Öregedéssel kapcsolatos intracelluláris betegségek

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

ÖREGEDÉSSEL KAPCSOLATOS INTRACELLULÁRIS BETEGSÉGEK

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

Kvell KrisztiánA Gerontológia Molekuláris és Klinikai Alapjai – 28. előadás

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Transzkripció

Poszt-transzkripció

DNS

RNS

mRNS

Transzláció

mRNS

SejtmagFehérje

Poszt-transzlációKovalens módosulás

ChaperonokKofaktorok

Folding

Lebontás Funkció

Aggregáció Szabályozás

A fehérjék poszt-transzlációs sorsa

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Fehérje turnover

Proteoszóma aktivitás csökken

Fehérjék oxidatív

módosulása

Fehérje-szintézis

Stressz

Fehérjék

Hydroxy-nonenal fehérje

módosulás

Glikálás

KülsőBelső

Fehérje módosulások stressz következtében

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• A lizoszómák nem képesek maradéktalanul megemészteni az elöregedett fehérjéket

• Maradék: barnás-sárgás, autofluoreszcens, elektron-denz granulum: lipofuscin, ceroid, öregségi pigment

• Megnövekedett oxidáció, különösen vas jelenlétében

• A mitokondriumok a lipofuscin fő forrásai

• A neuronok perikaryonjának akár 75%-t teheti ki

• Amyloid képződés Alzheimer és Parkinson kórban

Lipofuscin, lizoszómális szemét

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

BACE

-secretáz

NICD

Notch

APP

Aβ

APP citoplazmafragmens

Aβ plakk

Oxidatív stressz

Sejt diszfunkció és

halál

Neuronális plaszticitásértés idegrendszeri fejlődésért

felelős gének

Endoplazmásretikulum

Sejtmag

Neuron belseje

Ca2+

Ca2+

Neuron EC Ab plakk és hatásai

PEN-2

Presenilin-1

APH-1

Nicastrin

PEN-2

Presenilin-1

APH-1

Nicastrin

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Dimerizációnatív állapotban

Protofibrillum csomózódás

Fibrillum csomózódás

Misfold vagy globulus,amyloid-keltő?

Denaturált állapotú monomerek

Kolloidátalakulás/folding

Strukturálatlanaggregátum

Kis amyloid-keltőoligomerek

Amyloid magok

Natív monomerállapot

Natív dimerállapot

Amyloid magok

FilamentumÉrettFibrillumProtofibrillum

Protofibrillumelongáció

Fibrillumelongáció

Filamentum elongáció

Részlegesdenaturáció

Teljesdenaturáció

Amyloid-keltőaggregáció

Polimerizáció

Nem-specifikusaggregáció

INKUBÁCIÓS FÁZIS NÖVEKEDÉSI FÁZIS

Amyloid fibrillumok fejlődése és növekedése

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Dimerizációnatív állapotban

Protofibrillum csomózódás

Fibrillum csomózódás

Misfold vagy globulus,amyloid-keltő?

Denaturált állapotú monomerek

Kolloidátalakulás/folding

Strukturálatlanaggregátum

Kis amyloid-keltőoligomerek

Amyloid magok

Natív monomerállapot

Natív dimerállapot

Amyloid magok

FilamentumÉrettFibrillum

Proto-fibrillum

Protofibrillumelongáció

Fibrillumelongáció

Filamentum elongáció

Részlegesdenaturáció

Teljesdenaturáció

Amyloid-keltőaggregáció

Polimerizáció

Nem-specifikusaggregáció

INKUBÁCIÓS FÁZIS NÖVEKEDÉSI FÁZIS

Amyloid fibrillumok fejlődése és növekedése

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• Spontán változások

• Depurináció és depirimidináció

• Deamináció

• Egyesláncú törések

• Spontán metiláció

• Glikáció

• Keresztkötés

Nem-oxidatív DNS károsodás I.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• Bioszintézis hibák

• Transzkripciós hibák

• Transzlációs hibák

• Racemizáció és izomerizáció

• Deamidálás (aszparagin és glutamin)

• Reaktív karbonil-csoportok (nem-oxidatív)

• Szerin defoszforiláció

Nem-oxidatív fehérje károsodás II.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• Fehérje turnover (magas turnover = öregedést ellensúlyozó hatás, hígulás)

