růstový faktor
buněčná membrána
mutace snižuje GTPázovou aktivitu Ras a tím prodlužuje stimulaci růstovým faktorem Sos Grb2
Ras GTP
Raf
lá stá
P
ula
stim ce
MEK P
ERK P
jádro
proliferace transkripční faktory
3.6 Mutace molekuly Ras může způsobit snížení jeho schopnosti štěpit GTP. Buňka pak může být stimulována k buněčnému dělení i v nepřítomnosti růstového faktoru. Protoonkogen Ras se mutací změnil na onkogen.
3.1.5 Poruchy funkcí buňky závislých na změněné genové expresi Transkripční faktory, které jsou na konci aferentních signálních drah, cíleně řídí (zesilují nebo naopak tlumí) přepis genů. Vazba transkripčního faktoru na specifickou vazebnou sekvenci je důležitou, nikoliv však dostačující podmínkou pro přepis genů. Ten je ovlivněn také stavem chromatinu (epigenetickými faktory) nebo tím, zda transkripční faktor není ve své funkci inhibován, např. interakcí s jiným proteinem. Výsledkem přepisu určitého genu je RNA produkt. Soubor všech těchto RNA molekul produkovaných buňkou se označuje jako transkriptom. Transkriptom zahrnuje RNA s různými funkcemi. Jen část těchto RNA kóduje strukturní a funkční proteiny buňky, mezibuněčné hmoty a endokrinních, parakrinních a autokrinních signálních molekul. Ribozomální rRNA a transferové tRNA jsou zásadní pro syntézu proteinů na ribozomech. MikroRNA, anti-sense interferující transkripty nebo dlouhé nekódující RNA významně ovlivňují tvorbu proteinů tím, že ovlivňují intenzitu přepisu specifických mRNA do proteinů.
Soubor všech proteinů exprimovaných v určité situaci v buňce se označuje jako proteom. Obecně tedy buňka reaguje na přijetí signálu změnou proteomu. 98
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS290539
Většina proteinů pro svoji další funkci vyžaduje post-translační úpravy, jakými jsou například glykosylace, fosforylace, tvorba cysteinových můstků, proteolytické štěpení apod.
Porucha genové exprese a její regulace v odpovědi buňky na určitý signál je příčinou nebo součástí patogeneze mnoha patologických stavů. V Rettově syndromu je přítomna mutace v genu MECP2 kódujícím protein, který reguluje transkripci řady cílových genů. Projevuje se vážným narušením vývoje mozku s následky na vývoj kognitivních funkcí a verbálních schopností, zpomalením růstu, poruchami pohybového aparátu a progresivní demencí.
Poruchy proteinové syntézy a post-translačních úprav proteinů nemusí vzniknout pouze v důsledku mutací, ale také následkem působení některých vnějších vlivů, např. bakteriálních toxinů. Toxin z bakterií Corynebacterium diphtheriae (původce záškrtu) katalyzuje post-translační modifikaci faktoru EF-2, který se podílí na syntéze proteinů na ribozomech, a tím inaktivuje proteosyntézu buňky. To vede k poškození buněk sliznice dýchacích cest a jejich odumírání, stejně jako k poškození buněk srdce a ledvin. Toxin produkovaný bakterií Shigella dysenteriae (původce úplavice) napadá buňky renálního epitelu a glomerulární endotel a inhibuje v nich proteosyntézu (podklad renálního postižení při úplavici).
