Κυτταρικός Θάνατος ΒΙΟΛΟΓΙΑ Ι

Κυτταρικός Θάνατος Δομή παρουσίασης Επισκόπηση κύκλου Συστημα ελέγχου κύκλου Προγραμματισμένος κυτταρικός Θάνατος Έλεγχος κυττάρων

Βασικές αρχές Κυτταρικής Βιολογίας ΙΙ Δομή παρουσίασης Μελέτη Βασικές αρχές Κυτταρικής Βιολογίας ΙΙ Κεφάλαιο 18 Βασικές έννοιες, σελ 787-788)

Κυτταρικός κύκλος - Θάνατος

Επισκόπηση Κυτταρικού Κύκλου Οι φάσεις του κύκλου Ιδιότητες G0 φάση, κατάσταση ηρεμίας G1 φάση, διπλασιασμός οργανιδίων S φάση, DNA διπλασιασμός G2 φάση→ protein synthesis Φάση M Mitosis or Meiosis, nuclear division, division of somatic or sex cells, respectively

Chromosome = DNA Επισκόπηση Κυτταρικού Κύκλου Επανάληψη Nucleotides are the building blocks of DNA Phosphate Sugar Base Chromosome = DNA

Duplicated Chromosomes Επισκόπηση Κυτταρικού Κύκλου Επανάληψη Duplicated Chromosomes

Επισκόπηση Κυτταρικού Κύκλου Ορισμός Ορισμός Ανάπτυξη και διαίρεση ενός κυττάρου = Κυτταρικός Κύκλος Λειτουργία Αντιγραφή DNA χωρίς λάθη Διαχωρισμός DNA στις αδελφές χρωματίδες Ανάπτυξη (larger bones, bigger heart, more brain tissue) Επιδιόρθωση (muscle tears, dead skin cells, broken blood vessels etc)

Κεντρικό σύστημα ελέγχου Επισκόπηση Κυτταρικού Κύκλου Κεντρικό σύστημα ελέγχου

Κεντρικό σύστημα ελέγχου Επισκόπηση Κυτταρικού Κύκλου Κεντρικό σύστημα ελέγχου Ο έλεγχος ενεργοποιείται μόλις φτάσει ο κύκλος σε ειδικά σημεία Ανατροφοδότηση Συγκεκριμένη ακολουθία cell division requires energy (ATP)!!!! ex. starvation → minimal cell division stem cells → undifferentiated cells whose function is to divide tissue regeneration errors in chromosome division ex. Down’s Syndrome → 3 copies of chromosome 21 ex. Klinefelter’s syndrome → XXY ex. Turner’s syndrome → XO cell division is highly regulated → numerous genes involved abnormal cell growth & division → tumor benign tumor → confined location malignant → do not respond to normal control mechanisms

Κεντρικό σύστημα ελέγχου Επισκόπηση Κυτταρικού Κύκλου Κεντρικό σύστημα ελέγχου Δύο βασικά σημεία ελέγχου - ?? Φάση G2 - ?? μίτωση

Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία Σημεία ελέγχου The cell cycle is very tightly controlled At specific times, proteins called “cyclins” STOP the cell cycle to make an assessment. This is a CHECKPOINT If everything looks OK, the cycle continues to the next stage

Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία

Apoptosis is cell suicide! Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία Checkpoints & Apoptosis If something is wrong, the cycle does not continue until the error is fixed If the error cannot be fixed, the cell will undergo apoptosis (programmed cell death). Apoptosis is cell suicide!

Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία

Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία Το σύστημα ελέγχου βασίζεται στην κυκλική ενεργοποίηση πρωτεινικών κινασών

Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία

Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία Catalytic subunits of CdkC phosphorylates other cell cycle regulatory proteins inactive as a serine/threonine kinase without cyclin partner constitutively expressed during cell cycle become active in late G1 and triggers rapid chromosome replication but prevents any new replication so the DNA can only be copied once When S is complete, a ubiquitin ligase attaches ubiquitin to the cyclin leading to destruction

H p53 σταματά τον κύκλο στη φάση G1 Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία H p53 σταματά τον κύκλο στη φάση G1 -αύξηση και ενεργοποίηση p53 εξαιτίας βλάβης DNA -σύνδεση με p21 που αναστέλλει την κυκλίνη/Cd κινάση της φάσης S

M-κυκλίνη (Mitosis promoting factor (MPF) Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία M-κυκλίνη (Mitosis promoting factor (MPF) promotes cell division and checks the end of M phase

regulatory components of CdkCs that activate Cdks Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία Cyclins regulatory components of CdkCs that activate Cdks Periodically expressed during cell cycle, multiple mammalian cyclins (A-I)

Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου Λειτουργία The number and function of cyclin and kinases is still being discovered

M G1 S G2 Σύστημα ελέγχου Κυτταρικού κύκλου cdc2 Λειτουργία CDK? p Cyclin B cdc2 p Cyclin A&B CDK? Cyclin???

