Bunky, ktoré poháňajú život - PDF

Description
Bunky, ktoré poháňajú život Alexandra Zahradníková ÚMFG SAV, Bratislava , CVTI Bratislava 2600 p.n.l.: Imhotep pozoroval tep srdca. Čriepky informácií p.n.l.: Aristoteles označil srdce

Please download to get full document.

View again

of 31
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Science

Publish on:

Views: 15 | Pages: 31

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
Bunky, ktoré poháňajú život Alexandra Zahradníková ÚMFG SAV, Bratislava , CVTI Bratislava 2600 p.n.l.: Imhotep pozoroval tep srdca. Čriepky informácií p.n.l.: Aristoteles označil srdce ako najdôležitejši orgán tela. Hippokrates opísal rôzne choroby srdca. 200 n.l.: Galen zistil, že srdce je veľmi odolné voči mechanickému poškodeniu. Pripisoval to tomu, že srdce vykonáva najťažšiu a neprestajnú prácu, a preto musí byť odolné. 11. storočie: Avicenna (Ibn Síná) opísal pulz ako pohyb srdca a ciev formou striedajúcej sa kontrakcie a expanzie 16. storočie: Leonardo da Vinci si všimol, že predsiene a komory srdca sa sťahujú a uvoľňujú v rôznom čase, t.j., keď sú predsiene stiahnuté, komory sú uvoľnené a naopak, aby mohla krv správne prúdiť. 17. storočie: Harvey rozlíšil malý a veľký krvný obeh Elektrická (excitácia) a mechanická (kontrakcia) činnosť srdca Srdcové svalové bunky Obsah Signalizácia v srdcových svalových bunkách - spriahnutie excitácie s kontrakciou Iónové kanály, vápnikové signály a ich meranie Poruchy Ca 2+ signalizácie v srdcových svalových bunkách Závery Mechanická činnosť srdca Ľavá komora Okysličená krv ( ) prichádza z pľúc cez ľavú predsieň do ľavej komory a je vytláčaná do aorty a cez ňu do celého tela Odkysličená krv ( ) prichádza dutými žilami z tela cez pravú predsieň do pravej komory a je vytláčaná do pľúc Pravá komora Myokard (srdcový sval) Elektrická činnosť srdca 1 Sínusový uzol ( 1) vytvára akčný potenciál (AP) 2 AP prejde do predsieňovokomorového uzla ( x ) Purkyněho vlákna (xx) 3 vedú AP do myokardu AP v bunkách vnútornej vrstvy (endokard, 4 ), strednej vrstvy ( 5 ) a vonkajšej vrstvy (epikard, xx 6 ) myokardu 0,1 s Čriepky informácií Elektrický prúd, ktorý tečie cez srdce (1 μa), je asi menší než prúd, ktorý tečie cez 25-W žiarovku (0,1 A). Cez jednu srdcovú bunku tečie ešte asi 500 menší prúd (2 na). Elektrické napätie medzi vnútrom a vonkajškom srdcového myocytu (min mv, max. +50 mv) je viac než 1000 x menšie ako napätie na žiarovke (240 V). Srdce za život prepumpuje 100 miliónov litrov ( m 3 ) krvi, pritom sa stiahne krát. Srdce oddychujúceho človeka vykonáva viac práce (50 W) ako nohy šprintéra. Srdcové svalové bunky interkalárny disk (rozrezaný) interkalárny disk interkalárny disk mitochondrie jadro interkalárny disk svalové vlákna svalové vlákna Kolobeh energie v srdcovej svalovej bunke Energia (chemická energia z potravy) Energetické zásoby Energeticky bohaté látky (ATP) Koncentračný gradient Elektrický potenciál } elektrochemický potenciál Plnenie funkcie (použitie energie) Elektrická aktivita Vápniková