3.1.6 Buněčné dělení a jeho role v patologických procesech Buněčné dělení je základem vývoje tkání a orgánů a podmiňuje funkci některých tkání během celého života (krvetvorba, epitely sliznic, epidermis kůže, reakce imunitního systému), jakož i regeneraci a reparaci tkání po jejich poškození. Buněčné dělení je řízeno signály, které buď buněčné dělení indukují („mitogeny“) nebo inhibují. Buněčné dělení (mitóza) je završením několikahodinové přípravy buňky v tzv. buněčném cyklu. Tato příprava spočívá ve vysoce zákonitém sledu molekulárních dějů, syntéze specifických proteinů a jejich následné degradaci, které na sebe přesně navazují. Buněčné dělení je spojené se zvýšenou možností poškození genetické informace buňky při její replikaci. Buněčný cyklus Buněčná proliferace je výsledkem dělení buněk. Rozdělení buňky na dvě buňky dceřiné je vyvrcholením dějů, které se označují jako buněčný cyklus. V buněčném cyklu dochází k přísně regulované a načasované fosforylaci a defosforylací specifických proteinů a transkripcí specifických genů. Z hlediska těchto změn lze rozlišit tři fáze buněčného cyklu, G1 fázi, S fázi a G2 fázi, a mitotické dělení (Obr. 3.7). Buněčný cyklus trvá v lidských tkáních nejméně 6–8 hodin, ale může trvat i desítky hodin. Buňky mohou dlouhodobě setrvávat v klidovém stavu G0, aniž by se připravovaly k dělení. V G0-stavu proteiny Rb (z retinoblastoma), p107 a p130 váží transkripční faktory E2F, které tím inaktivují. Pod vlivem růstových faktorů působících na buňku jsou proteiny Rb, P107 a p130 fosforylovány a transkripční faktory E2F se uvolní. To vyvolá expresi cyklinů D1,2,3, které aktivují cyklindependentní kinázy (cdk-kinázy). To zahájí přípravu buňky k buněčnému dělení. Aktivita cdk-kináz je regulována cyklickou akumulací a následnou degradací cyklinů
99
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS290539
E
A
S
cdk1
cdk2 G2 růstový faktor
D
cdk4/6
P
cdk1
fáz e M m eta f áze an af áz e
pRb
e áz lof te
E2F D
pro
G1
cdk4/6
D cyklin
B
P G0
E2F
pRb
3.7 Buněčný cyklus vedoucí k rozdělení buňky (proliferaci) je řízený přesným sledem syntézy, aktivace, inhibice a proteolýzy řady specifických molekul. Ty mohou být příčinou poruch působící zvýšenou nebo sníženou buněčnou proliferaci a mohou být také cílem terapeutických zásahů. A, B, D a E jsou různé cykliny; cdk (cycle dependent kinase) jsou kinázy řízené cykliny.
v průběhu jednotlivých fází buněčného cyklu (Obr. 3.8). V G1 fázi je buňkou kontrolována kvalita DNA (kinázami ATM a ATR), dochází k jejím opravám a případně k indukci apoptózy. Důležitým atributem G1 fáze je přepis genů pro specifické enzymy, které jsou potřebné pro následnou replikaci DNA („enzymy S-fáze“). Těmi jsou např. dihydrofolátreduktáza, tymidin-kináza, ribonukleotidreduktáza, thymidylátsyntetáza, DNA polymerázy, topoizomerázy a další. Během S fáze buněčného cyklu („syntetické fáze“) se genetická informace buňky zvojnásobí, replikuje. Syntéza DNA probíhá postupně a řízeně v různých částech chromozomů a současně dochází k přepisu genů pro jaderné histony a jaderné nehistonové proteiny a produkci těchto proteinů. Nepřesnosti v přepisu DNA jsou opravovány, na čemž se podílí exprese genu pro protein p53 indukovaná těmito chybami. V případě neopravitelných poruch v replikaci genomu, může tento protein iniciovat zánik buňky apoptózu. V průběhu S fáze se zvyšuje obsah DNA v buňce z množství odpovídajícímu diploidnímu počtu chromozomů (2N) na dvojnásobek (4N). Nepatrný úbytek DNA je způsobený tím, že konce chromozomů, tzv. telomery, nejsou přepsány až do úplného konce. Postupné zkracování telomer při každém cyklu buněčného dělení způsobuje, že buňka po mnoha cyklech dělení nakonec ztratí schopnost k buněčnému dělení. Některé buňky mohou, pomocí specifického enzymu telomerázy, prodloužit konec telomery a počet buněčných dělení pak u nich není omezen. Telomeráza je často aktivní v nádorově transformovaných buňkách. V následné fázi G2 buňka duplikuje cytoplazmatické organely. Před rozdělením je opět kontrolována kvalita přípravy v „kontrolním bodě“. Mitotické dělení buňky trvá asi 20–30 minut, je řízené cykliny spolu s cdk kinázami a fosforylací a defosforylací specifických proteinů. Buněčný cyklus je cílem působení některých protinádorových léků. Jeho poruchy jsou zřejmě odpovědné za odchylky ve tvaru a v počtu chromozomů, které se častěji vyskytují v buňkách nádorů. Vedle „motorů“ buněčného cyklu, kterými jsou komplexy cyklinu s cdk kinázami, existují také
100
Ukázka elektronické knihy