 α-спіралей - один - циклінова коробка - 16 циклінів у людини

Фаза G0 - більшість клітин багатоклітинних родоначальників спеціалізуються на певному завданні, утворюють особливу тканинну структуру і не діляться далі - «виходить з клітинного циклу, вступає у фазу G0 - це не стан спокою, він просто не ділиться. - не обов’язково остаточний) (години, тижні, тривалість життя) може повернутися до клітинного циклу для певних ефектів - жорстко регульовані процеси, неконтрольована проліферація призводить до утворення пухлини - в тканинах обмежується як місце розташування, так і швидкість поділу - зазвичай лише заміна мертвих клітин еолу; у разі пошкодження тканин швидкість поділу може зрости

Вступ фази G0 - для зовнішніх ефектів, що викликають диференціювання, наприклад: TGF-β - відповідно до рецептора/треонінкінази - активація фактора транскрипції Smad - збільшує експресію інгібітора Cdk сімейства Ink4 p15Ink4b - специфічне інгібування Cdk4-цикліну D та Cdk6-цикліну D-комплекс або інгібуючі пептиди D-зв'язуючого Cdk4-цикліну, що належать до класу CKI, дозволяють їх зв'язування з комплексом Cdk2-циклін E, що призводить до подальшого гальмування клітинного циклу Інгібування контакту: якщо занадто багато сусідніх клітин, здорові клітини будуть піддані впливу до TGF-β- t, який призупиняє клітинний цикл клітин через пептид p27Kip1 інгібітора CKI. У поперечносмугастих м’язах: фактор транскрипції MyoD є головним регулятором диференціації м’язів - прямий вплив на навколишнє середовище: наприклад, відсутність мітогенів - призводить до апоптозу або вступу у фазу G0 - занадто багато розділених клітин (переважно в культурі клітин) або несприятливе середовище - „процес старіння "

Формування пухлини Генетично модифіковані клони клітин у пухлинах створюють популяції клітин, які характеризуються неконтрольованим ростом. Клітини не виконують свою початкову функцію і в кінцевому підсумку можуть призвести до смерті. Хоча рівень раку високий, можна сказати, що він низький на клітинному рівні порівняно з кількістю клітинних поділів у людини. Причина: Зазвичай для одночасної здорової клітинно-пухлинної трансформації клітин необхідно мати присутність декількох генетичних модифікацій, оскільки процеси клітинного циклу настільки жорстко регулюються. У декількох типів пухлин можна виявити пошкодження або відсутність регуляторного механізму. Практично у всіх типах пухлин порушення клітинного ділення може бути пов'язане з порушенням регуляторних процесів у фазі G1. Інгібування контакту: спостерігається в культурах клітин: моношароутворюючі клітини при досягненні злиття - кадгерини - гальмування поділу Клітини пухлини часто втрачають цей контроль (через мутацію або пухлинні віруси: віруси папіломи, аденовіруси, продукти гена SV40)

Пухлинні клітини Зазвичай спостерігаються відхилення в діяльності двох сімейств генів: - онкогени: генні продукти, що регулюють ріст і поділ клітин, більше 100 ефектів, що імітують постійну мітогенну стимуляцію, - нерегульований поділ клітин. Наприклад: Ras - каскад кіназ MAP/ERK - перепродукція цикліну D, мутація виявлена ​​у 15% пухлин людини. Через неадекватну активацію Ras, вважається, що клітина зазнає постійного мітогенного стимулу - постійної проліферації. Гіперактивність білків, що беруть участь у регуляції місця рестрикції (E2F1, циклін D (надмірно виражений у 50% карцином молочної залози), Cdk4) - гени-супресори пухлини (Rb, p16): їх генні продукти інгібують онкогени Rb: інгібування точки рестрикції (до мітогенна стимуляція) у дітей: ретинобластома, у дорослих: остеосаркома) мутація гена p16 у загальних клітинах пухлини

