Információ

12.6A: Elsődleges immunhiányos betegségek – Biológia

12.6A: Elsődleges immunhiányos betegségek – Biológia



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Az elsődleges immunhiányok olyan rendellenességek, amelyekben a szervezet immunrendszerének egy része hiányzik, vagy nem működik megfelelően.

Tanulási célok

  • Ismertesse az elsődleges immunhiányos rendellenességeket, és magyarázza el, milyen kezelési lehetőségek állnak rendelkezésre

Főbb pontok

  • Ahhoz, hogy elsődleges immunhiánynak minősüljön, az immunhiány oka nem lehet másodlagos természetű (más betegség, gyógyszeres kezelés vagy a környezet méreganyagoknak való kitettsége).
  • A legtöbb elsődleges immunhiány genetikai rendellenesség; a legtöbbet egy év alatti gyermekeknél diagnosztizálják, bár az enyhébb formákat felnőttkorig nem ismerik fel.
  • Az elsődleges immunhiány pontos tünetei a hiba típusától függenek, de általában magukban foglalják a visszatérő vagy tartós fertőzéseket vagy a fertőzés következtében fellépő fejlődési késést.

Kulcsfontossagu kifejezesek

  • genetikai rendellenesség: Gének vagy kromoszómák rendellenességei által okozott betegség, különösen a születés előtti állapot. A legtöbb genetikai rendellenesség meglehetősen ritka, és több ezer vagy millió emberből egy embert érint.
  • immunhiány: A szervezet természetes immunrendszerének vagy annak valamely összetevőjének kimerülése.

Az elsődleges immunhiányok olyan rendellenességek, amelyekben a szervezet immunrendszerének egy része hiányzik vagy nem működik megfelelően. Ahhoz, hogy elsődleges immunhiánynak minősüljön, az immunhiány oka nem lehet másodlagos természetű (más betegség, gyógyszeres kezelés vagy a környezet méreganyagoknak való kitettsége okozza). A legtöbb elsődleges immunhiány genetikai rendellenesség; a legtöbbet egy év alatti gyermekeknél diagnosztizálják, bár az enyhébb formákat felnőttkorig nem ismerik fel.

Tünetek

Az elsődleges immunhiány pontos tünetei a hiba típusától függenek. Általában az immunhiány diagnózisához vezető tünetek és jelek közé tartoznak a visszatérő vagy tartós fertőzések, vagy a fertőzés következtében fellépő fejlődési késés. Különleges szervi problémák; mint például a bőrt, a szívet, az arcfejlődést és a csontrendszert érintő betegségek; bizonyos körülmények között jelen lehet. Mások hajlamosak az autoimmun betegségekre, ahol az immunrendszer megtámadja a szervezet saját szöveteit vagy daganatokat (néha a rák bizonyos formáit, például a limfómát). A fertőzések természete, valamint a további jellemzők támpontokat adhatnak az immunhiba pontos természetéhez.

Diagnosztikai tesztek

Az immunhiány gyanúja esetén végzett alapvető vizsgálatoknak tartalmazniuk kell a teljes vérképet (beleértve a pontos limfocita- és granulocitaszámot) és az immunglobulinszinteket. Az antitestek három legfontosabb típusa az IgG, IgA és IgM.

A feltételezett rendellenességtől függően további vizsgálatokat végeznek:

  • A különböző típusú mononukleáris sejtek mennyiségi meghatározása a vérben (limfociták és monociták): a T-limfociták különböző csoportjai (sejtfelszíni markereiktől függően, pl. CD4+, CD8+, CD3+, TCRα és TCRγ); B-limfociták csoportjai (CD19, CD20, CD21 és immunglobulin); természetes gyilkos sejtek és monociták (CD15+); valamint aktivációs markerek (HLA-DR, CD25, CD80 (B-sejtek)
  • A T-sejtek működésére vonatkozó tesztek: bőrtesztek késleltetett típusú túlérzékenység, sejtválaszok mitogénekre és allogén sejtekre, sejtek citokintermelése
  • B-sejtfunkció-vizsgálatok: rutin immunizálások és gyakran szerzett fertőzések elleni antitestek, IgG alosztályok mennyiségi meghatározása
  • Fagocita működési tesztek: nitro kék tetrazólium-klorid redukciója, kemotaxis vizsgálatok, baktericid hatás

A számos primer immunhiány ritkasága miatt a fenti vizsgálatok közül sok nagyon speciális, és általában kutatólaboratóriumokban végzik el.

Immunhiányos rendellenességek

Genetikai immunhiányos rendellenességek esetén mind a T-limfociták, mind pedig gyakran a B-limfociták – az adaptív immunitás szabályozói – diszfunkcionálisak vagy számuk csökkent. A fő tagok a súlyos kombinált immunhiány (SCID) különféle típusai.

Primer antitest-hiány esetén az immunglobulin egy vagy több izotípusa lecsökken, vagy nem működik megfelelően. Ezek a plazmasejtek által termelt fehérjék általában a kórokozókhoz kötődnek, és elpusztítják azokat.

Számos szindróma, köztük a következők, elkerüli a formális besorolást, de egyébként bizonyos klinikai vagy immunológiai jellemzők alapján felismerhetők:

  • Wiskott-Aldrich szindróma
  • DNS-javítási hibák, amelyek nem okoznak izolált SCID-t; például ataxia telangiectasia és ataxia-szerű szindróma
  • DiGeorge-szindróma (ha csecsemőmirigy-rendellenességgel társul)
  • Különféle immun-csontos dysplasiák (a csontváz rendellenes fejlődése immunproblémákkal); például porc-szőr hypoplasia, Schimke-szindróma

Bizonyos körülmények között, beleértve a következőket is, az immunrendszer egyes részeinek szabályozása, nem pedig belső aktivitása a domináns probléma:

  • Immunhiány hipopigmentációval vagy albinizmussal; például a Chediak-Higashi-szindróma, a kettes típusú Griscelli-szindróma
  • Családi hemophagocytás lymphohistiocytosis; például perforin hiány, MUNC13D hiány, syntaxin 11 hiány
  • X-hez kötött limfoproliferatív szindróma

A fagociták azok a sejtek, amelyek elnyelik és lenyelik a kórokozókat (fagocitózis), és vegyszerekkel elpusztítják azokat. A monociták/makrofágok, valamint a granulociták képesek erre a folyamatra. Bizonyos körülmények között vagy a fagociták száma csökken, vagy funkcionális kapacitásuk károsodik. Számos ritka állapot a veleszületett immunrendszer hibáira vezethető vissza, amely a fejlettebb limfocitákhoz kapcsolódó rendszerektől független alapvető védelmi vonal. Ezen állapotok közül sok bőrproblémákkal jár.

A fertőzésekre való hajlam helyett a legtöbb autoinflammatorikus rendellenesség túlzott gyulladáshoz vezet. Sokan időszakos lázszindrómákként jelentkeznek. Különböző szerveket érinthetnek közvetlenül, valamint hajlamosíthatnak az amiloid lerakódásához vezető hosszú távú károsodásra.

A komplementrendszer a veleszületett, valamint az adaptív immunrendszer része; ez a keringő fehérjék egy csoportja, amely képes megkötni a kórokozókat és membrántámadó komplexumot alkot. A komplement hiánya ezen fehérjék bármelyikének hiányának az eredménye. Hajlamosíthatnak fertőzésekre, de autoimmun állapotokra is.

Kezelés

Az elsődleges immunhiány kezelése elsősorban a rendellenesség természetétől függ. Ez az antitesthiányok immunglobulinpótló terápiájától – intravénás immunglobulin (IVIG) vagy szubkután immunglobulin (SCIG) formájában – a vérképző őssejt-transzplantációig terjedhet SCID és más súlyos immunhiány esetén. A SCID ma már csontvelő-transzplantációval is kezelhető. Javasolható a kórokozóknak való kitettség csökkentése, és sok esetben profilaktikus antibiotikumok alkalmazása javasolt.


12.6A: Elsődleges immunhiányos betegségek – Biológia

12. A szív- és érrendszer és a nyirokrendszer

Az előző fejezetben megismerkedtünk a vérrel – összetevőivel és funkcióival. Ebben a fejezetben megvizsgáljuk, hogyan kering a vér az egész testben az erek és a szív vizsgálatával. Megismerjük a nyirokrendszert alkotó érhálózatot és egyéb struktúrákat is. A szív és az erek, valamint a nyirokrendszer együttesen alkotják a keringési rendszert.

Szív-és érrendszer

A szív- és érrendszer a szívből – egy izompumpából, amely ritmikusan összehúzódik, és biztosítja a vért mozgató erőt – és az erekből – egy tubulusrendszerből áll, amelyen a vér áramlik (12.1. ábra). A vér folyamatosan oxigénnel és tápanyagokkal látja el a szervezet sejtjeit, és elszállítja az anyagcsere salakanyagokat, így azok nem tudják megmérgezni a sejteket.

12.1. ÁBRA. A szív- és érrendszer (szív és erek) diagramos képe. Ebben a fejezetben a piros a magas oxigéntartalmú vért jelöli. A kék azt jelzi, hogy a vér alacsony oxigéntartalmú.

Miért olyan kritikus a szív- és érrendszer a túlélés szempontjából? Ez a test közlekedési hálózata, amely bizonyos tekintetben hasonlít az országon belüli autópályákhoz. Testünk túl nagy és bonyolult ahhoz, hogy önmagában diffúziót végezzen ahhoz, hogy hatékonyan eloszthassa az anyagokat. A kardiovaszkuláris rendszer eszközt biztosít a létfontosságú vegyi anyagoknak a test egyik részéből a másikba történő elég gyors elosztására az élet fenntartásához. A szív- és érrendszer azonban több, mint egy passzív csőrendszer. A pulzusszámot és bizonyos erek átmérőjét folyamatosan módosítják a szervezet változó szükségleteinek megfelelően.

· A szív- és érrendszer egy pumpából – a szívből – és egy véredényhurokból áll. A test minden szerve folyamatos vérellátást igényel az oxigén és tápanyagok szállításához, valamint a salakanyagok eltávolításához. Ez a vérellátás különösen fontos a szív számára – a test legkeményebben dolgozó izmának. Ha a szív erei eltömődnek, lépéseket kell tenni a megfelelő véráramlás helyreállítására.

Véredény

Percenként egyszer, vagyis körülbelül 1440-szer minden nap a vér egy életfenntartó körön mozog. Az erek köre kiterjedt. Valójában, ha egy átlagos felnőtt testében az összes edényt egymás után helyeznénk el, körülbelül 100 000 km-re (60 000 mérföldre) nyúlnának, ami elég hosszú ahhoz, hogy kétszer megkerülje a Föld egyenlítőjét!

Az erek nem alkotnak egyetlen hosszú csövet. Ehelyett elágazó hálózatokba rendeződnek. A testen áthaladó minden egyes körfolyamat során a vér az artériákban távozik a szívből, amelyek elágazva szűkebb ereket, úgynevezett arteriolákat hoznak létre. Az arteriolák mikroszkopikus méretű erek hálózataiba, úgynevezett kapillárisokba vezetnek, amelyek lehetővé teszik az anyagok cseréjét a vér és a testsejtek között. A kapillárisok végül összeolvadnak, és venulákat képeznek, amelyek viszont egyesülve nagyobb csöveket képeznek, amelyeket vénáknak neveznek. A venulák és vénák visszavezetik a vért a szívbe.

Minden véredénynek van néhány közös vonása, de mindegyik típusnak megvannak a maga sajátosságai, és csodálatosan alkalmazkodtak sajátos funkciójához (12.2. ábra). A véredény üreges belsejét, amelyen keresztül a vér áramlik, lumennek nevezik. A lumenen átáramló vérrel érintkező belső bélés egyszerű laphámból áll (azok a lapított, szorosan illeszkedő sejtek, amelyekkel a 4. fejezetben találkoztunk). Ez az endotéliumnak nevezett bélés sima felületet biztosít, amely minimálisra csökkenti a súrlódást, így a vér könnyen áramlik. A lumen és az endotélium minden véredényre jellemző.

12.2. ÁBRA. Az erek szerkezete

Az artériák izmos csövek, amelyek elszállítják a vért a szívből, és gyorsan eljuttatják a test szöveteihez. Mint már említettük, az artériák falának legbelső rétege az endotélium. Közvetlenül az endotéliumon kívül van egy középső réteg, amely rugalmas rostokat és körkörös simaizomrétegeket tartalmaz. A rugalmas rostok lehetővé teszik az artériák megnyúlását, majd visszatérnek eredeti alakjukba. A simaizom lehetővé teszi az artéria összehúzódását. Az artériás fal külső rétege egy kötőszövet burok, amely rugalmas rostokat és kollagént tartalmaz. Ez a réteg erősíti az artériás falat, és rögzíti az artériát a környező szövetekhez.

Az artéria középső rétegében lévő elasztikus rostok két fontos funkciót töltenek be: (1) segítik az artériát elviselni a nyomássokkot, amelyet a szív összehúzódásakor beléjük áramló vér okoz, és (2) segítenek fenntartani a viszonylag egyenletes nyomást az artérián belül. artéria, annak ellenére, hogy a rajta áthaladó vér mennyisége nagymértékben megváltozik. Fontolja meg például, mi történik, amikor a szív összehúzódik, és vért küld az aortába, a test fő artériájába. Minden szívverés 70 ml (körülbelül egynegyed csésze) vért okoz az aorta falának, mint egy szökőár. A merev cső nem tudta ellenállni az ismétlődő nyomáslökéseknek, de az artéria rugalmas falai minden vérhullámmal megnyúlnak, és visszatérnek eredeti méretükbe, amikor a hullám túllép ezen, és nem szakaszos hullámokat, hanem folyamatos véráramot eredményez.

Az artériák váltakozó tágulása és visszarúgása nyomáshullámot, úgynevezett pulzust hoz létre, amely minden szívveréssel együtt mozog az artériák mentén. Így a pulzusszám megegyezik a pulzusszámmal. Érezze a pulzust, ha ujjaival enyhén összenyomja a testfelszín közelében található artériát, például a csuklónál vagy az állkapocs szöge alatt.

Amint korábban említettük, az artéria falának középső rétege simaizomzatot is tartalmaz, amely lehetővé teszi az artéria összehúzódását. Amikor ez a körkörös izom összehúzódik, és a lumen átmérője szűkül, ezt a folyamatot érszűkületnek nevezik, a véráramlás az artérián keresztül csökken. Másrészt, amikor a simaizom ellazul, és az artériás lumen átmérője megnő, ezt a folyamatot értágulatnak nevezik, megnő a véráramlás az artérián keresztül. A simaizom a legjobban a kis és közepes méretű artériákban fejlődik ki. Ezek az artériák a vér eloszlásának szabályozására szolgálnak, és az áramlást a test szükségleteihez igazítják.

Látjuk az artéria falának erősségének fontosságát, amikor az meggyengül, ami betegség, gyulladás, sérülés vagy születési rendellenesség miatt fordulhat elő. Amikor az artéria fala legyengül, a legyengült területen átáramló vér nyomása miatt a fal léggömbszerűen kifelé duzzad, aneurizmát képezve. A legtöbb aneurizma nem okoz tüneteket, de az állapot ugyanúgy fenyegető lehet. Az elsődleges kockázat az, hogy az aneurizma szétreped, és vérveszteséget okoz. Az edény által kiszolgált szövetek ezután oxigén- és tápanyagoktól lesznek megfosztva, ami végzetes lehet. Ha az aneurizma nem is szakad fel, életveszélyes vérrögök képződését okozhatja. A vérrög kiszabadulhat a képződés helyéről, és a keringési rendszeren keresztül lebeghet, amíg egy kis érbe nem kerül, ahol elzárhatja a véráramlást, és ezen a ponton túl a szövetek elhalását okozhatja. Egyes esetekben az aneurizma műtéti úton javítható. A vérrögök és az aneurizmák kialakulásának kockázatát fokozza a dohánytermékekben lévő nikotin.

A legkisebb artériák, az úgynevezett arteriolák, szabad szemmel alig láthatók. Falukban ugyanaz a három réteg található, mint az artériákban, de a középső réteg elsősorban simaizom, csak néhány rugalmas rosttal, a külső réteg pedig sokkal vékonyabb.

Az arterioláknak két rendkívül fontos szabályozó szerepe van. Először is, ők a vérnyomás elsődleges szabályozói, vagyis a vér nyomása az érfalakra (a fejezet későbbi részében lesz szó). Amikor az arteriolák falában lévő izom összehúzódik, a vérnyomás megemelkedik. Minél több az összehúzódó arteriolák száma, annál magasabb a vérnyomás. Az arteriolák falának ellazítása csökkenti a vérnyomást. Másodszor, a kapilláris hálózatok kapuőreiként szolgálnak. A kapilláris hálózat lehet nyitott vagy zárt, attól függően, hogy a hozzá vezető arteriola falában lévő simaizom átengedi-e a vért. Ily módon az arteriolák szabályozhatják a sejtekhez küldött vér mennyiségét az adott sejt azonnali szükségletei alapján. Az arteriolák folyamatosan reagálnak a hormonoktól, az idegrendszertől és a helyi körülményektől származó bemenetekre, módosítva a vérnyomást és az áramlást, hogy megfeleljenek a szervezet változó szükségleteinek.

A kapillárisok mikroszkopikus méretű erek, amelyek az arteriolákat és a venulákat kötik össze. A kapillárisok jól megfelelnek elsődleges funkciójuknak: a vér és a testsejtek közötti anyagcserének (12.3. ábra). A kapillárisfalak csak egy sejtréteg vastagságúak, így az anyagok könnyen mozognak a vér és a sejteket körülvevő folyadék között a kapillárison kívül. A kapilláris endothel sejtjeinek plazmamembránja hatékony és szelektív gát, amely meghatározza, hogy mely anyagok juthatnak át. Egyes anyagok, amelyek átjutnak a kapillárisok falán, nem jutnak át az endotélsejteken. Ehelyett ezek az anyagok a szomszédos endothelsejtek közötti kis réseken keresztül szűrnek át. A sejtek közötti rések éppen elég nagyok ahhoz, hogy bizonyos folyadékok és kis oldott molekulák áthaladjanak rajta.

A kapilláris hálózatok kialakítása lehetővé teszi, hogy a kapillárisokon keresztül a véráramlást úgy állítsák be, hogy a szükséges mennyiségű oxigént és tápanyagot szállítsák a test bizonyos területeinek szükségleteihez. Az Önt kiszolgáló hajszálerek hálózata merülni kezd a vízbe és úszni kezd, az emésztőszervek kapilláriságyai bezáródnak, a vázizmokban lévők pedig megnyílnak.

A kapillárisok együttesen óriási felületet biztosítanak a test és a vér közötti gyors anyagcseréhez. A kapilláriságyak nagyon közel hozzák a kapillárisokat szinte minden sejthez. A körmei ablakokat biztosítanak, amelyek lehetővé teszik, hogy értékelje azt a hatékonyságot, amellyel a kapilláris hálózatok elérik a test minden részét. Talán észrevette, hogy a köröm alatti szövet általában rózsaszín árnyalatú. A szín a számos kapillárison keresztül áramló vér eredménye. A körömre gyakorolt ​​enyhe nyomás hatására a szövet kifehéredik, ahogy a vér kiszorul ezekből a kapillárisokból.

A kapilláris olyan keskeny, hogy a vörösvértesteknek egyetlen reszelőn keresztül kell átnyomniuk. Méretük ellenére annyi kapilláris van, hogy együttes keresztmetszeti területük óriási, sokkal nagyobb, mint az artériáké vagy a vénáké. A kapillárisok nagy keresztmetszete miatt a vér sokkal lassabban áramlik rajtuk, mint az artériákon vagy vénákon. A lassabb áramlási sebesség a kapillárisokban több időt biztosít az anyagcserére (12.5. ábra).

12.5. ÁBRA. A kapillárisok olyan sokak, hogy teljes keresztmetszeti területük sokkal nagyobb, mint az artériák vagy vénák keresztmetszete. Így a vérnyomás csökken, és a vér lassabban áramlik, ahogy áthalad egy kapilláriságyon. A lassabb áramlási sebesség lehetővé teszi az anyagcserét a vér és a szövetek között.

A kapilláriságy után a kapillárisok összeolvadnak, és a legkisebb vénát, egy venulát alkotnak. Ezután a venulák egyesülnek, és nagyobb vénákat képeznek. A vénák olyan erek, amelyek a vért visszajuttatják a szívbe.

Noha a vénáknak van néhány szerkezeti jellemzője az artériákkal, van néhány fontos különbség is. A vénák falának ugyanaz a három rétege van, mint az artériák falában, de a vénák fala vékonyabb és a vénák lumenje nagyobb, mint az azonos méretű artériáké (lásd 12.2. ábra). A vékony falak és a nagy lumen lehetővé teszik, hogy a vénák nagy mennyiségű vért tartsanak. Valójában a vénák vértárolóként szolgálnak, és a szervezet teljes vérellátásának 65%-át tárolják.

Ugyanannyi vért kell visszavezetni a szívbe, mint amennyit a szívből kiszivattyúznak, de a vénákon keresztül a szívösszehúzódások által generált magas nyomás segítsége nélkül kell átvinni. A fejben és a nyakban természetesen a gravitáció segíti a vért a szív felé mozgatni.De hogyan lehetséges a vért a gravitációs erő ellenében mozgatni – például a lábtól vissza a szív felé (hacsak véletlenül a lábad nem volt a szádban)?

Három mechanizmus mozgatja a vért a test alsó részeiből a szív felé:

1. A vénákban lévő szelepek megakadályozzák a vér visszaáramlását. A vénák gyakran tartalmaznak szelepeket, amelyek egyirányú forgókarként működnek, lehetővé téve a vérnek a szív felé történő mozgását, de megakadályozva annak visszaáramlását. Ezek a billentyűk a véna nyálkahártyájából kiálló kötőszöveti zsebek, amint az a 12.6a ábrán látható.

Egy egyszerű kísérlettel kimutatható a vénás billentyűk hatékonysága. Hagyja, hogy a keze az oldala mellett lógjon, amíg a hátulsó erek kitágulnak. Helyezzen két ujjbegyet a másik kezéből az egyik kitágult véna végére, amely legközelebb van a csuklókhoz. Ezután az egyik ujjbegyet a véna végére nyomva hagyva a másikat a csukló felé mozgatva, erősen megnyomva és kinyomva a vért a vénából. Emelje fel az ujjbegyét a csukló közelében, és vegye észre, hogy a vér azonnal megtölti a vénát. Ismételje meg az eljárást, de ezúttal emelje fel az ujjbegyét a csukló közelében. Látni fogja, hogy a véna lapított marad, mert a billentyűk megakadályozzák a vér visszafelé áramlását.

2. A vázizom összehúzódása összenyomja a vénákat. Gyakorlatilag minden alkalommal, amikor egy vázizom összehúzódik, összeszorítja a közeli vénákat. Ez a nyomás a vért a szelepeken túl a szív felé tolja. A vért hajtó mechanizmus hasonló ahhoz, amely a fogkrémet a tubus fedetlen végéből kifröccsenti, függetlenül attól, hogy hol van benyomva a vénákban lévő szelepek, amelyek biztosítják, hogy a vér csak egy irányba áramoljon. Amikor a vázizmok ellazulnak, minden hátrafelé mozgó vér kitölti a szelepeket. Ahogy a billentyűk megtelnek vérrel, tovább nyúlnak a véna lumenébe, lezárják a vénát, és megakadályozzák a véráramlás irányának megfordítását (12.6b ábra). Így a vázizmok mindig összeszorítják a vénákat, és a vért a szív felé hajtják.

3. A légzés nyomásváltozásokat okoz, amelyek a vért a szív felé mozgatják. A mellkasi (mellkasi) üreg mérete megnő, amikor belélegzünk (lásd 14. fejezet). A tágulás csökkenti a nyomást a mellüregben, ugyanakkor növeli a nyomást a hasüregben. A vér természetesen az alacsonyabb nyomású régiók felé mozog. Így a mellüregben minden egyes lélegzetvétellel járó csökkentett nyomás visszahúzza a vért a szív felé. Ezenkívül a hasüregben megnövekedett nyomás összeszorítja a vénákat, és a vért is a szív felé kényszeríti.

12.6. ÁBRA. a) Egy véna mikroképe, amelyen egy billentyű látható. (b) A vénák belső felületén található zsebszerű billentyűk segítik a vér visszaáramlását a szívbe a gravitáció ellenében azáltal, hogy megakadályozzák a visszaáramlást.

Ha egy artériát elvágnak, a vér gyors spurtokban veszít. Ezzel szemben a vágott vénán keresztüli vérveszteség egyenletes áramlású. Mi magyarázza ezeket a különbségeket?

A szív körülbelül akkora, mint egy ököl, de egy hihetetlen izmos pumpa, amely létrehozza a vérkeringéshez szükséges erőt. Körülbelül 72-szer ver percenként, minden nap minden órájában – bár ez az arány az életkortól, a fizikai erőnléttől és az aktuális fizikai megterheléstől függően változik. A szív által végzett munka értékeléséhez percenként 70-szer felváltva szorítsa össze és lazítsa meg az öklét. Hány percbe telik, amíg a kezed izmai túlságosan elfáradnak a folytatáshoz? Ezzel szemben az egészséges szív nem fárad el. Naponta több mint 100 000-et üt, ami körülbelül 2 milliárd ütést tesz ki egy életen át. Ugyanilyen figyelemre méltó a szív által pumpált vér mennyisége. Valamivel kevesebb, mint 5 liter (10 pt) vért pumpál át percenként a kamráin, ami több mint 9400 litert (2500 gal) tesz ki naponta.

A szívnek három rétege van, amelyek mindegyike hozzájárul ahhoz, hogy a szív pumpaként működjön. A szív fala, az úgynevezett szívizom, többnyire szívizomszövet. A szívizom összehúzódásai felelősek a szív hihetetlen pumpáló működéséért. Az endocardium vékony bélés a szívüregekben. A súrlódás csökkentésével az endokardium sima felülete csökkenti a szíven keresztüli véráramlással szembeni ellenállást. A szívburok egy vastag, rostos zsák, amely a szívet a mellkasi (mellkasi) üreg közepén tartja, és a szív felszínén csúszik anélkül, hogy akadályozná annak mozgásait, még akkor is, ha azok erőteljesek.

Bár a szív egyetlen szerkezetnek tűnik, valójában két fele van, a jobb és a bal fele két külön pumpaként működik. Amint hamarosan látni fogjuk, a szív jobb oldala a vért a tüdőbe pumpálja, ahol oxigént vesz fel. A bal oldal pumpálja a vért a sejtekhez. A két szivattyút fizikailag egy válaszfal választja el, amelyet szeptumnak neveznek. A szív mindkét fele két kamrából áll: egy felső kamrából, amelyet pitvarnak (többes számban, pitvarnak) neveznek, és egy alsó kamrából, amelyet kamrának neveznek (12.7. ábra). A két pitvar a szívbe visszatérő vér befogadó kamrájaként működik. A két kamra a szív fő pumpájaként működik. A kamrák összehúzódása nagy nyomás alatt kiszorítja a vért a szívből. Amikor a szív munkájára gondolunk, valójában a kamrák munkájára gondolunk. Nem meglepő tehát, hogy a kamrák sokkal nagyobb kamrák, mint a pitvarok, és vastagabb, izmosabb falakkal rendelkeznek.

12.7. ÁBRA. (a) Az emberi szív, (b) A szív a mellkasi üregben található. (c) A vér a szíven keresztül áramlik a pitvarokból a kamrákba. (d) Az emberi szív ezen ábrája a négy kamrát, a szívhez csatlakozó főbb ereket és a két pár szívbillentyűt mutatja.

Amikor a kamrák összehúzódnak, mely szelepek nyílnak ki és melyek záródnak?

A félholdas szelepek kinyílnának, az AV szelepek pedig bezárulnának.

Két pár szelep biztosítja, hogy a vér csak egy irányba áramoljon a szíven keresztül. Az első pár az atrioventricularis (AV) billentyűk, amelyek mindegyike a pitvarból a kamrába vezet, amint az a 12.8. ábrán látható. Az AV billentyűk kötőszöveti lebenyek, úgynevezett csücskök, amelyeket a kamra falához horgonyoznak a chordae tendineae nevű kötőszöveti húrok – a szívhúrok. Ezek a húrok megakadályozzák, hogy az AV billentyűk visszacsapódjanak a pitvarokba a kamrák összehúzódása során kialakuló nyomás alatt. A szív jobb oldalán található AV-billentyűnek három szárnya van, és tricuspidalis billentyűnek nevezik. A szív bal oldalán található AV-billentyűnek két füle van, és kéthegyi vagy mitrális billentyűnek nevezik.

12.8. ÁBRA. A szívbillentyűk biztosítják a vér áramlását egy irányba.

A második szeleppár, a félhold-billentyűk mindegyike egy kamra és az azt összekötő artéria – az aorta vagy a pulmonalis artéria – között helyezkedik el. A félhold-billentyűk csücskei kis szövetzsebek, amelyek az adott artéria belső falához kapcsolódnak. Amikor az artériákban a nyomás nagyobb lesz, mint a kamrákban, ezek a szelepek megtelnek vérrel, hasonló módon, mint az ejtőernyő levegővel. Ily módon a félholdbillentyűk megakadályozzák a vér visszaáramlását a kamrákba az aortából vagy a tüdőartériából.

A véráramlás két köre

Mint említettük, a szív bal és jobb oldala két külön pumpaként működik, amelyek mindegyike más-más úton keringeti a vért, amint azt a 12.9. ábra mutatja. Vegye figyelembe, hogy a vér mindkét körben áthalad az artériákon, arteriolákon, kapillárisokon és venulákon, mielőtt a vénákon keresztül visszatérne a szívbe. A szív jobb oldala pumpálja a vért a tüdőkörön keresztül, amely a vért szállítja a tüdőbe és onnan. A szív bal oldala pumpálja a vért a szisztémás körön keresztül, amely a vért szállítja a testszövetekbe és onnan. Ez az elrendezés megakadályozza, hogy az oxigéndús vér (oxigénben gazdag vér) keveredjen alacsony oxigéntartalmú vérrel.

12.9. ÁBRA. A véráramlás körei. A szív jobb oldala pumpálja a vért a tüdőkörön keresztül, amely a vért szállítja a tüdőbe és onnan. A szív bal oldala pumpálja a vért a szisztémás körön keresztül, amely vért vezet a testszövetekbe és onnan.

