Starzenie Mitochondria, ROS…

Starzenie Dlaczego się starzejemy? Starzenie się komórki vs starzeniu się organizmu

Starzenie - modele Cell 120(4)2005 – Kirkwood 437 Zaprogramowane – ale w naturalnych warunkach rzadko mają szansę się zestarzeć Usuwać stare osobniki bo szkodzą? Starzenie w zasadzie produkt uboczny – selekcja na posiadanie potomstwa, nie na długie życie.

Teoria „disposable soma” Czyli ciało na złom, grunt to się rozmnażać Naprawa DNA i kontrolowanie uszkodzeń kosztowne energetycznie – lepiej może za dużo w to nie inwestować Może – ale może – są geny przydatne za młodu a szkodliwe na starość (p53??)

Teorie starzenia Stres oksydacyjny, mitochondrialny DNA, glikacja białek. http://gslc.genetics.utah.edu/features/telomeres/images/factors_in_aging.gif

Wolnorodnikowa teoria starzenia Mitochondria są głównym producentem ROS w komórce ROS produkowane w mitochondriach uszkadzają mtDNA Uszkodzenia oksydacyjne mtDNA prowadzą do produkcji nieprawidłowych podjednostek łańcucha oddechowego Włączenie tych nieprawidłowych podjednostek do kompleksów łańcucha oddechowego powoduje wzrost produkcji ROS

Ale... Mitochondria produkują dużo wolnych rodników w dość szczególnych warunkach, a na co dzień wcale nie, a podwyższona ekspresja wymiataczy wolnych rodników nie wydłuża życia. W wyniku działania wolnych rodników liczba dwuniciowych uszkodzeń mtDNA jest wyższa niż dla nDNA, ale to może być mechanizm usuwania uszkodzonych cząsteczek. Jednym z najczęstszych uszkodzeń powodowanym przez wolne rodniki jest 8 okso-dG, która równie chętnie tworzy pary z C i z A, co prowadzi do tranzycji G>T, ale wśród patogennych mutacji takie tranzycje stanowią mniej niż 10%, bo BER jest w mitochondriach b. aktywna. Mysz z mutacją POLG mimo, że ma b. uszkodzony mtDNA nie produkuje nadmiaru wolnych rodników. Rozbieżne dane dotyczące działania antyoksydantów.

Mysi model starzenia Myszy z wprowadzoną mutacją w domenie korekcyjnej POLG Objawy przedwczesnego starzenia Masywna apoptoza w wielu tkankach Model starzenia? Brak nadprodukcji ROS

Mitochondrial Theory of Aging Harman,D. 1972 “The biologic clock: the mitochondria?” J. Am Ger Society 20:145-57 Free radicals escaping from the respiratory chain …would be expected to produce deleterious effects mainly in the mitochondria …Are these effects mediated in part by mitochondrial DNA functions?

Altered expression of MnSOD in Drosophila Sun et al., Genetics. (2002) 161(2):661-72. Induced overexpression of mitochondrial Mn-SOD extends the life span of adult Drosophila melanogaster. Mean life span increased by an average of 16% control MnSOD Tg Another study finds no increase in lifespan in MnSOD Tg flies (Orr et al., 2003 JBC)

mtDNA mutations -- Shortened lifespan Median lifespan, ~48 weeks, or 336 days All died by 61 weeks, or ~430 days a link between mtDNA mutations and ageing phenotypes in mammals? PolgA-mtDNA polymerase mutants Nature, May 27, 2004, Trifunovic et al

Mitochondrial DNA Mutations, Oxidative Stress, and Apoptosis in Mammalian Aging Kujoth et al Science 259, 2005 -Targeted mutation of PolgA Mitochondrial DNA polymerase -Residue substitution in the exonuclease domain that impairs proof reading ability increased mutations in mtDNA No increase in oxidative damage Apoptotic markers were increased during aging [increased caspase 3 activity]

Phenotype shows age-associated characteristics -Indistinguishable in young age -Phenotype evident at ~9 months Hair loss, graying, and kyphosis. Thymic involution Testicular atrophy associated with the depletion of spermatogonia Loss of bone mass Loss of intestinal crypts Decrease in circulating red blood cells Weight loss Hearing loss Loss of muscle mass Kujoth et al Science 259, 2005

Are mtDNA mutations linked to apoptosis and aging? Maximal survival, 460 days. Median survival, 416 days Wildtype, both are > 850 days Are mtDNA mutations linked to apoptosis and aging? Mitochondrial DNA polymerase mutant Kujoth et al Science 259, 2005

