az Európai Unió új társadalmi kihívásainak
a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen
Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
ÖREGEDÉSSEL KAPCSOLATOS
INTRACELLULÁRIS BETEGSÉGEK
az Európai Unió új társadalmi kihívásainak
a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen
Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Kvell Krisztián
A Gerontológia Molekuláris és Klinikai Alapjai – 28. előadás
Transzkripció Poszt- transzkripció
DNS RNS mRNS
Transzláció
mRNS
Sejtmag
Fehérje Poszt-transzláció
Kovalens módosulás Chaperonok
Kofaktorok
Folding
Lebontás Funkció
Aggregáció Szabályozás
A fehérjék poszt-transzlációs sorsa
Fehérje turnover Proteoszóma
aktivitás csökken
Fehérjék oxidatív módosulása Fehérje-
szintézis Stressz
Fehérjék
Hydroxy- nonenal fehérje módosulás Glikálás
Külső Belső
Fehérje módosulások stressz
következtében
• A lizoszómák nem képesek maradéktalanul megemészteni az elöregedett fehérjéket
• Maradék: barnás-sárgás, autofluoreszcens, elektron- denz granulum: lipofuscin, ceroid, öregségi pigment
• Megnövekedett oxidáció, különösen vas jelenlétében
• A mitokondriumok a lipofuscin fő forrásai
• A neuronok perikaryonjának akár 75%-t teheti ki
• Amyloid képződés Alzheimer és Parkinson kórban
Lipofuscin, lizoszómális szemét
BACE
-secretáz NICD
Notch
APP
Aβ
APP citoplazma fragmens
Aβ plakk
Oxidatív stressz
Sejt diszfunkció és halál
Neuronális plaszticitásért és idegrendszeri fejlődésért
felelős gének
Endoplazmás retikulum
Sejtmag Neuron belseje
Ca2+
Ca2+
Neuron EC Ab plakk és hatásai
PEN-2 Presenilin-1 APH-1
Nicastrin PEN-2
Presenilin-1 APH-1
Nicastrin
Dimerizáció natív állapotban
Protofibrillum csomózódás
Fibrillum csomózódás
Misfold vagy globulus, amyloid-keltő?
Denaturált állapotú monomerek
Kolloid átalakulás/
folding
Strukturálatlan aggregátum Kis amyloid-keltő
oligomerek
Amyloid magok Natív monomer
állapot
Natív dimer állapot
Amyloid magok Filamentum
Érett Fibrillum Protofibrillum
Protofibrillum elongáció
Fibrillum elongáció Filamentum
elongáció Részleges
denaturáció
Teljes denaturáció
Amyloid-keltő aggregáció
Polimerizáció
Nem-specifikus aggregáció
INKUBÁCIÓS FÁZIS NÖVEKEDÉSI FÁZIS
Amyloid fibrillumok fejlődése és
növekedése
Dimerizáció natív állapotban
Protofibrillum csomózódás
Fibrillum csomózódás
Misfold vagy globulus, amyloid-keltő?
Denaturált állapotú monomerek
Kolloid átalakulás/
folding
Strukturálatlan aggregátum Kis amyloid-keltő
oligomerek
Amyloid magok Natív monomer
állapot
Natív dimer állapot
Amyloid magok Filamentum
Érett Fibrillum Proto-
fibrillum
Protofibrillum elongáció
Fibrillum elongáció Filamentum
elongáció Részleges
denaturáció
Teljes denaturáció
Amyloid-keltő aggregáció
Polimerizáció
Nem-specifikus aggregáció
INKUBÁCIÓS FÁZIS NÖVEKEDÉSI FÁZIS
Amyloid fibrillumok fejlődése és
növekedése
• Spontán változások
• Depurináció és depirimidináció
• Deamináció
• Egyesláncú törések
• Spontán metiláció
• Glikáció
• Keresztkötés
Nem-oxidatív DNS károsodás I.
• Bioszintézis hibák
• Transzkripciós hibák
• Transzlációs hibák
• Racemizáció és izomerizáció
• Deamidálás (aszparagin és glutamin)
• Reaktív karbonil-csoportok (nem-oxidatív)
• Szerin defoszforiláció
Nem-oxidatív fehérje károsodás II.