A tüdőkör a jobb pitvarban kezdődik, amikor a vénák oxigénszegény vért juttatnak vissza a szisztémás körből. (A 12.9. ábrán nyomon követheti a vér szíven keresztüli áramlását a pulmonalis és szisztémás körökben, ahogy elolvassa a következő leírást.) A vér ezután a jobb pitvarból a jobb kamrába mozog. A jobb kamra összehúzódása rosszul oxigénezett vért pumpál a tüdőbe a tüdőtörzsön (a fő tüdőartérián) keresztül, amely kettéválik, és kialakul a bal és a jobb tüdőartéria. A tüdőben az oxigén a vérbe diffundál, a szén-dioxid pedig kidiffundál. Az immár oxigénben gazdag vér négy tüdővénán keresztül jut a bal pitvarba, mindegyik tüdőből kettő-két. (Megjegyzendő, hogy a pulmonalis keringés kivételt képez az általános szabály alól, miszerint az artériák oxigénben dús vért, a vénák pedig oxigénszegény vért szállítanak. A pulmonalis keringésben lévő erekre pontosan az ellenkezője igaz.) A tüdőkörön keresztül pumpált vér útvonala a szív jobb oldalán van

Jobb pitvar → AV billentyű (tricuspidális) → Jobb kamra → Pulmonalis félholdbillentyű → Tüdőtörzs → Tüdőartériák → Tüdők → Tüdővénák → Bal pitvar

A szisztémás kör akkor kezdődik, amikor oxigéndús vér belép a bal pitvarba (lásd 12.9. ábra). Ezután a vér a bal kamrába áramlik. Amikor a bal kamra összehúzódik, az oxigéndús vér a test legnagyobb artériáján, az aortán keresztül jut. Az aorta a szív tetején ível, és kisebb artériákat hoz létre, amelyek végül táplálják a testszövetek kapilláriságyait. A vénás rendszer összegyűjti az oxigénhiányos vért, és végül vénákban tetőzik, amelyek visszavezetik a vért a jobb pitvarba. Ezek a vénák a felső vena cava, amely a szív feletti régiókból szállítja a vért, és az alsó üreges véna, amely a szív alatti régiókból juttatja vissza a vért. Így a vér útja a szisztémás körön keresztül, amelyet a szív bal oldala pumpál

Bal pitvar → AV (bicuspidalis vagy mitrális) billentyű → Bal kamra → Aorta félholdbillentyű → Aorta → Testszövetek → Vena cava alsó vagy felső vena cava → Jobb pitvar

A szív ismerős hangjai, amelyeket gyakran "quotlub-dup"-nak neveznek, a billentyűk zárásához kapcsolódnak. Az első szívhangot ("lub") a turbulens véráramlás okozza, amikor az AV billentyűk bekattannak, amikor a kamrák összehúzódni kezdenek. A magasabb hangú második szívhangot ("dup") a turbulens véráramlás hozza létre, amikor a félholdbillentyűk záródnak, és megindul a kamrai relaxáció.

A szívzörejeket, amelyek a lub-duptól eltérő, remegő szívhangok, a véráramlás zavara okozza. Bár normális, egészséges embereknél néha hallható szívzörej, szívproblémára is utalhat. Például a rosszul működő billentyűk gyakran megzavarják a véráramlást a szíven keresztül, ami a szívzörejek suhogó vagy gurgulázó hangját okozza. Számos körülmény okozhatja a szelepek hibás működését. Egyes esetekben a billentyűk megvastagodása szűkíti a nyílást és akadályozza a véráramlást. Más esetekben a szelepek nem zárnak megfelelően, és ezért lehetővé teszik a vér visszaáramlását. Mindkét esetben a szív megfeszül, mert keményebben kell dolgoznia a vér mozgatásához.

Maguk a szívizom sejtjei kevés tápanyaghoz jutnak a szívkamrákon átáramló vérből. Ehelyett egy kiterjedt érhálózat, az úgynevezett koszorúér-keringés szolgálja ki a szív szöveteit. Az aortáról leágazó első két artéria a koszorúér (12.10. ábra). Ezek az artériák számos ágat hoznak létre, amelyek biztosítják, hogy a szív gazdag oxigén- és tápanyagellátásban részesüljön. A szívszövetet tápláló kapilláriságyakon való áthaladás után a vér a szív vénákba kerül, és végül a jobb pitvarba áramlik.

12.10. ÁBRA. Koszorúér-keringés, (a) A koszorúerek gazdag oxigén- és tápanyagellátást biztosítanak a szívizomsejteknek, és eltávolítják az anyagcsere-hulladékokat, (b) A koszorúerek e gipszből kiderül, hogy a koszorúér-kör bonyolult.

Bár a szív két oldala különböző körökön keresztül pumpálja a vért, párhuzamosan működnek. A két pitvar egyszerre, majd a két kamra egyszerre húzódik össze.

Látjuk tehát, hogy a szívverés nem egyetlen esemény. Minden ütem összehúzódást foglal magában, amelyet szisztolénak (sis'-to-lee) és relaxációt, amelyet diasztolnak (di-as'-to-lee) neveznek. A 12.11. ábrán látható módon az egyetlen szívverés során a szívkamrákon keresztüli véráramlással kapcsolatos összes eseményt szívciklusnak nevezzük. Először is, minden kamra ellazul (diasztolé), és a vér áthalad a pitvarokon, és belép a kamrákba. Amikor a kamrák körülbelül 70%-ban megteltek, a pitvarok összehúzódnak (pitvari szisztolé), és a tartalmukat a kamrákba tolják. Ezután a pitvarok ellazulnak (pitvari diasztolé), és a kamrák megkezdik összehúzódási fázisukat (kamrai szisztolé). Az összehúzódás befejeztével az egész szív ismét ellazul. Ha összeadnánk a szív egy nap alatti összehúzódási idejét, és összehasonlítanánk a napi relaxációs idejével, akkor a szív munkanapja egyenértékű lenne az Önével. 24 óra alatt a szív összesen körülbelül 8 órát tölt munkával (összehúzódással), és 16 órát pihenéssel. A munkanaptól eltérően azonban a szív napja ismétlődő munka- és relaxációs ciklusokra oszlik.

12.11. ÁBRA. A szívciklus az összes olyan esemény, amely a szíven keresztül történő véráramlással kapcsolatos minden szívverés során. A pitvarok együtt, a kamrák pedig összehúzódnak. A piros azt jelzi, hogy a vér magas oxigéntartalmú. A kék azt jelzi, hogy a vér alacsony oxigéntartalmú.

Belső vezetési rendszer

Ha egy emberi szívet eltávolítanak, mint egy transzplantációs műtétnél, és egy tányérba helyezik, tovább fog verni, magányos és haszontalan ritmust tartani, amíg szövetei el nem pusztulnak. Valójában, ha néhány szívizomsejtet termesztenek a laboratóriumban, azok is maguktól vernek, és mindegyik rángatózik, emlékeztetve az ép szerv kritikus szerepére. Nyilvánvaló tehát, hogy a szívizomnak nincs szüksége külső stimulációra a veréshez. Ehelyett a tendencia belső, magában a szívizomban van.

Egy másik figyelemre méltó megfigyelést végeztek laboratóriumi edényben növesztett szívizomsejteken. Bár az izolált szívsejtek egymástól függetlenül rángatóznak, ha két sejt összeér, akkor egyhangúan kezdenek verni. Ez is a sejtek velejárója, de ez részben a szívizomsejtek közötti kapcsolatok típusának köszönhető. A szomszédos szívizomsejtek sejtmembránjai speciális csomópontokban, úgynevezett interkalált korongokban fonódnak össze egymással. Az interkalált tárcsákban lévő sejtcsatlakozások mechanikusan és elektromosan összekapcsolják a csatlakoztatott cellákat. A szomszédos sejteket olyan szorosan tartják össze, hogy összehúzódás közben nem szakadnak szét, hanem továbbítják az összehúzódás vonzását egyik sejtről a másikra. Ugyanakkor a csomópontok lehetővé teszik az elektromos kommunikációt a szomszédos sejtek között, lehetővé téve, hogy az összehúzódásért felelős elektromos események gyorsan terjedjenek a szívben, sejtről sejtre haladva. Mégis, bár a szívsejtek automatikusan összehúzódnak, mégis szükségük van némi külső kontrollra, hogy megfelelő ütemben összehúzódjanak.

A szívverés ütemét egy speciális szívizomsejtek csoportja, az úgynevezett sinoatriális (SA) csomópont határozza meg, amely a jobb pitvarban, a vena cava superior találkozásánál található (12.12. ábra). Mivel az SA csomópont küldi ki azokat az impulzusokat, amelyek minden szívverést elindítanak, ezért gyakran pacemakernek nevezik. Körülbelül 70-80-szor percenként az SA-csomó elektromos jelet küld, amely a pitvar izomsejtjein keresztül terjed, és összehúzódást okoz. A jel eléri a speciális izomsejtek egy másik csoportját, az atrioventricularis (AV) csomópontot, amely a két pitvar közötti partícióban található, és stimulálja azt. Az AV-csomó ezután közvetíti az ingert egy speciális izomrost-köteg, az úgynevezett atrioventrikuláris köteg segítségével, amely a kamrák közötti fal mentén fut. A köteg jobb és bal ágra ágazik, majd sok más speciális szívizomsejtre, az úgynevezett Purkinje-rostokra osztódik, amelyek áthatolnak a kamrák falán. Az impulzus gyors terjedése a kamrákon keresztül biztosítja azok zökkenőmentes összehúzódását.

12.12. ÁBRA. A szív vezetőrendszere speciális szívizomsejtekből áll, amelyek felgyorsítják az elektromos jeleket a szíven keresztül. A sinoatriális (SA) csomópont a szív belső pacemakereként szolgál, és meghatározza a pulzusszámot. Az SA-csomópontból érkező elektromos jelek átterjednek a pitvarok falain, összehúzódást okozva. A jelek ezután stimulálják az atrioventrikuláris (AV) csomópontot, amely az AV-köteg mentén továbbítja a jeleket annak villáihoz, és végül a számos Purkinje-rosthoz, amelyek áthatolnak a kamra falán. A Purkinje rostok elosztják a jeleket a kamrák falai felé, aminek következtében azok összehúzódnak.

Ha a szív vezetési rendszere hibás, a sejtek önállóan összehúzódhatnak. Az ilyen sejtfüggetlenség a kamrák gyors, szabálytalan összehúzódását eredményezheti, amit kamrafibrillációnak neveznek, ami a kamrákat használhatatlanná teszi pumpaként és leállítja a keringést. Ha az agy már nem kapja meg a működéséhez szükséges vért, haláleset következik be, hacsak nem áll helyre gyorsan a hatékony szívverés. A kamrafibrilláció megállításának egyik módszere, hogy a szívet sok esetben áramütésnek teszik ki, az SA-csomó ismét normálisan működni kezd. Bár költséges, egy beültethető defibrillátor (egy olyan eszköz, amely elektromosan sokkolja a szívet) szükség esetén életmentő "ugróindítást" biztosít.

A szív vezetési rendszerével kapcsolatos problémák esetenként mesterséges pacemakerrel is kezelhetők, egy kis, közvetlenül a bőr alá ültetett eszközzel, amely figyeli a pulzusszámot és a ritmust, és reagál a rendellenességekre, ha azok előfordulnak. Például, ha a pulzusszám túl lassú lesz, a pacemaker elektromos ingert küld a szívnek egy elektródán keresztül.

A szívátültetés során egy személy beteg szívét egy nemrégiben elhunyt személy egészséges szívére cserélik. Nem meglepő, hogy több ezer ember szorul szívátültetésre, mint ahány donor szív áll rendelkezésre. Léteznek mesterséges szívek, de nem veszélytelenek. Ha transzplantációra lenne szüksége, önként részt venne egy műszív tesztelésében? Milyen szempontok alapján döntene?

A szívverés üteme vagy ritmusa folyamatosan változik az aktivitás vagy az izgalom hatására. Az autonóm idegrendszer és bizonyos hormonok elvégzik a szükséges beállításokat, hogy a pulzusszám megfeleljen a szervezet igényeinek. Stressz idején a szimpatikus idegrendszer fokozza a szívösszehúzódások sebességét és erejét.Ennek a válasznak a részeként a mellékvesevelő epinefrin hormont termel, amely meghosszabbíthatja a szimpatikus idegrendszer hatását. Ezzel szemben, ha pihentető körülmények uralkodnak, a paraszimpatikus idegrendszer csillapítja a szívműködést, összhangban a szervezet szerényebb anyagcsere-szükségleteivel.

Az elektromos események, amelyek minden szívveréssel átterjednek a szíven, valójában az egész testet bejárják, mivel a testnedvek jó vezetők. A testfelületen elhelyezett elektródák képesek ezeket az elektromos eseményeket érzékelni, továbbadni úgy, hogy azok elhajlást (mozgást) okoznak a rögzítőkészülék által végzett nyomkövetésben. Az elektrokardiogram (EKG vagy EKG) a szív elektromos tevékenységének képe, amelyet egy ilyen rögzítőeszköz generál.

Egy tipikus EKG három megkülönböztethető elhajlási hullámból áll, amint az a 12.13. ábrán látható. Az első hullám, az úgynevezett P-hullám, az elektromos jel átterjedését a pitvaron és az azt követő pitvari összehúzódáson kíséri. A következő hullám, a QRS-hullám, az elektromos jelnek a kamrákon való terjedését és a kamrai összehúzódást tükrözi. A harmadik hullám, a T-hullám, a kamrák visszatérését jelenti az összehúzódást megelőző elektromos állapotba (kamrai repolarizáció). Mivel ezeknek a hullámoknak a mintázata és időzítése figyelemreméltóan egységes az egészséges szívben, a kóros mintázatok szívproblémákat jelezhetnek.

12.13. ÁBRA. (a) Egy személy, akinek elektrokardiogramját (EKG) rögzítették, (b) Az egyes szívveréseket kísérő elektromos aktivitás EKG-nyomon követhető. A P-hullám akkor jön létre, amikor az SA-csomópontból származó elektromos jelek szétterjednek a pitvarokon, és összehúzódást okoznak. A QRS-hullám a jelnek a kamrákon keresztüli terjedését és a kamrai összehúzódást jelenti. A T-hullám akkor jelentkezik, amikor a kamrák helyreállnak, és visszatérnek az összehúzódást megelőző elektromos állapotba.

Vérnyomás

Sokat hallunk a vérnyomásról, általában akkor, amikor valaki aggódik amiatt, hogy magas a vérnyomása, vagy azzal kérkedik, hogy alacsony. A vérnyomás az az erő, amelyet a vér az erek falára fejt ki. Amikor a kamrák összehúzódnak, nagy nyomás alatt a vért az artériákba nyomják. Ez a nyomás a hajtóerő, amely a vért a testen keresztül mozgatja, de az érfalaknak is kifelé nyomja. Ideális esetben egy személy vérnyomásának elég magasnak kell lennie a vér keringéséhez, de nem olyan magasnak, hogy megterhelje az ereket és a szívet, amint azt a 12a. fejezetben látjuk. Számos tényező befolyásolja a vérnyomást, beleértve a nemet, az életkort, a napszakot, a fizikai aktivitást, a stresszt és az életmódot.

Az artériákban a vérnyomás előre láthatóan változik minden szívverés során. A legmagasabb a kamrák összehúzódásakor (kamrai szisztolé), amikor a vér az artériákba kerül. Egy tipikus, egészséges felnőttnél az optimális szisztolés nyomás, a legmagasabb nyomás az artériában minden szívverés alatt, 110-120 mm higany (Hgmm).1 A vérnyomás akkor a legalacsonyabb, amikor a kamrák ellazulnak (diasztolé). Egészséges felnőttben az optimális legalacsonyabb nyomás vagy diasztolés nyomás 70-80 Hgmm. Egy személy vérnyomását általában két értékkel fejezik ki – a szisztolés értékkel, majd a diasztolés értékkel. Például azt mondják, hogy az optimális felnőtt vérnyomás kevesebb, mint 120/80. (Tudod mi a vérnyomásod?)

A vérnyomást egy vérnyomásmérő (sfig-mo-mah-nom'-e-ter) nevű eszközzel mérik, amely egy felfújható mandzsettából áll, amely a felkar köré tekered, és egy olyan eszközhöz van csatlakoztatva, amely képes mérni a nyomást mandzsetta. A 12.14. ábra azt mutatja be, hogy a kézi működtetésű vérnyomásmérő hogyan használja a mandzsettába pumpált levegő könnyen mérhető nyomását a brachialis artériában (amely a kar belső felületén fut) méri a vérnyomást.

12.14. ÁBRA. A vérnyomást vérnyomásmérővel mérik, amely egy felfújható mandzsettából és a mandzsettán belüli nyomásmérő eszközből áll. A mandzsettát a felkar köré helyezik és felfújják úgy, hogy összenyomja a brachialis artériát. A mandzsettában lévő nyomás lassan felszabadul, és lefelé haladva eléri azt a pontot, ahol a vér csak a legmagasabb vérnyomás pillanataiban tud kifröccsenni az összehúzódott artérián. Ez a nyomás, amelynél először hallhatóak a kopogó hangok, a szisztolés nyomás, vagyis a szív összehúzódásakor mért vérnyomás. Ahogy a nyomás a mandzsettában tovább csökken, elér egy pontot, ahol a hangok eltűnnek. A vér most folyamatosan áramlik a brachialis artérián. A mandzsettában lévő nyomás, amikor a hangok először eltűnnek, a diasztolés nyomás, vagyis a vérnyomás, amikor a szív ellazul.

A szív- és érrendszeri gyakorlat előnyei

Mit mondanál, ha azt mondanák, hogy van egy egyszerű módja annak, hogy csökkentsd a szívinfarktus, a stroke, a cukorbetegség és a rák kockázatát, miközben kontrollálod a súlyodat, erősíted a csontjaidat, enyhíted a szorongást és a feszültséget, valamint javíthatod a memóriád? „Lehetetlen! – mondhatnád. „Mi a trükk?" Nincs. Az élet kulcsa a rendszeres aerob gyakorlat, amely ritmikusan és folyamatosan használja a nagy izomcsoportokat, és emeli a pulzusszámot és a légzésszámot legalább 15-20 percre.

Bár az edzésnek számos jótékony hatása van a gumiabroncs testére, itt csak a szív- és érrendszerre gyakorolt ​​​​előnyöket fogjuk figyelembe venni. A testmozgás jót tesz a szívnek, mivel hatékonyabb pumpává teszi, így csökkenti a terhelést. A jól edzett szív lassabban ver, mint egy ülő ember szíve – edzés és pihenés közben is. Az alacsonyabb pulzusszám több időt biztosít a szívnek a pihenésre az ütemek között. Ugyanakkor a jól edzett szív minden egyes ütéssel több vért pumpál.

Az edzés a szívizomzat oxigénellátását is növeli azáltal, hogy kiszélesíti a koszorúereket, ezáltal fokozza a szív véráramlását. Sőt, mivel a szívizomban lévő kapilláriságyak rendszeres testmozgással kibővülnek, az oxigén és a tápanyagok eljuthatnak a szívsejtekhez, és gyorsabban eltávolíthatók a salakanyagok.

Ezenkívül a testmozgás elősegíti a szív folyamatos vérellátását. Ennek az előnynek az egyik módja az, hogy növeli a szervezet azon képességét, hogy feloldja a vérrögöket, amelyek szívrohamhoz vagy szélütéshez vezethetnek. Az edzés serkenti egy természetes enzim felszabadulását, amely megakadályozza a véralvadást, és az edzés abbahagyása után még 90 percig hatásos marad. Emellett a testmozgás serkenti a kollaterális keringést, azaz további vérerek kialakulását, amelyek alternatív utakat biztosítanak a véráramláshoz. Ennek eredményeként a vér folyamatosan áramlik a szíven, még akkor is, ha az egyik ér elzáródik.

A gyakorlat olyan módon hat a vérre, hogy több oxigént juttathasson a sejtekhez. Növekszik a hemoglobin, a vörösvérsejtek oxigénmegkötő fehérje mennyisége. Ezenkívül nő a vér térfogata és a vörösvértestek száma.

A testmozgás csökkenti a koszorúér-betegség kockázatát azáltal, hogy csökkenti a vérnyomást és megváltoztatja a lipidek egyensúlyát a vérben. A nagy sűrűségű lipoproteinek (HDL-ek), amelyek a koleszterint szállító részecskék „jó” formái, amelyek eltávolítják a koleszterint az artériák faláról, megnövekszik a testmozgással.

A szív- és érrendszeri előnyök kihasználásához elég keményen, elég sokáig és elég gyakran kell gyakorolnia. A gyakorlatnak elég erőteljesnek kell lennie ahhoz, hogy a pulzusszámot az úgynevezett célzónába emelje, ami a maximális elérhető pulzusszám 70-85%-a. A célzóna úgy határozható meg, hogy a percenkénti 222 ütésből levonja életkorát években. A gyakorlatot legalább 20 percig kell folytatni, és hetente legalább 3 napon át kell végezni, de az ülések között legfeljebb 2 nap lehet.

• Tervez-e rendszeres testmozgást? Milyen szempontokat vesz figyelembe a döntés meghozatalakor?

• Ön szerint az edzésprogramok mostani népszerűsítése az orvosi költségek megtakarítását eredményezné a jövőben?

Ha rendszeresen csinálsz valamilyen aktív tevékenységet, az javíthatja az életminőségedet. A mérsékelt aktivitás segít jobban érzi magát érzelmileg és fizikailag. A különbséget az első osztályú utazáshoz hasonlítják az autóbusz helyett.

Nyirokrendszer

A nyirokrendszer nyirokból áll, amely azonos a nyirokerek intersticiális folyadékával (azzal a folyadékkal, amely a test összes sejtjét fürdeti), amelyen keresztül a nyirok áramlik, valamint különféle nyirokszövetekből és szervekből, amelyek szétszórva vannak a testben.

A nyirokrendszer funkciói olyan sokrétűek, amennyire nélkülözhetetlenek az élethez:

1. Engedje vissza a felesleges intersticiális folyadékot a véráramba. A nyirokrendszer fenntartja a vér mennyiségét azáltal, hogy a felesleges intersticiális folyadékot visszavezeti a véráramba. A vérkapillárisokat elhagyó és a testszöveteket megfürdető folyadéknak csak 85-90%-a szívódik fel újra a kapillárisokban. A maradék folyadékot (akár napi 3 litert) a nyirokrendszer felszívja, majd visszajuttatja a keringési rendszerbe. Ez a munka fontos. Ha a felesleges intersticiális folyadékot nem ürítenék ki, a szövet megduzzadna, a vér térfogata potenciálisan végzetes szintre csökkenne, és a vér túl viszkózussá (sűrűvé) válna ahhoz, hogy a szív pumpálja.

A folyadék vérbe való visszajuttatásának fontosságára drámai példát nyújt az elefántiasis, egy olyan állapot, amelyben a parazita férgek elzárják a nyirokereket (12.15. ábra). Az elzáródás jelentős folyadékfelhalmozódást okozhat az érintett testrészben, amit a kötőszövet növekedése követ. Az elefántiázist azért nevezték így, mert hatalmas duzzanatot, valamint a bőr sötétedését és megvastagodását eredményezi az érintett területen, így a régió egy elefánt bőrére emlékeztet. Az elefántiasis egy trópusi betegség, amelyet szúnyogok terjesztenek.

12.15. ÁBRA. Egy elefántkórban szenvedő ember lába. Ebben az állapotban a parazita férgek eltömítik a nyirokereket, és megakadályozzák a folyadék visszajutását a szövetekből a keringési rendszerbe.

2. A zsíremésztés termékeinek szállítása a vékonybélből a véráramba. A zsíremésztés termékei túl nagyok ahhoz, hogy felszívódjanak a vékonybélben lévő hajszálerekbe. Ehelyett ezek a termékek egy nyirokerekbe, az úgynevezett lacteálisba jutnak, és a nyirokrendszerben utaznak, hogy visszajussanak a vérkeringési rendszerbe.

3. Segítsen védekezni a betegséget okozó szervezetek ellen. A nyirokrendszer segít a betegségek és a rák elleni védekezésben. A test védekezésében betöltött szerepéről a 13. fejezetben fogunk többet megtudni.

A nyirokerek szerkezete központi szerepet játszik abban, hogy képesek felszívni a kapillárisok által el nem vitt intersticiális folyadékot. A felesleges folyadék a mikroszkopikus tubulusok elágazó hálózatába, az úgynevezett nyirokkapillárisokba jut, amelyek a sejtek és a hajszálerek közé hatolnak a szervezet szinte minden szövetében (kivéve a fogakat, csontokat, csontvelőt és a központi idegrendszert 12.16. ábra). A nyirokkapillárisok két szempontból különböznek a vérkapillárisoktól. Először is, ellentétben a vérkapillárisokkal, amelyek folyamatos hálózatokat alkotnak, a nyirokkapillárisok vakon végződnek, akár egy kesztyű ujjai. Lényegében a nyirokkapillárisok vízelvezető csövekként szolgálnak. A folyadék az ujjbegyeknél lép be, és csak egy irányba mozog a rendszeren keresztül. Másodszor, a nyirokkapillárisok sokkal áteresztőbbek, mint a vérkapillárisok, ami döntő fontosságú ahhoz, hogy fel tudják szívni a zsírok emésztési termékeit, valamint a felesleges intersticiális folyadékot. A nyirokkapillárisok nagyobb nyirokerekbe szivárognak, amelyek fokozatosan nagyobb, vastagabb falú csövekké egyesülnek. A nyirok végül visszakerül a vérbe a két nagy csatorna egyikén keresztül, amelyek a nyak alján lévő nagy vénákkal csatlakoznak.

12.16. ÁBRA. A nyirokkapillárisok mikroszkopikus, vak végű tubulusok, amelyeken keresztül a felesleges szöveti folyadék a nyirokrendszerbe jut, hogy visszajusson a véráramba.

Mivel nincs meghajtása, a nyirok lassan áramlik át a nyirokereken, ugyanazok az erők hajtják, amelyek a vért a vénákon keresztül mozgatják. Vagyis a közeli vázizmok összehúzódásai összenyomják a nyirokereket, és nyomják a nyirokot. A vénákhoz hasonló egyirányú szelepek megakadályozzák a visszaáramlást. És ahogy a vér visszaáramlása a szívbe a test alsó részéből, a mellkasban (mellkasüregben) bekövetkező nyomásváltozások, amelyek a légzést kísérik, szintén elősegítik a nyirok felfelé húzását az alsó testből. A gravitáció segíti az áramlást a felsőtestből.

A nyirokerek nyirokcsomókkal vannak teletűzve, kis bab alakú struktúrákkal, amelyek megtisztítják a nyirokot, miközben lassan átszűrődik. A nyirokcsomók makrofágokat és limfocitákat, fehérvérsejteket tartalmaznak, amelyek alapvető szerepet játszanak a szervezet védekező rendszerében. A makrofágok elnyelik a baktériumokat, rákos sejteket és egyéb törmelékeket, és megtisztítják azokat a nyirokrendszertől. A limfociták az immunrendszer felügyeleti csoportjaként szolgálnak. Folyamatosan keresik a specifikus betegségeket okozó betolakodókat, amint azt a 13. fejezetben látni fogjuk. Amikor a limfociták baktériumokat vagy vírusokat észlelnek, a limfociták osztódásra serkentik. A limfociták számának növekedése a nyirokcsomók megduzzadását okozza. Így a duzzadt és fájdalmas nyirokcsomók (általános nevén "glands") a fertőzés tünete.

A nyirokcsomókon kívül számos más nyirokszerv is található (12.17. ábra). Ezek közé tartoznak a mandulák, amelyek gyűrűt alkotnak a torok bejárata körül, ahol segítenek megvédeni a belélegzett vagy lenyelt betegségeket. A mellkasban található csecsemőmirigy egy másik nyirokszerv. Korai gyermekkorban szerepet játszik azáltal, hogy elősegíti bizonyos limfociták érését, amelyek megvédenek minket bizonyos betegségeket okozó szervezetektől. A hasi régió bal oldalán található a legnagyobb nyirokszerv, a lép. A limfociták tartálya mellett a lép megtisztítja a vért a régi és sérült vörösvértestektől és vérlemezkéktől. Végül a vékonybél mentén izolált nyirokcsomók csoportjai, amelyeket Peyer-foltoknak neveznek, megakadályozzák, hogy a baktériumok áttörjék a bélfalat. A vörös csontvelő, ahol a fehérvérsejtek és más képződött elemek termelődnek, egy limfoid szerv, amely a hosszú csontok, bordák, szegycsont és csigolyák végein található.

12.17. ÁBRA. A nyirokrendszer nyirokerek rendszere, amely tiszta folyadékot, úgynevezett nyirokot, valamint különféle nyirokszöveteket és szerveket tartalmaz, amelyek az egész testben találhatók. A zöld nyirokereket és csomópontokat jelöli.

A rákos sejtek, amelyek egy metasztázisnak nevezett folyamat során kiszabadulnak eredeti helyükről, könnyen hozzáférnek a nagy áteresztőképességű nyirokkapillárisokhoz. A nyirokerek ezután olyan útvonalat biztosítanak, amelyen keresztül a rákos sejtek a test szinte minden részébe eljuthatnak. Miért vizsgálják gyakran a nyirokcsomókat, hogy megállapítsák, elterjedt-e a rák? Miért távolítják el gyakran a rák eredeti helyéhez közeli nyirokcsomókat?

Ebben a fejezetben megismertük a szív- és érrendszer és a nyirokrendszer felépítését és működését egy egészséges emberben. A következő fejezetben a szív- és érrendszer néhány gyakori rendellenességével foglalkozunk.

1 A nyomás mérése az a magasság, amelyre a nyomás egy higanyoszlopot (Hg) tud tolni.

A fogalmak kiemelése

Szív- és érrendszer (214-215. o.)

• A szív pumpaként szolgál, amely átnyomja a vért az ereken.

• A vér a vérerek elágazó hálózatán keresztül kering egy úton, amely a szívtől az artériákig az arteriolákon át a kapillárisokig a venulákig a vénákig, majd vissza a szívbe.

• Az artériák rugalmas, izmos csövek, amelyek elvezetik a vért a szívből. Nyújtással, majd visszatérve eredeti formájukba, ellenállnak a szívből kiszivattyúzott vér magas nyomásának. Ezek a változások segítenek fenntartani a viszonylag egyenletes vérnyomást az artériákban, annak ellenére, hogy a vértérfogat nagy mértékben megváltozik.

• Pulzusnak nevezzük az artéria mentén bekövetkező nyomásváltozást, ahogy az kitágul és visszatér eredeti méretéhez.

• Az artériák elágazva keskenyebb tubulusokat, úgynevezett arteriolákat képeznek. Az arteriolák fontosak a vérnyomás szabályozásában, és szabályozzák a véráramlást a kapillárisokon keresztül.

• Az anyagcsere a vér és a szövetek között a kapillárisok vékony falán keresztül megy végbe. A kapillárisok erősen elágazó hálózatokban helyezkednek el, amelyek hatalmas felületet biztosítanak a cseréhez. Minden kapilláris hálózatot kapilláriságynak nevezünk. A prekapilláris sphinctereknek nevezett izomgyűrűk határozzák meg, hogy a vér a kapilláriságyba áramlik-e, vagy azon keresztül áramlik-e.

• A kapillárisok összeolvadnak venulákká, ezek pedig egyesülve vénákat képeznek, amelyek visszavezetik a vért a szívbe. A vért a gravitáció ellenében a közeli vázizmok juttatják vissza a szívbe, amelyek összehúzódnak és a vénákon belül nyomják a vért. A vénákban lévő szelepek megakadályozzák a vér visszaáramlását, amikor a vázizmok ellazulnak. A légzés által generált nyomáskülönbségek szintén elősegítik a vér felszívását a szív felé a törzs alsó részéből.