Mysz polgamma Nagromadzanie mutacji w komórkach macierzystych nie ma przyrostu ROS

Sanz et al. Aging 2010: Mitochondrial ROS production correlates with, but does not directly regulate lifespan In drosophila Postulaty teorii wolnorodnikowej: Długożyjące osobniki/gatunki produkują mniej ROS Spadek ROS wydłuży życie Wzrost ROS skróci życie

Sanz et al. Aging 2010: Mitochondrial ROS production correlates with, but does not directly regulate lifespan In drosophila Postulaty teorii wolnorodnikowej: 2. Spadek ROS wydłuży życie Wprowadzenie AOX z Ciona intestinalis obniża ROS nie wydłuża życia Czyli falsyfikacja

Sanz et al. Aging 2010: Mitochondrial ROS production correlates with, but does not directly regulate lifespan In drosophila Postulaty teorii wolnorodnikowej: 3. Wzrost ROS skróci życie Mutanty dj – zwiększony ROS normalne życie

Sanz et al. Aging 2010: Mitochondrial ROS production correlates with, but does not directly regulate lifespan In drosophila Postulaty teorii wolnorodnikowej: Długożyjące osobniki/gatunki produkują mniej ROS 3 szczepy Drosophila – Oregon, Canton i Dahomey –nie falsyfikuje Teorii – Oregon żyją dłużej I produkują mniej ROS

Komórki macierzyste Ewa Bartnik Instytut Genetyki i Biotechnologii, Uniwersytet Warszawski i Instytut Biochemii i Biofizyki PAN

Leczenie chorób Na ogół objawowe 2 metody by mogły leczyć przyczyny Terapia genowa Komórki macierzyste

komórki macierzyste klasyfikacja zdolność do różnicowania pochodzenie samoodnawialne, zdolne do potencjalnie nieograniczonej liczby podziałów możliwość różnicowania się w wyspecjalizowane typy komórek klasyfikacja zdolność do różnicowania -totipotencjalne -pluripotencjalne -multipotencjalne -unipotencjalne pochodzenie -embrionalne -płodowe -dorosłe

totipotencjalne - mogą różnicować się w każdy typ komórek organizmu oraz komórki łożyska pluripotencjalne - mogą dać początek każdemu typowi komórek za wyjątkiem komórek totipotencjalnych i komórek łożyska multipotencjalne - mogą dać początek komórkom pochodzącym z jednego listka zarodkowego i mają mniejszy zakres różnicowania się unipotencjalne - mogą wytworzyć tylko jeden typ komórek

ludzkie komórki macierzyste można otrzymywać z embrionów ludzkich uzyskiwanych metodą zapłodnienia in vitro z embrionów uzyskiwanych metodą klonowania (od 2013) z tkanki płodu po poronieniu czy aborcji z krwi pępowinowej podczas porodu z organizmu ludzkiego (komórki macierzyste dorosłe)

Transfer jądra komórki somatycznej somatic cell nuclear transfer - źródło embrionalnych komórek macierzystych - ominięcie bariery zgodności tkankowej

somatyczne/dorosłe komórki macierzyste somatic/adult stem cells - większość dorosłych tkanek krew pępowinowa odnowa i naprawa tkanek - potencjał - plastyczność