• Fehérje turnover (magas turnover = öregedést ellensúlyozó hatás, hígulás)
• Stressz fehérjék fokozott szintje, chaperonok, ubiquitin (hormesis, edzés)
• Intramitokondriális proteolizis (Lon proteáz, miscoded és oxidált fehérjék, EGF↑)
Nem-oxidatív fehérje károsodás
modulációja
CR→éhezés → hipoglikémia → csökkent EC és IC glikáció
• Alacsonyabb inzulin szint, magasabb proteoszóma aktivitás
• Magasabb NADPH arány, glutathion redukált formában tartása
CR és nem-oxidatív fehérje károsodás
• Transzkripciós változások, 15-30%-al csökkent aktivitás
• tRNS ás aminoaciláció
• mRNS feldolgozás és stabilitás, teljes poly(A+) csökkenés
• Transzlációs módosulások, csökkenő
fehérjeszintézis, de CR képes visszaállítani
• A fehérjeszintézis hatékonysága és pontossága csökken
• Iniciáció, elongáció és termináció hatékonysága csökken (EF1a-aktivitás csökken 35-45%-al)
Transzkripciós és transzlációs
szabályozás zavara öregedés során
Amyloid fibrillumok AFM-el
Amyloid depozit
Nyelőcső
Amyloid depozitumok szövettani képe
• Fő nem-lizoszomális proteolitikus gépezet
• Aktivitások:
– Chimotripszin-szerű (CT-szerű) – Tripszin-szerű (T-szerű)
– Peptidil-glutamil peptid hydroláz (PGPH)
• Nem csak ‘housekeeping’ funkció:
– Apoptosis – Sejtciklus
– Sejt differenciáció
Proteoszóma funkciók
• Oxidált, ubiquitinált fehérjék lebontása
• A proteoszóma funkció csökken idős korban
• Makromolekulák fokozott módosulásai
• Fokozott terhelés, csökkent hatékonyság, emiatt ideg- és és immunrendszeri öregedés
Proteoszóma funkció öregedés során
• Csökkent inzulin szint, fokozott proteoszóma aktivitás
• CR visszaállítja a PGPH aktivitást (amely 50%-al csökkent öregedésben)
• Fenntartja / stimulálja a proteoszóma subunit (Rpt5) és aktivátor (PA 28 a subunit) expressziót
• Egészséges százévesekben normális a proteoszóma aktivitás
Proteoszóma funkció és CR
• Csökkent mértékű IkB lebontás, csökkent NF-kB aktiváció, immunológiai hanyatlás
• CT-szerű aktivitás csökkenése T-sejtekben
• A 26S subunit specifikus módosulása, központi az antigén feldolgozásban
Proteoszóma funkció és immunológiai
öregedés
• CT-aktivitás csökken (kivéve cerebellum / agytörzs)
• A proteoszóma hanyatlása sebezhetővé teszi a neuronokat
• Sérült fehérjék felgyülemlése, aggregációja
• Elszaporodó Lewis testek, huntingtin fragmensek
• Aktív szerep Alzhemier és Parkinson-kórban
• Lipofuscin felgyülemlése, küszöbérték jelenség
Proteoszóma funkció és idegrendszeri
öregedés
Fúzió Sequestratio
LC3-II
LC3-I Atg5
Atg12 Atg16
Atg3 Atg4 Atg7 Atg7
Atg10
Raptor PRAS40
Atg1
VPS15 PI3K III mTOR
Autophagia indukciója
Aminosavak
Apoptózis
Phagophor
Lizoszóma
Autophagoszóma Autophagolizoszóma Bcl-xL
Apaf-1
Autophagia és IC lebontás
Genotoxikus stressz/p53 AMPK
jelátvitel MAPK / Erk1/2
jelátvitel PI3K / Akt
jelátvitel
Beclin1 GβL
átalakulás
normál prion kóros prion
Prion fehérje átalakulása
NORMÁL
CJD
KURU
SCRAPIE
Prion betegségek szövettani képe
• LaminA mutáció (sérülékeny mag-envelope)
• Elsősorban a mesenchymális szöveteket érinti
• HGPS sejtek stressz-tűrő képessége csökkent
• Gyors progéria, korai halál
Hutchinson-Guilford progéria
N BAF
BAF
BAF
BAF Nurim
LBR C
N C LAP-1
N Emerin MAN-1 C
N
C
LAP2β
N C
N C
Kromatin
Kromatin Lamin A/C
Lamin B
LAP2α Magpórus komplexum Endoplazmatikus
retikulum
Citoplazma
Magplazma
HP1 N
C
LEM domén
Mag envelope összetétele
TÖRÉKENY MAG
KROMATIN ÁTRENDEZŐDÉS IM FEHÉRJÉK KÓROS
MEGJELENÉSE AZ ER—BEN ER RETENCIÓ
MAG RÖGZÍTÉSE Külső membrán
LAP Megpórus komplexum
Endoplaplazmatikus Retikulum
Belső membrán
Emerin
Heterokromatin
Aktin
SUN/ANC
Laminok