• A szív percenként körülbelül 72-szer ver, és valamivel kevesebb, mint 5 liter (10 pt) vért mozgat át a kamráin.

• A szív falának nagy része szívizomból áll, és szívizomnak nevezik. Az endocardium vékony belső bélés. A szív egy rostos zsákba van zárva, amelyet pericardiumnak neveznek, amely lehetővé teszi a szív verését, miközben a mellüreg középvonala közelében tartja.

• A szív jobb és bal fele két külön pumpaként működik. Mindkét oldal két kamrából áll: egy felső kamrából, amelyet pitvarnak neveznek, és egy alsó kamrából, amelyet kamrának neveznek. A kisebb, vékony falú pitvarok elsősorban befogadó kamrákként működnek, amelyek befogadják a szívbe visszatérő vért, és kis távolságra a kamrákba pumpálják. Amikor a nagyobb, vastag falú kamrák összehúzódnak, a vért az artériákon keresztül a test minden részébe nyomják.

• A vér egy irányban kering a szíven keresztül, két pár billentyű működésének köszönhetően. Az atrioventricularis (AV) billentyűk az egyes pitvarok és a kamrák között helyezkednek el. A félholdas szelepek az egyes kamrák és a csatlakozó artériák között helyezkednek el. A szívhangokat, a lub-dup-ot, a szívbillentyűk zárásával járó vérturbulencia okozza.

• A szív jobb oldala pumpálja a vért a tüdőbe a tüdőkörnek nevezett érhurkon keresztül. A szív bal oldala a tüdő kivételével a test minden részébe pumpálja a vért a szisztémás körnek nevezett érhurkon keresztül.

• A szívnek saját érhálózata van, az úgynevezett koszorúér-kör, amely magát a szívszövetet szolgálja ki.

• Minden szívverés összehúzódásból (szisztolés) és relaxációból (diasztolés) áll. A pitvarok egyhangúan összehúzódnak, majd a kamrák is ezt teszik. Az egyes szívverésekkel kapcsolatos eseményeket összefoglalóan szívciklusnak nevezzük.

• A szív ritmikus összehúzódását belső vezetési rendszere hozza létre.A speciális szívizomsejtek csoportja, az úgynevezett sinoatriális (SA) csomópont, általában beállítja a szívverés ütemét, ezért pacemakernek nevezik. Amikor az elektromos jel eléri a speciális izomsejtek egy másik csoportját, az úgynevezett atrioventricularis (AV) csomópontot, az inger gyorsan továbbítódik a két kamra közötti falon áthaladó pitvarkamrai köteg mentén, majd a Purkinje-rostokon keresztül a kamrai falakba jut. .

• A szívverés üteme folyamatosan változik a szervezet aktivitási szintjének megfelelően.

• Az elektrokardiogram (EKG vagy EKG) az egyes szívverésekhez kapcsolódó elektromos események rögzítése.

• A vérnyomást, a szív által létrehozott erőt, amely a vért a test körül hajtja, a vérnek az erek falára ható erejében mérik. Az artériában a vérnyomás akkor tetőzik, amikor a kamra összehúzódik. Ezt szisztolés nyomásnak nevezik. Ezzel szemben az egyes szívciklusok legalacsonyabb vérnyomása, a diasztolés nyomás akkor következik be, amikor a szív ellazul az összehúzódások között. A vérnyomást vérnyomásmérőnek nevezett készülékkel mérik.

Nyirokrendszer (227-230. oldal)

• A nyirokrendszer nyirokból, nyirokerekből, nyirokszövetből és nyirokszervekből áll.

• A nyirokrendszer három létfontosságú funkciója a szövetközi folyadék visszajuttatása a véráramba, a zsíremésztés termékeinek szállítása az emésztőrendszerből a véráramba, valamint a szervezet védelme a betegséget okozó organizmusokkal vagy a kóros sejtekkel szemben.

• A szövetfolyadék a nyirokkapillárisokba jut – mikroszkopikus tubulusokba, amelyek vakon végződnek, és áteresztőbbek, mint a vérkapillárisok. A folyadékot, amelyet akkor nyiroknak neveznek, nagyobb nyirokerek mentén mozgatják a közeli vázizmok összehúzódásával. A nyirokerek szelepekkel rendelkeznek, amelyek megakadályozzák a nyirok visszaáramlását.

• A nyirokcsomók szűrik a nyirokot, és olyan sejteket tartalmaznak, amelyek aktívan védekeznek a betegséget okozó szervezetek ellen.

• A nyirokszervek közé tartozik a vörös csontvelő, a nyirokcsomók, a mandulák, a csecsemőmirigy, a lép és a vékonybél Peyer-foltjai.

1. Kövesse nyomon a vér áramlását a szívből és vissza a szívből azáltal, hogy sorrendben megnevezi azokat az erek általános típusait, amelyeken keresztül a vér áramlik. p. 216

3. Mi az aneurizma? Miért veszélyes? p. 216

4. Mi az arteriolák két fontos funkciója? p. 216

5. Mi határozza meg, hogy egy adott kapilláriságyon keresztül áramlik-e a vér? p. 218

6. Hasonlítsa össze az artériák, kapillárisok és vénák szerkezetét! Magyarázza el, hogy a szerkezet hogyan illeszkedik az egyes hajótípusok funkciójához. 216-231

7. Magyarázza el, hogyan jut vissza a vér a szívbe a törzs alsó részéből a gravitációs erővel szemben! p. 219

8. Ismertesse a szívbillentyűk felépítését! Magyarázza el, hogyan működnek. 216-219

9. Ismertesse a szív felépítését! Magyarázza el, hogyan működik két külön szivattyúként. p. 220

10. Kövesse nyomon a vér útját a bal kamrától a bal pitvarig, és a megfelelő sorrendben nevezze meg a szívhez kapcsolódó minden nagyobb eret és a szívkamrákat. p. 222

11. Ismertesse a szívciklust! 223-224

12. Magyarázza el, hogy a speciális szívizomsejtek csoportjai vagy kötegei hogyan koordinálják az egyes szívverésekhez kapcsolódó összehúzódásokat. 224-225

13. Sorolja fel a nyirokrendszer három fontos funkcióját! p. 227

14. Hasonlítsa össze a nyirokkapillárisok szerkezetét a vérkapillárisok szerkezetével! Hogyan teszi lehetővé a nyirokkapillárisok szerkezete a szöveti folyadék felszívódását? p. 228

15. Mi a nyirokcsomók funkciója? p. 228

16. A félholdas szelepek megakadályozzák a vér visszaáramlását a

a. artériák a kamrákba.

c. kamrák a pitvarba.

17. Ha minden idegszálat a szívhez vágtál, de a szívet életben tartod,

a. a szív leállna dobogni.

b. a szív tovább dobogna.

c. csak szisztolés fordulna elő.

d. csak diasztolé fordulna elő.

A 18. és 19. kérdéshez képzelje el, hogy miniatürizálódott, és mentőtutajként vörösvértestet használva lovagol keresztül a keringési rendszeren.

18. A nagylábujjban vagy a szív felé utazva. Az utolsó ér, amelyen áthalad, mielőtt belépne a szívbe, az

19. Szinte megsüketül az első szívhangtól, amit a

a. az atrioventrikuláris billentyűk nyitása.

b. az atrioventricularis billentyűk zárása.

c. a félholdas szelepek nyitása.

d. a félholdas szelepek zárása.

20. A _____ speciális szívizomsejtek csoportja, amely minden egyes szívciklus elindításával meghatározza a pulzusszámot.

21. Az artéria falán lévő legyengült területet, amely kifelé tud ballonálni, _____-nak nevezzük.

22. Az oxigén és a tápanyagok áthaladnak a _____ falain, hogy elérjék a test sejtjeit.

1. A mitrális (bicuspidalis) billentyű rendellenesen rövid (vagy hosszú) chordae tendineae-ja a mitrális billentyű prolapsusnak nevezett állapotot okozhat, amelyben a mitrális billentyűk nem záródnak megfelelően. Miért okozhat a mitrális billentyű prolapsusa a szív kóros szívhangokat?

2. A cigarettafüstben lévő nikotin érszűkületet (bizonyos erek beszűkülését) okoz, és növeli a pulzusszámot. Magyarázza el, hogyan vezetnek ezek a hatások magas vérnyomáshoz. Magyarázza el, hogy a cigarettázók miért halnak meg nagyobb valószínűséggel szív- és érrendszeri betegségekben, mint a nemdohányzók.

3. Amelia a barátod. Amikor felhívod, és megkérdezed a vacsoratervekről, azt mondja, hogy nem érzi jól magát. Fáj az egész, és megdagadtak a nyakában a mirigyek. Elmagyarázod, hogy ezek valójában nem mirigyek, mert nem választanak ki semmit. Kik ők? Miért dagadtak meg?

Információs írástudóvá válás

Használjon legalább három megbízható forrást (könyvek, folyóiratok, weboldalak), hogy tervezzen magának egy programot a szív- és érrendszeri alkalmasságának növelésére. Kezdje azzal, hogy eldöntse, életmódjának mely aspektusaiban változtathat a szív- és érrendszeri alkalmasság javítása érdekében. Ilyenek lehetnek például, de nem kizárólagosan a fogyás, az étrend megváltoztatása, a fokozott fizikai aktivitás és a stressz csökkentése. Ezután tervezze meg a változtatások logikus menetét, figyelembe véve a tevékenységek típusát és az Ön által élvezett ételeket. Sorolja fel az összes figyelembe vett forrást, és magyarázza el, miért választotta azt a három forrást, amelyet használt.

Ha Ön a webhelyünkön található bármely anyag szerzői jogának tulajdonosa, és el kívánja távolítani azt, kérjük, lépjen kapcsolatba webhelyünk adminisztrátorával jóváhagyásért.


Anyagok és metódusok

Sejtkultúra és sejtes vizsgálatok

A THP-1 sejteket az ATCC-től (Manassas, VA, USA) szereztük be, és RPMI-1640 táptalajban (HyClone, Logan, UT, USA) tartottuk, amely 2 mmol/l l-glutamint, 25 mmol/l HEPES-t, 1,5 g /L nátrium-hidrogén-karbonát, 10% magzati szarvasmarha szérum (HyClone), 50 U/mL penicillin, 50 μg/ml sztreptomicin (HyClone) és 50 μmol/l β-merkaptoetanol 37 °C-on 5% CO-ban2. A sejtes vizsgálatokhoz a THP-1 sejteket centrifugáltuk, mostuk, és redukált magzati borjúszérumban (2%) újraszuszpendáltuk. A sejtkoncentrációt 1,0 × 106 sejt/ml értékre állítottuk be, és 0,3 ml-t adtunk egy 48 lyukú steril tenyésztőlemez egyes üregeihez. Inflammatorikus modulátorok ultratiszta bakteriális LPS (Escherichia coli K12) és szintetikus bakteriális lipoprotein tripalmitoil-ciszteinil-szeril-tetralizin (Pam)3CSK4) (InvivoGen, San Diego, CA, USA) és polimixin B (PMX-B)-szulfátot (Sigma, St Louis, MO, USA) közvetlenül adtunk a sejtekhez, és 37 °C-on inkubáltuk. Az inkubálást követően minden lyuk tartalmát eltávolítottuk, és 2500 °C-on centrifugáltuk g 10 percig, és a felülúszót -20 °C-ra fagyasztottuk a további elemzéshez. A TLR agonisták koncentrációfüggő adatait egy szigmoidális háromparaméteres egyenletbe illesztettük SigmaPlot grafikus program segítségével az EC meghatározására50 értékeket. Az Aβ(1-42)-indukált THP-1 sejtek adherenciáját közvetlen számlálással mérték. Különböző időpontokban a megmaradt szuszpenziós sejteket tartalmazó tápközeget eltávolítottuk, a tapadó sejteket foszfáttal pufferolt sóoldattal (PBS) mostuk, és 0,25%-os tripszin-EDTA-val (HyClone) eltávolítottuk. A táptalajt, a PBS-mosást és az eltávolított tapadó sejteket mikroszkóp alatt, hemocitométer segítségével megszámoltuk.

Aβ peptidek előállítása

Az Aβ(1–42) peptideket (rPeptide, Bogarth, GA, USA) 100%-os hexafluor-izopropanolban (Sigma) 1 órán át feloldottuk, steril mikrocentrifugacsövekbe osztották, vákuumcentrifugában szárítottuk, és -20 °C-on tároltuk. A sejtkezelés előtt a liofilizált peptideket steril vízben 100 μmol/L peptidkoncentrációig újraszuszpendáltuk és 4°C-on inkubáltuk. A vízben frissen feloldott Aβ(1–42) 4 °C-on inkubáltuk a sejtfelvitel előtt. Számos kísérlet jelezte, hogy a sejtválasz csúcsa az Aβ(1-42) aggregáció 48 és 96 óra között következett be. A sejteket 15 μmol/L Aβ (1–42) végső koncentrációnak tesszük ki. A kereskedelmi Aβ tételeket a szállítás előtt endotoxinnal tesztelték, és 0,35 EU/mg-nak határozták meg. Ez 8 pg/ml effektív LPS-koncentrációt jelent a (Gao és Tsan 2003) cikkben leírt számítások alapján. Az ezen a szinten lévő LPS-koncentrációk nem voltak hatékonyak a THP-1 sejtek stimulálására. Az Aβ peptid tételek hexafluor-izopropanollal történő kezelése a szállítás előtt az endotoxin szinteket kimutathatatlanná tette. Az Aβ(1–42)-készítményeket rutinszerűen tesztelték szennyeződés szempontjából 2,3-bisz(2-metoxi-4-nitro-5-szulfofenil)-2H-tetrazólium-5-karboxanilid (XTT) sejtproliferációs vizsgálattal (Scudiero). et al. 1988). A bakteriális növekedés jelenlétét az XTT (Sigma) mitokondriális közvetített redukciójával vizsgáltuk. Röviden, az Aβ(1–42) alikvotokat és a vízkontrollokat 72 órán át 37 °C-on XTT-vel (0,3 mg/ml) és fenazin-metoszulfáttal (8,3 μmol/L) inkubáltuk. A csökkentett XTT abszorbanciát 467 nm-en mértük. Minimális XTT csökkenést figyeltek meg a sejtmentes Aβ(1–42) mintákban vagy a steril vizes kontrollokban, és nem volt különbség a kettő között.

TNFα szintek meghatározása

A szekretált tumor nekrózis faktor alfa (TNF-α) mérését a felülúszókban ELISA-val határoztuk meg. Röviden, 100 μl 4 μg/ml töménységű monoklonális anti-humán TNFα/TNFSF1A befogó antitestet (R&D Systems, Minneapolis, MN, USA) adtunk a 96 lyukú lemezekhez egy éjszakán át 24 °C-on történő inkubálás céljából. A lyukakat 0,05% Tween-20-at tartalmazó PBS-sel (HyClone) mostuk, és 300 μL PBS-sel blokkoltuk, amely 1% szarvasmarha szérumalbumint (BSA), 5% szacharózt és 0,05% NaN-t tartalmazott.3 1 órán át 24 °C-on. Mosás után 50 μL minta vagy standard (2 óra), 100 μL biotinilált poliklonális anti-humán TNF-α/TNFSF1A detektáló antitest (R&D Systems) egymás utáni hozzáadása 20 mmol/l Tris-ben 150 mmol/l NaCl és 0,1% BSA-val. (2 óra), 100 μl sztreptavidin-torma peroxidáz (R&D Systems) 200-szor hígítva 1% BSA-t tartalmazó PBS-sel (20 perc), és 100 μl azonos térfogatú 3,3′,5,5′-tetrametil-benzidint és hidrogén-peroxidot (KPL, Gaithersburg, MD, USA) (30 perc). A reakciót 1% H hozzáadásával állítottuk le2ÍGY4 megoldás. Az egyes minták optikai sűrűségét 450 nm-en elemeztük 630 nm-en referencia leolvasással SpectraMax 340 abszorbancia lemezolvasóval (Molecular Devices, Union City, CA, USA). A kísérleti mintákban a TNF-α koncentrációját 15-2000 pg/ml TNF-α standard görbéből számítottuk ki. Ha szükséges, a mintákat hígítottuk, hogy a standard görbén belül legyenek.

Antitest neutralizációs vizsgálat

THP-1 sejteket (1,0 × 10 6 sejt/ml) adtunk egy 48 lyukú sejttenyésztő lemezre, és előkezeltük 5-20 μg/ml TLR antitestekkel, IgG izotípus kontrollal vagy PBS-sel 1 órán át 37 °C-on. 5% CO-ban2. Az antitestek és az izotípus kontrollok funkcionális minőségű anti-humán TLR2 (klón T2.5), TLR4 (klón HTA125), CD14 (klón G1D3) antitestek, egér IgG2a,κ és IgG1κ izotípus kontrollok az eBioscience-től (San Diego, CA, USA). , poliklonális anti-TLR2 és TLR4 antitestek az InvivoGentől, és patkány IgG izotípus kontroll a Sigmától. Az 1 órás inkubációt követően Aβ(1-42) vagy TLR agonistákat alkalmaztunk a semlegesítő antitestek folyamatos jelenlétében, és a sejteket tovább inkubáltuk 6 órán keresztül azonos körülmények között. A sejtfelülúszókból származó TNFα-t a fent leírtak szerint határoztuk meg. Statisztikai elemzést végeztünk a kiválasztott kísérleteknél, hogy meghatározzuk azt a megbízhatósági határt, amelynél két mérés statisztikailag különbözött. A t-tesztet alkalmaztunk minden adatsorra és p-értékeket kaptunk, és a jelmagyarázatokban közöltük.

Atomerő mikroszkópia

Az Aβ (1-42) aggregációs oldatokat (100 μmol/L) vízzel 1 μmol/L-re hígítottuk. V1 minőségű csillámot (Ted Pella, Inc., Redding, CA, USA) 11 mm-es körökre vágtuk, és 12 mm-es fémkorongokra rögzítettük. Alikvot részeket (50 μL) frissen hasított csillámra vittünk, 15 percig hagytuk adszorbeálódni, vízzel kétszer mostuk, levegőn szárítjuk, és szárítószerrel ellátott tartályban tároljuk. A képeket Nanoscope III többmódusú atomerőmikroszkóppal (Digital Instruments, Santa Barbara, CA, USA) készítettük TappingMode TM-ben. A magasságelemzést Nanoscope III szoftverrel végeztük lapított magasság módú képeken.


1. BEMUTATKOZÁS

1.1 Alzheimer-kór

Míg az AD az összes amerikai halálozási okának hatodik helyévé vált, még mindig nincs hatékony terápiás stratégia az AD progressziója ellen, elsősorban a patogén mechanizmusaira vonatkozó ismeretek hiánya miatt. Jelenleg nem áll rendelkezésre olyan gyógyszer, amely késleltetné vagy megállítaná a betegség progresszióját. Ehelyett a kolinészteráz-gátlókat (donepezil, galantamin, rivasztigmin és takrin), az NMDA (N-metil-D-aszpartát) receptor antagonistákat (memantin) és néhány idegvédő szert alkalmaznak egyedüli vagy szinergikus módon a tünetek enyhítésére. idegsejtek elvesztése, különösen a kognitív hibák (Cummings, Aisen, DuBois, Frölich és Jack, 2016). Ezért az AD patogenezisének alapos megértése szükséges a hatékonyabb és célzottabb terápiák kifejlesztéséhez.

1.2 Az Alzheimer-kór kóros jellemzői

Mélyreható vizsgálatok igazolták, hogy a neuronális sejtek visszafordíthatatlan elvesztése a hippocampus kérgi rétegében és a mediális halántéklebenyben a legjellemzőbb kóros elváltozás az AD-ben szenvedő betegeknél. További felfedezések kimutatták, hogy két további alapvető szubcelluláris jellemzője van Alzheimer-kór betegség, amelyet szenilis plakkok és neurofibrilláris gubancok kialakulásának neveznek, amelyek részt vesznek az idegsejtek károsodásában (Masters, Bateman, Blennow, Rowe és Sperling, 2015). Az időskori plakkok különösen az amiloid béta-nak (Aβ) nevezett fehérjefragmens lerakódásával jönnek létre, amely az amiloid prekurzor fehérje (APP) hasított termékeiből származik. Az Aβ aggregátumok ezt követő extracelluláris lerakódása elősegíti a neuronális letalitást, valamint az ezt követő agyi amiloidózist (Riek & Eisenberg, 2016). Ezenkívül a károsodott neuronokon belül elhelyezkedő neurofibrilláris gubancokat a tau fehérje csavart rostjai alkotják. A tau hiperfoszforilációs állapota elősegíti az intracelluláris gubancok kialakulását, ami közvetlenül megzavarja a neuronális homeosztázist, és aberráns sejthalálban csúcsosodik ki (Iqbal, Liu & Gong, 2016). Ez a két fő ismertetőjegy a legjelentősebb célpontja az AD-kutatásnak és -terápiának, akár kialakulásuk gátlása, akár az ártalmatlanítás elősegítése révén. Ezen szabályozó hálózatok közül egy új prolil-izomeráz Pin1 felhívta a figyelmet a neurodegeneráció elleni védőhatásaira, különösen Alzheimer-kór betegség (Liou, Sun, Ryo, Zhou és Yu, 2003). Ami a fiziológiát illeti, a Pin1 közvetlenül gátolja a GSK3β (glikogén szintáz kináz-3 β) aktivitását, ami ezt követően a tau foszforilációjának csökkenéséhez és az APP Aβ-vá történő hasadásához vezet (Ma, Pastorino, Zhou és Lu, 2012). A Pin1 diszregulációját azonosították az AD patogenezisében, és így a jövőbeni terápia lehetséges célpontjaként ismerték fel (Pastorino, Sun, Lu, Zhou és Balastik, 2006).

Biomarker Változások Észlelési módszerek Diagnosztikai érték Prognózis
Aβ plakk Emelkedett Patológiai vizsgálat Arany standard (Schaffer et al., 2015) Releváns (Pratico, 2013)
Tau gubancok Emelkedett Patológiai vizsgálat Arany standard (Schaffer et al., 2015) Releváns (Pratico, 2013)
Aβ1-42 Csökkent CSF teszt Támogató (Ballard et al., 2011 Lista et al., 2014) Releváns (Tarawneh, D'Angelo, Crimmins, Herries & Griest, 2016)
p-tau181 Emelkedett CSF teszt Támogató (Ballard et al., 2011 Khan & Alkon, 2015) Releváns (Tarawneh et al., 2016)
Glükóz felvétel Csökkent FDG-PET Támogató (Ballard et al., 2011 Cohen & Klunk, 2017) Releváns (Silverman, Small, Chang, Lu & Kung De Aburto, 2001)
ApoE4 Csökkent Vérvizsgálat Potenciális (Farrer, 1997) Releváns (Poirier, Delisle, Quirion, Aubert és Farlow, 1995)
YKL-40 Emelkedett CSF teszt Lehetséges (Craig-Schapiro et al., 2010) Releváns (Craig-Schapiro et al., 2010)
NTP Emelkedett Vizelet vizsgálat Potenciális (Lonneborg, 2008) NS

Jegyzet

  • CSF: liquor FDG-PET: fluorodeoxiglükóz-pozitron emissziós tomográfia NS: nem specifikus NTP: neuronális fonal protein YKL-40: kitináz-3-szerű-1.

1.3 Az Alzheimer-kór prionszerű tulajdonságai

A prionbetegség egy ritka neurodegeneratív rendellenesség, amelynek patológiás jellemzője a PrP Sc (PrP scrapie), amely a prionfehérjék abnormális betegség-specifikus konformációja (Mead & Reilly, 2015). Más típusú neurodegeneratív betegségektől eltérően a prionbetegség leginkább megkülönböztethető sajátossága a fertőző és oltóképesség, amely lehetővé teszi a hibásan feltekeredett prionfehérjék perifériás régiókból a központi idegrendszerbe való terjedését, sőt a fajok közötti átvitelt is (Victoria & Zurzolo, 2017). ).

A közelmúltban végzett vizsgálatok megerősítették, hogy az AD-fertőzött régiókban található nem-prion-aggregátumok is hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a prionfehérje, mivel a patogén tau-gubancok és Aβ-plakkok interneuronális kapcsolatokon keresztül továbbíthatók, és elősegíthetik a betegség további patogenezisét (Yin, Tan, Jiang és Yu, 2014). Az Aβ plakkokra specifikusan az intercelluláris transzfert közvetlen sejtkapcsolatok közvetítik. További vizsgálatok felfedezték, hogy az Aβ beoltása nemcsak neuronok között, hanem neuronok és asztrociták között is megtörténhet, ami a kórokozók terjedésének változatos mechanizmusát jelzi. Ezenkívül gyakran észlelhető tau-gubancok felhalmozódása az anatómiailag kapcsolódó neuronok között. Egy későbbi mélyreható mechanisztikus vizsgálat tisztázta, hogy a tau aggregátumok beoltása transz-szinaptikus mechanizmussal érhető el transzgenikus egérmodellekben, amely a membrán határain lokalizált tau-fehérjék internalizálását tartalmazza (Costanzo & Zurzolo, 2013). Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a sejt-sejt struktúrák és átvitel blokkolása potenciális terápiás stratégia lehet a Alzheimer-kór betegség.

1.4 A fehérje homeosztázist szabályozó utak az Alzheimer-kór szabályozásában

1.4.1 A fehérje homeosztázis szabályozási utak

Szerkezetük és működésük szempontjából a fehérjék az élő sejtek alapvető makromolekuláiként szolgálnak, ezért homeosztázisuk kritikus az élőlények túlélése szempontjából. A fehérje homeosztázis szabályozása a szintézis szabályozásán vagy a lebontáson keresztül történik.Például az mTOR útvonal a fehérjeszintézist szabályozó központi útvonalként működik, amelynek aktiválása felgyorsítja a citoszkeleton fehérjék szintetikus képességét, és ezáltal elősegíti a sejtek növekedését és proliferációját (Saxton & Sabatini, 2017). Másrészt a túlzott vagy rossz formájú fehérjék kiegyensúlyozott lebontása is fontos a fehérje homeosztázis fenntartásához. A fehérjeeltávolítást szabályozó két fő útvonal az autofágia és az ubiquitin-proteasoma rendszer (UPS), amelyek elősegítik a megjelölt fehérjék fiziológiás lebomlását, akár lizoszóma-, akár ubiquitináció-függő módon (Leithe, 2016 Levy, Towers & Thorburn, 2017). Bármilyen aberráns esemény ezeken az útvonalakon fehérjeszabályozási zavarokhoz vezethet, és patológiás megjelenést eredményezhet.

1.4.2 A fehérje homeosztázis szabályozási utak és Alzheimer-kór betegség

A többi neurodegeneratív rendellenességhez hasonlóan az AD kifejlődése és progressziója összefügg a hibásan hajtogatott fehérjék felhalmozódásával, amelyek Aβ plakkok és tau-gubancok néven ismertek, és amelyek hozzájárulnak a progresszív neuronvesztéshez és a kognitív károsodáshoz (Ciechanover & Kwon, 2015 DeToma, Salamekh, Ramamoorthy, és Lim, 2012). Az a tény, hogy a proteosztázis útvonalak nélkülözhetetlenek az intracelluláris fehérjék termeléséhez, módosításához és kiürüléséhez, így az AD-vel való kapcsolata még akkor is érdekes, ha várható. Azonban hiányzik a fehérje homeosztázis útvonalait az AD-vel összekapcsoló mechanikai tájkép átfogó áttekintése, ezért arra törekedtünk, hogy összefoglaljuk a releváns információkat, hogy mechanikai betekintést és útmutatást nyújtsunk a jövőbeli vizsgálatokhoz (1. ábra).

Különösen úgy tűnik, hogy a fehérje homeosztázis szempontjából lényeges kóros és biokémiai jellemzők vannak a családi és a szórványos AD között. Például arról számoltak be, hogy a családi AD jellemzően korábban kezdődik, gyakran 65 év alatt, és főként a mutációk miatt. PSEN1, PSEN2, és APP (az összes AD 1–2%-a) (Wu, Rosa-Neto, Hsiung, Sadovnick és Masellis, 2012). Mutációk ezekben a génekben (PS1/PS2/APP) az APP szintézisében és proteolízisében egy közös patogén útvonalat érintenek, ami túlzott β amiloid termeléshez vezet, és az amiloid β képződött szenilis plakk felhalmozódása és lerakódása az AD fő kóros elváltozásaként működik. Így az amiloidképződést célzó új terápiás szerek előnyösek lehetnek a családi AD egyének számára. A sporadikus AD azonban a patológiás elváltozásokat mutatja, beleértve mind az időskori plakkot, mind a neurofibrilláris gubancot (NFT), különböző mechanizmusokkal, beleértve az amiloid β és tau fehérjék abnormális termelését vagy lebomlását, amint az alábbiakban összefoglaljuk. Így ezek a fehérje homeosztázis mechanizmusok eltérően működhetnek, hogy befolyásolják a különböző patológiás tüneteket a családi és a szórványos AD esetén. Ezt az elképzelést alátámasztva a közelmúltban végzett tanulmányok kimutatták, hogy a családi AD több mitokondriális unfolded protein response (mtUPR) génaktivációt hordoz (körülbelül 70–90%), mint a szórványos AD (körülbelül 40–60%), ami azt jelzi, hogy legalább az mtUPR lényegesebb a családi AD patogenezisében (Piras, Collin, Grüninger, Graff és Rönnbäck, 2016).


SPEKULÁCIÓ: A LEGKORÁBBI LÉSIÓK A KIS VÉREKRE LOKALIZÁLÓDNAK

Évekkel ezelőtt úgy gondolták, hogy a kis vérerek károsodása és gyulladása az AD-típusú demenciához vezető agysérülések elsődleges oka (12). Miután felismerték az amiloiddal rokon fehérjék mutáns formáit, az amiloid történetének feltárására irányuló rohanás rohammá vált. A mikrokeringés integritása számos módon sérülhet, kezdve a funkcionális változásoktól, mint például az értágulat vagy az érszűkület, amelyek általában átmenetileg és visszafordíthatóan módosítják a véráramlást, egészen a közvetlen fizikai károsodásig, amely bármelyik trombózis eredménye, amely blokkolja a véráramlást. , vagy gyulladásos elváltozások, amelyek tönkreteszik az érfalat és elpusztítják az endotheliumot. Mindkettő ischaemiássá teheti az általuk táplált sejteket, és ha elhúzódik, visszafordíthatatlan neuronális sejthalálhoz vezethet. Iadecola (13), valamint Bell és Zlokovic (14) jól leírták az agyi véráramlást és az úgynevezett „neurovaszkuláris funkcionális egység” működését szabályozó mechanizmusokat. Iadecola (13) leírta, hogyan járulhatnak hozzá a véráramlást szabályozó szerek a lokalizált ischaemiához az β peptidekkel való kölcsönhatáson keresztül, valamint ezeknek a vérerek endothel sejtjére gyakorolt ​​hatásai révén, Bell és Zlokovic (14) pedig azt a szerepet hangsúlyozta, amely károsítja az ereket és megzavarja a vérkeringést. agyi gát játék az aβ potenciálisan toxikus formáinak eltávolításában az agy parenchimából. Mindkét javaslat arra összpontosít, hogy az amiloid diszregulált metabolizmusa hogyan járulhat hozzá a neuronális diszfunkcióhoz, és végül a demenciához, de továbbra is fennáll a kérdés, hogy mi az első lépés, amely elindítja az aβ-indukált kaszkádot, amelyet olyan jól dokumentáltak?