Κυτταρικός Θάνατος Είδη

Κυτταρικός Θάνατος Νέκρωση

Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση

Κυτταρικός Θάνατος Είδη

Κυτταρικός Θάνατος Ερεθίσματα Απόπτωσης

Κυτταρικός Θάνατος John Foxton Ross Kerr, Απόπτωση Kerr JFR, Wyllie AH and Currie AR (1972) Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics. Br.J.Cancer 26:239-257 Kerr JF: History of the events leading to the formulation of the apoptosis concept. Toxicology. 2002 Dec 27;181-182:471-4. March 14, 2000 John Foxton Ross Kerr, emeritus professor of Pathology, at University of Queensland, received Paul Ehrlich and Ludwig Darmstaedter Award by description of apoptosis, as a form of cell death

Κυτταρικός Θάνατος APOPTOSIS - programmed cell death (PCD) Απόπτωση APOPTOSIS - programmed cell death (PCD) - silent cell death (SCD) - organised collapse of a cell - physiological cell death - natural cell death

Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση Brief history 1962 - 1972 – distinction of apoptosis and necrosis (Kerr et all., 1972) 80s : – Horvitz et all. - Caenorhabditis elegans („missing cells“ 1090-131=959) – identification of „cell death genes“(ced) which rule PCD at C. elegans – identification of paralogs of ced in vertebrates, including mammals (ced4 = Apaf-1)

Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση 90s : - identification of proteins, taking part in government of SCD in mammals - discovery of two main pathways of apoptosis induction: a. endogenous (ascertaining role of ER, mitochondria, cytochrome c and caspases) b. exogenous (by receptors mediated) - apoptosis in origin of diseases and cancer present: - 2002 Nobel prize in physiology or medicine - therapeutical usage of apoptosis

Κυτταρικός Θάνατος S. Brenner R. Horvitz J. Sulston Απόπτωση The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2002 S. Brenner R. Horvitz J. Sulston "for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death"

Morphology of apoptosis Κυτταρικός Θάνατος Morphology of apoptosis Απόπτωση Original figure Kerr JFR, Wyllie AH, Currie AR. Br J. Cancer 26:239-257, 1972

Morphology of apoptosis Κυτταρικός Θάνατος Morphology of apoptosis Απόπτωση Termination of synthetic processes in the cell

Morphology of apoptosis Κυτταρικός Θάνατος Morphology of apoptosis Απόπτωση Dense aggregation of chromatin on inner side of nuclear envelope and thickening of cytoplasm. Schrinkage of the cell.

Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση Dense aggregation of chromatin on inner side of nuclear envelope

Morphology of apoptosis Κυτταρικός Θάνατος Morphology of apoptosis Απόπτωση Chromatin separates into vesicules and the surface of cell is blebbing (κενοτόπια) The cell disintegrates into apoptotic bodies.

Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση Apoptotic bodies Chromatin separates into vesicules and the surface of cell is blebbing.

Morphology of apoptosis Κυτταρικός Θάνατος Morphology of apoptosis Απόπτωση Apoptotic bodies are swallowed by surrounding cells (mainly by phagocytes) and decomposed in phagosomes.