Стовбурові клітини - під час ембріогенезу з першими відділами заплідненої яйцеклітини утворюється група ембріональних стовбурових клітин, здатних диференціюватися в усі соматичні клітини тіла - створюються різні тканини та органи ембріона. Інша група клітин відповідає за утворення інших тканин, які спеціалізуються на живленні та захисті ембріона. - ембріональні стовбурові клітини є плюрипотентними: після багатьох поділів та диференціацій - вони можуть утворювати будь-які клітини тіла - вони знаходяться в більшості типів тканин дорослого населення, т.зв. тканинні або «дорослі» стовбурові клітини - заміна клітини, регенерація - стовбурові клітини: зберігає здатність до поділу; симетричне та асиметричне поділ клітин - «дорослі» стовбурові клітини можуть безперервно ділитися, наприклад: епітеліальні стовбурові клітини (шкіра, шлунково-кишковий тракт), гемопоетичні стовбурові клітини, клітини меристем рослин; хворий. може бути в стані спокою, активується лише при пошкодженні, наприклад, печінки, скелетних м’язів, ІЧ - не активується

Історична довідка: 1981 - похідна ембріональних стовбурових клітин миші 1998 - ембріональна стовбурова клітина людини (з ембріонів, отриманих із незасаджених in vitro запліднених яйцеклітин). 2006 - "перепрограмовані стовбурові клітини" означає виробництво генетично модифікованих стовбурових клітин із соматичних клітин, отриманих від спеціалізованої дорослої людини: індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (IPSC). Існує дві основні групи стовбурових клітин - ембріональні стовбурові клітини: морула на ранніх стадіях ембріонального розвитку, або клітини, культивовані з клітин, отриманих з епібластів, із внутрішньої клітинної маси 4-5-денної бластоцисти (зародка сечового міхура). Вони здатні створювати всі типи клітин. Для експериментів: використовуються мишачі або людські ембріональні стовбурові клітини - «дорослі» стовбурові клітини: недиференційовані клітини, які трапляються в конкретних диференційованих тканинах, діляться при активації, утворюють схожі між собою стовбурові клітини і утворюють клітини-попередники в клітині, вони здатні диференціюватися, вони не здатні створити будь-який тип клітин в організмі. Вони трапляються у відносно невеликій кількості, місцями в організмі дорослого. Часто важко відокремити або виявити - їх застосування громіздке. Наприклад: кістковий мозок, кров, рогівка, сітківка, мозок, скелетні м’язи, печінка, шкіра, шлунково-кишковий тракт, підшлункова залоза, стовбурові клітини пуповинної крові.

Це можуть бути: - соматичні або тілесні клітини - статеві клітини

Потенціал диференціації стовбурових клітин 1. тотипотентні стовбурові клітини: здатні продукувати всі тканини та органи (ембріональні та позазародкові). Напр .: запліднена яйцеклітина. 2. плюрипотентні стовбурові клітини: стовбурова клітина зі зниженою потужністю, яка не здатна утворювати позазародкову тканину, але також здатна утворювати всі 3 зародкові пластинки та статеві клітини. Наприклад: ембріональна стовбурова клітина. 3. мультипотентні стовбурові клітини: стовбурові клітини зі зниженою потужністю, не здатні генерувати гамети, але з них може розвинутися будь-який інший тип клітин. Такими є тканинні стовбурові клітини організму. 4. уніпотентні стовбурові клітини: можуть виробляти лише 1 тип клітин, але здатний регенерувати, що відрізняє його від соматичних клітин нестовбурових клітин (м’язових стовбурових клітин)

Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (iPSC) - генетично перепрограмовані, дедиференціюючі дорослі клітини, - стан, подібний до ембріональних стовбурових клітин - експресують маркери стовбурових клітин: розробка ліків, моделювання захворювань; ? трансплантація? "Перепрограмування": фактори перепрограмування, що вводяться в клітину вірусами - ризик переродження пухлини Дослідження та розробка: невірусне націлювання

«Дорослі» стовбурові клітини - симетричний та асиметричний поділ, залежно від того, що потрібно - потребують спеціального середовища (ніші стовбурових клітин) для підтримки свого статусу стовбурових клітин - що забезпечується клітинами тканин та позаклітинним матриксом. Клітина ніші закріплює стовбурову клітину і забезпечує їй необхідну клітинну поверхню - білки, що беруть участь у сигнальних механізмах, що регулюють її клітинний цикл. Одні фактори стимулюють, інші пригнічують поділ. У кістковому мозку цю функцію виконують остеобластні та ендотеліальні клітини.