Az amiloid lerakódások széles körben elterjedt eloszlása ​​az AD-ben szenvedő betegek agyában figyelemre méltó mértékben tükrözi a kis véredények károsodásának globális mintáját, amelyet sok megfigyelő leírt az AD-s betegek agyában. Két, csaknem két évtizeddel ezelőtt publikált tanulmány nagyon részletesen leírta a vaszkuláris hálózat jelentős csökkenését a bazális előagyi régiókban és az AD agy hippokampuszában (15, 16). Az edények számának és eloszlásának csökkenése mellett sokról azt írták le, hogy megtörtek vagy eltorzultak, ami arra utal, hogy valamilyen folyamatban lévő pusztító folyamat krónikusan módosította őket. Fontos kiemelni, hogy a sérült erek az arteriolák, a kapillárisok és a venulák szintjén voltak, nem pedig a nagy izmos artériák, és egyértelmű, hogy ezek egy időben gyulladásos reakciók helyszínei voltak. Az izomartériákban kialakuló arterioscleroticus károsodás következtében kialakuló másodlagos demencia jól ismert, de ez határozottan különbözik az agyi mikroerek kisérkárosodásától. Ez utóbbiban a sérült vagy elzáródott kis erek ischaemiás állapotokat hoznak létre, amelyek kezdetben az agyszövet kis területeire korlátozódnak, és valószínűleg csak egyetlen idegsejtet érintenek. Az ilyen elváltozások korai stádiumban túl kevés sejtet érintenek ahhoz, hogy kórélettani hatást fejtsenek ki, de idővel és az ischaemiás zónák kiterjesztésével az agy kritikus részeire, például a hippocampusra vagy az entorhinalis kéregre, a neuronális diszfunkció klinikai tünetekkel jár. következményei. E forgatókönyv szerint az AD agyban a legkorábbi elváltozások a legkisebb erekben kezdődnek, és az első patogén hatás a gyulladásos károsodás következtében kialakult, erősen lokalizált ischaemia eredménye.

Az itt javasolt tézis az, hogy az amiloid csak egy része a patogén kaszkádnak. Ha az első elváltozások inkább a kis erekben lokalizálódnak, mint a neuronokban, és képesek veleszületett immunválaszt stimulálni, a következmények a kiváltott gyulladásos válasz típusától, valamint a károsító ágensek mértékétől és időtartamától függnének. Az Aβ peptidek ugyan lokalizálódnak a kis erekben (az arteriolákban és a kapillárisokban is), a CSF-ből a vérbe vándorlásuk során (17), de a holland/iowai típusú mutáns peptidek eltérően viselkednek. Az erek kötőszöveteihez tapadnak, ahol olyan helyzetben maradnak, hogy károsítják az érfalakat, gyulladásos reakciókat és intravaszkuláris trombózist is kiváltva. Ennek a folyamatnak a dinamikáját elegánsan demonstrálták mutáns aβ géneket hordozó transzgenikus egerekben (18). Ez felveti a kérdést, hogy a gyulladásos reakciók hogyan vezethetnek az agykéregben lévő kis vérerek széles körű károsodásához.


Következtetések

Korábban már beszámoltak az NLRP3-szabályozásról egerekben, humán mikroglia sejtvonalban vagy AD-betegek agyában [14, 24, 49], mindazonáltal ezek az első adatok, amelyek az NLRP3 és NLRP1 gyulladásos aktivációját mutatják diagnosztizált egyének Aβ-stimulált perifériás monocitáiban. a Kr. u. Érdekes lesz ellenőrizni, hogy ezeknek az adatoknak lehet-e prognosztikai és/vagy diagnosztikus értéke a klinikai környezetben. Különösen az a megfigyelés, hogy a gyulladásos komplex gének összeállításához szükséges gének némelyike ​​(NLRP1, NLRP3), de nem minden (PYCARD, kaszpáz 1) felszabályozott az MCI-ben, arra utal, hogy a transzkripciós sebesség monitorozása pl. A PYCARD az MCI-ben korai diagnosztikai eszközt kínálhat az AD fejlesztéshez. A perifériás monociták vér-agy gáton való átvándorlása valószínűleg fontos tényező az Alzheimer-kórt kísérő ideggyulladásban. A legújabb eredmények azt mutatták, hogy a nukleozid reverz transzkriptáz inhibitorok gátolják a gyulladásos folyamat aktiválódását [50]. Ha az ideggyulladás káros az AD-ben, ezek a gyógyszerek érdekes eszközök lehetnek e betegség kezelésében.


CH450 és CH451: Biokémia – Az élet meghatározása molekuláris szinten

12.1 DNS-mutációk

12.2 A DNS-károsodás típusai

12.3 Sejtstresszre és DNS-károsodásra adott válasz

12.4 Hibák javítása

12.5 Alap kivágás javítása

12.6 Nukleotid kivágás javítása

12.7 Kétszálú DNS-törések javítása

12.8 Hibaveszélyes bypass és transzlációs szintézis

12.9 Gyakorlati problémák

12.10 Hivatkozások

12.1 DNS-mutációk

A DNS szerkezetének integritását a sejtek életképességéhez alátámasztja a hatalmas mennyiségű sejtszerkezet, amely a pontos replikáció, javítás és tárolás biztosítására szolgál. Ennek ellenére a DNS-en belüli mutációk meglehetősen gyakori események.

Mutációk véletlenszerű változások, amelyek a DNS bázisok szekvenciáján belül fordulnak elő. Lehetnek nagy léptékűek, megváltoztatva a kromoszómák szerkezetét, vagy kis léptékűek, ahol csak néhány vagy akár egyetlen bázist vagy nukleotidot is megváltoztatnak. A mutációk számos okból előfordulhatnak. Például DNS-mutációkat okozhatnak a DNS-polimeráz által a replikáció során elkövetett hibák. Ahogy a 9. fejezetben megjegyeztük, a DNS-polimerázok nagymértékben feldolgozó enzimek, amelyek lektorálási és szerkesztési funkciókat is tartalmaznak. Ezekkel a biztosítékokkal a hibaarányuk jellemzően nagyon alacsony, és egy a millióhoz bázistól egy a milliárdhoz bázisig terjed. Még ilyen nagy pontosság mellett is ez a hibaarány 3 és 3000 közötti hibához vezet az emberi genomban minden egyes DNS-replikáción áteső sejt esetében. A DNS-mutációk az endogén vagy exogén ágensek által károsított DNS replikációjából is származhatnak. A következő részben a DNS-károsodások gyakori típusait és azok hatásait mutatjuk be. Ha egy DNS-polimeráz a replikáció során sérült DNS-bázissal találkozik a templát DNS-ben, akkor véletlenszerű nukleotid bázist helyezhet el a lézióval szemben. Például gyakran egy adenint tartalmazó nukleotidot adnak hozzá a lézióhoz, függetlenül attól, hogy mi legyen a helyes egyezés. Ez kialakulásához vezethet átmenet vagy transzverzió mutációk.

A átmenet A mutáció olyan pontmutáció, amely egy purin nukleotidot egy másik purinra (A ↔ G) vagy egy pirimidin nukleotidot egy másik pirimidinre (C ↔ T) változtat. mivel, a transzverzió A kifejezés egy purin pirimidin helyettesítésére vonatkozik, vagy fordítva. Néha a léziók a bázisok kihagyását okozhatják a replikáció során, vagy további nukleotidok beépülését okozhatják a gerincbe. A DNS-polimerázok a DNS azon régióinak replikációja során is elcsúszhatnak, amelyek ismétlődő szekvenciákkal vagy nagy szakaszokkal rendelkeznek, amelyek egyetlen bázist ismételnek. A replikáció során a DNS-ben lévő nagyobb léziók vagy keresztkötések katasztrofálisabb DNS-károsodáshoz vezethetnek, beleértve a DNS-szál töréseket is. A mitózis és a meiózis folyamatai során is előfordulhatnak mutációk, amikor testvérkromatidák és/vagy homológ kromoszómák válnak el egymástól.

A természetben, mutagenezis, vagy a DNS-mutációk létrehozásának folyamata, olyan változásokhoz vezethet, amelyek károsak, előnyösek, vagy hatástalanok. A káros mutációk rákhoz és különféle öröklődő betegségekhez vezethetnek, de a jótékony mutációk az evolúció hajtóereje. 1927-ben Hermann Muller először mutatta be a mutációk hatásait a kromoszómák megfigyelhető változásaival. Mutagenezist idézett elő a gyümölcslegyek röntgensugárzással történő besugárzásával.

Ha egy mutációt egy környezeti tényező vagy egy kémiai ágens okoz, akkor ezt a szert a mutagén. A tipikus mutagének közé tartoznak a vegyi anyagok, például a dohányzás közben belélegzett anyagok, valamint a sugárzás, például a röntgen, az ultraibolya fény és a nukleáris sugárzás. A különböző mutagének eltérő módon károsítják a DNS-t, és ezeket a következő részben tárgyaljuk részletesebben. Fontos megjegyezni, hogy a DNS-károsodás önmagában nem feltétlenül vezet mutáció kialakulásához a DNS-ben. Vannak bonyolult DNS-javító eljárások, amelyek célja a különböző típusú DNS-léziók felismerése és javítása. 1000 DNS-lézióból kevesebb, mint 1 okoz ténylegesen DNS-mutációt. A DNS-károsodás felismerésének és javításának folyamatai a fejezet későbbi részeinek középpontjában állnak.

A mutációk típusai

A mutációknak sokféle típusa létezik. A mutációk két fő kategóriája a csíravonali mutációk és a szomatikus mutációk.

  • Csíravonali mutációk az ivarsejtekben, a nemi sejtekben, például a tojásokban és a spermiumokban fordulnak elő. Ezek a mutációk különösen jelentősek, mert átvihetők az utódokra, és az utódok minden sejtjében megtalálhatók lesznek a mutációk.
  • Szomatikus mutációk a test más sejtjeiben is előfordulnak. Ezek a mutációk csekély hatással lehetnek a szervezetre, mivel csak egy sejtre és annak leánysejtjeire korlátozódnak. A szomatikus mutációk szintén nem adhatók át utódoknak.

A mutációk abban is különböznek, ahogyan a genetikai anyag megváltozik. A mutációk megváltoztathatják a teljes kromoszómát, vagy csak egy vagy néhány nukleotidot.

Kromoszóma elváltozások olyan mutációk, amelyek megváltoztatják a kromoszóma szerkezetét vagy számát. Akkor fordulnak elő, amikor a kromoszóma egy része letörik, és helytelenül csatlakozik újra, vagy egyáltalán nem csatlakozik újra. Ezeknek a mutációknak a lehetséges módjait az alábbi ábra szemlélteti. A kromoszóma-elváltozások nagyon súlyosak. Gyakran annak a sejtnek vagy szervezetnek a halálát okozzák, amelyben előfordulnak. Ha a szervezet életben marad, többféle módon is érintett lehet. Az emberi kromoszóma-elváltozásra példa a Down-szindrómát okozó mutáció. Ez egy duplikációs mutáció, amely fejlődési késésekhez és egyéb rendellenességekhez vezet. Akkor fordul elő, amikor az egyén a 21-es kromoszóma egy extra másolatát örökli. Triszómiának is nevezik (“három kromoszóma”) 21. Így a kromoszómaszerkezetben előforduló nagy léptékű mutációk a következők: (1) Amplifikációk (beleértve a génduplikációkat) ahol egy kromoszómaszegmens megismétlődése vagy egy kromoszóma törött darabjának jelenléte egy kromoszóma törött darabjának jelenléte egy homológ vagy nem homológ kromoszómához kapcsolódhat, így a gének némelyike ​​kettőnél több dózisban van jelen, ami az összes kromoszóma többszörös másolatát eredményezi. régiók, növelve a bennük található gének dózisát, (2) Törléseknagy kromoszómarégiók, ami a gének elvesztéséhez vezet ezekben a régiókban, és (3) Kromoszóma átrendeződések mint például transzlokációk (amely a nem homológ kromoszómák genetikai részeinek kicserélődését jelenti), beszúrások (amelyek az egyik kromoszóma szegmenseit egy másik nem homológ kromoszómába helyezik be), és inverziók(amely a kromoszóma egy részét ellenkező irányba fordítja vagy fordítja) (12.1. ábra).

12.1. ábra Kromoszómális változások. A kromoszómális elváltozások jelentős változások a genetikai anyagban. Kép módosítva innen: Dietzel65

Vannak olyan kisebb mutációk is, amelyek csak egyetlen nukleotidot vagy kis számú nukleotidot változtatnak meg a DNS egy lokalizált régiójában. Ezeket aszerint osztályozzák, hogy a DNS-molekula hogyan változik. Az egyik típus, a pontmutáció, egyetlen bázist érint, és leggyakrabban akkor fordul elő, ha az egyik bázist egy másikkal helyettesítik vagy helyettesítik. A mutációk egy vagy több bázis, úgynevezett an beillesztésvagy egy vagy több bázis eltávolítása, amely a törlés.

A pontmutációk sokféle hatással lehetnek a fehérje működésére (12.1. táblázat és 12.2. ábra). A genetikai kód degenerációja következtében a pontmutáció általában azt eredményezi, hogy a szekvenciaváltozás ellenére ugyanaz az aminosav épül be a kapott polipeptidbe. Ennek a változásnak nincs hatása a fehérje szerkezetére, ezért a csendes mutáció. A missense mutáció azt eredményezi, hogy egy másik aminosav épül be a kapott polipeptidbe. A missense mutáció hatása attól függ, hogy az új aminosav kémiailag mennyire különbözik a vad típusú aminosavtól. A megváltozott aminosav elhelyezkedése a fehérjében szintén fontos. Például, ha a megváltozott aminosav az enzim aktív helyének része, vagy nagymértékben befolyásolja az enzim alakját, akkor a missense mutáció hatása jelentős lehet. Sok missense mutáció olyan fehérjéket eredményez, amelyek még mindig működőképesek, legalábbis bizonyos mértékig. Néha a missense mutációk hatásai csak bizonyos környezeti feltételek mellett nyilvánvalóak, ilyen missense mutációkat hívnak feltételes mutációk. Ritkán egy missense mutáció előnyös lehet. Megfelelő környezeti feltételek mellett az ilyen típusú mutáció szelektív előnyhöz juttathatja az azt hordozó szervezetet. A pontmutáció egy másik típusa, az a nonszensz mutáció, egy aminosavat kódoló kodont (szensz kodon) stopkodonná (nonszensz kodonná) alakít át. A nonszensz mutációk olyan fehérjék szintézisét eredményezik, amelyek rövidebbek a vad típusnál, és jellemzően nem működőképesek (összefoglalva a 12.3. ábrán).

12.1. táblázat: A pontmutációk típusai

típus Leírás Példa Hatás
Csendes a mutált kodon ugyanazt az aminosavat kódolja CAA (glutamin) → CAG (glutamin) egyik sem
Missense a mutált kodon egy másik aminosavat kódol CAA (glutamin) → CCA (prolin) változó
Ostobaság a mutált kodon egy korai stopkodon CAA (glutamin) → UAA (stop) általában komoly

12.2. ábra: A pontmutációk lehetséges hatásai a fehérjekódoló régiókra. A képen különböző típusú pontmutációk láthatók (néma, missense és nonsense), amelyek a fehérje szerkezetének megváltozásához vezethetnek.
ábra innen: Jonsta247

Kisebb léptékű törlések és beszúrások különböző hatásokat is okoznak. Mivel a kodonok nukleotidhármasok, a három nukleotidból álló csoportokban lévő inszerciók vagy deléciók egy vagy több aminosav inszerciójához vagy deléciójához vezethetnek, és nem feltétlenül befolyásolják jelentős mértékben a kapott fehérje funkcionalitását. Azonban, kereteltolásos mutációk, A három többszörösétől eltérő nukleotidok inszerciói vagy deléciói által okozott inszerciók rendkívül problematikusak, mivel az olvasási keretben eltolódás következik be (12.3. ábra). Mivel a riboszómák hármas kodonokban olvassák be az mRNS-t, a kereteltolásos mutációk minden aminosavat megváltoztathatnak a mutáció helye után. Az új leolvasási keret tartalmazhat egy stopkodont is a kódoló szekvencia vége előtt. Következésképpen a frameshift mutációkat tartalmazó génekből készült fehérjék szinte mindig nem funkcionálnak.

12.3. ábra. A fehérjekódoló régiók kis léptékű mutációinak összefoglalása. A DNS által kódolt fehérjeszekvencia megváltozásához vezető DNS-elváltozások lehetnek pontmutációk, DNS-inszerciók és DNS-deléciók.

A mutációk többségének nincs sem negatív, sem pozitív hatása arra a szervezetre, amelyben előfordulnak. Ezeket a mutációkat semleges mutációknak nevezzük. Ilyenek például a silent point mutációk, amelyek semlegesek, mivel nem változtatják meg az általuk kódolt fehérjék aminosavait.

Egyes mutációk pozitív hatással vannak arra a szervezetre, amelyben előfordulnak. Ezeket előnyös mutációknak nevezik. Ha csíravonal sejtekben (petékben vagy spermiumokban) fordulnak elő, ezek a tulajdonságok örökölhetőek lehetnek, és egyik generációról a másikra átadhatók. A jótékony mutációk általában a fehérjék új változatait kódolják, amelyek segítik az organizmusokat a környezetükhöz való alkalmazkodásban. Ha növelik egy szervezet túlélési vagy szaporodási esélyét, a mutációk idővel valószínűleg gyakoribbá válnak egy populációban. Számos jól ismert példa van a jótékony mutációkra. Itt csak kettő:

  1. A baktériumokban olyan mutációk léptek fel, amelyek lehetővé teszik a baktériumok túlélését antibiotikumok jelenlétében. A mutációk antibiotikum-rezisztens baktériumtörzsek kialakulásához vezettek.
  2. Egyedülálló mutációt találtak az emberekben egy olaszországi kisvárosban. A mutáció megvédi őket az érelmeszesedés kialakulásától, amely a zsírok veszélyes felhalmozódása az erekben. Még azt is azonosították, hogy melyik egyedben először megjelent a mutáció.

Káros mutációk is előfordulhatnak. Képzelje el, hogy véletlenszerűen változtat egy bonyolult gépen, például egy autómotoron. Nagyon kicsi annak az esélye, hogy a véletlenszerű változtatás javítja az autó működését. A változtatás sokkal valószínűbb, hogy olyan autót eredményez, amely nem megy jól, vagy esetleg egyáltalán nem megy. Ugyanezen alapon a gén DNS-ében bekövetkezett bármilyen véletlenszerű változás nagyobb valószínűséggel eredményez olyan fehérje termelődését, amely nem vagy egyáltalán nem működik, mint egy mutáció, amely javítja a funkciót. Az ilyen mutációk valószínűleg károsak. A káros mutációk genetikai rendellenességeket vagy rákot okozhatnak.

  • A genetikai rendellenesség olyan betegség, szindróma vagy más abnormális állapot, amelyet egy vagy több gén mutációja vagy kromoszóma-elváltozás okoz. A genetikai rendellenességre példa a cisztás fibrózis. Egyetlen gén mutációja miatt a szervezet vastag, ragadós nyálkát termel, amely eltömíti a tüdőt és elzárja az emésztőszervek csatornáit. A genetikai rendellenességeket általában olyan génmutációk okozzák, amelyek a csíravonal sejtjeiben fordulnak elő, és természetükben öröklődnek.
  • Azok a betegségek, amelyeket egy egyeden belül előforduló, de utódaikra nem továbbító mutációk okoznak, a szomatikus sejtekben előforduló mutációk. A rák a szomatikus sejteken belüli mutációk felhalmozódása által okozott betegség. Ez olyan sejtek kialakulását eredményezi, amelyek ellenőrizetlenül növekednek, és abnormális sejttömegeket, úgynevezett daganatokat képeznek. Általában a sejtciklust, a DNS-javítást, az angiogenezist szabályozó gének mutációi és más olyan gének okozzák, amelyek elősegítik a sejtnövekedést és a túlélést. A mutációk miatt a mutált DNS-sel rendelkező sejtek korlátozás nélkül osztódnak, elrejtőznek az immunrendszer elől, és gyógyszerrezisztenciát alakítanak ki.

Vissza a lap tetejére

12.2 A DNS-károsodás típusai

A környezeti tényezők és a sejten belüli normál anyagcsere-folyamatok következtében fellépő DNS-károsodás sejtenként napi 1 000-1 000 000 molekuláris elváltozás fordul elő. Míg ez az emberi genom körülbelül 6 milliárd bázisának (3 milliárd bázispárnak) csak 0,000165%-át teszi ki, ha nem javítják, mutációkat okozhat a kritikus génekben (például a tumorszuppresszor génekben), ami gátolhatja a sejt azon képességét. működését, és érezhetően növeli a daganatképződés és a betegségek, például a rák valószínűségét.

A DNS-károsodások túlnyomó többsége a kettős hélix elsődleges szerkezetét érinti, vagyis maguk a bázisok kémiailag módosulnak. Ezek a módosítások viszont megzavarhatják a molekulák szabályos spirális szerkezetét olyan nem natív kémiai kötések vagy terjedelmes adduktok bevezetésével, amelyek nem illeszkednek a standard kettős hélixbe. A fehérjékkel és az RNS-sel ellentétben a DNS-nek általában hiányzik a harmadlagos szerkezete, ezért ezen a szinten nem lép fel károsodás vagy zavar. A DNS azonban szupertekervényben van, és a hisztonoknak nevezett "csomagoló" fehérjék köré tekered (eukariótákban), és mindkét felépítmény érzékeny a DNS-károsodás hatásaira.

A DNS-károsodásnak többféle típusa is előfordulhat normál sejtfolyamatok vagy a sejtek DNS-károsító ágensekkel való környezeti kitettsége miatt. A DNS-bázisok károsodhatnak: (1) oxidatív folyamatok, (2) bázisok alkilezése, (3) bázisok hidrolízise által okozott bázisvesztés, (4) tömeges addukt képződés, (5) DNS térhálósodás és (6) DNS. száltörések, beleértve az egy- és kétszálú töréseket. Az alábbiakban ismertetjük az ilyen típusú károk áttekintését.

Oxidatív károsodás

A reaktív oxigénfajták (ROS) jelentős celluláris stresszt és károsodást okozhatnak, beleértve a DNS oxidatív károsodását is. A hidroxil gyökök ( • OH) a ROS egyik legreaktívabb és legelektrofilebb csoportja, és ultraibolya és ionizáló sugárzással vagy más enzimreakciókból származó gyökökből képződhetnek. Az • OH 8-oxo-7,8-dihidroguanin (8-oxoG) képződését okozhatja guaninmaradékokból, többek között oxidatív termékekből (12.4. ábra). A nukleinsavbázisok közül a guanin a legkönnyebben oxidálható, mivel a DNS-bázisok közül ennek a legalacsonyabb az ionizációs potenciálja. A 8-oxo-dG az egyik legelterjedtebb DNS-lézió, és az oxidatív stressz biomarkereként tartják számon. Becslések szerint naponta akár 100 000 8-oxo-dG lézió fordulhat elő a DNS-ben sejtenként. A 8-oxo-dG redukciós potenciálja még alacsonyabb (0,74 V vs. NHE), mint a guanoziné (1,29 V vs. NHE). Ezért tovább oxidálható, és számos másodlagos oxidációs termék keletkezik.

12.4. ábra Reaktív oxigénfajok és DNS-károsodás. Oxidatív stressz körülményei között a 8-oxoG a guanint módosító reaktív oxigénfajták (ROS) eredménye.

Ahogy korábban említettük, a 8-oxo-dG megnövekedett szintje egy szövetben az oxidatív stressz biomarkereként szolgálhat. Ezenkívül a 8-oxo-dG megnövekedett szintjét gyakran találják karcinogenezissel és más betegségi állapotokkal összefüggésben (12.5. ábra). A 8-oxo-dG-t tartalmazó DNS replikációja során az adenin leggyakrabban a lézióval szemben épül be. A replikációt követően a 8-oxo-dG kivágásra kerül a javítási folyamat során, és timint építenek be a helyére. Így a 8-oxo-dG mutációk tipikusan G-T transzverziót eredményeznek.

12.5. ábra Az oxidatív stressz és az emberi egészség. Az oxidatív stressz okozta DNS-károsodást számos emberi betegséggel összefüggésbe hozták.

Bázisok alkilezése

Az alkilezőszerek széles körben elterjedtek a környezetben, és endogén módon is termelődnek, a sejtmetabolizmus melléktermékeiként. Elváltozásokat visznek be a DNS- vagy RNS-bázisokba, amelyek citotoxikusak, mutagének vagy semlegesek lehetnek a sejtre nézve. A 12.6. ábra a DNS-bázisok főbb reaktív helyeit mutatja, amelyek érzékenyek az alkilezésre. A citotoxikus léziók blokkolják a replikációt, megszakítják a transzkripciót vagy az apoptózis aktiválódását jelzik, míg a mutagén léziók tévesen kódolnak és mutációkat okoznak az újonnan szintetizált DNS-ben. Az alkilezés leggyakoribb típusa a metilaton, amelynek fő termékei közé tartozik az N7-metilguanin (7 meG), az N3- metil-adenin (3 meA) és O6-metil-guanin (06 meG). Kisebb mennyiségű metiláció más DNS-bázisokon is megtörténik, ideértve az N1-metil-adenin (1meA), az N3-metil-citozin (3meC), az O4-metiltimin (O4meT) és a metil-foszfotriészterek (MPT) képződését.

12.6. ábra Az alkilezés főbb helyei a DNS-ben. Az ábra a Watson-Crick DNS-bázispárokat mutatja, amelyek fő károsodási helyeit kis alkilezőszerek (metil és etil) módosították. (A) Az SN1 és SN2 alkilezőszerek általi bázismódosítás helyei. A narancssárga szín a nagyobb, a zöld pedig a kisebb kárhelyeket jelöli. (B) A foszfotriészter képződését metilcsoportok jelenléte jelzi az Rp és Sp izomerekkel együtt.

Az alkilezőszerek károsíthatják a DNS és az RNS összes exociklikus nitrogénjét és oxigénjét, valamint a gyűrű nitrogénjeit (12.6A ábra). Az egyes módosított bázishelyek százalékos aránya azonban függ az alkilezőszertől, a DNS-ben vagy RNS-ben elfoglalt helyétől, és attól, hogy a nukleinsavak egy- vagy kétszálúak-e. Érdekes módon az O-alkilezések mutagénebbek és károsabbak, mint az N-alkilezések, amelyek citotoxikusabbak lehetnek, de nem annyira mutagének.

Amint azt a 13. fejezetben feltárjuk, a DNS metilációja a génexpressziót szabályozó fontos mechanizmusként is szolgál.

Alapvesztés

An AP oldal (apurinikus/apirimidines hely), más néven an abasic site, egy olyan hely a DNS-ben (az RNS-ben is, de sokkal kevésbé valószínű), hogy sem purin, sem pirimidin bázis nincs benne, akár spontán, akár DNS-károsodás miatt (12.7. ábra). A becslések szerint fiziológiás körülmények között naponta 10 000 apurinikus hely és 500 apirimidin képződhet egy sejtben.

12.7. ábra Alapvető helyek. Apurinikus és apirimidimás (AP) helyek az instabil hidrolízis miatt fordulnak elő.

Az AP helyek kialakulhatnak spontán depurinációval, de előfordulhatnak közbenső termékként is a báziskivágásos javítás során, a 12.5 pontban leírt javítási folyamat során. Ha nem javítják, az AP helyek mutációhoz vezethetnek a szemikonzervatív replikáció során. A replikációs villa elakadását okozhatják, és gyakran megkerülik őket transzlációs szintézis, erről részletesebben a 12.8. Ban ben E. coli, az adenint előnyösen az AP helyekkel szemben helyezik be, ez a “A szabály” néven ismert. A magasabb rendű eukarióták esetében bonyolultabb a helyzet, a szervezettől és a környezeti feltételektől függően a különböző nukleotidok preferálnak.

Tömeges adduktum képződés

Egyes vegyszerek biológiailag reaktívak, és kovalens kötéseket hoznak létre biológiai molekulákkal, például DNS-sel és fehérjékkel terjedelmes adduktumok, vagy függelékek, amelyek elágaznak a fő molekulától. Mutagént/karcinogént fogunk használni, benzo[a]pirén, példaként ehhez a folyamathoz.

benzo[a]pirén egy policiklusos aromás szénhidrogén, amely szerves anyagok tökéletlen égése során képződik 300°C (572°F) és 600°C (1112°F) közötti hőmérsékleten. A mindenütt előforduló vegyület megtalálható a kőszénkátrányban, a dohányfüstben és számos élelmiszerben, különösen a grillezett húsokban. benzo[a]pirén valójában a prokarcinogén amelyet az anyagcserével biológiailag aktiválni kell, mielőtt reaktív metabolitot képezne (12.8. ábra) Normális esetben, amikor a szervezet idegen molekuláknak van kitéve, olyan anyagcsere-folyamatokat indít el, amelyek hidrofilebbé teszik a molekulát, és könnyebben eltávolíthatók salakanyagként. Sajnos a benzo[a]pirén, a keletkező metabolit egy nagyon reakcióképes epoxid, amely nagyméretű adduktot képez, elsősorban a DNS-ben lévő guanin-maradékokkal. Ha nem javítják, a DNS-replikáció során általában egy adenint helyeznek el a lézióval szemben a leánymolekulában. Az adduktum későbbi javítása a sérült guaninbázis timinnel való helyettesítését eredményezi, ami G –> T transzverziós mutációt okoz.

12.8 ábra Benzo[a]pirén aktiválása és adduktum képződése. (A) Benzo[aA pirén a normál anyagcsere-folyamatok során biológiailag dihidrodiális epoxiddá válik. (B) A cigarettafüst a benzo[a]pirén. (C) Az aktivált (+)benzo[aA ]pirén-7,8-dihidrodiol-9,10-epoxid DNS-adduktumot képezhet guanin-maradékokkal. (D) A benzo[aA pirén addukt egy terjedelmes léziót képez, amely torzítja a DNS gerincét.

Vissza a lap tetejére

DNS keresztkötés

A DNS keresztkötéseakkor fordul elő, amikor különböző exogén vagy endogén ágensek reagálnak a DNS két nukleotidjával, és kovalens kötést hoznak létre közöttük. Ez a keresztkötés előfordulhat ugyanazon a szálon belül (intrasztrand) vagy a kettős szálú DNS ellentétes szálai között (intersztrand) (12.9. ábra). Ezek az adduktok megzavarják a sejtmetabolizmust, például a DNS-replikációt és a transzkripciót, ami sejthalált vált ki.