Κύριος ρόλος της Απόπτωσης Κυτταρικός Θάνατος Κύριος ρόλος της Απόπτωσης 1. Programmed cell death in: - termination of cells at the end of „life span - selection of cells (e.g. gametogonia and immunity cells) 2. Controled (silent) cell death in protection of multicellular organism against: - risky cells (e.g. malignant) - alien cells (e.g. parasites or grafts)

Κυτταρικός Θάνατος Πρωτείνες Aπόπτωσης caspase = proteolytic enzymes recognising cysteine and asparate = in cytoplasma are as inactive pro-caspases caspases: - „main“ = 8, 9, 10 and 12 = assembled from subunits - „executive“ = 3, 6 and 7 = activated by proteolysis DNAse = enzyme cleaving DNA to 300 bp fragments Bcl2 = (B-cell lymfoma 2 prot.) main antiapoptotic factor Apaf-1 = apoptosis activating factor 1 Bax = protein of cell death (Bcl2-associated X protein)

Η απόπτωση διεκπαιρεώνεται από μία πρωτεολυτική ακολουθία Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση Η απόπτωση διεκπαιρεώνεται από μία πρωτεολυτική ακολουθία Ενεργοποίηση πρωτεάσης Δημιουργία προενζύμων Αποδόμηση πρωτεινών

Παράγοντες ρύθμισης απόπτωσης Κυτταρικός Θάνατος Παράγοντες ρύθμισης απόπτωσης Anti Pro

Παράγοντες ρύθμισης απόπτωσης Κυτταρικός Θάνατος Παράγοντες ρύθμισης απόπτωσης Η απόπτωση ρυθμίζεται από ενδοκυττάριες πρωτείνες της οικογένειας Bcl-2

Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης Κυτταρικός Θάνατος 1. Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 3. Υποδοχείς Θανάτου Μιτοχονδριακό μονοπάτι stress pathway διαμέσω ενδοπλασματικού δικτύου 2.

Mainly in specific immune responce and diferentiation of blood cells Κυτταρικός Θάνατος Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 1 Υποδοχείς Θανάτου activation of caspases 8 and 10 Mainly in specific immune responce and diferentiation of blood cells

Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 1 Κυτταρικός Θάνατος Υποδοχείς Θανάτου Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 1 1)  It is triggered by the death factors e.g. TNF, Fas (CD95) binding with the death-receptor superfamily e.g. Fas and TNFR-1 2)  Binding to the receptor induces receptors to cluster and trimerise.

Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 1 Κυτταρικός Θάνατος Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 1 3)  FADD (Fas associated death domain protein) is recruited via its death domains. 4)  The DED (death effector domain) of FADD recruits pro-caspase 8 via its DED. The complex brings multiple pro-caspase 8 molecules in close proximity, leading to their activation.  This is the DISC. 5)  Activated caspase-8 (a heterotetramer) is released from DISC into the cytoplasm where it functions as an initiator caspase, activating downstream executioner caspase, primarily via procaspase-3.

Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 2 Κυτταρικός Θάνατος Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 2 2. Μιτοχονδριακό μονοπάτι Inrepairable damage of DNA 1 1. p53 (p73) causes decomposition of complex bcl2 - bax bcl2 bax

Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 2 Κυτταρικός Θάνατος 2. Μιτοχονδριακό μονοπάτι Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 2 2. cytochrome c escapes from mitochondrion and binds with Apaf-1 = apoptosome Inreparable damage of DNA 2 cytochr. c apoptosome 7 x (Apaf1 + cytochrome c)

decomposion of proteins Κυτταρικός Θάνατος 2. Μιτοχονδριακό μονοπάτι Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 2 Ανεπανόρθωτη ζημιά στο DNA 3 3. apoptosome activates caspase 9 caspase 9 activates caspases 3,6 a 7 DNAse decomposion of DNA decomposion of proteins

Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 3 Κυτταρικός Θάνατος Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης 3 3. stress pathway διαμέσω ενδοπλασματικού δικτύου Stress proteins from ER activate (with Ca2+ ion and calpain) caspase 12 which activates caspases

Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης Κυτταρικός Θάνατος Μηχανισμοί επαγωγής απόπτωσης

Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση και Νοσήματα

Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση και Νοσήματα

Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση και Νοσήματα

Syndactyly: separation of fingers Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση και Νοσήματα Syndactyly: separation of fingers Preaxial polydactyly Η απόπτωση παίζει βασικό ρόλο στη διαμόρφωση ιστών polydactyly apoptosis syndactyly apoptosis

Apoptosis is essential for recanalisation of intestine Κυτταρικός Θάνατος Απόπτωση και Νοσήματα Apoptosis is essential for recanalisation of intestine - failure of recanalisation can be reason of: - atresia (oclusion) - duplication (doulbling) - stenosis (narrowing)

Έλεγχος Κυττάρων Μιτογόνα

Έλεγχος Κυττάρων Ισορροπία

Έλεγχος Κυττάρων Ισορροπία