Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late...
Transcript of Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late...
![Page 1: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/1.jpg)
1
Základy buněčné signalizace
MUDr. Jan Pláteník, PhD.Ústav lékařské biochemie a
laboratorní diagnostiky 1.LF UK
Uměle zkonstruovaný myší zub
Ikeda e. et al.: Fully functional bioengineered tooth replacement as an organ replacement
therapy, PNAS 106, 2009, 13475-13480.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2720406/figure/F1/
![Page 2: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Somatické buňky lze přeprogramovat na pluripotentní kmenové buňky !
fibroblastiPS
neurony
kardiomyocyty hepatocyty
Přeprogramování …co to je?
Takahashi K & Yamanaka S. Cell 126, 2006, 663-676
Komunikace mezi buňkami:1. Syntéza a
2. uvolnění signální molekuly buňkou která signalizuje
3. Transport signálu k cílové buňce
4. Detekce signálu specifickým receptorovým proteinem
5. Spuštění jedné nebo více signálních drah (transdukce signálu)
6. Specifický účinek na buněčný metabolismus, vývoj, diferenciaci atp.
7. Odstranění/ukončení signálu
![Page 3: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Na jakou vzdálenost signál působí:
+ AUTOCRINE
Signální molekula (ligand):� Peptidy/proteiny
– ACTH, inzulin, glukagon, růstové faktory, cytokiny a mnoho jiných
� Malé lipofilní molekuly:
– steroidy, thyroidní hormony, prostaglandiny
� Malé hydrofilní molekuly
– AMK nebo deriváty AMK -katecholaminy, histamin, serotonin, glutamát, GABA, glycin aj.
� Plyny: NO
![Page 4: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Receptor
� Vždy protein
� Vazba ligandu + konformační změna
převod signálu (signální transdukce)
� Specifita vzhledem k– vazbě ligandu
– následnému účinku
Dvě třídy signálních molekul
![Page 5: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Receptory pro signální molekuly na povrchu buňky
� Iontové kanály
� Receptory spřažené s G-proteiny
� Receptory s enzymatickou aktivitou
Receptory pro signální molekuly na povrchu buňky
� Iontové kanály– pro Na+, K+, Ca2+, Cl-
– např. Receptor pro acetylcholin, GABA, glutamát, glycin
� Receptory spřažené s G-proteiny
� Receptory s enzymatickou aktivitou
![Page 6: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Svalový receptor pro acetylcholin
Receptory pro signální molekulyna povrchu buňky
� Iontové kanály
� Receptory spřažené s G-proteiny “Seven-spanning”
� Receptory s enzymatickou aktivitou
![Page 7: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Molekulární vypínače
G-proteiny:
Molekulární
přepínače
založené
na GTPasové
aktivitě
![Page 8: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Cílové molekuly
pro G-proteiny:
- membránové
enzymy
- iontové kanály
Druhý posel:� Cyklický
adenosinmonofosfát(cAMP)
� Cyklickýguanosinmonofosfát(cGMP)
� Inositol-1,4,5-tris-fosfát
� 1,2-diacylglycerol
� Calcium
� (NO, kyslíkovéradikály)
![Page 9: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Cyklický AMPa proteinkinasa A
R R
CC
+ 4 cAMP
R R
C C
cAMP
cAMP
cAMP
cAMP
Neaktivní
PKA
Aktivní PKA
PKA aktivuje štěpení zásobního triacylglycerolu v tukové buňce
![Page 10: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Signalizace přes fosfolipázu C
Calcium v buňce:� V cytoplasmě jen 0.1-0.2 μM, cca 1 μM
je již signál
� Zdroj signálu je:– zvnějšku:
� ligandem aktivované Ca2+ kanály
� napětím řízené Ca2+ kanály
– ze zásob v ER:� PI3 receptor/kanál
� ryanodinový receptor/kanál– závislý na membránovém potenciálu (kosterní sval)
– závislý na Ca2+ (srdce, CNS)
![Page 11: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Kalmodulin (148 AMK)
� O tom jakou informaci Ca2+ signál nese, rozhoduje jeho
– LOKALIZACE
– FREKVENCE
– AMPLITUDA
obr.: Berridge et al., Nature 1998: 395, 645-648.
![Page 12: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Receptory pro signální molekuly na povrchu buňky
� Iontové kanály
� Receptory spřažené s G-proteiny
� Receptory s enzymatickou aktivitou:– samy mají enzymovou aktivitu:
receptorové tyrosinkinázy (př. inzulin, EGF)– asociované s tyrosinkinázou (př. cytokiny,
interleukiny)
Receptorové tyrosinkinázy
př.: Ras/MAPK
![Page 13: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Monomerní receptor-TK
Neaktivní RasGDP
Růstový faktor
P
P
P P
P
P
Vazba ligandu, dimerizace
receptoru, autofosforylace
![Page 14: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/14.jpg)
14
P
P
P P
P
PGRB2
SH2
SH3
P
P
P P
P
PGRB2
SH2
SH3
Sos (Guanine Nucleotide Exchange factor)
![Page 15: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/15.jpg)
15
P
P
P P
P
PGRB2
SH2
SH3
Sos (Guanine Nucleotide Exchange factor)
GTP
P
P
P P
P
PGRB2
SH2
SH3
Sos (Guanine Nucleotide Exchange factor)
GTP
Ras aktivován
![Page 16: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/16.jpg)
16
P
P
P P
P
PGRB2GTP
Ras
H2N
COOH
Raf (Ser/Thr kináza)
P
P
P P
P
PGRB2GTP
Ras
H2N
COOH
Raf (Ser/Thr kináza)
MEK (Ser/Thr i Tyr kináza)P
![Page 17: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/17.jpg)
17
P
P
P P
P
PGRB2GTP
Ras
H2N
COOH
Raf (Ser/Thr kináza)
MAPKKK: MAP Kinase Kinase Kinase
MEK (Ser/Thr i Tyr kináza)
MAPKK: MAP Kinase Kinase
P
PPP
ERK 1/2 (MAPK: Mitogen Activated
Protein kinase)
Obr. z katalogu Cell
Signaling Technology
![Page 18: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Signalizace do buněčného jádra
![Page 19: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Jak signál ovlivňuje funkce proteinů
� Modifikace struktury/ funkce stávajících proteinů
� Změna spektra /množství proteinů v buňce– .... regulace genové exprese
Regulace genové transkripce u eukaryot
![Page 20: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Model interakce více aktivátorů transkripce s mediátorovým komplexem
obr.: Lodish et al.: Molecular Cell Biology,
5. vyd., W.H.Freeman & Co., N.Y. 2004.