12.9. ábra: Intraszálon belüli és szálközi DNS keresztkötések sematikus diagramja.

Az UV-fény molekuláris keresztkötéseket okozhat két pirimidin-maradék, általában két timin-maradék között, amelyek egymás után helyezkednek el a DNS-szálon belül (12.10. ábra). Két elterjedt UV-termék a ciklobután-pirimidin dimerek (CPD-k) és a 6-4 fototermékek. Ezek a premutagén elváltozások megváltoztatják a szerkezetet és esetleg a bázispárosodást. Másodpercenként akár 50-100 ilyen reakció is előfordulhat egy bőrsejtben napfény hatására, de általában néhány másodpercen belül korrigálódnak fotoliáz-reaktiválással vagy nukleotid kivágással. A nem korrigált léziók gátolhatják a polimerázokat, félreolvasást okozhatnak a transzkripció vagy replikáció során, vagy a replikáció leállásához vezethetnek. A pirimidin dimerek a melanómák elsődleges okai az emberekben.

12.10. ábra Kétszálú DNS-törések és timin-dimer képződés (a) Az ionizáló sugárzás, például a röntgen- és y-sugarak elegendő energiát tartalmaznak ahhoz, hogy egy- és kétszálú töréseket okozzanak a DNS-gerincben. (b) A nem ionizáló sugárzásból, például az UV-fényből származó energiát közvetlenül elnyeli a DNS, aminek következtében az egyetlen DNS-szálon belül szomszédos timinmaradékok térhálósodnak. (c) egy 6,4-dimer, amely egyetlen kovalens kötést képez, és (d) a timin-timin ciklobután dimer, amely két kovalens kötést képez a timinmaradékok között.

DNS-szál szakadások

Az ionizáló sugárzás, például a radioaktív bomlás vagy a kozmikus sugarak által létrehozott sugárzás, töréseket okoz a DNS-szálakban (12.10a. ábra). Az alacsony szintű ionizáló sugárzás helyrehozhatatlan DNS-károsodást idézhet elő (ami a neopláziához szükséges replikációs és transzkripciós hibákhoz vezet, vagy víruskölcsönhatásokat válthat ki), ami idő előtti öregedéshez és rákhoz vezethet. A DNS-en belül keresztkötéseket létrehozó kémiai ágensek, különösen a szálak közötti keresztkötések, szintén DNS-száltörésekhez vezethetnek, ha a sérült DNS DNS-replikáción megy keresztül. A térhálósított DNS a topoizomeráz enzimek leállását okozhatja az átmeneti állapotban, amikor a DNS gerinc hasított állapotban van. Ahelyett, hogy enyhítené a szupertekercselést és visszazárná a gerincet, az elakadt topoizomeráz kovalensen kötődik a DNS-hez az ún. abortív katalízis. Ez Top1 enzimek esetén egyszálú, Top2 enzimek esetén kettős szálú törés kialakulásához vezet. A DNS transzkripciója során a topoizomeráz leállás miatti kettős szál szakadások is előfordulhatnak (12.11. ábra). Valójában, abortív katalízisés a transzkripciós események során a DNS-szál törések kialakulása károsodásérzékelőként szolgálhat a sejten belül, és elősegítheti a DNS-károsodásra adott válasz jelátviteli útvonalainak elindítását, amelyek elindítják a DNS-javítási folyamatokat.

12.11. ábra A topoizomeráz IIB modellje (A TOP2B) által közvetített DNS kettős szál törések a transzkripció során. (Felső diagram) a transzkripció indukálatlan állapotában a Pol II szünetel +25 és +100 között a transzkripció kezdőhelyétől. A szüneteltetés különböző elemeknek tulajdonítható, beleértve a szüneteltetést stabilizáló transzkripciós faktorokat, a +1 nukleoszómát, valamint a DNS szerkezetét és torzióját. A Pol II előtti pozitív szupertekercseléshez szükség lehet a TOP2B funkcióra. (Középső diagram) A különböző ingerek által kiváltott transzkripciós aktiválás aktiválja a TOP2B-t, hogy feloldja a DNS-torziót a promoterben és a géntestben. (Alsó diagram) Ebben a folyamatban a TOP2B abortív katalíziséből kettős szál szakadások jöhetnek létre, amelyek gyakran előfordulnak egyes génekben. Ez lehet a felelős a DNS-károsodásra adott válaszjelzésért, amelyet számos ingerrel indukálható génben megfigyeltek emberekben.

Vissza a lap tetejére

12.3 Sejtstresszre és DNS-károsodásra adott válasz

Mind az exogén, mind az endogén mechanizmusok által előidézett genetikai károsodás folyamatos fenyegetést jelent a sejtre nézve. A genom integritásának megőrzése érdekében az eukarióta sejtek olyan javító mechanizmusokat fejlesztettek ki, amelyek specifikusak a különböző típusú DNS-károsodásokra. Mindazonáltal a kár típusától függetlenül kifinomult felügyeleti mechanizmust vált ki DNS-károsodás ellenőrző pontok, érzékeli és jelzi jelenlétét a DNS-javító gépezetnek. DNS-károsodás ellenőrző pontok funkcionálisan konzerváltak az eukarióta evolúció során, és az ellenőrzőpont-válasz legtöbb releváns szereplője az élesztőtől az emberig erősen konzervált. Az ellenőrző pontok a sejtciklus előrehaladásának késleltetésére és a DNS-replikáció előtti időt hagyják a sejteknek a sérült DNS helyreállítására (12.12. ábra). Miután a sérült DNS-t helyreállították, az ellenőrzőpont-gépezet olyan jeleket indít el, amelyek folytatják a sejtciklus előrehaladását. A sejteken belül több útvonal is hozzájárul a DNS-javításhoz, de az érintett specifikus javítási útvonaltól függetlenül az ellenőrzőpont aktiválásának három fázisát hagyományosan azonosítják: (1) A károsodás érzékelése, (2) A jelátviteli kaszkád aktiválása és (3) Bekapcsolás effektorok. Az érzékelő fázis felismeri a károsodást, és aktiválja a jelátviteli fázist, hogy blokkolja a sejtciklus előrehaladását, és kiválasztja a megfelelő javítási útvonalat.

A többsejtű szervezetekben a DNS-károsodásra adott válasz két fő fiziológiai következménnyel járhat: (1) A sejtek a sejtciklus leállásán eshetnek át, helyreállíthatják a károsodást és újra beléphetnek a sejtciklusba, vagy (2) a sejtek célpontjai lehetnek a sejthalálnak ( apoptózis) és eltávolítjuk a populációból. A sejtciklus folyamata erősen konzervált és pontosan szabályozott, hogy szabályozza a genom megkettőzését és a leánysejtekké való szétválást. A sejtciklus négy különálló és rendezett fázisból áll, amelyeket G0/G1-nek (1. rés), S-nek (DNS-szintézis), G2-nek (2. rés) és M-nek (mitózis) neveznek. A sejtciklus minden szakaszában több ellenőrzőpont is létezik, amelyek biztosítják a DNS hű replikációját az S-fázisban és a kromoszómák leánysejtekké történő pontos szétválását. A G1 és G2 fázisok kritikus szabályozási ellenőrzőpontok, ahol a G1 és S fázis közötti restrikciós pont határozza meg, hogy a sejtek belépnek-e az S fázisba, vagy kilépnek a sejtciklusból, hogy a G0 fázisban megálljanak. A sejtciklus előrehaladásához a ciklin-dependens kinázok (CDK-k) aktivitására van szükség, amely a szerin/treonin kinázok egy csoportja. A CDK-k akkor aktiválódnak, amikor komplexeket képeznek a ciklin szabályozó fehérjékkel, amelyek specifikusan a sejtciklus különböző szakaszaiban expresszálódnak. A ciklinek kötődnek a CDK-khoz, és stabilizálják azokat aktív konformációjukban. A ciklin/CDK képződése szabályozza a sejtciklus előrehaladását a célgének, például a tumorszuppresszor protein retinoblasztóma (Rb) foszforilációján keresztül.

A DNS-károsodás során a sejtciklust leállítják vagy blokkolják a ciklin-függő kináz inhibitorok. Ahogy a 12.12. ábrán látható, ez egy bonyolult jelátviteli kaszkád, amelynek számos lefelé irányuló hatása van. A sejtciklus leállításának elsődleges funkciója az, hogy a CDK gátlása időt hagy a DNS helyreállítására, mielőtt a sejtciklus S-fázisba vagy mitózisba kerülne. Amint a 12.12. ábrán látható, két fő sejtciklus-ellenőrző pont reagál a DNS-károsodásra, ezek a DNS-szintézis előtti és utáni G1-, illetve G2-fázisban lépnek fel, és hatással vannak a specifikus CDK-komplexek aktivitására.Az ellenőrzőpont kinázok a foszfatidilinozitol 3-kináz (PI3K)-szerű protein kinázok (PI3KKs), ataxia telangiectasia és Rad3-kapcsolódó (ATR) vagy ataxia telangiectasia mutált (ATM) fehérje, valamint a transzducer ellenőrzőpont kinázok a CHK1 (a CHEK2 gén által kódolt) (a CHEK2 gén által kódolt) a DNS-károsodás jelzésének kulcsfontosságú szabályozói. A DNS-károsodás jelzését az ATM/ATR észleli, amely ezután foszforilálja és aktiválja a CHK2/CHK1-et. Az aktivált CHK2 részt vesz a p53 aktiválásában, ami a p53-függő korai fázisú G1 leálláshoz vezet, hogy időt hagyjon a DNS-javításra. A p53 aktiválása indukálja a Cyclin-Dependent Kinase Inhibitor (CKI) p21 CIP1 gén expresszióját, ami a ciklin E/CDK2 komplexek gátlásához és a DNS-javító gépezet ezt követő felszabályozásához vezet.

Ha a DNS-javítás nem fejeződik be sikeresen, vagy a sejtek nem tudnak programozni, hogy reagáljanak az életképes sejtciklus-leállás okozta stresszekre, a sejtek a p53 által kiváltott apoptózis sorsára néznek. Az aktivált CHK1 átmeneti S-fázis-leállást közvetít foszforiláción keresztül, hogy inaktiválja a CDC25A-t, ami ubiquitinációt és proteolízist okoz. Ezenkívül az aktivált CHK1 foszforilálja és inaktiválja a CDC25C-t, ami a sejtciklus leállásához vezet a G2 fázisban. Az aktív CHK1 közvetlenül stimulálja a WEE1 foszforilációját is, ami fokozza a CDK2 és CDK1 gátló Tyr15 foszforilációját, és ezt követően a sejtciklus blokkolását a G2 fázisban. A WEE1 aktivitását a CDK aktivitás alacsony szintje is stimulálhatja a G2 sejtciklus fázisában. A SAC, más néven mitotikus ellenőrzőpont, a kromoszómák metafázisban lévő mitotikus orsóhoz való helyes kapcsolódásának monitorjaként működik, amelyet a TTK proteinkináz (TTK, más néven monopoláris orsó 1 (MPS1)) szabályoz. A SAC aktiválása átmenetileg sejtciklus-leállást indukál az APC/C aktiválásának gátlásán keresztül. A mitotikus ellenőrzőpont létrehozása és fenntartása érdekében a TTK számos ellenőrzőpont fehérjét toboroz a kinetokorokba a mitózis során a szubsztrátjainak foszforilálásával, hogy biztosítsa a megfelelő kromoszóma szegregációt és a genomi integritást. Ily módon a kromoszóma szegregációs hibákból eredő genomi instabilitást a SAC védi. Amint az SAC átjutott, az APC/C E3 ligáz komplex stimulálja és megjelöli a ciklin B-t és a securint az ubiquitin által közvetített degradációhoz, ami a mitózis beindulásához vezet. Egyszóval az ellenőrzőpontok hibabiztos mechanizmust kínálnak a genom integritásának biztosítására a szülői sejttől a leánysejtig. Az ellenőrzőpont aktiválásának jelátviteli kaszkádja végül konvergál a CDK gátlásához, ami azt jelzi, hogy a CDK funkció a sejtciklus progressziójának kulcsfontosságú mozgatórugója.

12.12. ábra Sejtsorsok DNS-károsodást követően. A sejtciklus-ellenőrző pontokat DNS-károsodás idézi elő, pirossal. A lilával jelzett ciklinfüggő kináz gátlók (CIP/KIP) blokkolják a sejtciklus előrehaladását a sejtciklus minden fázisában (G1, S, G2 vagy M) DNS-károsodást követően a ciklinfüggő kináz komplexek gátlásával (zöld színnel jelölve). ). A DNS-károsodás hatására aktiválódó jelzőkaszkádok szintén DNS-javító útvonalakat váltanak ki, vagy ha a DNS-károsodás súlyos, akkor a programozott sejthalál (Apoptosis) aktiválódik.

Vissza a lap tetejére

A sejtciklus előrehaladásának blokkolása mellett a DNS-károsodás érzékelői olyan DNS-javító mechanizmusokat is aktiválnak, amelyek specifikusak a jelenlévő károsodás típusára. Például az egyszálú DNS-töréseket elsősorban a Base Excision Repair, a terjedelmes DNS-adduktokat és a keresztkötéseket a Nucleotide Excision Repair, a kisebb nukleotidmutációkat, például az alkilációt pedig a Mismatch Repair javítja. A sejteknek két fő mechanizmusuk van a Double-Strand-Breaks (DSB) javítására. Ide tartozik a nem homológ végcsatlakozás (NHEJ) és a homológ rekombináció (HR). Ha a károsodás túl kiterjedt ahhoz, hogy helyrehozni lehessen, apoptotikus útvonalak indulnak el. A következő szakaszokban a fő DNS-javítási útvonalak részleteit adjuk meg.

12.4 Hibák javítása

A DNS mismatch repair (MMR) egy erősen konzervált DNS-javító rendszer (12.2. táblázat), amely nagymértékben hozzájárul a genom stabilitásának fenntartásához az össze nem illő bázispárok korrekciója és a DNS-bázisok kis módosításai, például az alkilezés révén. Az össze nem illő bázispárok fő forrása a replikációs hiba, bár ez más biológiai folyamatokból is eredhet. Így az MMR gépezetnek rendelkeznie kell egy mechanizmussal annak meghatározására, hogy a DNS melyik szála a templátszál, és melyik szálat szintetizálták újonnan. Ban ben E. coli, a DNS metilációja gyakori posztreplikációs módosulás, amely fellép. Így az újonnan szintetizált DNS-ben a metilálatlan szálat új szálként ismerik fel, és a metilezett szálat templátként használják az eltérések javítására. Ban ben E. coli, az MMR 20-400-szorosára növeli a DNS-replikáció pontosságát. Az MMR gének mutációi és epigenetikai elnémítása az emberi örökletes, nem polipózisos vastagbélrákok akár 90%-ában is szerepet játszik, jelezve ennek a helyreállító rendszernek a jelentőségét a genomiális stabilitás fenntartásában. A posztreplikatív MMR-t a long-patch MMR mechanizmus végzi, amelyben több fehérje vesz részt, és az oligonukleotid viszonylag hosszú szakaszát kivágják a javítási reakció során. Ezzel szemben az össze nem illő bázispárok bizonyos típusait nagyon rövid foltú MMR-rel javítják, amelyben egy rövid oligonukleotid traktust kivágnak a lézió eltávolítására.

12.2. táblázat Nem illő enzimek baktériumokban, élesztőben és emberekben

Jelenleg kétféle MMR-mechanizmust tisztáztak: az egyiket várhatóan az eukarióták és a baktériumok többsége alkalmazza, a másik pedig a E. coli és közeli rokon baktériumok. Ahogy a 12.13(a) és 12.13(b) ábrán látható, az eukariótákban és a legtöbb baktériumban az MMR a szálszakadások felismerésével a nem illeszkedő duplex hibát tartalmazó szálának javítását irányítja. Másrészt, amint az a 12.13(c) ábrán látható, E. coli Az MMR a metiláció hiányát szál megkülönböztető jelként olvassa fel. Mindkét MMR rendszerben a szál megkülönböztetést nick endonukleázok végzik. Az eukariótákból és a legtöbb baktériumból származó MutL homológok bemetszik a nem folytonos szálat, hogy bevezessék a kivágási reakció belépési vagy végpontját. Ban ben E. coli, a MutH bevágja a duplex metilálatlan szálát, hogy létrehozza a kivágás belépési pontját. A sérült vagy nem illeszkedő szál kimetszését követően a helikázok (például az UvrD) és az exonukleázok (például az ExoI) kimetszenek egy rövid nukleotid-régiót a sérült szálból. A DNS pol III vagy DNS pol δ kitölti a rést, és a DNS ligáz javítja a gerincet.

12.13. ábra Az MMR útvonalmodellek sematikus ábrázolása. (a) Eukarióta MMR. A DNS-eltérést egy bázis hibás beépülése okozza a DNS-replikáció során. A MutSα felismeri az alap-bázis eltéréseket. A MutLα bevágja az össze nem illő alap 3′ vagy 5′ oldalát a nem folytonos szálon. Az így létrejövő DNS-szakaszt az EXO1 exonukleáz vágja ki, együttműködve az egyszálú DNS-kötő fehérjével, az RPA-val. A DNS-szálat a DNS-polimeráz δ és a DNS-ligáz újraszintetizálja. (b) MMR in mutH- kevesebb baktérium. Az össze nem illő bázisokat a MutS felismeri. A nem folytonos szál MutL általi bemetszése után a hibát tartalmazó DNS-szálat a DNS-helikázok, például az UvrD, a RecJ és ExoI exonukleázok, valamint az egyszálú DNS-kötő fehérje, az SSB kooperatív funkciói eltávolítják. A DNS-polimeráz III és a DNS-ligáz kitölti a hiányt a javítás befejezéséhez. c) E. coli MMR. A MutS felismeri az össze nem illő bázisokat, és a MutL kölcsönhatásba lép és stabilizálja a komplexet. Ezután a MutH endonukleáz aktiválódik, hogy bemetssze a nem metilált GATC helyet, hogy belépési pontot hozzon létre a kivágási reakcióhoz. A DNS-helikáz, egy egyszálú DNS-kötő fehérje és számos exonukleáz vesz részt a kivágási reakcióban.

Vissza a lap tetejére

12.5 Alap kivágás javítása

A legtöbb oxidált bázist a báziskivágás javítási (BER) útvonalán belül működő enzimek távolítják el a DNS-ből. Az egyszálú DNS-törések is javíthatók ezzel a folyamattal. Az oxidált bázisok eltávolítása a DNS-ben meglehetősen gyors. Például a 8-oxo-dG 10-szeresére nőtt az ionizáló sugárzásnak kitett egerek májában, de a 8-oxo-dG feleslegét 11 perces felezési idővel eltávolították. A 8-oxoG-t a 8-oxoguanin DNS-glikoziláz (OGG1) metszi ki, így apurinikus hely (AP hely) marad (12.14. ábra). Az AP-helyeket ezután az AP-endonukleáz 1 (APE1) gerincének bemetszésével egyszálú törésekké dolgozzák fel. A hosszú foltbázis kivágásnál a bázist és néhány további nukleotidot a polimeráz delta (Polδ) és az epsilon (Polε) és a proliferáló sejtmagi antigén (PCNA) aktivitásától függően helyettesítik. A régi szálat a Flap-endonukleáz 1 (FEN1) eltávolítja, mielőtt a ligáz I (LigI) visszaligálja a gerincet. A rövid foltbázis-kivágási javítás a béta-polimerázból (Polβ) az egyetlen hiányzó bázist pótlólag, a ligáz III-ból (LigIII) a DNS-vázat visszaligáló, és a röntgensugaras javító kereszt-komplementáló protein 1-ből (XRCC1) áll, amely segíti a folyamatot és szolgál állványzat a további tényezők számára.

12.14 ábra Az alap kivágásának javítása. 8-oxo-7,8-dihidroguanin (8-oxoG) báziskivágási javítása (BER). Az oxidatív DNS-károsodást számos javító intermedieren keresztül javítják ki báziskivágással (BER). Az oxidált bázis eltávolítása révén reaktív apurinikus hely (AP hely) képződik. A szál bemetszése egyetlen szál szakadást hoz létre, majd a sérült helyet rövid vagy hosszú BER folttal javítják.

12.6 Nukleotid kivágás javítása

A terjedelmes DNS-adduktumokat és DNS-keresztkötéseket, például az UV-fény által okozottakat, a Nucleotide Excision Repair (NER) útvonalak segítségével javítják ki. A magasabb rendű eukarióta sejtekben a NER rendkívüli pontossággal kivágja a sérült elváltozást tartalmazó 24-32 nukleotidos DNS-fragmenst. A DNS-javítás utolsó szakasza a reparatív szintézis, amelyben a sértetlen szálat templátként használjuk, majd a károsodás eredményeként létrejött egyszálú szakadást ligálják. Az eljárás körülbelül 30 fehérje összehangolt működését foglalja magában, amelyek egymást követően komplexeket képeznek a DNS-en változó összetételű. A NER két útból áll, amelyek a kezdeti kárfelismerés szempontjából különböznek egymástól. Globális genom nukleotid kivágás javítás (GG-NER) észleli és kiküszöböli a terjedelmes károsodásokat a teljes genomban, beleértve az átíratlan régiókat és a csendes kromatint is, transzkripcióhoz kapcsolt nukleotid kivágási javítás (TC-NER) akkor működik, ha az átírt DNS-szál sérülése korlátozza a transzkripciós aktivitást. A TC-NER-t az RNS-polimeráz II leállása aktiválja az átírt szál sérült helyein, míg a GG-NER-t a fehérje, az XPC, egy speciális fehérjefaktor szabályozza, amely felfedi a károsodást. A 12.15. ábrán egy sematikus GG-NER folyamat látható.

12.15. ábra A globális genom nukleotid kivágásának javítási vázlata.

A NER útvonal génjeinek genetikai mutációi UV-érzékeny és nagy rákkeltő kórképeket, például xeroderma pigmentosumot (XP), Cockayne-szindrómát (CS) és trichothiodystrophiát (TTD), valamint néhány neurodegeneratív megnyilvánulást eredményezhetnek.

A Xeroderma pigmentosum megadta néhány, a NER-ben részt vevő gén nevét. Az XP gének mutációja és a megfelelő NER funkció elvesztése okozza a betegséggel járó tüneteket. Az XP-vel rendelkező emberek nem képesek javítani a terjedelmes DNS-adduktokat és keresztkötéseket, például a timin-dimereket, amelyeket az UV-fény okoz. Az XP-ben szenvedők rendkívüli fényérzékenységgel, bőrsorvadással, hiperpigmentációval és magas arányban szenvednek napfény által kiváltott bőrrákot (12.16. ábra). XP-betegeknél a belső daganatok kockázata is 1000-szeres. Ezenkívül a betegség gyakran neurológiai rendellenességekkel jár. Jelenleg nincs hatékony kezelés erre a rendellenességre.

12.16. ábra Nyolc éves lány Guatemalából Xeroderma Pigmentosum-szal. Az arc elülső képe, nagyméretű hiperkeratotiás elváltozásokkal, amelyek aktinikus keratosisra és korai laphámsejtes karcinómára gyanús indurációt mutatnak. Szintén számos hiperpigmentált lentigo és xerosis az arc teljes elülső részén. A szaruhártya markáns hegesedése és injekciója nyilvánvaló.

A terjedelmes DNS léziók kimutatása a NER során különösen nagy kihívást jelent egy sejt számára, amely csak rendkívül érzékeny, több fehérjekomponenst igénylő felismeréssel oldható meg. A BER-rel ellentétben, ahol a sérült bázist egyetlen speciális glikoziláz egyszerre ismeri fel és eliminálja, a NER-ben a lézió felismeréséért és a lézió kivágásáért speciális fehérjecsoportok felelősek. Az eukarióta NER-ben az univerzális szenzorfehérjék végzik a terjedelmes károsodások teljes tartományának kezdeti felismerését. A TC-NER esetében ez akkor fordul elő, amikor a GG-NER károsodása miatt leáll a transzkripciós RNS polimeráz II, ezek az XPC faktor és a DDB1-DDB2 heterodimer (XPE faktor) komplexei, amelyek elősegítik az UV károsodás helyreállítását (12.15. ábra). ). Általánosságban elmondható, hogy a NER által okozott károsodás felismerése egy többlépcsős folyamat, amelyben több fehérje vesz részt, amelyek változó összetételű, sérült komplexeket alkotnak. A folyamat egy metszés előtti komplex kialakításával fejeződik be, amely kész arra, hogy speciális NER endonukleázokkal eltávolítsa a sérült DNS-fragmenst.

Egy eukarióta sejtben a károsodás kezdeti felismerése során a stabil XPC/DNS komplex képződése után a NER-t valójában egy javítható, amely nagyszámú alegységből álló, változó összetételű és architektúrájú komplexum. A komplex egyes alegységei nem rendelkeznek kellő affinitással és szelektivitással a szubsztrátumhoz (a terjedelmes károsodást tartalmazó DNS). A helyzet megváltozik, ha specifikus fehérjekomplexek jönnek létre a károsodás helyén. Ezen komplexek NER fehérjéi a DNS-feldolgozás során kapcsolódnak össze. Összesen 18 polipeptidet kell pontosan pozícionálni két-három DNS-fordulaton belül, amikor a károsodás eltávolítására kész stabil struktúra kialakul és a kivágás megkezdődik. A NER-asszociált fehérjék szerkezete lehetőséget ad a DNS-szubsztráttal való érintkezésre és dinamikus specifikus fehérje-fehérje kölcsönhatásokra. Az ugyanazon fehérje által végrehajtott kölcsönhatások változásai egyike azoknak a mechanizmusoknak, amelyek szabályozzák a javítási folyamatot és finomhangolják a komplexeket, nagy pontosságú nukleotid kivágási javítást biztosítva.

Vissza a lap tetejére

12.7 Kettős szálú DNS-törések javítása

A sejtek két fő utat fejlesztettek ki a DNS-en belüli kettős szál szakadások helyreállítására: a non-homologous end-joining (NHEJ) útvonal, amely biztosítja a DNS végek közvetlen visszazárását és a homológ rekombinációs (HR) útvonalamely homológ DNS-szekvenciák jelenlététől függ a DSB-javításhoz (2.16. ábra)

Az NHEJ javítás a legegyszerűbb és legszélesebb körben használt mechanizmus a DNS-ben előforduló DSB helyreállítására. Az NHEJ általi javítás magában foglalja a két törött vég közvetlen újrazárását, függetlenül a szekvencia homológiájától. Noha az NHEJ az egész sejtciklusban aktív, a G1 fázisban viszonylag fontosabb. Az NHEJ-hez szükséges fehérjék közé tartozik, de nem kizárólagosan, az erősen konzervált Ku70/Ku80 heterodimer komplex, a DNS-függő proteinkináz katalitikus alegység (DNS-PKcs) és a DNS-ligáz IV (LIG4) az XRCC4-gyel komplexben. A DNS-végek közvetlen megkötésével a Ku70/Ku80 védelmet biztosít az exonukleázokkal szemben, és mint ilyen, a HR inhibitoraként működik. A nagyon rövid szekvenciahomológiák valószínűleg elősegítik a DNS-végek összehangolását az NHEJ-függő javítás előtt, azonban ezekre nincs feltétlenül szükség. Az NHEJ megvédi a genetikai integritást azáltal, hogy újra összekapcsolja a törött DNS-szálakat, amelyek egyébként elveszhetnek a DNS-replikáció és a sejtregeneráció során. Az NHEJ folyamata során azonban előfordulhatnak inszerciók vagy deléciók az egyesített régiókban (2.16. ábra).

2.16. ábra A DNS kettős szálú törések javításának főbb útjai. A nem homológ végcsatlakozási (NHEJ) és a homológ rekombinációs (HR) útvonalak kompetitív módon hatnak a DNS kettősszál-törések (DSB) helyreállítására. Az NHEJ és a HR kulcsszereplői láthatók. Az MRE11/RAD50/XRS2 (MRX) komplexet nagyon korán toborozzák a DNS-végeken, és úgy tűnik, fontos szerepet játszik mind az NHEJ, mind a HR szempontjából. A Ku70/Ku80 heterodimer szükséges az NHEJ-hez, és a DNS-végreszekció gátlása révén (5′–3′ exo) a HR represszoraként működik. Az NHEJ-függő DSB-javítás hűsége alacsony, és legtöbbször nukleotid-deléciókkal és/vagy inszerciókkal jár a javítási csomópontokban. A HR-függő mechanizmusok közös korai lépése az ssDNS kialakulása, amelyet azután replikációs protein A (RPA) von be. Az egyszálú lágyító (SSA) mechanizmus megköveteli a közvetlen ismétlődések jelenlétét (narancssárga színben) a törés mindkét oldalán. Az SSA nem jelent semmilyen szálinváziós folyamatot, ezért nem függ a RAD51 fehérjétől. A szálinvázió és a D-hurok kialakulása azonban gyakori lépései a szintézisfüggő szál-annealing (SDSA) és a kettős Holliday junction (HJ) oldódási mechanizmusoknak. Az utóbbi esetben a kettős Holliday-elágazásokat átlépéssel vagy anélkül oldják meg.

Az NHEJ-vel ellentétben a homológ rekombináció (HR) homológ DNS-szekvenciát igényel, hogy templátként szolgáljon a DNS-szintézis-függő javításhoz, és kiterjedt DNS-végfeldolgozást foglal magában. Amint az várható volt, a HR rendkívül pontos, mivel a törött végekkel homológ DNS-szekvenciák segítségével a sérült lókusz precíz helyreállításához vezet. A HR túlnyomórészt a testvérkromatidot használja sablonként a DSB javításához, nem pedig a homológ kromoszómát. Ennek megfelelően a HR nagymértékben gátolt, amíg a sejtek a sejtciklus G1 fázisában vannak, amikor a testvérkromatid még nem replikálódott (2.17A ábra). A HR-javító mechanizmusok nagyobb szerepet játszanak az S-fázisú DNS-replikáció (S-fázis, G2 és M) után bekövetkező DSB-javításban.

A HR-en keresztüli javítást nem egyedi mechanizmus határozza meg, hanem különféle, mechanikailag elkülönülő DSB-javítási folyamatokon keresztül működik, beleértve a szintézistől függő szálhűtést (SDSA), a kettős Holliday junction felbontást és az egyszálú lágyítást (SSA). A HR-függő DSB-javító mechanizmusok közös lépése az egyszálú DNS (ssDNS) kezdeti kialakulása a homológ DNS-templát szekvenciákkal való párosításhoz. Ennek megtörténéséhez a DSB 5′ DNS-szálát több nukleáz és járulékos fehérje dolgozza fel, hogy létrehozzon egy 3′ ssDNS szakaszt, amely templátként használható a rekombinációhoz (2.16. ábra).