ostre białaczki -ostra białaczka bifenotypowa -ostra białaczka limfoblastyczna (AAL) -ostra białaczka małozróżnicowana -ostra białaczka szpikowa (AML) białaczki przewlekłe -młodzieńcza postać przewlekłej białaczki szpikowej (JCML) -młodzieńcza postać białaczki mielomonocytowej (JMML) -przewlekła białaczka limfatyczna (CLL) -przewlekła białaczka szpikowa (CML) zespół mielodysplastyczny -niedokrwistość oporna na leczenie (RA) -niedokrwistość oporna na leczenie ze zwiększoną blastozą (RAEB) -niedokrwistość oporna na leczenie z obecnością syderoblastów (RA-S) -przewlekła białaczka mielomonocytowa (CMML) choroby spowodowane defektem komórki macierzystej -ciężka niedokrwistość aplastyczna -napadowa hemoglobinuria nocna (PNH) -niedokrwistość Fanconiego zespoły mieloproliferacyjne -agnogeniczna metaplazja szpikowa -czerwienica prawdziwa -ostra mielofibroza -pierwotna nadpłytkowość choroby fagocytów -dysgenezja retikularna -niedobór aktyny neutrofilowej -przewlekła choroba ziarniniakowa -zespół Chediaka-Higashiego choroby związane z zaburzeniami spichrzania w liposomach -adrenoleukodystrofia -choroba Gauchera -choroba Krabba -choroba Niemana-Picka -choroba Wolmana -metachromatyczna leukodystrofia -mukolipidoza II -mukopolisacharydoza (MPS) -zespół Huntera (MPS-II) -zespół Hurlera (MPS-IH) -zespół Maroteaux-Lamy'ego (MPS-VI) -zespół Morquio (MPS-IV) -zespół podkradania, niedobór beta- glukoronidazy (MPS-VII) -zespół Sanfilippa (MPS-III) -zespół Sheiego (MPS-IS) inne nowotwory złośliwe -mięsak Ewinga -nerwiak zarodkowy współczulny -rak nerki -rak piersi histiocytozy -hemofagocytoza -histiocytoza-X -rodzinna erytrofagocytarna limfohistiocytoza (FEL) dziedziczne nieprawidłowości krwinek czerwonych -aplazja czysto czerwonokrwinkowa -b-talasemia major -niedokrwistość sierpowatokrwinkowa wrodzone (dziedziczne) zaburzenia układu odpornościowego -ataksja-teleangiektazja -ciężki złożony niedobór odporności (SCID) -SCID z brakiem limfocytów T i B -SCID z brakiem limfocytów T i normalną liczbą limfocytów B -SCID z niedoborem deaminazy adenozynowej -zaburzenia adhezji krwinek białych -zaburzenia proliferacji limfocytów sprzężone z chromosomem X -zespół DiGeorga -zespół Kostmanna -zespół nagich limfocytów -zespół Omenna -zespół Wiskotta-Aldicha -zwykły zmienny niedobór odporności inne choroby dziedziczne -hipoplazja chrząstek i włosów -osteopetroza Trombastenia Glanzmanna -zespół Lesch-Nyhana nieprawidłowości płytek krwi -amegakariocytoza -wrodzona trombocytopenia nieprawidłowości komórek plazmatycznych -białaczka plazmocytowa -makroglobulinemia Waldenstroma -szpiczak mnogi

banki komórek macierzystych Activision Life Cryo-Save Polska Europejski Bank Krwi Pępowinowej MACIERZYNSTWO Longa Vita Novum Polski Bank Komórek Macierzystych Progenis opłata wstępna 500 opłata podstawowa 1500 opłata za przechowywanie 1 rok 400 5 lat 1600 10 lat 2800 17 lat 4400 99 lat 9800

Hodowla komórek macierzystych „Feeder layer” – nierozmnażające się komórki Różne czynniki wzrostowe Nic zwierzęcego, więc nośniki zamiast komórek

USA i ES 2001 – Prezydent Bush ograniczył finansowanie federalne do 70 linii zarodkowych (uważano że tyle ich jest w USA) Obecnie jest ich 11

Klonowanie dla uzyskania ES itp Klonowanie terapeutyczne Klonowanie reprodukcyjne

IVF – In Vitro Fertilization Dostępne od 1986 (Louisa Brown) 100000 dzieci po IVF w USA Często dodatkowe zarodki USA około 400000 zamrożonych zarodków (brak przepisów) Anglia – 52000 (5 lat potem niszczone) Every cell contains a complete copy of “the blueprint of life” DNA consists of two strands of nucleotides - 4 bases (A,G,T,C) 23 pairs of chromosomes If unwound and tied together, human DNA in one cell would stretch ~ 5 feet, but would be only 50 trillionths of an inch wide! Genes are specific sequences of DNA, each of which “codes” for a protein with a specific function Genes are copied each time a cell divides, passing on the blueprint

Klonowanie ludzi Problemy etyczne i techniczne Techniczne – że chyba póki co to nie działa Hwang Woo-Suk sfałszował klonowanie i wyprowadzanie linii (a wykorzystał 129 kobiet do uzyskania 2061 komórek jajowych) Próby wyprowadzania bez niszczenia zarodka, to nie obchodzi problemu dopasowania ale częściowo 2013 – Mitalipov; 2014 – dwa inne laboratoria

I co dalej 65 chorób – a tak naprawdę 9 (hematologiczne i poprawianie stanu pacjenta po terapii raka) Anegdotki i cytowanie niewłaściwe literatury Obiecujące są z płynu owodniowego Lepsze markery – bo na ogół Y i fuzje Szukanie genów odpowiedzialnych za toti i pluripot. (siRNA)