• Stressz fehérjék fokozott szintje, chaperonok, ubiquitin (hormesis, edzés)

• Intramitokondriális proteolizis (Lon proteáz, miscoded és oxidált fehérjék, EGF↑)

Nem-oxidatív fehérje károsodás modulációja

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

CR→éhezés → hipoglikémia → csökkent EC és IC glikáció

• Alacsonyabb inzulin szint, magasabb proteoszóma aktivitás

• Magasabb NADPH arány, glutathion redukált formában tartása

CR és nem-oxidatív fehérje károsodás

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• 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)

Transzkripciós és transzlációs szabályozás zavara öregedés során

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Amyloid fibrillumok AFM-el

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Amyloid depozit

Nyelőcső

Amyloid depozitumok szövettani képe

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• Fő nem-lizoszomális proteolitikus gépezet• Aktivitások:– Chimotripszin-szerű (CT-szerű)– Tripszin-szerű (T-szerű)– Peptidil-glutamil peptid hydroláz (PGPH)• Nem csak ‘housekeeping’ funkció:– Apoptosis– Sejtciklus– Sejt differenciáció

Proteoszóma funkciók

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• Oxidált, ubiquitinált fehérjék lebontása

• A proteoszóma funkció csökken idős korban

• Makromolekulák fokozott módosulásai

• Fokozott terhelés, csökkent hatékonyság, emiatt ideg- és és immunrendszeri öregedés

Proteoszóma funkció öregedés során

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• Csökkent inzulin szint, fokozott proteoszóma aktivitás

• CR visszaállítja a PGPH aktivitást (amely 50%-al csökkent öregedésben)

• Fenntartja / stimulálja a proteoszóma subunit (Rpt5) és aktivátor (PA 28 a subunit) expressziót

• Egészséges százévesekben normális a proteoszóma aktivitás

Proteoszóma funkció és CR

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• 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

Proteoszóma funkció és immunológiai öregedés

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• CT-aktivitás csökken (kivéve cerebellum / agytörzs)

• A proteoszóma hanyatlása sebezhetővé teszi a neuronokat

• Sérült fehérjék felgyülemlése, aggregációja

• Elszaporodó Lewis testek, huntingtin fragmensek

• Aktív szerep Alzhemier és Parkinson-kórban

• Lipofuscin felgyülemlése, küszöbérték jelenség

Proteoszóma funkció és idegrendszeri öregedés

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Fúzió

Sequestratio

LC3-II

LC3-I

Atg5Atg1

2Atg1

6

Atg3

Atg4

Atg7

Atg7

Atg10

Raptor

PRAS40

Atg1

VPS15

PI3K III

mTOR

Autophagia indukciója

Aminosavak

Apoptózis

Phagophor

Lizoszóma

Autophagoszóma Autophagolizoszóma

Bcl-xLApaf-

1

Autophagia és IC lebontás

Genotoxikus stressz/p53

AMPKjelátvitel

MAPK / Erk1/2jelátvitel

PI3K / Aktjelátvitel

Beclin1

GβL

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

átalakulás

normál prion kóros prion

Prion fehérje átalakulása

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

NORMÁL

CJD

KURU

SCRAPIE

Prion betegségek szövettani képe

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

• LaminA mutáció (sérülékeny mag-envelope)

• Elsősorban a mesenchymális szöveteket érinti

• HGPS sejtek stressz-tűrő képessége csökkent

• Gyors progéria, korai halál

Hutchinson-Guilford progéria

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

N BAFBAF

BAF

BAF

Nurim

LBR

C

N

C

LAP-1

N

CEmerin MAN-1

N

C

LAP2β

N

C

N

C

Kromatin

Kromatin

Lamin A/C

Lamin B

LAP2α

Magpóruskomplexum

Endoplazmatikusretikulum

Belső membrán

Külső membrán

Citoplazma

MagplazmaHP1

N

C

LEM domén

Mag envelope összetétele

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

TÖRÉKENY MAGKROMATIN ÁTRENDEZŐDÉS

IM FEHÉRJÉK KÓROSMEGJELENÉSE AZ ER—BEN

ER RETENCIÓ

MAG RÖGZÍTÉSE

Külső membránLAP

Megpórus komplexum

Endoplaplazmatikus Retikulum

Belső membrán

Emerin

Heterokromatin

Aktin

SUN/ANC

Laminok

Mag envelope instabilitás