A 2.17B ábra részletesebb áttekintést nyújt a HR folyamatról. A HR erősen szabályozott folyamata során három fő fázis különíthető el. Először is, a 3'-egyszálú DNS (ssDNS) végei az 5'-szálak nukleolitikus lebontásával jönnek létre. Ezt az első lépést az endonukleázok katalizálják, beleértve az MRN komplexet (amely az Mre11-ből, Rad50-ből és Nbs1-ből áll). A második lépésben az ssDNS-végeket replikációs protein A (RPA) filamentumok vonják be. A harmadik lépésben az RPA-t Rad51 helyettesíti egy BRCA1- és BRCA2-függő folyamatban, hogy végül egy homológ DNS-templát segítségével végrehajtsák a rekombinázreakciót.

Fontos, hogy a HR-t nem csak a DNS-károsító ágensek által kiváltott DNS-léziók helyreállítására használják, hanem elengedhetetlen a megfelelő kromoszóma-szegregációhoz is a meiózis során.A HR jelentőségét ezekben a fiziológiai folyamatokban jól mutatja, hogy szigorú követelményei vannak a fejlesztés során. Azok az egerek, amelyekből hiányoznak a kulcsfontosságú HR gének, mint pl Brca1, Brca2, vagy Rad51, kiterjedt genetikai elváltozásokat mutatnak, amelyek korai embrionális letalitáshoz vezetnek. Míg a HR gének homozigóta inaktiválása általában embrionálisan halálos, heterozigóta inaktivációja pl. BRCA1 és BRCA2, nem befolyásolja a sejtek életképességét, hanem hajlamosítja az egyéneket a rákra, beleértve a mell- és petefészekrákot. A heterozigóta egyénekben kialakuló daganatok BRCA1/2 a mutációk mindig elveszítik a másodikat BRCA1/2 allél, ami azt jelzi, hogy bizonyos rákos megbetegedések esetén a BRCA1/2 hiánya összeegyeztethető a sejtproliferációval. Jelenleg nem teljesen ismert, hogy az ilyen daganatok pontosan hogyan birkóznak meg HR-hibájukkal.

2.17. ábra A DNS kettősszál-törés (DSB) javítása. (A) A DNS DSB-k javítják az útvonalakat a sejtciklus szabályozásával összefüggésben. A nem homológ végcsatlakozás (NHEJ) a sejtciklus teljes ideje alatt végrehajtható, és a piros vonal jelzi. A homológ rekombináció (HR) csak a sejtciklus S/G2 fázisaiban alkalmazható, és zöld színnel jelzi. (B) A HR-javítási útvonal kulcsfontosságú lépései láthatók. A DSB felismerést követően az 5′–3′ végű reszekciót az MRN (Mre11, Rad50, Nbs1) komplex és a CtIP kezdeményezi. Ezt követően további reszekciót végeznek az Exo1, DNA2 és Sgs1 fehérjékkel, hogy biztosítsák a „fenntartott” reszekciót. Ezután a kivágott DNS-végeket a replikációs protein A (RPA) köti meg. A HR javításon belüli tényleges rekombinációs lépést, amelyet szálcserének neveznek, a Rad51 rekombináz hajtja végre. A Rad51 helyettesíti az RPA-t, hogy végül helikális nukleoprotein filamentumokat állítson össze, úgynevezett "preszinaptikus filamentumok.Ezt a folyamatot más HR komponensek is megkönnyítik, köztük a BRCA1 és a BRCA2. A csomópont felbontásának utolsó lépését helikázok hajtják végre, beleértve a Bloom-szindrómát, a RecQ helikáz-szerű (BLM) helikázt.

Vissza a lap tetejére

12.8 Hibaveszélyes bypass és transzlációs szintézis

Ha a DNS-t nem javítják a DNS-replikáció előtt, a sejtnek más stratégiát kell alkalmaznia a DNS replikációjára, még DNS-lézió jelenlétében is. Ez azért fontos, hogy elkerüljük a kettős szálú DNS-töréseket, amelyek akkor fordulhatnak elő, amikor egy repliszóma elakad a replikációs villánál. Ilyen körülmények között egy másik stratégia, amelyet a sejtek a DNS-károsodásra való reagálásra használnak, az, hogy megkerülik a DNS-replikáció során talált elváltozásokat, és folytatják a replikációs folyamatot. A DNS-károsodás megkerülése történhet rekombinációs mechanizmusokkal vagy egy új mechanizmussal, az úgynevezett transzlációs szintézis. Transzlációs szintézisalternatív DNS-polimerázt alkalmaz, amely helyettesítheti a DNS-károsodás miatt a replikációs villánál megakadt DNS-polimerázt. A speciális DNS-polimerázok, amelyek a DNS-károsodást szenvedett régiókban aktívak, olyan aktív helyekkel rendelkeznek, amelyek képesek alkalmazkodni a DNS-topográfia ingadozásaihoz, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy megkerüljék a léziókat, és folytassák a replikációs folyamatot.

A torz DNS-elváltozások jelenlétét elviselni és a replikációs folyamatot folytató DNS-polimerázok fejlődése az élet minden szintjén megfigyelhető, a prokarióta, egysejtű szervezetektől egészen az eukarióta többsejtű szervezetekig, beleértve az embert is. Valójában a gerinceseken belül nagymértékben elterjedtek a DNS-polimerázok, amelyek szerepet játszanak a DNS-károsodást elkerülő mechanizmusokban, és rávilágítanak e folyamatok fontosságára a károsodástűrésben és a sejtek túlélésében (12.3. táblázat).

12.3. táblázat: A hibaveszélyes bypassban résztvevő DNS-polimerázok

A hibára hajlamos DNS-polimerázok aktivitása szigorúan szabályozott, hogy elkerüljük a mutációk burjánzó bejutását a DNS-szekvenciába. Az egyik fő mechanizmus, amelyet a replikációs villában a DNS-károsodás miatt megrekedt replikómában alkalmaznak, a PCNA monoubiquitinációja. Emlékezzünk vissza a 9. fejezetből, hogy a PCNA az a csúszó bilincs, amely lehetővé teszi, hogy a DNS-polimeráz kellően szorosan kötődjön a DNS-hez a replikáció során ahhoz, hogy hatékony DNS-szintézist közvetítsen. A PCNA monoubiquitinációja lehetővé teszi a DNS-polimerázok transzlációs toborzását és a sérült léziók megkerülését a DNS-szintézis során.

A transzléziós szintézis során a polimeráznak a lézióval ellentétes dNTP-t kell beépítenie. Valószínű, hogy egyik dNTP bázis sem lesz képes stabil hidrogénkötés kölcsönhatást kialakítani a sérült lézióval. Így általában azt a nukleotidot adják hozzá a lézióhoz, amely a legkisebb torzítást vagy taszítást okozza. Ez átmeneti vagy transzverziós mutációkat okozhat a lézió helyén. Alternatív megoldásként a transzléziós polimerázok hajlamosak lehetnek a csúszásra, és vagy inszerciós vagy deléciós mutációt okozhatnak a DNS-lézió közelében. Ezek a csúszások kereteltolásos mutációkhoz vezethetnek, ha a génkódoló régiókon belül fordulnak elő. Így egy életen át a transzlációs szintézis a többsejtű szervezetekben mutációk felhalmozódásához vezethet a szomatikus sejtekben, és daganatok kialakulását és rákbetegséget okozhat.

A természetes szelekció általi evolúció a csírasejteken belül előforduló véletlenszerű mutációk miatt is lehetséges. Esetenként a csíravonal-mutációk olyan előnyös mutációhoz vezethetnek, amely javítja az egyed túlélését a populáción belül. Ha bebizonyosodik, hogy ez a gén fokozza a populáció túlélését, akkor idővel kiválasztódik a populáción belül, és előidézi az adott faj evolúcióját. A jótékony mutációra példa a HIV-fertőzéssel szemben rezisztens populáció esete. Amióta 1981-ben jelentették az első HIV-fertőzést, közel 40 millió ember halt meg HIV-fertőzésben, amely a szerzett immunhiányos szindrómát (AIDS) okozza. A vírus a segítő T-sejteket célozza meg, amelyek kulcsszerepet játszanak a veleszületett és adaptív immunválasz áthidalásában, megfertőzve és elpusztítva azokat a sejteket, amelyek általában részt vesznek a szervezet fertőzésekre adott válaszában. A HIV-fertőzés ellen nincs gyógymód, de számos gyógyszert fejlesztettek ki a vírus progressziójának lassítására vagy blokkolására. Bár az egyének szerte a világon fertőzöttek lehetnek, a 15–49 évesek körében a legmagasabb a prevalencia a szubszaharai Afrikában, ahol csaknem minden 20. ember fertőzött, ami a világ fertőzéseinek több mint 70%-át teszi ki (2.18. ábra). Sajnos ez a világ azon része is, ahol a leginkább hiányoznak a megelőzési stratégiák és a fertőzés kezelésére szolgáló gyógyszerek.

2.18. ábra A HIV nagyon elterjedt a szubszaharai Afrikában, de előfordulása meglehetősen alacsony a világ más részein.

Az elmúlt években a tudományos érdeklődést felkeltette néhány olyan Észak-Európából származó egyén felfedezése, akik ellenállóak a HIV-fertőzéssel szemben. 1998-ban Stephen J. O’Brien amerikai genetikus, a National Institutes of Health (NIH) munkatársa és munkatársai több mint 4000 egyénre vonatkozó genetikai elemzésük eredményét tették közzé. Ezek azt mutatták, hogy sok eurázsiai származású egyén (egyes etnikai csoportokban akár 14%-ig) rendelkezik egy CCR5-delta 32-nek nevezett deléciós mutációval a CCR5-öt kódoló génben. A CCR5 a T-sejtek felszínén található koreceptor, amely szükséges ahhoz, hogy a vírus számos törzse bejusson a gazdasejtbe. A mutáció egy olyan receptor termeléséhez vezet, amelyhez a HIV nem tud hatékonyan kötődni, és így blokkolja a vírus bejutását. Az erre a mutációra homozigóta emberek nagymértékben csökkentik a HIV-fertőzésre való érzékenységet, és a heterozigótáknak is van némi védelme a fertőzésekkel szemben.

Nem világos, hogy konkrétan az észak-európai származású emberek hordozzák ezt a mutációt, de úgy tűnik, hogy előfordulása Észak-Európában a legmagasabb, és a populáció folyamatosan csökken, ahogy dél felé haladunk. A kutatások azt mutatják, hogy a mutáció a HIV megjelenése óta jelen volt, és a pestisnek vagy a himlőnek való kitettség eredményeként szelektálódhatott az európai populációkban. Ez a mutáció megvédheti az egyéneket a pestistől (amelyet a baktérium okoz Yersinia pestis) és a himlőt (a variola vírus okozza), mert ez a receptor is részt vehet ezekben a betegségekben. Ennek a mutációnak a kora vita tárgya, de a becslések szerint 1875 és 225 év között jelent meg, és viking inváziók révén terjedhetett el Észak-Európából.

Ez az izgalmas felfedezés új utakat eredményezett a HIV-kutatásban, többek között olyan gyógyszerek keresését, amelyek blokkolják a CCR5 HIV-hez való kötődését azoknál az egyéneknél, akiknél hiányzik a mutáció. Bár lehetséges DNS-teszt annak meghatározására, hogy mely egyedek hordozzák a CCR5-delta 32 mutációt, vannak dokumentált esetek, amikor a mutációra homozigóta egyedek HIV-fertőzést kapnak. Emiatt a közegészségügyi tisztviselők nem javasolják széles körben a mutáció DNS-vizsgálatát, hogy ne ösztönözzék a mutációt hordozók kockázatos viselkedését. Mindazonáltal a HIV-nek a CCR5-höz való kötődésének gátlása továbbra is érvényes stratégia a HIV-fertőzöttek gyógyszeres terápiáinak fejlesztésére.

Vissza a lap tetejére

12.9 Gyakorlati problémák

Több választási lehetőség

Az alábbiak közül melyik olyan változás a szekvenciában, amely stopkodon kialakulásához vezet?

  1. missense mutáció
  2. nonszensz mutáció
  3. csendes mutáció
  4. deléciós mutáció

[reveal-answer q=”745512″]Válasz megjelenítése[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”745512″] Válasz b. Az értelmetlen mutáció a szekvencia változása, amely stopkodon kialakulásához vezet.[/hidden-answer]

A pirimidin dimerek képződése az alábbiak közül melyik eredménye?

  1. a DNS polimeráz által okozott spontán hibák
  2. gamma-sugárzásnak való kitettség
  3. ultraibolya sugárzásnak való kitettség
  4. interkaláló anyagoknak való kitettség

[reveal-answer q=”709151″]Válasz megjelenítése[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”709151″] Válasz c. A pirimidin dimerek képződése az ultraibolya sugárzásnak való kitettség eredménye.[/hidden-answer]

Az alábbiak közül melyik példa a kereteltolásos mutációra?

  1. kodon törlése
  2. missense mutáció
  3. csendes mutáció
  4. egy nukleotid törlése

[reveal-answer q=”688366″]Válasz megjelenítése[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”688366″]Válasz a. Egy nukleotid törlése egy példa a frameshift mutációra.[/hidden-answer]

Az alábbiak közül melyik az a DNS-javítási típus, amelyben a timin dimereket közvetlenül lebontja a fotoliáz enzim?

  1. közvetlen javítás
  2. nukleotid kivágás javítása
  3. eltérés javítása
  4. korrektúra

[reveal-answer q=”755583″]Válasz megjelenítése[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”755583″] Válasz a. Közvetlen javítás során a timin dimereket a fotoliáz enzim közvetlenül lebontja.[/hidden-answer]

Az alábbiak közül melyik igaz az Ames-tesztre vonatkozóan?

  1. Az újonnan képződött auxotróf mutánsok azonosítására használják.
  2. A helyreállított bioszintetikus aktivitású mutánsok azonosítására használják.
  3. A spontán mutánsok azonosítására szolgál.
  4. A fotoreaktivációs aktivitással nem rendelkező mutánsok azonosítására szolgál.

[reveal-answer q=”770537″]Válasz megjelenítése[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”770537″] Válasz b. A helyreállított bioszintetikus aktivitású mutánsok azonosítására használják.[/hidden-answer]

Töltse ki az üres

Azt a kémiai mutagént, amely szerkezetileg hasonló egy nukleotidhoz, de eltérő bázispárosítási szabályokkal rendelkezik, ________-nak nevezzük.

[reveal-answer q=”702924″]Válasz megjelenítése[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”702924″]Azt a kémiai mutagént, amely szerkezetileg hasonló egy nukleotidhoz, de eltérő bázispárosítási szabályokkal rendelkezik, ún. nukleozid analóg.[/hidden-answer]

A fényjavításban a timin dimerek hasítására használt enzimet ________-nak nevezik.

[reveal-answer q=”939657″]Válasz megjelenítése[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”939657″]A fényjavításban, a timin dimerek hasítására használt enzim az ún. fotoliáz.[/hidden-answer]

A természetben leggyakrabban megfigyelt organizmus fenotípusát ________-nak nevezik.

[reveal-answer q=”640686″]Válasz megjelenítése[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”640686″]A természetben leggyakrabban megfigyelt organizmus fenotípusát az ún. vad típus.[/hidden-answer]

Igaz hamis

A rákkeltő anyagok jellemzően mutagének.

[reveal-answer q=”166576″]Válasz megjelenítése[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”166576″]Igaz[/hidden-answer]

Gondolkozz el róla

Miért valószínűbb, hogy az inszerciók vagy deléciók károsabbak egy sejtre, mint a pontmutációk?

Kritikus gondolkodás

Az alábbiakban számos olyan DNS-szekvencia látható, amelyek a vad típusú szekvenciához képest mutáltak: 3'-T A C T G A C T G A C G A T C-5'. Képzeld el, hogy mindegyik egy DNS-molekula egy része, amely a transzkripció előkészítése során vált el egymástól, tehát csak a templátszálat látod. Készítse el a komplementer DNS-szekvenciákat (az 5'- és 3'-végeket jelölve) minden mutáns DNS-szekvenciához, majd írja át (az 5'- és 3'-végeket jelölve) a templátszálakat, és fordítsa le az mRNS-molekulákat a genetikai kód segítségével, rögzítve a kapott aminosavat. szekvencia (az N és C végeket jelöli). Milyen típusú mutációk vannak?


Keress meg és egyél meg jelek az apoptotikus sejttisztulásban: haladás és rejtélyek

Naponta sejtmilliárdokat forgatunk. A haldokló sejtek gyors, hatékony és immunológiailag csendes selejtezése több lépés összehangolt megszervezését igényli, amelyeken keresztül a fagociták szelektíven felismerik és elnyelik az apoptotikus sejteket. A közelmúltban végzett kutatások szerint fontos szerepük van az apoptotikus sejtek által kibocsátott oldható mediátoroknak, amelyek vonzzák a fagocitákat ("keress meg" jelek). Új információk jelentek meg több olyan receptorról is, amelyek képesek felismerni a foszfatidil-szerint, az apoptotikus sejtek felszínén megjelenő kulcsfontosságú „egyél meg” jelet. Ez a perspektíva a közelmúlt izgalmas fejlődését, a megértésünk hiányosságait és az újonnan megszerzett tudásból adódó ellentmondó kérdéseket tárgyalja.

Valóban figyelemre méltó, hogy testünk másodpercenként nagyjából egymillió sejtet cserél fel/újrahasznosít (Henson és Hume, 2006 Ravichandran és Lorenz, 2007). Ide tartoznak a szövetekben a normál fejlődés részeként folyamatosan termelő sejtek, a használt/elöregedett sejtek, valamint a betegségekből vagy fertőzésekből származó sérült sejtek (Savill és mtsai, 1993 Henson és Hume, 2006). Az ilyen elhaló sejtek kiürülését vagy a professzionális elnyelő fagociták (például makrofágok és éretlen dendritikus sejtek Aderem és Underhill, 1999), vagy szomszédos sejtek (például fibroblasztok és epiteliális sejtek Monks és mtsai, 2008) közvetítik. A nemkívánatos sejtek gyors és hatékony eltávolítása fontos az élő sejtek számára „tér kialakításához”, a szövetek működésének fenntartásához, és ezzel együtt az egészséges szervezethez (Savill et al., 2002 Henson, 2005 Henson és Hume, 2006). . A tisztázatlan haldokló sejtek másodlagos nekrózison eshetnek át, és ezekből a sejtekből az intracelluláris tartalom felszabadulását autoimmun betegségekkel hozták összefüggésbe (Savill és Fadok, 2000 Nagata et al., 2010).

Normál körülmények között a kiürülési folyamat olyan gyors, hogy még a nagy sejtforgalommal rendelkező szövetekben is nagyon kevés apoptotikus sejt látható, ami ahhoz a kezdeti hipotézishez vezetett, hogy a sejttisztulás alapkapacitása nagyon magas (Gardai et al., 2006). Számos olyan betegség van azonban, ahol tisztázatlan holttestek/törmelékek láthatók, ideértve a szisztémás lupus erythematosust, az érelmeszesedést, az Alzheimer-kórt és a Parkinson-kórt (Camins et al., 2008 Gorman, 2008 Calissano et al., 2009 Nagata et al., 2010). ). Ez azt sugallja, hogy a sejttisztulási kapacitás nem lehet olyan nagy, mint azt eredetileg gondoltuk, hanem egy szövet összefüggésében szabályozott egyensúly lehet az apoptotikus sejtek száma, a fagociták száma és a felvételi képességük között. Ezért az apoptotikus sejtek felismerésének és gyors eltávolításának specifikus lépéseinek meghatározása fontos a hibás clearance-hez kapcsolódó betegségek megértéséhez, és az elnyelő gépezet esetleges manipulálásához a jövőbeni terápiás előnyök érdekében.

A bekebelezési folyamat nagyjából négy fő lépésre bontható (Lauber et al., 2004 1. ábra). Az első lépés az apoptotikus sejtek által kibocsátott „keress engem” jelek, amelyek segítenek a fagocitákat a szöveten belüli elhalálozás helyére vonzani (Gregory, 2009). A második lépés az eat-me szignálok expozíciója az apoptotikus sejtfelszínen, ami elősegíti a fagocita specifikus felismerését, majd a holttest internalizálását (Grimsley és Ravichandran, 2003). A harmadik lépés a lenyelt rakomány feldolgozása a fagociták által, ahol a bekebelezett holttest fagoszómaérési lépések sorozatán megy keresztül, ami végül a lebomlásához vezet (Kinchen és Ravichandran, 2008, 2010). A negyedik lépés, amelyet lazán benyelés utáni következményeként jelölnek, a fagociták gyulladásgátló citokinek és más módosító szerek felszabadulását jelentik, amelyek a felismerés és a feldolgozás során váltanak ki (Savill és Fadok, 2000 Savill és mtsai, 2002 Henson, 2005). Ezek az események együttesen közvetítik az apoptotikus sejtek in vivo szelektív és immunológiailag csendes, illetve immunogén eltávolítását (Green et al., 2009).

Az elmúlt néhány évben számos laboratórium segített azonosítani az ezekben a lépésekben részt vevő kulcsmolekulákat, valamint számos olyan molekuláris utat, amelyek az apoptotikus sejtek biztonságos ártalmatlanítását irányítják (Wu és Horvitz, 1998a,b Hamon és mtsai, 2000, 2002 Reddien). és Horvitz, 2000 Gumienny és mtsai, 2001 Zhou és mtsai, 2001a,b deBakker et al., 2004 Kinchen et al., 2005 Yu et al., 2006). Ebben a perspektívában két területen, az apoptotikus sejtek találj meg és egyél meg szignálokra fogok összpontosítani, amelyek jelentős izgalmat váltottak ki az apoptózis és a bekebelezés területén. Ahogy az érdekes megfigyeléseknél lenni szokott, ezek is számos olyan alapvető kérdést vetettek fel, amelyek rejtélyesek vagy a meglévő adatok alapján megmagyarázhatatlanok. Megpróbálom orvosolni az ismeretek bonyolultságát és hiányosságait, és néhány lehetséges javaslatot teszek a továbblépéshez. Annak érdekében, hogy ez az áttekintés a fókuszban maradjon, elsősorban a klasszikus apoptózissal kapcsolatos eseményekkel foglalkozom, amely nagyrészt nem immunogén, az olvasó más cikkekre hivatkozik, amelyek az immunrendszernek a nekrotikus és más immunogén típusú sejthalálra adott módosulásairól és válaszairól szólnak (Green et al. , 2009 Zitvogel et al., 2010).

Find-me jelzések: egy végzetes vonzalom kezdetei

Az egyik megdöbbentő anekdotikus megfigyelés, amelyet sok éven át következetesen megfigyeltek, hogy még az ismert szövetekben is (például a csecsemőmirigyben vagy a csontvelőben) az alapállapotban nagyon kevés apoptotikus sejt látható. Azonban a tisztázatlan apoptotikus sejtek nyilvánvalóvá válhatnak ezekben a szövetekben, amikor nagyszámú sejtet indukálnak apoptózisra, vagy ha a bekebelezés hiányos (Henson és Hume, 2006 Elliott és Ravichandran, 2010). A legújabb tanulmányok azt sugallják, hogy az apoptotikus program meglehetősen szorosan kapcsolódik e sejtek azonnali eltávolításához (Gregory, 2009). Elegáns genetikai vizsgálatok korai bizonyítékai Caenorhabditis elegans felvetették, hogy az apoptotikus sejteket a fagociták felismerhetik, és jóval az apoptotikus sejtek teljesen elpusztulása előtt kitisztulhatnak (Hoeppner és mtsai, 2001 Reddien et al., 2001).Ez arra utalt, hogy létezhet olyan mechanizmus, amellyel az apoptotikus sejtek hirdetik saját jelenlétét a halál legkorábbi szakaszában. Ezen túlmenően ez ahhoz az elképzeléshez vezetett, hogy az apoptotikus sejtekből felszabaduló Find-me szignálok vonzhatják a fagocitákat, hogy elősegítsék a gyors kiürülést in vivo (Ravicandran, 2003).

Léteznek-e „keress engem” jelek az emlősrendszerekben? A közelmúltban számos tanulmány számolt be az apoptotikus sejtek által kibocsátott potenciális „keress engem” szignálokról (Lauber és mtsai, 2003 Gude és mtsai, 2008 Truman és mtsai, 2008 Elliott és mtsai, 2009). Ezek közé tartozik a lizofoszfatidilkolin, a fraktalkin, az ATP nukleotidok és az uridin-5′-trifoszfát (UTP), valamint a szfingozin-1-foszfát (S1P). Ezek mindegyike képes vonzani a monocitákat, bár kimutatták, hogy in vivo körülmények között csak a fraktalkin és a nukleotidok képesek megtalálni a jeleket (Truman et al., 2008 Elliott et al., 2009). Számos különböző „keress engem” jel azonosítása megalapozta azt az elképzelést, hogy az apoptotikus sejtek ténylegesen aktív erőfeszítéseket tesznek a fagociták vonzására. Ezekből a megfigyelésekből több érdekes kérdés is felmerül.

A „keress engem” jelek koncepciója mögött az az alap, hogy a kemotaktikus gradiens a fagociták vonzására szolgál. De mekkora a gradiens tartománya, amelyet ezek a találok-molekulák állítanak fel, és hogyan határozható meg ez a tartomány? Valószínűleg a tartományt egy adott megtalált molekula szöveti koncentrációja határozza meg, és az, hogy milyen gyorsan bomlik le egy ilyen molekula. Elképzelhető, hogy ha egy „keress engem” jelnek rövid felezési ideje van, és a helyi szövetre korlátozódik, akkor rövid hatótávolságú hatást fejt ki, hogy a fagocitákat a haldokló sejt közelébe vonzza. Ezzel szemben, ha a „keress engem” jelek kijutnak a szövetekből és a keringésbe kerülhetnek, fagocitákat vonzhatnak be a keringésből. Egyelőre csak rövid hatótávolságú „keress engem” jelekről tudunk. A nukleotidok esetében az extracelluláris nukleotidázok könnyen lebonthatók (Elliott és mtsai, 2009), ezért kemoattrakciójuk nagymértékben korlátozódhat a szöveten belüli fagocitákra. Az apoptózison áteső timociták tisztulásával összefüggésben a nukleotid Find-me cue megzavarása kitisztítatlan holttesteket eredményezett a csecsemőmirigyben (Elliott és mtsai, 2009). Nem ismert azonban, hogy az apoptotikus timocita hívására reagáló adott fagocita a közeli első válaszadó, vagy a csecsemőmirigy másik végéből származik. Ez nyilvánvalóan az apoptotikus limfocita által felszabaduló ATP/UTP által felállított gradiens távolságától (~100 nM) függne (Elliott et al., 2009), de ezt nagyon nehéz pontosan megállapítani in vivo. Fontos megjegyezni, hogy a korai apoptotikus sejtek nagyon kis mennyiségű ATP-t szabadítanak fel (az intracelluláris ATP < 2%-a), amelyet meg kell különböztetni a nekrotikus sejtektől, amelyek ATP-tartalmuk nagy részét felszabadíthatják. Bizonyos makrofágok megjelölése és mozgásuk valós idejű nyomon követése egy adott timocita felé adhat néhány választ. A lizofoszfatidilkolint (LPC-k Lauber et al., 2003) és az S1P-t (Gude et al., 2008) nem vizsgálták szövetmodellekben, ezért nehéz felmérni ezek terjedelmét. Azonban még ha nem is bomlanak le gyorsan, az LPC és az S1P nagy koncentrációban van jelen a keringésben (sokkal magasabb, mint amennyi a haldokló sejtekből felszabaduló jelentések szerint), ami arra utal, hogy valószínűleg lokálisan működnek, és nem vonzzák be a fagocitákat a keringésből. Bár az eddigi tanulmányok a különböző „keress engem” jeleket elszigetelten vizsgálták, ha több „keress meg” szignál szabadul fel ugyanabból az apoptotikus sejtből, akkor ezek együttesen hathatnak, és hatékonyabban vonzhatják be a fagocitákat lokálisan és a keringésből. . Ezt a lehetőséget meg kell vizsgálni.

Egy másik érdekes megválaszolatlan kérdés, hogy a különféle find-me jelek hogyan szabadulnak fel az apoptotikus sejtekből. A meglévő munkából világos, hogy ezek az oldható mediátorok valóban felszabadulnak, ha az apoptotikus sejtek érintetlenek, a sejttartalom nyilvánvaló szivárgása nélkül, és a felszabadulás kaszpázfüggő. Ez arra utal, hogy létezhetnek olyan csatornák vagy más mechanizmusok, amelyek közvetítik ezen oldható mediátorok felszabadulását az apoptotikus sejtek belsejéből. Tekintettel a find-me szignálok változatos természetére (lipid vs. fehérje vs. nukleotidok) és eltérő molekulaméretükre, valószínű, hogy a felszabadulásuknak külön mechanizmusai vannak. Egy másik fontos szempont, hogy úgy tűnik, hogy az apoptotikus sejtek stop jeleket is kiválasztanak, például a laktoferrint, amely aktívan megakadályozza a neutrofilek toborzását (Bournazou és mtsai, 2009). Régóta ismert, hogy a szövetekben rutinszerűen előforduló apoptotikus sejtek kiürülése gyakran nem immunogén, monocitákon keresztüli kiürüléssel jár, neutrofil toborzás és gyulladás nélkül (Savill, 1997 Savill és mtsai, 2002). Ezért a find-me jelfelszabadulás specifikus csatornáinak vagy mechanizmusainak meghatározása terápiás célokra használható, például monociták specifikus vonzására a nem immunogén kiürülés és a gyulladás megszüntetése érdekében.

Megkeresem, nem az egyetlen funkció?

Egy másik kérdés, hogy minden apoptotikus sejtnek ki kell-e küldenie a Find-me jeleket. Könnyű elképzelni, hogy egy haldokló timocitának, amelyet valószínűleg nem fog kitisztítani egy szomszédos timocita (nem fagocita), miért kell a csecsemőmirigyben rezidens fagocitákat toboroznia. Előfordulhat azonban, hogy egy elpusztult hámsejtnek, amelyet egy szomszédos hámsejt felfalhat, nem kell keresni engem. Hasonlóan, in C. elegans, a szomszédos sejtek gyakran megtisztítják az apoptotikus sejteket, és a fagocitáknak nem kell utazniuk, hogy megtalálják a haldokló sejteket (Kinchen és Hengartner, 2005). Ez felveti a kérdést, hogy a sejteknek miért van egyáltalán „keress meg” jele – vagy a „találj meg” jeleknek más szerepük is van? Figyelemre méltó, hogy a tüdőhámsejtek ATP-t is felszabadítanak az apoptózis indukciója után (Elliott et al., 2009). Az egyik érdekes lehetőség az, hogy a Find-me szignálok, például a nukleotidok vagy az S1P aktiválhatják vagy beindíthatják a fagocitákat, és javíthatják fagocitáló kapacitásukat. Ban ben Drosophila, az apoptózis a szomszédos sejtekben az elnyelő gépezet felszabályozását idézi elő (MacDonald et al., 2006 Ziegenfuss és mtsai, 2008). Emlősökben az MFG-E8 áthidaló molekula, amely képes egy apoptotikus sejtet díszíteni és elősegíti a bekebelezést, aktivált, de nem nyugvó makrofágokban expresszálódik (Hanayama et al., 2002). Így a makrofágokat valahogyan be kell toborozni, fel kell szabályozni az MFG-E8-at, díszíteni kell apoptotikus étkezésüket, majd el kell nyelni a célpontot. Az egyik lehetőség az, hogy az apoptotikus sejtek által kibocsátott Find-me szignálok nemcsak a fagociták vonzására szolgálnak, hanem a toborzott fagociták bekebelező komponenseinek felszabályozására is (2. ábra). Ha igen, akkor egy szomszédos hámsejt általi elnyeléssel összefüggésben a „találj meg” jelek nem valódi „keress engem” jelekként működnek, hanem inkább segítik a szomszédjuk bekebelező gépezetének aktiválását. A Find-me szignálok befolyásolhatják az apoptotikus sejtek immunogén és nem immunogén válaszait is (Green és mtsai, 2009 Zitvogel et al., 2010). Remélhetőleg a jövőbeli kísérletek próbára teszik ezt a lehetőséget.