signalizácia Mechanická práca Činnosť srdca veľa Ca 2+ málo Ca 2+ Podľa M Novotova, UMFG SAV M Novotova, UMFG SAV Podstata funkcie iónových kanálov aktivácia iónový prúd R deaktivácia O reaktivácia I inaktivácia Iónové kanály podnet jednotkové prúdy celkový prúd aktivácia inaktivácia Konformačné zmeny pri aktivácii ryanodínového receptora Serysheva II et al. Biophys J. 77: , 1999 Mechanizmus spriahnutie excitácie s kontrakciou DHPR NH 2 - NH 2 - NH 2 - -COOH -COOH -COOH RyR Pokojový stav Otvorenie DHPR Otvorenie RyR Naša predstava o dejoch počas vápnikovej signalizácie Príchod elektrického signálu (depolarizácia) Otvorenie DHPR a vtok spúšťacieho vápnika Otvorenie najbližšieho RyR Otvorenie všetkých RyR a uvoľnenie vápnika zo zásobníkov, takže môže dôjsť ku kontrakcia Zatvorenie DHPR uvoľneným vápnikom Načerpanie vápnika späť do zásobníkov Ca pumpou, takže môže dôjsť k relaxácii DHPR RyR Čriepky informácií Objem jedného kardiomyocytu je 20 pl, t.zn. do jedného štamprlíka (20 ml) sa vojde 1 miliarda srdcových buniek; v srdci ich je asi 300 miliárd V jednej srdcovej bunke je asi molekúl ryanodínového receptora. Keby sa usporiadali vedľa seba, reťaz by bola dlhá 3 cm. V jednej srdcovej bunke je asi molekúl vápnikového kanála. Keby sa usporiadali vedľa seba, reťaz by bola dlhá 1.5 mm. ca. 1850: Čriepky informácií Purkyně vyslovil hypotézu, že všetky živočíšne tkanivá sa skladajú z buniek 1885: Ringer zistil, že pre funkciu srdca je potrebný vápnik 1947: Hodgkin a Huxley opísali elektrické vlastnosti excitabilných buniek spôsobené činnosťou proteínov, ktoré boli neskôr nazvané iónovými kanálmi : Sjostrand zistil, že srdcový sval sa skladá z jednotlivých buniek (t.j., že nejde o syncýtium, ako sa predtým myslelo) 1961: Fawcett vyslovil hypotézu, že SR sa podieľa na spúšťaní kontrakcie : viacerí autori vyvinuli metódy na izoláciu buniek zo srdca 1986: Lai a Meissner izolovali ryanodínový receptor zo srdca 1993: Cheng a Lederer pozorovali jednotlivé udalosti uvoľňovania vápnika vápnikové záblesky Súhrn Prostredníctvom iónových kanálov a púmp sa Ca 2+ ióny cyklicky pohybujú medzi bunkovými kompartmentami V srdcových bunkách je najdôležitejšou úlohou Ca 2+ zabezpečovať spustenie a priebeh kontrakcie Čo skúmame? L-typ vápnikového kanála (DHPR) spúšťa uvoľnenie Ca 2+ patch clamp aktivácia a inaktivácia Experiment Ryanodínový receptor (RyR) uvoľňuje Ca 2+ Matematický model Počítačové simulácie Diáda Miesto ich vzájomnej komunikácie konfokálna mikroskopia Aktivácia dyády Ca prúdom Vlastnosti vápnikových zábleskov umelé membrány aktivácia a regulácia Čo skúmame? Mechanizmy aktivácie RyR Mechanizmy komunikácie medzi DHPR a RyR Vzťahy medzi štruktúrou a funkciou RyR Vzťahy medzi kolobehom vápnika v bunke a vlastnosťami akčného potenciálu Mechanizmy porúch Ca 2+ signalizácie pri arytmiách a zlyhaní srdca Meranie vápnikovej signalizácie PC Digitizér Synchronizátor Patch-clamp 50 mv 20 ms 500 pa Rastrovacia línia Konfokálny mikroskop Ca 2+ (mm) Vápnik v diadickej štrbine počas uvoľňovania