Eukaryotické transkripční faktory:
� Rozdělení podle strukturních motivů:– homeodomény
– zinkové prsty („zinc fingers“)
– leucinové zipy („leucine zippers“)
– bHLH (basic Helix-Loop-Helix) proteiny
![Page 21: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Eukaryotické transkripční faktory:
� Rozdělení podle způsobu exprese/regulace:– inducibilní
– konstitutivní
– ligandem aktivované
Inducibilní TFs: př. AP1 (Activator Protein 1)
� Jun family: c-Jun, JunB, JunD
� Fos family: c-Fos, FosB, Fra-1, Fra-2
TGACTCA
TRE [TPA (phorbol ester) response element]
Jun Fos
Jun Jun
Jun ATF
![Page 22: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Konstitutivní TFs: př. CREB
(cAMP/Ca2+ response element binding protein)
TGACGTCA
CRE [cAMP/Ca2+ response element]
CREB CREB
P
Ser133
Ligandem-aktivované TFs:Nadrodina jaderných receptorů
obr.: Lodish et al.: Molecular Cell Biology, 5. vyd., W.H.Freeman & Co., N.Y. 2004.
![Page 23: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Receptory pro glukokortikoidy a estrogeny jsou ligandem aktivované transkripční faktory,
které translokují do jádra
obr.: Lodish et al.: Molecular Cell Biology, 5. vyd., W.H.Freeman & Co., N.Y. 2004.
Signalizace do buněčného jádra
� do jádra jde– ligand
– receptor
– transkripční faktor
– jiná signální molekula (kinasa, druhý posel)
![Page 24: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Kaskáda transkripční odpovědi
Second
messengers
Kinase
activation &
Nuclear
translocation
Constitutive
transcription
factors
Inducible
transcription
factors
Target genes
obr.: Pláteník et al., Life Sci. 2000: 67, 335-364.
Amplifikace signálu
© GARLAND PUBLISHING 1998
![Page 25: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Integrace signálu
Buňka reaguje na souhrn signálů:
![Page 26: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Cross-talk signálních drah
Cross-talk signálních drah
![Page 27: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Analýzy genomu (Science 291, 2001):
Lidský kinom:
518 kinas
(Science 298, 2002)
Zdroj obr.:
Cell Signaling Technology
![Page 28: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/28.jpg)
28
“MASTER SWITCH”:Jeden gen/protein vládnoucí všem ...
Protein A Protein B Protein C Protein D
Horb, M.E., et al.: Experimental conversion of liver to pancreas.
Current Biology, 13, 105 - 115, (2003).
� Transientní exprese jediného genového konstruktu, kódující modifikovaný klíčový TF Pdx1, změní trvale jaterní buňku na pankreatickou, produkující inzulin, glukagon a amylasu...
![Page 29: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Somatické buňky lze přeprogramovat na pluripotentní kmenové buňky !
fibroblastiPS
kardiomyocyty hepatocyty
Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc
Takahashi K & Yamanaka S. Cell 126, 2006, 663-676
neurony
Obr. z: Yamanaka S. Cell 137, 2009, 13-17.
![Page 30: Základy buněčné signalizacerecombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation of bioengineered tooth germs into the lost](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040822/5e6c0aa708da340d900ef79d/html5/thumbnails/30.jpg)
30
A blueprint of stem cell-based tooth regeneration with a scaffold-free approach. Schematic
procedures of stem cell-based scaffold-free tooth regeneration in humans. The procedures include
induction of iPSCs or epithelial derived stem cells into epithelial (epi.) sheets and induction of iPSCs or
dental mesenchymal (mes.) stem cells into mesenchymal masses with odontogenic potential, tissue
recombination, in vitro organ culture of the recombinants to the late bud or early cap stage, implantation
of bioengineered tooth germs into the lost tooth sites of patients, and regeneration of functional
replacement teeth.
Zhang and Chen Cell Regeneration 2014 3:8 doi:10.1186/2045-9769-3-8
“When dental stem cell therapies become routine it will be
historic, and the most fantastic time to practice as a dentist.”
http://singularityhub.com/2012/05/10/toothless-no-more-researchers-using-stem-
cells-to-grow-new-teeth/
Citát: prof. Peter Murray, College of Dental Medicine, Nova Southeastern
University