Eat-me jelek: foszfatidilszerin és receptorai

Bár a find-me jelek a fagocitákat a szöveten belüli apoptotikus sejtek közelébe juttathatják, a haldokló sejt specifikus felismerése a szomszédos élő sejtek között az apoptotikus sejtek által kitett eat-me jelektől függ (Lauber et al., 2004 Gardai et al. al., 2006). A mai napig több „egyél meg” jelet azonosítottak (Gardai et al., 2006). Ezek közé tartozik a foszfatidil-szerin (PtdSer) expozíciója, a töltés- és glikozilációs mintázatok változása a sejtfelszínen, az ICAM-1 epitópok megváltozása a sejtfelszínen és a kalretikulin expozíciója. Ezek közül a PtdSer expozíciója a plazmamembrán külső szórólapján a legáltalánosabb változás az apoptotikus sejtek felszínén (Fadok et al., 1992, 2000). Valójában a PtdSer expozíció a legjobban tanulmányozott és a legelfogadottabb definíció a sejt apoptotikusnak nevezésére (Fadok és mtsai, 1998). A PtdSer expozíciójával és felismerésével kapcsolatos számos rejtvény azonban további megfontolást érdemel.

Az elmúlt néhány évben paradigmaváltás történt abban a gondolkodásban, hogy a fagociták hogyan ismerik fel az apoptotikus sejteken lévő PtdSer-t. Korábban úgy gondolták, hogy lesz egyetlen PtdSer felismerő receptor, amelyet univerzálisan használnak a fagociták (Henson et al., 2001b). Most azonban úgy tűnik, hogy a fagocitákon több különálló receptor képes megkötni az apoptotikus sejteken kitett PtdSer-t (Bratton és Henson, 2008). Ezeknek a PtdSer felismerő receptoroknak két elsődleges íze van: azok, amelyek közvetlenül tudnak kötődni a PtdSer-hez, és olyanok, amelyek közvetetten kötődnek a PtdSer-hez oldható hídmolekulákon keresztül. A direkt kötő PtdSer receptorok közé tartoznak a TIM család tagjai (a TIM-4 prototípus, valamint a TIM-1 és TIM-3 Kobayashi és mtsai, 2007 Miyanishi et al., 2007 Santiago et al., 2007 Ichimura et al., 2008 DeKruyff és mtsai, 2010 Rodriguez-Manzanet és mtsai, 2010 Wong és mtsai, 2010, a hét transzmembrán agyi angiogenezis gátló 1 (BAI1 Park és mtsai, 2007a), valamint az atipikus EGF-motívum, amely membránfehérjét tartalmazó Stabilint -2 (Park et al., 2007b). Az egérmodelleken végzett in vivo vizsgálatokkal párosuló in vitro vizsgálatok az MFG-E8 áthidaló molekula meghatározó szerepét állapították meg, amely nagy affinitással képes megkötni a PtdSer-t apoptotikus sejteken (Hanayama et al., 2002, 2004). Az MFG-E8 második régiója egyidejűleg képes kapcsolódni az α integrinhezvβ3 a fagocitákon, és ezáltal közvetítik az apoptotikus sejtek PtdSer-függő felvételét. Két másik áthidaló molekula, a Gas6 és a protein S részt vesz az apoptotikus sejteken kitett PtdSer és a fagociták Tyro-3–Axl–Mer receptorcsaládjának (TAM receptoroknak) összekapcsolásában (Scott et al., 2001 Rothlin et al., 2007 Lemke és Rothlin, 2008). Ennek a családnak a fontos szerepe a TAM család tagjainak egyszeri és kombinált kiütése révén egerekben. Ezek a receptorok fontosnak tűnnek az apoptotikus sejtek kiürülésében a szemben, a herékben, a csecsemőmirigyben és más szövetekben (Prasad et al., 2006 Lemke és Rothlin, 2008). A fent említett receptorokon és hídfehérjéken kívül a CD36 és CD68 membránfehérjék, valamint az oldható trombospondinok (membránreceptorokhoz kötődve) képesek a PtdSer megkötésére (Savill et al., 1991, 1992, Balasubramanian és Schroit). , 1998 Imachi et al., 2000 Mevorach, 2000).

Hogy miért van szükségünk ennyi receptorra és áthidaló molekulára, az nyitott kérdés. A területen javasolt általános konszenzus az volt, hogy nem minden receptor expresszálódik minden fagocitán, ezért többféle felismerési módra van szükség (Savill és Fadok, 2000 Henson et al., 2001a). Bár ez igaz lehet egyes fagocitákra, sok ilyen PtdSer felismerési mechanizmust először makrofágok segítségével hoztak létre. Valójában egy tipikus peritoneális vagy csontvelő-eredetű makrofág (vagy makrofág sejtvonalak, mint például a J774) akár hét különböző ismert PtdSer felismerési mechanizmust is kifejezhet. Ha feltételezzük, hogy ezek a különböző PtdSer felismerési módok egyidejűleg működnek, kérdések merülnek fel azzal kapcsolatban, hogy egy adott apoptotikus sejten hány PtdSer molekulát kell kitenni ahhoz, hogy ezek a különböző receptorok kötődjenek, valamint a kitett PtdSer topológiája és a szükséges membrán görbülete. az egyidejű felismeréshez. A fagociták végétől, hogyan képesek ezek a receptorok ugyanazon az apoptotikus sejten lévő PtdSerhez? Mivel a PtdSer felismerő receptorok némelyike ​​(például a TIM-4) bőségesen jelenik meg a makrofágok felszínén, várható, hogy ezek a receptorok versengenek egymással ugyanazért a ligandumért. Mivel az oldható hídmolekulák, mint például a Gas6 és a Protein S is meglehetősen bőségesek lehetnek a szérumban/plazmában (Anderson et al., 2003, Balogh és mtsai, 2005), elgondolkodtató, hogy bármely szabad PtdSer hozzáférhetne a közvetlen PtdSer általi kötéshez. -felismerő receptorok. A PtdSer apoptotikus sejt felszínén való megjelenésének természetét, azt, hogy a PtdSer felismerő receptorok hogyan kapcsolhatják be a PtdSer-t, és hogy az apoptotikus sejteken lévő társligandumok együttműködnek-e a PtdSerrel, hogy befolyásolják a fagociták specifikus felismerését, a következő bekezdésekben tárgyaljuk tovább. .

Megválaszolatlan kérdések a PtdSer expozíció alapvető biológiájáról

A PtdSer megjelenítésének mérlegelésekor figyelembe kell venni mind az apoptotikus sejt felszínén kitett PtdSer-molekulák számát, mind azt, hogy ezek a molekulák hogyan jelennek meg a fagociták receptorai általi felismerés céljából. Van még elég PtdSer molekula a felszínen a különböző receptorok befogadásához? Egy tanulmányban Jurkat T-sejteket használtak az apoptózis során kitett endogén PtdSer molekulák számának meghatározására (Borisenko és mtsai, 2003). Becslésük szerint a PtdSer élő sejteken való expozíciója minimális (<0,9 pikomol/millió sejt), ezzel szemben anti-Fas vagy kamptotecin általi apoptózis indukálásakor a membrán külső szórólapján a PtdSer >240 pikomol/ millió sejt. A limfociták felületén alapuló számítások másik típusa azt sugallja, hogy körülbelül 5-10 millió PtdSer molekula lehet egy apoptotikus timocitán (nem publikált adatok). Bár az egyetlen fagocitán expresszálódó egyedi PtdSer felismerő receptorok pontos száma nem áll rendelkezésre, a tipikus membránreceptorok száma 105 felszíni molekula/sejt tartományba esik (Zagursky és mtsai, 1995), ha az elnyelő receptorok tipikus membránreceptorokon expresszálódnak. Valószínűleg az apoptotikus sejten kitett PtdSer molekulák száma elegendő lehet több PtdSer receptorhoz. Mivel >280-szoros különbség van az apoptotikus és az élő sejtek között a PtdSer expozíció tekintetében, és ezt a számot az apoptotikus folyamat nagyon korai szakaszában (az apoptózis indukcióját követő 1-2 órán belül) érik el, Borisenko et al., 2003. hogy ez az óriási különbség a PtdSer expozícióban az élő és az apoptotikus sejtek között biztosíthatja az apoptotikus sejt fagocita felismerésének specifitását. Ezenkívül a PtdSer-molekulák küszöbértékének növekedését (az alapállapothoz képest nyolcszorosát) fel kell tárni egy haldokló sejten, mielőtt az makrofágok által közvetített fagocitózisnak lenne kitéve (Borisenko és mtsai, 2003), ami feltehetően lehetővé teszi a szomszédos élő sejteket, amelyek véletlenszerűen kicsinyek lehetnek. a megkímélendő PtdSer mennyisége (az apoptózistól független biológiai okokból).

Bár a kitett PtdSer molekulák abszolút száma elegendő lehet a rendelkezésre álló receptorok bekapcsolásához, két másik kérdést is figyelembe kell venni. Először is, a fent említett számítások azt feltételezik, hogy a PtdSer szabadon lebeg az apoptotikus sejt membránján, és minden PtdSer molekula elérhető felismerésre egy receptor által. Viszonylag keveset tudunk azonban arról, hogy a PtdSer valójában hogyan jelenik meg egy apoptotikus sejt felszínén. Egyes tanulmányok a PtdSer molekulák csoportosulását javasolták egy haldokló sejt felszínén (Gardai et al., 2005), de a klaszterek mérete és a klaszterenkénti molekulák száma, és ez mennyire univerzális az apoptózison átesett különböző sejttípusok között. nem ismert. A PtdSer molekulák klaszterezése különösen fontossá válna, ha egyetlen klaszteren belül több receptor kötődik a PtdSer molekulákhoz. Hogyan tudnak a különböző receptorok topológiailag elrendeződni a fagocita felszínén, hogy bekapcsolódjanak az apoptotikus sejtfelszínen klaszterként megjelenő PtdSer-be? Ezen túlmenően az annexin V PtdSer-hez való kötődésével kapcsolatos vizsgálatok azt becsülték, hogy az annexin V minden molekulája mintegy 50 foszfolipid molekulát takarhat el vagy vethet árnyékot a felszínen (Cézanne et al., 1999). Ha a PtdSer klaszterekben létezne, akkor az apoptotikus sejtmembránon az exponált PtdSer effektív sűrűsége gyorsan csökkenhet. Más szavakkal, egy PtdSer klaszteren belül az egyik receptor kötődése és lábnyoma sztérikusan megváltoztathatja más receptorok azon képességét, hogy kapcsolják be a PtdSer-t az apoptotikus sejten.

Egy másik szempont, amelyet figyelembe kell venni, hogy a kitett PtdSer legalább egy része oxidálódik vagy más módon módosul (Tyurin et al., 2008). Egyes PtdSer felismerési mechanizmusok (mint például a CD36 és az MFG-E8) előnyben részesíthetik az oxidált PtdSert (Borsenko és mtsai, 2004 Fadeel et al., 2007 Tyurin et al., 2008). Ha igen, és ha a módosított és natív PtdSer molekulák egyidejűleg jelennek meg, ez affinitás/aviditás különbségeket diktálhat ezen receptorok között egy apoptotikus sejt esetében. E tudományos probléma alapvető fontossága ellenére viszonylag kevés csoport foglalkozik azzal a kérdéssel, hogy a PtdSer hogyan jelenik meg apoptotikus sejteken. Ezenkívül az a mechanizmus, amellyel egy apoptotikus sejtet arra késztet, hogy felfedje PtdSerjét (lazán PtdSer átfordulásnak nevezik), szintén nem teljesen ismert (Ravicandran és Lorenz, 2007). A PtdSer külső szórólapra történő átfordulását szabályozó géneket vizsgáló néhány közelmúltbeli tanulmány nem konzisztens modellszervezetekben (Wang és mtsai, 2007 Züllig et al., 2007 Venegas és Zhou, 2007 Darland-Ransom et al., 2008). Új és irányított erőfeszítésekre van szükség az apoptotikus sejtek PtdSer-expozíciójának biokémiai és mechanikai vonatkozásainak, valamint a felszínen megjelenő PtdSer fizikai természetének meghatározására (talán a szerkezeti, elektronmikroszkópos és képalkotó eszközök közelmúltbeli fejlődése révén).

Kvantitatív és minőségi különbségek a PtdSer receptorok között

Egy másik kérdés, hogy egy PtdSer receptor egyenlő-e bármely másik PtdSer receptorral. Nem mindegyik receptor expresszálódik azonos sűrűséggel a makrofág felszínén. Például úgy tűnik, hogy a TIM-4 sokkal nagyobb mennyiségben van jelen a makrofágokon, mint a BAI1, míg a herék Sertoli-sejtjei több BAI1-et expresszálnak, mint a TIM-4, azonban ennek a sűrűségprobléma egyik kulcsfontosságú ellenérve az, hogy az egyes receptorok blokkolása ellenanyagokon keresztül vagy kis mennyiségben. Az interferáló RNS azt sugallja, hogy ezen receptorok többsége legalább valamilyen szerepet játszik.

Ezenkívül nem minden PtdSer felismerő receptor kötheti a PtdSer-t ugyanolyan affinitással vagy aviditással. Ha ez a helyzet, ha az egyik nagyobb affinitású receptor először érintkezett a PtdSerrel, akkor egy eredendően alacsonyabb affinitással rendelkező második receptor jobban tud kapcsolódni a PtdSerhez ebben az összefüggésben. Egy ilyen kooperatív vagy szekvenciális kötődés elkerülné azt a problémát is, hogy ezen receptorok mindegyike ugyanazért a ligandumért versengjen, amennyiben mindegyik azonos affinitással kötődik. Sajnos ezeknek a receptoroknak a hierarchiájáról minimális tudásunk van. Valójában nem létezik olyan szisztematikus tanulmány, amely közvetlenül összehasonlítaná a különböző receptorok affinitását. Az a megfigyelés, hogy lehet, hogy a PtdSernek van egy küszöbértéke, amelyet a célpont fagocitózisának megindítása előtt ki kell mutatni (Borisenko és mtsai, 2003), szintén lehetséges hierarchikus kötődésre utal, ha a PtdSer felismerő receptorok közötti affinitásban különbségek vannak. Ezeknek a receptoroknak a natív és módosított PtdSer molekulákkal szembeni affinitását szintén figyelembe kell venni, ha bizonyos receptorok egy módosított részt preferálnának (Borisenko et al., 2004 Fadeel et al., 2007 Tyurin et al., 2008), ez lehetővé tenné a szekvenciális kölcsönhatást. és kooperatív kötődés ugyanazon PtdSer felismerő receptorok között ugyanazon a fagocitán.

Mi a helyzet a különböző PtdSer felismerő receptorok által kiváltott jelátviteli útvonalakkal? A Peter Henson által néhány évvel ezelőtt javasolt „kötözés és csiklandozás” modellje (Henson és Hume, 2006) azt sugallja, hogy több különböző, különböző ligandumokat kötő receptorok kontextusában egyesek csak adhéziós funkciót tölthetnek be, míg a többiek közvetíthetik a jelátvitelt. . Ez igaz lehet a PtdSerhez kapcsolódó különböző receptorokra is. Például a TIM-4 citoplazmatikus és transzmembrán régiói nélkülözhetetlennek tűnnek az apoptotikus sejtek bekebelezésének elősegítéséhez (Park és mtsai, 2009), ami arra utal, hogy más membránfehérjék is vezethetnek jelátvitelt az apoptotikus sejtek PtdSer kapcsolatát követően. Hasonlóképpen, a CD36-nak 4 aminosavból álló citoplazmatikus farka van, és valószínűleg más membránfehérjéket (például a vitronektin receptort) használ a jelátvitelhez (Savill és munkatársai, 1992, Albert és mtsai, 1998). Ezenkívül a MER egy tirozin-kináz (Lemke és Rothlin, 2008), míg a BAI1 egy hét transzmembrán fehérje, amely az ELMO–Dock180–Rac komplexen keresztül jelez (Park et al., 2009). Ezért fennáll annak a lehetősége, hogy különböző típusú jelek áradnak ki, lehetővé téve a fagociták számára, hogy különbséget tegyenek az élő és az apoptotikus sejt között.

A PtdSer elegendő?

Fadok et al. eredeti munkája alapján. (1992), és ezt követően számos csoport megerősítette, hogy a PtdSer felismerésének blokkolása annexin V-n vagy más, a PtdSert elfedő oldható ágenseken keresztül hatékonyan gátolja az apoptotikus sejtek bekebelezését (Fadok et al., 1998). Valójában egyetlen más ligandumot sem tekintettek ennyire következetesen relevánsnak a bekebelezés szempontjából ennyi különböző kontextusban. Ez felveti a kérdést, hogy a PtdSer elegendő-e egy eat-me jelként? Az egyik alátámasztó érv az, hogy a PtdSer-tartalmú liposzómák elegendőek voltak az apoptotikus sejtfelismerés által kiváltott válaszokat utánzó válaszok indukálásához, mint például gyulladásgátló válaszok és koleszterin kiáramlás a fagocitákból (Fadok és mtsai, 1998 Kiss és mtsai, 2006). Azonban számos ellenérvet is figyelembe kell venni, bár néhány anekdotikus. Először is, sok sejttípus, például a makrofágok és az aktivált limfociták, rutinszerűen a kimutatáshoz elegendő szinten teszik ki a PtdSer-t, ugyanakkor megkímélik őket a bekebelezéstől (Dillon és mtsai., 2000 Hamon et al., 2000). Másodszor, a nekrotikus sejtek még nagyobb mennyiségű PtdSer-t tesznek ki (Borisenko és mtsai, 2003), mégis eltérő választ váltanak ki a fagocitákból, mint az apoptotikus sejtek (az apoptotikus sejtek gyulladásgátlóak, míg a nekrotikus sejtek proinflammatorikusak Gallucci és mtsai, 1999). Harmadszor, úgy tűnik, hogy bizonyos hámsejtek és nem professzionális fagociták sokkal hatékonyabban nyeljék el apoptotikus testvéreiket, mint az apoptotikus timociták, bár mindkét célpopuláció összehasonlíthatóan annexin V-pozitív volt (nem publikált adatok). Korábbi tanulmányok arra is utaltak, hogy bizonyos esetekben még akkor sem, ha a PtdSer-t mesterségesen beépítik az élő sejtek külső szórólapjába, a fagociták nem nyelődnek el (Borsenko és mtsai, 2003). Mindezek a megfigyelések arra utalnak, hogy a PtdSer expozíción kívül más ligandumokat vagy kötési paramétereket is figyelembe kell venni. Az apoptotikus sejteken további ligandumok ötlete nem új, de jellemzésük elmaradt, talán a PtdSer domináns szerepe miatt a fagocita felismerésben.

Létezhet-e további ligandum (itt X-nek jelöljük), amely kostimuláló ligandumként működik, így a fagociták felismerik a „PtdSer+X” jelzésű sejteket apoptotikus sejtként (3. ábra)? Ha figyelembe vesszük a peptid+MHC komplexszel (pMHC) kölcsönhatásba lépő TCR analógiáját, akkor jól bebizonyosodott, hogy a kostimuláló molekulák a T-sejt felszínén (pl. CD28) és ligandumaik az APC felületén (pl. B7 család) molekulák) kritikusan szabályozzák a naiv T-sejtek aktivációját. A kostimuláló jelek hiányában még akkor is, ha a T-sejt és az APC kölcsönhatásba lépnek egymással, a T-sejt válasza elakad vagy megszakad. Hasonlóképpen lehetséges, hogy az apoptotikus sejtek felszínén a PtdSer-rel együtt expresszált X egy ellenreceptorhoz (a fagocitán található CD28 ekvivalenshez) kapcsolódhat, ami egy második jelhez vezet. Az ilyen PtdSer+X felismerés több szinten is hasznos lehet. Először is, további specifitást biztosíthat a PtdSer-függő felismeréshez, és segíthet a fagocitáknak elkerülni az apoptózistól függetlenül kitett PtdSer-t mutató sejtek lenyelését. Másodszor, a PtdSer+X bekapcsolása segíthet leküzdeni az apoptotikus sejteken egyidejűleg jelen lévő ne egyél-jeleket. Harmadszor, X segíthet csökkenteni a fagociták PtdSer-függő aktiválásának küszöbét, például a PtdSer-szint nyolcszoros változása elegendő egy célsejt makrofág fagocitózisának elősegítéséhez (Borisenko és mtsai, 2003). Negyedszer, az X, amikor a fagocitán lévő ellenreceptorja kapcsolja be, segíthet módosítani a membrán görbületét, hogy lehetővé tegye a fagociták és az apoptotikus sejtek felülete közötti megfelelő illeszkedést. Eddig csak egy ilyen második jelet azonosítottak. A calretikulint Gardai és munkatársai javasolták. (2005) lehetséges második ligandumként, amely együtt működik a PtdSer-rel, bár ez a tanulmány a kalretikulin szerepét javasolta az alkalmazott rendszerben, a kalretikulin irodalom meglehetősen változatos a sejthalál természetétől és immunogenitásától függően (Gregory és Brown, 2005 Green et. al., 2009 Zitvogel et al., 2010). Meg kell határozni, hogy vannak-e további járulékos molekulák a korai apoptotikus sejtek felszínén (nem másodlagosan nekrotikusak), ezek alapvetően vagy a PtdSer expozícióval egyidejűleg vannak kitéve, és hogy melyek lehetnek a receptoraik a fagocitán. A közelmúltban fágmegjelenítési megközelítést alkalmaztak további PtdSer-kötő fehérjék azonosítására, bár relevanciájukat még meg kell határozni (Caberoy et al., 2009). Talán egy ilyen módszernek a második ligandum azonosítását célzó módosítása óriási áttörést jelenthet ezen a területen.

Ne felejtsd el a ne egyél meg jelzéseket

Bár elsősorban más molekulákat vettem figyelembe, amelyek előnyösen módosíthatják a PtdSer felismerését, nem szabad figyelmen kívül hagynunk a „ne egyél meg” jeleket, még akkor sem, ha a PtdSer ki van téve. Jelenleg egyszerűen nem áll rendelkezésre elegendő adat ahhoz, hogy megtudjuk, mekkora a PtdSer expozíció változása az aktivált B- vagy T-limfocitákon vagy a PtdSer-t átmenetileg feltáró mioblasztokon, és hogy a ne egyél-e jelek aktívan antagonizálják-e e sejtek bekebelezését. A „ne egyél meg” jelek tekintetében a mai napig a legjobban a CD47 (Gardai és mtsai, 2005, 2006) és a CD31 (Brown és mtsai, 2002) írható le. A CD47 vörösvérsejtekben betöltött jelentősége miatt a CD47 irodalom egyértelműen fejlettebb. Gardai et al. (2005) kimutatták, hogy a CD47 erős „ne egyél meg” jelként működhet, és gátolja a PtdSer-t mutató sejtek bekebelezését. Még azt is felvetették, hogy CD47 hiányában a PtdSer kijelző természete megváltozhat. Azonban nem világos, hogy a különböző sejttípusok milyen mértékben használják a CD47-et „ne egyél” jelként. Jelenleg csak néhány tanulmány foglalkozott szisztematikusan a „ne egyél” jelzésekkel, és a „ne egyél meg” hatásmechanizmusok nem teljesen ismertek. Ez részben technikai problémákból eredhet. Először is, nagyon nehéz a bekebelezés hiányát vizsgálatként használni, mivel a legtöbb tipikus fagocitózis-tesztben az elnyelés 5-50% között mozog. Másodszor, tekintettel arra a jelenlegi nézetre, hogy több ligandum és receptor is működőképes lehet, nehéz szisztematikusan elemezni az eukarióta kontextusban az elnyelés hiányát, és meghatározni az egyes biológiailag és funkcionálisan releváns molekulák szerepét. A modellszervezetek azonban, mint pl C. elegans, amelyekben az egyes sejtek halála és felvétele valós időben nyomon követhető (Hoeppner és mtsai, 2001), hasznosnak bizonyulhat a ne egyél-jelek genetikai vizsgálataiban, és viszont kiterjedjen az emlősrendszerekre.

Záró gondolatok és jövőbeli irányok

Ennek ellenére a bekebelezési terület viszonylag fiatal, az a felismerés, hogy az apoptotikus sejttisztulás számos egészségi állapot és betegség szempontjából releváns folyamat, sok kutatót vonzott a legkülönbözőbb területekről, aminek eredményeként ismereteink jelentősen gyarapodtak az elmúlt néhány évben. Néhány kulcsfontosságú megválaszolatlan kérdés megválaszolására irányuló erőfeszítések azonban hasznosak lehetnek olyan megközelítésekben, amelyek nagyon hasznosnak bizonyultak más rendszerekben, amelyek két különböző sejttípus, például T-limfociták és APC-k közötti felismeréssel foglalkoznak (Gascoigne et al., 2009 Fooksman et al., 2010 Reichardt et al., 2010 3. ábra). Egy apoptotikus sejt fagocita általi specifikus felismerése több tekintetben hasonló az APC-n lévő pMHC-komplex T-sejt-felismeréséhez. Először is, a T-sejtnek fel kell ismernie egy specifikus antigént hordozó APC-t más APC-k között, analóg módon egy fagocitával, amely megpróbál specifikusan felismerni egy haldokló sejtet a szövetben vagy keringésben lévő összes élő sejt közül. Másodszor, a T-sejt-APC interfészhez hasonlóan több receptor-ligandum pár is része a fagocita-apoptotikus sejt interfésznek, bár szerepük nem pontosan meghatározott. Harmadszor, a T-sejtekhez hasonlóan, amelyek képesek „megszagolni” sok APC-t anélkül, hogy erős kölcsönhatásba lépnének (Chalan és Parker, 2005, 2008), a makrofágok gyakran kapcsolatba lépnek az élő sejtekkel, de gyorsan elengedik őket a „ne egyél” jelenléte miatt. me jelek (Brown et al., 2002). Negyedszer, hasonlóan a T-sejt-APC interakcióhoz, ahol az intracelluláris jelek T-sejt-válaszokat indítanak el, a fagocita-apoptotikus sejt kölcsönhatás során közvetített jelek szintén a haldokló sejt bekebelezéséhez és gyulladásgátló mediátorok szekréciójához vezetnek, amelyek az immunológiailag néma folyamat részét képezik. engedély (Henson, 2005).

Azonban számos kulcsfontosságú különbség is van, a legfontosabb az, hogy az adott TCR-pMHC kölcsönhatás kritikusan rögzíti a T-sejt-APC konjugációt. Az apoptotikus sejtekkel összefüggésben, bár a PtdSer lazán tekinthető a pMHC ekvivalensének, a fagocitákon nincs megfelelője a TCR-nek. Ezzel szemben úgy tűnik, hogy több PtdSer felismerési mechanizmus létezik. Ezen túlmenően, a specifikus T-sejt-APC kölcsönhatásokban a kostimuláló molekulák és járulékos receptorok által továbbított második jelekkel analógot még nem azonosítottak a fagocita-apoptotikus sejt kölcsönhatásra. A T-sejtrendszerrel kapcsolatos kiterjedt ismereteink egyik fő oka a különböző monoklonális antitestek létezése, amelyeket szisztematikusan állítottak elő a T-sejteken és APC-ken lévő különféle járulékos és kostimuláló molekulák ellen a Differenciálódási/Sejtdifferenciációs Antigének Klaszter részeként. CD-nómenklatúra kezdeményezés az 1980-as években és az 1990-es évek elején (Chorváth és Sedlák, 1998). Talán itt az ideje, hogy a bekebelező terület fontolóra vegyen egy hasonló stratégiát. Bár ez egy régi megközelítés újragondolásának tűnhet, ezt nem szabad figyelmen kívül hagyni, mivel a releváns molekulák klónozására és azonosítására való képességünk a jelenlegi molekuláris és genetikai eszközöknek köszönhetően rendkívül sokat fejlődött. Egy másik különbség az, hogy az egyetlen sejttípussal, például a pMHC-felismerést közvetítő T-sejttel ellentétben a fagocita lényegében bármely sejt lehet a szervezetben, ennek ellenére a szisztematikus erőfeszítés kevés meghatározott fagocita típussal rendkívül előnyös lehet. Valójában az egyik csoport ennek a megközelítésnek egy olyan változatát használta, amely a TIM-4-et PtdSer receptorként azonosította (Miyanishi és mtsai, 2007). Ezenkívül egy ilyen erőfeszítés a PtdSer-rel együtt működő kostimuláló molekulák ligandumainak azonosításához vezethet.

Egy másik terület, ahol a T-sejt-APC kölcsönhatás rendkívül fejlett, az immunológiai szinapszis megértése, valamint a szinapszisban és onnan kívüli molekulák toborzása a T-sejt-APC kapcsolat időtartama alatt (Gascoigne et al., 2009 Fooksman et al. ., 2010 Reichardt et al., 2010). Sajnos ilyen részletes információ egyszerűen nem létezik a fagocita-apoptotikus sejt interfészről. Izgalmas lehetőség, hogy a fagocita és az apoptotikus sejt felszínén specifikus molekulák csoportosulásával engulfment szinapszis jön létre. Tekintettel a képalkotás terén elért közelmúltbeli fejlődésre, amelyet a T-sejt-APC konjugátum képződésének elegáns tanulmányai példáznak (Chalan és Parker, 2008), szisztematikus erőfeszítés annak meghatározására, hogy mind a direkt, mind a közvetett PtdSer felismerő receptorok hogyan helyezkednek el topológiailag a fagocitákon, és hogyan mozognak. a felismerés során segít azonosítani a hierarchiát és/vagy a kooperatív kötődést a különböző receptorok között. Hasonlóképpen, nagyon fontos meghatározni, hogy a PtdSer hogyan jelenjen meg és hogyan mozog a felismerő receptorok bekapcsolása során, valamint a „ne egyél meg” jelek relatív lokalizációja. Ezen túlmenően, ha két receptort egyidejűleg kapcsolnak be az apoptotikus sejtek ligandumai, ez megváltoztathatja a választ, például a MER módosíthatja a gyulladásos válaszokat más receptorokon keresztül (Rothlin et al., 2007 Lemke és Rothlin, 2008).