Tok Ca 2+ cez RyR kanály v jednej diadickej štrbine = 9 pa 1 Z Y X X (nm) Valent I et al,, Biochim Biophys Acta. 1768: , 2007. Simulácia aktivity v diadickom komplexe depolarizácia 5 DHPR Ca 2+ iónov za 1 s Ca 2+ iónov za 1 s 25 RyR 0.1 s Zahradníková A et al,, NATO Science Series: Life and Behavioural Sciences 331: 42-51, 2001 5 μm 0.5 na Časový priebeh uvoľňovania vápnika 0 mv -50 mv aktivácia Tok Ca 2+ cez RyR kanály v jednej diadickej štrbine terminácia 25 ms ΔF/F ms 3 F/F 0 0 Mechanistický model časového priebehu hrotu Ca 2+ -závislá aktivácia terminácia závislá na aktivácii (priamy dôsledok aktivácie) Pravdepodobnosť Pravdepodobnosť Časový priebeh aktivácie diadických komplexov Matematický opis: Ca 2+ -závislá aktivácia Na aktivovanie hrotu postačuje aktivácia 1 RyR 50 mv 1 na 15 µm 30 ms Dôsledok: Vernosť spriahnutia je nízka Počet DHPR kanálov v diáde je vysoký Experiment Fit Latencia (ms) Latencia (ms) Polakova E. et al., J Physiol. 586: , 2008. Záver Homeostáza Ca 2+ v srdcovej bunke je zabezpečená množstvom nezávislých mikroskopických štruktúr (diadických komplexov kuplónov) Elementárne procesy spriahnutia excitácie a kontrakcie možno vysvetliť ako fyzikálnochemickú interakciu medzi iónovými kanálmi kuplónu prostredníctvom Ca 2+ iónov Historická myšlienka Charles E. Kossmann a Don W. Fawcett, Circulation 24: 336, 1961 o sarkoplazmatickom retikule It may not be too fanciful to imagine that a few decades hence the cardiologist may be concerned with functional disturbances of this intracellular communication system just as he is concerned today with defects of conduction at a grosser tissue level. Snáď nie je príliš odvážne si predstaviť, že o niekoľko desaťročí sa budú kardiológovia zaoberať poruchami funkcie tohto vnútrobunkového komunikačného systému tak, ako sa teraz zaoberajú poruchami vedenia vzruchu v srdcovom tkanive. Zvýšená citlivosť RyR k vápniku Zvýšená spontánna aktivita RyR Poruchy aktivácie RyR DHPR fosforylácia NH 2 - NH 2 - NH 2 - -COOH -COOH -COOH zdravý myocyt RyR arytmogénne mutácie RyR zlyhanie srdca Ca 2+ -indukované arytmie WT RyR R4496C s Fernández-Velasco M, Rueda1 A, Rizzi N, Benitah J-P, Colombi B, Napolitano C, Priori SG, Richard S, Gómez AM, unpublished data Simulácia vplyvu vlastností RyR na vznik arytmogénnych vĺn spontánny záblesk evokovaný záblesk τ R K Ca (µm) Ca 2+ (μm) j rel µm f Rýchlosť vlny v K Ca f K O Ca 2+ disociačná konštanta alosterické spriahnutie disociačná konštanta otvoreného stavu K O 500 ms 50 μm Záver Poruchy funkcie iónových kanálov vedú k vážnym srdcovým chorobám Porozumenie mechanizmom Ca 2+ signalizácie a účinku Ca 2+ prúdov na elektrické a signalizačné procesy v srdcových svalových bunkách je nutné pre zlepšenie terapie srdcových chorôb Team & Support Ivan Valent Elena Cocherová Ivan Zahradník Alexandra Zahradníková jr. Eva Poláková Jana Pavelková Julo Parulek Gizka Gajdošíková LSHM-CT /CONTICA APVV /SaFRyR LSHM-CT /EUGeneHeart VEGA 2/0102/08 - CalSigHF
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks