• Starzenie się komórki vs

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...

•

podwyższona ekspresja wymiataczy wolnych rodników nie wydłuża życia.

•

dwuniciowych uszkodzeń mtDNA jest wyższa niż dla nDNA, ale to może być mechanizm usuwania uszkodzonych

cząsteczek.

•

aktywna.

•

•

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

Induced overexpression of mitochondrial Mn-SOD extends the life span

of adult Drosophila melanogaster.

Sun et al., Genetics. (2002) 161(2):661-72.

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?

Nature, May 27, 2004, Trifunovic et al

PolgA-mtDNA polymerase mutants

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

Apoptotic markers were increased during aging [increased caspase 3 activity]

No increase in oxidative damage

increased mutations in mtDNA

Phenotype shows age-associated characteristics

• 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

-Indistinguishable in young age -Phenotype evident at ~9 months

Kujoth et al Science 259, 2005

Mitochondrial DNA polymerase mutant

Are mtDNA mutations linked to apoptosis and aging?

• Maximal survival, 460 days.

• Median survival, 416 days

• Wildtype, both are > 850 days

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:

1.Długożyjące osobniki/gatunki produkują mniej ROS 2.Spadek ROS wydłuży życie

3.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:

1.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

• 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

• 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)

ludzkie komórki macierzyste można otrzymywać

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)

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)