Епідермальні стовбурові клітини - шкіра: орган, що постійно оновлюється з високою здатністю до регенерації - мультипотенційні та віддані клітини також беруть участь у заміні клітин та їх регенерації: в базальній частині епідермісу - шар поділяючих клітин - асиметричний поділ клітин - множинні клітини базальну мембрану після поділу вона диференціює на кілька етапів - створює різні шари шкіри - навколо волосяних фолікулів можна спостерігати багатопотенційні стовбурові клітини - вони створюють клітини волосяного фолікула - як і інші “дорослі” стовбурові клітини, вона знаходиться у відносно сплячому стані. держави активізуються лише фактори росту та диференціюючі його наслідки

Стовбурові клітини скелетних м’язів - невелика кількість стовбурових клітин, розташованих між гігантськими багатоядерними м’язовими волокнами та базальною мембраною. - після травми клітини-супутники, що відпочивають, починають ділитися - регенерація - сигнали, що стимулюють проліферацію та диференціювання рецепторних тирозинкіназ - шлях MAP-кінази - інгібуючі сигнали через міостатин (сімейство TGF-β) - пригнічення збільшення м’язової маси. - м’яз здатний багато регенерувати, оскільки популяція стовбурових клітин відновлюється під час регенерації та/або стовбурові клітини, які надходять з кісткового мозку та інших тканин кров’ю

Стовбурові клітини в ІР нервових стовбурових клітин - низька регенеративна здатність, - деякі ділянки мозку навколо шлуночків містять стовбурові клітини - здатні ділити невелику кількість

Стовбурові клітини меристеми - асиметричний поділ - у кореня та верхівки пагона

Стовбурові клітини пухлини - джерело проліферуючих клітин - пояснення того, що швидко ділиться пухлинні клітини легко вбити, проте пухлина не може бути усунена через рідше ділення стовбурових клітин пухлини

Практичне використання стовбурових клітин Етичний бар'єр - загоєння: індивідуальна терапія, генна терапія, заміщення пошкоджених тканин, органів, хвороб, наприклад: хвороба Паркінсона, хвороба Альцгеймера, діабет, інфаркт міокарда, пухлини, травми спинного мозку, розсіяний склероз. - Перспективним напрямком біотехнологічної галузі є тканинна інженерія, виробництво тканин та органів із стовбурових клітин. Його мета полягає у виробництві тканин, які можна використовувати для створення клапанів серця, суглобів, дисків, а потім взяти на себе функцію хворих тканин та органів. - може відігравати роль у генній терапії: заміна дефектних генів у стовбурових клітинах здоровими - аутологічна трансплантація: імплантація "вдосконалених" стовбурових клітин. - для більш ефективного використання: нові методи штучного розмноження стовбурових клітин - скринінг: оцінка впливу нових препаратів та діючих речовин. - основні дослідження: - диференціація, - прихильність до конкретних напрямків, - розробка модельних систем: - проліферація ракових клітин - поділ здорових клітин - регенерація, загибель клітин, - процеси, що лежать в основі вроджених вад розвитку

Вибір відповідного тестового об'єкта - завдяки загальному походженню клітини будь-якого організму можуть бути використані для вивчення функції клітин, наприклад: поділ, структура хромосом, мутація - (дріжджові) гриби - особливі процеси, властивості - спеціалізовані клітини, наприклад: скоротлива білок - м'язові клітини, хлист - види хламідомонади - "частіше використовується", краще "нанесений на карту" об'єкт тестування - більше знань, генетична карта, нанесений на карту геном, відома фізіологія, найкращі методи тестування Генетична модель організмів організм

розмір геному і гени гомологічна мейотична біохімія плоїдний номер послідовності рекомбінація рекомбінація