Amellett, hogy szórakoztató alapvető tudományos kérdések, ezek fontos vonatkozásai is lehetnek az orvostudományban. Az apoptotikus sejtek sikertelen kiürülése az autoimmunitástól és az atherosclerosistól a neurológiai rendellenességekig terjedő betegségek jellemzője (Elliott és Ravichandran). Az apoptotikus sejt alapú terápiák kezdenek megjelenni (Wang és mtsai, 2006, 2009 Green et al., 2009), de valójában nem értjük teljesen, mi az immunogén és a nem immunogén sejthalál (Green és Kroemer, 2005 Green et al. , 2009), és hogyan lehet ezt terápiásán előnyös módon manipulálni. Annak részletes megértése, hogy a fagocita hogyan találkozik és nyel el egy apoptotikus sejtet, felhasználható a bekebelezés fokozására olyan helyzetekben, amelyek az elnyelés hiányosságainak tekinthetők. Ezen túlmenően, az azonos vagy hasonló ligandumokat kötő több receptor finomságának meghatározása segíthet megérteni, hogyan módosíthatók a fagociták bekebelezés utáni válaszai (például a gyulladásgátló mediátor jelátvitel). Az ilyen típusú információk fontosak lehetnek a fiziológiás bekebelezést utánzó bekebelező receptorokat kiváltó gyógyszerek megtervezéséhez, ezek a gyógyszerek által kiváltott gyulladáscsökkentő mediátorok hasznosak lehetnek a gyulladás feloldásában számos különböző állapot esetén és az autoimmunitás kezelésében.


Biológia óra 2

Az embrionális sejtek néhány óra alatt befejezik a teljes sejtciklust. Egy gyorsan osztódó emlős sejt, például egy felnőtt őssejt, általában körülbelül 24 órát vesz igénybe a sejtciklus befejezéséhez, és 22 órát tölt interfázisban.

A G1 a DNS-replikáció előtti fázis, a G2 pedig a DNS-szintézist követő fázis. Eredetileg a G a „quotgap” kifejezést jelentette, de most, hogy tudjuk, mennyire metabolikusan aktív a sejt, jobb úgy gondolni, hogy G a „növekedés”.

1. A G1 során a sejt megkétszerezi organellumát (például mitokondriumokat és riboszómákat), és olyan anyagokat halmoz fel, amelyeket a DNS-replikációhoz használnak fel. Ezen a ponton a sejt integrálja a belső és külső jeleket, és "eldönti", hogy folytatja-e a sejtciklust (lásd 8.3. szakasz). Egyes sejtek, például az izomsejtek, általában interfázisban maradnak, és a sejtosztódás véglegesen leáll. Állítólag ezek a sejtek egy G0 fázisba léptek. Ha DNS-károsodás következik be, a G0 fázisban lévő sok sejt újra beléphet a sejtciklusba, és újra osztódhat, hogy helyrehozza a károsodást. De néhány sejttípus, például az idegsejtek, szinte soha többé nem osztódnak, miután beléptek a G0-ba.

2. G1 után a sejt S fázisba lép. Az S jelentése "quotsynthesis", és minden bizonnyal DNS-szintézis szükséges a DNS-replikációhoz. Az S fázis elején minden kromoszómának van egy kromatidája, amely egyetlen DNS kettős hélixből áll. Ennek a szakasznak a végén minden kromoszóma két testvérkromatidából áll, amelyek mindegyikének egy kettős hélixe van. Az egyes kromoszómák két kromatidája a centromerhez kapcsolódik. A DNS-replikáció duplikált kromoszómákat termel.

Citokinézis állati sejtekben Az állati sejtekben a hasítási barázda, amely a membrán bemélyedése a két leánymag között, az anafázis lezárulásával kezdődik. A hasítási barázda mélyül, amikor az aktinszálakból álló sáv, az úgynevezett kontraktilis gyűrű, lassan körkörös szűkületet képez a két leánysejt között. Az összehúzó gyűrű működése egy léggömb közepe körüli húzózsinór egyre szorosabbra húzásához hasonlítható. A telofázis alatt keskeny híd látható a két sejt között, majd a kontraktilis gyűrű folytatja a citoplazma elválasztását, amíg két független leánysejt nem lesz.

A növényi sejtekben a citokinézis az állati sejtektől eltérő folyamattal megy végbe (8.8. ábra). A növényi sejteket körülvevő merev sejtfal nem teszi lehetővé a barázdák általi citokinézist. Ehelyett a növényi sejtekben a citokinézis új plazmamembránok és sejtfalak felépítését jelenti a leánysejtek között.

A G1 ellenőrzőpont különösen fontos, mert ha a sejtciklus áthalad ezen az ellenőrzési ponton, a sejt elkötelezi magát az osztódásra. Ha a cella nem megy át ezen az ellenőrző ponton, akkor G0-ba léphet, amely során normál funkcióit ellátja, de nem osztódik. A megfelelő növekedési jeleknek, például bizonyos növekedési faktoroknak jelen kell lenniük ahhoz, hogy a sejt átmenjen a G1 ellenőrzőponton. Ezenkívül ellenőrzik a sejt DNS-ének integritását. Ha a DNS megsérül, a p53 fehérje leállíthatja a ciklust ezen az ellenőrző ponton, és elindíthatja a DNS helyreállítását. Ha a javítás nem lehetséges, a fehérje programozott sejthalálhoz vagy apoptózishoz vezethet.

A sejtciklus egy pillanatra leáll a G2 ellenőrzőpontnál, amíg a sejt meg nem igazolja, hogy a DNS replikált-e. Ez megakadályozza az M fázis beindulását, hacsak a kromoszómák nem duplikálódnak. Továbbá, ha a DNS megsérül, például a napsugárzásnak vagy röntgensugárzásnak való kitettség miatt, a sejtciklus ezen az ellenőrző ponton történő leállítása időt biztosít a károsodás helyreállítására, így az nem kerül át a leánysejtekre.

1. A rákos sejtekből hiányzik a differenciálódás. A rákos sejtek elvesztik specializációjukat, és nem járulnak hozzá egy testrész működéséhez. A rákos sejt nem úgy néz ki, mint egy differenciált hám-, izom-, ideg- vagy kötőszöveti sejt, hanem kifejezetten abnormálisnak tűnik (8.14. ábra). Mint említettük, a normál sejtek körülbelül 70-szer beléphetnek a sejtciklusba, majd elpusztulnak. A rákos sejtek így többször is beléphetnek a sejtciklusba, halhatatlanok.

2. A rákos sejteknek rendellenes magjai vannak. A rákos sejtek magjai megnagyobbodtak, és abnormális számú kromoszómát tartalmazhatnak. A kromoszómák szintén rendellenesek, egyes részek megkettőzhetők, vagy egyes részei törölhetők. Ezenkívül a génamplifikáció (specifikus gének extra másolatai) sokkal gyakrabban észlelhető, mint a normál sejtekben.

3. A rákos sejtek nem mennek át apoptózison. Általában a sérült DNS-sel rendelkező sejtek apoptózison mennek keresztül, ami megakadályozza a daganatok kialakulását. A rákos sejtek azonban nem reagálnak normálisan az apoptózist elindító jelekre, és így tovább osztódnak.

4. A rákos sejtek daganatokat képeznek. A normál sejtek egy szubsztrátumhoz rögzítik magukat és/vagy tapadnak szomszédaikhoz. Ezután érintkezésgátlást mutatnak, és leállnak az osztódásuk. A rákos sejtek viszont elveszítették minden korlátjukat, egymásra halmozódnak, és több rétegben nőnek, daganatot képezve. Csökkent a növekedési faktorigényük, és már nem reagálnak a gátló jelekre.A rák kialakulásával a legagresszívebb sejt válik a daganat domináns sejtjévé.

1. Növelje az A- és C-vitaminban gazdag élelmiszerek fogyasztását (8.16. ábra). A béta-karotin, az A-vitamin előanyaga sötétzöld, leveles zöldségekben, sárgarépában és különféle gyümölcsökben található. A C-vitamin a citrusfélékben található. Ezeket a vitaminokat antioxidánsoknak nevezzük, mivel a sejtekben megakadályozzák a szabad gyökök (páratlan elektronnal rendelkező szerves ionok) képződését, amelyek károsíthatják a DNS-t. A C-vitamin emellett megakadályozza a nitrátok és nitritek rákkeltő nitrozaminokká történő átalakulását az emésztőrendszerben.

2. Kerülje a sóval pácolt vagy pácolt ételeket, mert növelhetik a gyomor- és nyelőcsőrák kockázatát. A füstölt élelmiszerek, mint a sonka és a kolbász, a dohányfüsthöz hasonló kémiai rákkeltő anyagokat tartalmaznak. A nitriteket néha hozzáadják a feldolgozott húsokhoz (például virslihez és felvágottakhoz) és más élelmiszerekhez, hogy megvédjék őket a romlástól, ahogy említettük, a nitritek rákkeltő nitrozaminokká alakulhatnak az emésztőrendszerben.

A fejlődés során és a születés után a mitózis részt vesz a gyermek folyamatos növekedésében és a szövetek helyreállításában bármikor. A mitózis eredményeként minden szomatikus (test) sejt diploid számú kromoszómával rendelkezik.

Az ivaros szaporodás során a meiózis a kromoszómaszámot diploidról haploidra csökkenti oly módon, hogy az ivarsejtek (sperma és petesejt) minden homológ kromoszómapárból egy kromoszómával rendelkezzenek. A férfiaknál a meiózis a spermatogenezis része, amely a herékben fordul elő, és spermiumokat termel. A nőstényeknél a meiózis az oogenezis része, amely a petefészkekben fordul elő, és tojásokat termel. Miután a spermium és a petesejt a megtermékenyítés során egyesül, a létrejövő sejt, az úgynevezett zigóta, ismét diploid számú homológ kromoszómával rendelkezik. A zigóta ezután mitózison és sejtek differenciálódásán megy keresztül, hogy magzattá és végül új emberré váljon.

- A meiózishoz két egymást követő nukleáris osztódás szükséges, de a mitózishoz csak egy nukleáris osztódás.

- A meiózis négy leánymagot termel, és a citokinézist követően négy leánysejt van. A mitózis, majd a citokinézis két leánysejtet eredményez.

- A meiózist követően a négy leánysejt haploid, feleannyi kromoszómával rendelkeznek, mint az anyasejtben. A mitózist követően a leánysejteknek ugyanannyi kromoszómája van, mint a szülősejtnek.

- A meiózis I. fázisa során szinapszis következik be. A szinapszis során tetradok képződnek, és keresztezés történik. Ezek az események nem fordulnak elő a mitózis során.

- A meiózis I. metafázisában a tetradák az orsó egyenlítőjénél helyezkednek el, a homológ kromoszómák pedig az orsó ellentétes pólusai felé néznek. A párosított kromoszómák összesen négy kromatiddal rendelkeznek. A mitózis metafázisában a diádok külön igazodnak az orsó egyenlítőjéhez.

Mendel kísérleti szervezete a kerti borsó, a Pisum sativum volt. A kerti borsó jó választás volt, mivel könnyen termeszthető és rövid generációs volt. És bár a borsó általában önbeporzó (a virágpor csak ugyanahhoz a virághoz jut), kézzel keresztbeporozható. Sokféle borsó volt elérhető, és Mendel kezdetben 22-t termesztett belőlük. Kísérleteihez 7 olyan fajtát választott, amelyek könnyen azonosítható különbségeket produkáltak (10.1b. ábra). Amikor ezek a fajták önbeporzottak, valódi tenyésztést jelentettek – ami azt jelenti, hogy az utódok olyanok voltak, mint a szülőnövények és hasonlítottak egymáshoz. Elődeivel ellentétben Mendel olyan viszonylag egyszerű és könnyen kimutatható tulajdonságok öröklődését tanulmányozta, mint a magforma, a magszín és a virágszín, és nem figyelt meg köztes jellemzőket az utódok között. A 10.2. ábra Mendel eljárását mutatja.

Mendelnek az volt a kérdése, hogy ezek az allélek hogyan szegregálódnak az F2 generációban. Két lehetséges eredmény következhetett be az F2 generációban:

1. Ha a domináns faktorok (TG) mindig együtt mennek az F1 ivarsejtekbe, és a recesszív faktorok (tg) mindig együtt maradnak, akkor az F2 növények között két fenotípus alakul ki: a magas zöld hüvelyű növények és az alacsony, sárga hüvelyű növények.

2. Ha a négy faktor egymástól függetlenül szegregálódik az F1 ivarsejtekbe, akkor az F2 növények között négy fenotípus alakul ki: magas növények zöld hüvelyű, magas növények sárga hüvelyű, rövid növények zöld hüvelyűek és rövid növények sárga hüvelyűek.

IA = A vörösvértesteken lévő antigén
IB = B antigén a vörösvértesteken
I= Sem A, sem B antigén nincs a vörösvértesteken

A környezet kölcsönhatása (napfényexpozíció) ezekkel a genotípusokkal további variációkat eredményez a fenotípusban. Például az AaBbCc-vel rendelkező egyének bőrszíne eltérő lehet, annak ellenére, hogy azonos genotípussal rendelkeznek, és számos lehetséges fenotípus a két véglet közé esik.
A hőmérséklet egy másik példa egy olyan környezeti tényezőre, amely befolyásolhatja a növények és állatok fenotípusait. A kankalin virágai fehérek, ha 32°C felett termesztik, de piros virágai vannak, ha 24°C-on termesztik. A sziámi macskák és a himalájai nyulak szőrzete sötétebb a füleknél, az orrnál, a mancsoknál és a farkánál. A himalájai nyulakról ismert, hogy homozigóták a ch allél tekintetében, amely részt vesz a melanintermelésben. Kísérleti bizonyítékok azt mutatják, hogy az e gén által kódolt enzim csak alacsony hőmérsékleten aktív, ezért a fekete szőr csak azokon a végtagokon fordul elő, ahol a test hője a környezetbe kerül. Ha az állatot melegebb környezetbe helyezik, ezeken a testrészeken az új szőrzet világos színű.

Az elfogadott hiedelmekkel ellentétben Chargaff azt találta, hogy minden fajnak megvan a maga százalékos aránya az egyes típusú nukleotidokból. Például egy emberi sejtben a bázisok 31%-a adenin, 31%-a timin, 19%-a guanin és 19%-a citozin. Az összes vizsgált Chargaff fajban A mennyisége mindig egyenlő volt T mennyiségével, G mennyisége pedig mindig C mennyiségével. Ezeket az összefüggéseket Chargaff-szabályoknak nevezzük:

- Az A, T, G és C mennyisége a DNS-ben fajonként változik.

- Minden fajban A és T mennyisége egyenlő (A = T), csakúgy, mint G és C mennyisége (G = C).

1. A DNS négyféle, adenin (A), guanin (G), citozin (C) és timin (T) bázisú nukleotidokból álló polimer.

2. Chargaff szabályai alapján A = T és G = C.

3. Franklin röntgendiffrakciós fényképe alapján a DNS egy kettős hélix, ismétlődő mintázattal.

Ezen adatok felhasználásával Watson és Crick DNS-modellt épített drótból és ónból (11.4. ábra). A modell megmutatta, hogy a dezoxiribóz cukor-foszfát molekulák egymáshoz kapcsolódnak, és egy csavart létra oldalait alkotják. A nitrogéntartalmú bázisok alkotják a létra fokait – ezek a középső részbe nyúlnak be, a másik szálon pedig hidrogénkötések vannak a bázisokkal. Valójában A párosítás T-vel és G párosítása C-vel – úgynevezett komplementer bázispárosítás – konzisztens szélességű létrafokokat eredményez, amint azt a röntgendiffrakciós adatok is megvilágítják.

A DNS egy kétszálú molekula, amely maga köré tekeredve kettős hélixet alkot. A két szál antiparallel és ellentétes irányban fut, amint a legjobban a 11.5a ábrán látható. Figyeljük meg, hogy a kettős hélixben minden szálnak van egy 5′ vége, ahol egy szabad jelenik meg, és egy 3′ vége, ahol egy szabad –OH csoport jelenik meg. A 11.5b. ábrán a dezoxiribóz szénatomjai meg vannak számozva. Az 5′-es szénhez kapcsolódik egy csoport, a 3′-hez pedig egy –OH-csoport, amely körbe van körözve és rózsaszínű a könnyebb felismerés érdekében.

A replikáció megkezdéséhez a DNS kettős hélixnek el kell válnia, és le kell válnia. Ezt úgy érik el, hogy megszakítják a hidrogénkötéseket a nukleotidok között, majd a hélix szerkezetét egy helikáz nevű enzim segítségével feltekerik. Ezen a ponton új nukleotidok adódnak a szülő templát szálhoz. A sejtmagban valaha jelen lévő nukleotidok komplementer bázispárt alkotnak a most egyszálú szülői szálon. Az új szál hozzáadása a DNS polimeráz nevű enzimkomplex segítségével történik. A leányszálat a DNS-polimeráz szintetizálja 5′-3′ irányban, ahogy az a 11.6. ábrán látható. A cukor-foszfát gerinc minden törését a DNS-ligáz enzim zárja le.

A 11.6. ábrán az anyamolekula (eredeti kettős szál) gerincei kékek. A replikációt követően a leánymolekulák mindegyikének van egy zöld gerince (új szál) és egy kék gerince (régi szál). A leány DNS kettős hélixnek ugyanaz a bázispár szekvenciája, mint a szülő DNS kettős hélixé. A komplementer bázispárosítás lehetővé tette ennek a szekvenciának a fenntartását.

RNS:
- a sejtmagban és a citoplazmában található
- segítője a DNS-nek
- a cukor ribrózsás
- bázisok A, U, C, G
- egyszálú
- az mRNS-t lefordítják (fehérjék előállítására)

A kapott mRNS-transzkriptum a templát DNS-szál bázisszekvenciájának komplementer másolata. Miután a transzkripció befejeződött, az mRNS készen áll a feldolgozásra, mielőtt elhagyná a sejtmagot a citoplazmába.
Az mRNS feldolgozása Az újonnan szintetizált primer mRNS-t fel kell dolgozni, hogy megfelelően használható legyen. A feldolgozás az eukarióta sejtek magjában történik. Három lépésre van szükség: sapkázás, poli-A farok hozzáadása és összeillesztés (11.12. ábra). A feldolgozás után az mRNS-t érett mRNS-molekulának nevezik.

A transzláció során az mRNS-ben a kodonok sorrendje határozza meg, hogy a tRNS-ek milyen sorrendben kötődnek a riboszómákhoz. Amikor egy tRNS-aminosav komplex jön egy riboszómához, annak antikodonja párosul egy mRNS kodonnal. Például, ha a kodon ACC, mi az antikodon, és milyen aminosav kapcsolódik a tRNS-molekulához? A 11.10. ábrából ezt állapíthatjuk meg:

Kodon (mRNS) – ACC
Antikodon (tRNS) – UGG
Aminosav (fehérje) - Treonin

1. lépés: A kezdeményezés az a lépés, amely az összes fordítási összetevőt egyesíti
- A kis riboszomális alegység a startkodon (AUG) közelében kötődik az mRNS-hez.
- Az iniciátor tRNS-metionin komplex antikodonja párosul ezzel a kodonnal.
- A nagy riboszomális alegység csatlakozik a kis alegységhez.

2. lépés: Az elongációs ciklus során a polipeptidlánc hossza egy-egy aminosavval nő
- A P helyen lévő tRNS tartalmazza a növekvő peptidláncot.
- Ez a tRNS átadja peptidjét a tRNS-aminosavnak az A helyen. A P helyen lévő tRNS belép az E helyre.
- A transzlokáció során a tRNS-peptid a P helyre kerül, az E helyen lévő üres tRNS kilép a riboszómából, és az A hely kodonja készen áll a következő tRNS-aminosavra.

A teljes ciklus – az új tRNS komplementer bázispárosítása, a növekvő peptidlánc átvitele és a transzlokáció – gyors ütemben ismétlődik. A kimenő tRNS-t újrahasznosítják, és egy másik aminosavat tud felvenni a citoplazmában, hogy eljusson a riboszómához.

A citoplazmában az mRNS transzlációja polipeptiddé a riboszómáknál azonnal megtörténhet vagy késleltethető. Az mRNS hosszú ideig fennmaradhat, vagy azonnal megsemmisülhet, és ugyanez igaz egy fehérjére is. Ezek a mechanizmusok szabályozzák a géntermék mennyiségét és/vagy meddig aktív.
Kromatinkondenzáció Az eukarióták kromatinkondenzációt használnak a gének be- vagy kikapcsolására. Minél szorosabban tömörül a kromatin, annál ritkábban fejeződnek ki benne a gének. A kromatin sötétre festő részei, az úgynevezett heterokromatin, szorosan tömörített, inaktív kromatint jelentenek. Ennek drámai példája a nőstény emlősök Barr-teste. A nőstényeknél a nukleáris burok belső széléhez egy kis, sötéten festődő kondenzált kromatin tömeg található. Ez a szerkezet egy inaktív X-kromoszóma.
Honnan tudjuk, hogy a Barr-testek inaktív X-kromoszómák, amelyek nem termelnek génterméket? Tegyük fel, hogy a nőstény sejtjeinek 50%-ában az egyik X-kromoszóma aktív, és 50%-ában a másik X-kromoszóma aktív. Egy heterozigóta nőstény teste nem egy mozaik lenne, genetikailag különböző sejtekből álló "foltokkal"? Pontosan ez történik. Például az olyan nőstényeknél, akik heterozigóták az okuláris albinizmus X-hez kötött recesszív formájára, pigmentált és nem pigmentált sejtek foltjai vannak a szem hátsó részén. Azok a nők, akik heterozigóták a verejtékmirigyek örökletes hiánya miatt, bőrükön foltokban hiányoznak a verejtékmirigyek. A nőstény calico macska drámai támogatást nyújt a sejtjeiben jelentkező X-inaktiváció különbségéhez is

Egyetlen transzkripciós aktivátor drámai hatással lehet a génexpresszióra. A kutatók például találtak egy DNS-kötő fehérjét, a MyoD-t, amely önmagában képes aktiválni a fibroblasztok izomsejtekké válásához szükséges géneket különböző gerincesekben. Egy másik DNS-kötő fehérje, az Ey, nem csak egyetlen sejttípus, hanem egy teljes szem kialakulását idézheti elő a legyekben

Két enzimre van szükség ahhoz, hogy idegen DNS-t bevigyünk a plazmid DNS-be: (1) restrikciós enzimek, amelyek képesek a DNS-t meghatározott helyeken hasítani vagy elvágni (például az EcoRI restrikciós enzim mindig a GAATTC bázisszekvenciánál vágja el a DNS-t) és (2) a DNS. ligáz, amely képes lezárni az idegen DNS-t egy vágott plazmid nyílásába.
Ha egy plazmidot EcoRI-vel vágunk, akkor ez egy résbe kerül, amelybe egy darab idegen DNS-t lehet helyezni, ha ez a darab a restrikciós enzim által kitett bázisokkal komplementer bázisokban végződik. Annak biztosítására, hogy a bázisok komplementerek legyenek, az idegen DNS-t ugyanazzal a restrikciós enzimmel kell hasítani. A két DNS-molekula végén lévő túlnyúló bázisokat "ragadós végeknek" nevezik, mivel komplementer bázispárosítással képesek megkötni egy darab idegen DNS-t. A ragadós végek megkönnyítik az idegen DNS beillesztését a vektor DNS-be, ez a folyamat nagyon hasonló ahhoz, ahogyan a puzzle darabjai illeszkednek egymáshoz.

A CRISPR rendszert a kutatók arra használhatják, hogy egy meghatározott nukleotidszekvenciát célozzanak meg szinte bármilyen szervezetben szerkesztés céljából. Ha a célpont genomiális szekvenciája ismert, a Cas9 egy komplementer RNS-szálat használhat fel a DNS-törés létrehozására. Ez a törés felhasználható a gén inaktiválására, és így a gén sejtben betöltött szerepének tanulmányozására, vagy a Cas9 molekuláris ollóként működhet, hogy új nukleotidokat illesszen be meghatározott DNS-helyekre.
A CRISPR és más genomszerkesztési technológiák tovább fejlődnek. A tudósok a folyamatok hatékonyabbá tételének módjait, valamint az emberek és más szervezetek genomszerkesztésének új alkalmazásait vizsgálják.

Jelenleg az Egyesült Államokban semmilyen szövetségi alap nem használható fel emberek klónozására irányuló kísérletekre. Noha a klónozás tudománya halad előre, sok probléma még mindig fennáll. Például a Dolly esetében 247 próbálkozás kellett ahhoz, hogy a folyamat sikeres legyen. Emellett aggodalomra ad okot, hogy a klónozott állatok várható élettartama nem egyezik meg a nem klónozott állatokéval. Néhány, de nem minden klónozott állat abnormális öregedés tüneteit mutatta. Dollyt például 2003-ban halálos injekcióval tették le, mert tüdőrákban és bénító ízületi gyulladásban szenvedett. Csak a felét élte le egy dorseti bárány átlagos élettartamának.
A terápiás klónozás során a kívánt vég nem egy egyedi szervezet, hanem különféle típusú érett sejtek. A terápiás klónozás célja (1) többet megtudni a sejtek specializálódásáról, és (2) olyan sejtek és szövetek biztosítása, amelyek felhasználhatók emberi betegségek, például cukorbetegség, gerincvelő-sérülések és Parkinson-kór kezelésére.
A terápiás klónozás többféleképpen is végrehajtható. A legáltalánosabb módszer az embrionális őssejtek izolálása és olyan kezelések alávetése, amelyek hatására bizonyos sejttípusokká válnak, például vörösvértestekké, izomsejtekké vagy idegsejtekké (12.5b. ábra). Mivel az embrionális őssejtek képesek bármilyen más típusú sejtté válni egy szervezetben, azt mondják, hogy totipotensek. Végül lehetséges lehet teljes szövetek és szervek előállítása totipotens őssejtekből. Etikai aggályok merülnek fel az ilyen típusú terápiás klónozással kapcsolatban, mert ha az embriót hagyták volna továbbfejlődni, egyénné vált volna.

A terápiás klónozás másik módja a felnőtt őssejtek felhasználása, amelyek egy felnőtt testének számos szervében megtalálhatók. A felnőtt őssejtekről azt mondják, hogy multipotensek, mivel már elkezdtek specializálódni, és nem képesek minden sejttípust előállítani a szervezetben. Például a bőrben vannak olyan őssejtek, amelyek folyamatosan osztódnak és új bőrsejteket termelnek, míg a csontvelőben vannak olyan őssejtek, amelyek új vérsejteket termelnek. Jelenleg a felnőtt őssejtek korlátozott számú sejttípust kaphatnak. A tudósok azonban képesek voltak rávenni a bőrből származó felnőtt őssejteket, hogy azok embrionális őssejtekké váljanak, mindössze négy gén hozzáadásával. A kutatók a génexpresszió szabályozásának módjait kutatják felnőtt őssejtekben, hogy ezeket fel lehessen használni a vitatottabb embrionális őssejtek helyett az emberi betegségek elleni küzdelemben.

A génpharmingot, vagyis a transzgénikus haszonállatok gyógyszergyártásra történő felhasználását számos cég folytatja. A terápiás és diagnosztikai fehérjéket kódoló gének beépülnek az állat DNS-ébe, és a fehérjék megjelennek az állat tejében. Ezzel a módszerrel nemcsak gyógyszereket, hanem vakcinákat is lehet előállítani.

A Down-szindrómás esetek 5%-ában egy előző generációban a 21. és 14. kromoszómák között bekövetkezett transzlokáció az oka. Amíg a két kromoszóma együtt öröklődik, az egyén normális. A jövő generációiban azonban egy személy örökölheti a 21-es kromoszóma két normál másolatát és a kóros 14-es kromoszómát, amely a 21-es kromoszóma egy szegmensét tartalmazza. Ezekben az esetekben a Down-szindróma nincs összefüggésben a szülői életkorral, hanem inkább a családban fordul elő. apa vagy anya.

Az amniocentézis egy olyan eljárás, amellyel egy terhes nő méhéből magzatvíz mintát vesznek. Egy hosszú tűt átvezetünk a has és a méh falán, hogy kis mennyiségű, magzati sejteket is tartalmazó folyadékot szívjunk ki (13.8a. ábra). Teszteket végeznek a magzatvízen, és a sejteket tenyésztik a kariotipizáláshoz. A kromoszómák kariotipizálása akár 4 hétig is elhúzódhat, így a sejtek számának növelése érdekében tenyészthetők.

A vérvizsgálatot és az anya életkorát figyelembe veszik annak eldöntésekor, hogy szükséges-e az eljárás. Az amniocentézis miatt kismértékben (körülbelül 0,6%) fennáll a spontán vetélés kockázata, a legnagyobb kockázat a terhesség első 15 hetében jelentkezik.
A chorionbolholy-mintavétel (CVS) egy olyan eljárás, amellyel a méhlepény kifejlődési régiójában chorionbolholysejteket nyernek. Ez az eljárás már a terhesség ötödik hetében elvégezhető. Hosszú, vékony szívócsövet vezetünk a hüvelyen keresztül a méhbe (13.8b. ábra). A méhtartalomról képet adó ultrahang segítségével a csövet a méhnyálkahártya és a chorionbolyhok közé helyezik. Ezután szívással mintát vesznek a chorionbolyhok sejtjéből. A sejteket nem kell tenyészteni, a kariotipizálás azonnal elvégezhető. De a magzatvíz vizsgálata nem lehetséges, mert nem gyűlik össze a magzatvíz. Ezenkívül a CVS nagyobb kockázatot jelent a spontán abortuszra, mint az amniocentézis – 0,7%, szemben a 0,6%-kal. A CVS előnye, hogy a kariotipizálás eredményeit egy korábbi időpontban kapja meg.


Család

Tulajdonos neve: TECHNICON RESEARCH & DEVELOPMENT FOUNDATION LTD.

Szabad formátumú szöveg: KIEGÉSZÍTŐK MEGJEGYZÉSE ÉRDEKLŐDŐK:ASSARAF, YEHUDA G.BACHRACH, URIELREEL/KERET:007404/0315

Hatálybalépés napjára: 19950122

Tulajdonos neve: TECHNION RESEARCH & DEVELOPMENT FOUNDATION LTD., I

Szabad formátumú szöveg: RÖGZÍTÉS A BIZTOSÍTÓ NÉVÉNEK HELYESBÍTÉSÉHEZ A 7404-ES KERETRE 315. KORÁBAN RÖGZÍTETT KIEGÉSZÍTŐK:ASSARAF, YEHUDA G.BACHRACH, URIELREEL/FRAME:007643/0743

Hatálybalépés napjára: 19950122

Hatálybalépés napjára: 19991003

Szabad formátumú szöveg: A SZABADALOM LEJÁRT A 37 CFR ALATT 1,362 CFR ALATT KARBANTARTÁSI DÍJ MIATT