Μ. Κουλούκουσα Αν. Καθηγήτρια

Παρουσίαση με θέμα: "Μ. Κουλούκουσα Αν. Καθηγήτρια"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Μ. Κουλούκουσα Αν. Καθηγήτρια 2007-08
Κυτταροσκελετός: Ασθένειες που σχετίζονται με τις δομικές πρωτεΐνες του κυτταροσκελετού Μ. Κουλούκουσα Αν. Καθηγήτρια

2 ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟΣ Τρισδιάστατο δίκτυο που αποτελείται από μικροσωληνίσκους, μικροϊνίδια και ενδιάμεσα ινίδια. Οι νηματοειδείς πρωτεΐνες του κυτταροσκελετού προσφύονται στις κυτταρικές μεμβράνες, όπως και μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα τρισδιάστατο εσωτερικό σκελετό μέσα στο κύτταρο Βρίσκεται συνεχώς σε μια δυναμική κατάσταση δόμησης και αποδόμησης. Υποβοηθούν ειδικούς λειτουργικούς ρόλους, όπως : τη διατήρηση της κυτταρικής αρχιτεκτονικής τη διευκόλυνση της κινητικότητας του κυττάρου τη συνοχή μεταξύ των κυττάρων τη μεταφορά υλικού στο κυτοσόλιο τη διαίρεση του κυτοσολίου σε λειτουργικά ευδιάκριτες περιοχές

3 Μικροσωληνίσκοι (Διάμετρος-25nm)
Στην κυτταροπλασματική μητρική ουσία όλων των ευκαρυωτικών κυττάρων με εξαίρεση τα ερυθρά αιμοσφαίρια. Σχηματίζονται από δύο πρωτεϊνικές υπομονάδες (α και β σωληνίνη) οι οποίες πολυμερίζονται σχηματίζοντας πρωτονημάτια τα οποία διατάσσονται σε ομάδες των 13 για να σχηματίσουν τους τυπικούς μικροσωληνίσκους

4 Λειτουργία των μικροσωληνίσκων
Συμμετέχουν στην ενδοκυττάρια μεταφορά άλλων οργανιδίων με τη μεσολάβηση δύο πρωτεϊνών που λειτουργούν ως μοριακοί κινητήρες: της δυνεϊνης που παράγει κινητική δύναμη για τη μετακίνηση κυτταρικών συστατικών προς το κυτταρικό κέντρο και της κινησίνης που εκτελεί την αντίθετη κίνηση (π.χ. μεταφορά οργανιδίων κατά μήκος των κυτταροπλαματικών προσεκβολών των νευρώνων) Δημιουργούν τον κυτταροσκελετό για τα διαμερίσματα του κυττάρου που αφορίζονται από μεμβράνη (π.χ. διατηρούν την εκτεταμένη σωληνώδη διάταξη του ενδοπλασματικού δικτύου). Σχηματίζουν την κυτταρική άτρακτο κατά τη φάση της κυτταρικής διαίρεσης Αποτελούν τη δομική βάση για εξειδικευμένα κινητικά μέρη του κυττάρου όπως είναι τα κεντροσωμάτια (κεντριόλια), οι κροσσοί και τα μαστίγια. Ο πολυμερισμός των σωληνινών για το σχηματισμό των μικροσωληνίσκων κατευθύνεται από ειδικές δομές του κυττάρου, τα κέντρα οργάνωσης των μικροσωληνίσκων. Αυτές οι δομές περιλαμβάνουν τα βασικά σωμάτια, τα κεντροσωμάτια (κεντριόλια) και τα κεντρομερή των χρωμοσωμάτων.

5 Κεντροσωμάτια (Κεντριόλια)
Κεντροσωμάτια (Κεντριόλια) Ο ρόλος των κεντριολίων στο κύτταρο είναι διπλός: Οργανώνουν το κυτταροπλασματικό δίκτυο των μικροσωληνίσκων στη φάση ηρεμίας και κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης Οργανώνουν την ανάπτυξη εξειδικευμένων μικροσωληνίσκων για τη δόμηση των κινούμενων κροσσών.

6 Κροσσοί

7 Οι πρωτεϊνες MAPs (microtubule associated proteins) σταθεροποιούν το δίκτυο των μικροσωληνίσκων με τη βοήθεια και άλλων πρωτεϊνών που καλύπτουν το αυξητικό τους άκρο εμποδίζοντας τον αποπολυμερισμό τους. Η ακεραιότητα του συστήματος των μικροσωληνίσκων είναι απαραίτητη για την κίνηση των καρκινικών κυττάρων προς μια κατεύθυνση. Αντιμιτωτικά αλκαλοειδή (κολχικίνη, ποδοφυλλοτοξίνη, βινβλαστίνη, βινκριστίνη, νοκοδαζόλη) ενώνονται με τα ετεροδιμερή της σωληνίνης αναστέλλοντας την ανάπτυξη των μικροσωληνίσκων.

8 Μικροϊνίδια (ινίδια) (διάμετρος 5nm)
Παίζουν σημαντικό ρόλο στην κίνηση των κυττάρων και στη σταθεροποίηση της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Τα λεπτά νημάτια F-ακτίνης σχηματίζονται από πολυμερισμό μονήρων μορίων σφαιρικής G-ακτίνης και εμφανίζουν πολικότητα. Έχουν βρεθεί έξι γονίδια ακτίνης που κωδικοποιούν τρεις διαφορετικές κατηγορίες της ακτίνης στα διάφορα είδη των κυττάρων. Την ακτίνη α στα μυϊκά κύτταρα και τις ακτίνες β και γ στα μη μυϊκά κύτταρα. Στα κύτταρα τα ινίδια ακτίνης οργανώνονται σε πολλές διαφορετικές μορφές.

9 Μικροϊνίδια ακτίνης (ινίδια ακτίνης)

10 Μικροϊνίδια ακτίνης Στους σκελετικούς μυς είναι δομικά σταθερά, παίρνουν παρακρυσταλλική οργάνωση και συσσωματώνονται με πυκνά νημάτια μυοσίνης. Στα υπόλοιπα κύτταρα είναι πρόσφορα για διάσπαση και επανασυνάθροιση. Σε συνδυασμό με άλλες πρωτεϊνες (νηματίνη) σχηματίζουν τον κυτταρικό φλοιό Τα μικροϊνίδια ακτίνης σχετίζονται με δραστηριότητες της μεμβράνης όπως η ενδοκυττάρωση και εξωκυττάρωση, και η συστολή των μικρολαχνών.

11 Κυτταρικός φλοιός

12 Μικροϊνίδια ακτίνης Στις μικρολάχνες τα μόρια της ακτίνης συνδέονται με μικρότερες συνδετικές πρωτεϊνες όπως η φιμπρίνη (fimbrin) και η συνδεσμίνη ή φασκίνη (fascin). Ο πολυμερισμός των ινιδίων ακτίνης υπεύθυνος για το σχηματισμό προσεκβολών του κυτταροπλάσματος {ψευδοπόδια, ελασματοπόδια (λαμελλοπόδια, πεπλατυσμένες προσεκβολές} , (φιλοπόδια ή νηματοπόδια)} που παρατηρούνται σε κινούμενα κύτταρα και αρχέγονα κύτταρα που μεταναστεύουν κατά την εμβρυογένεση. Στους ανθρώπινους καρκίνους τα μεταστατικά κύτταρα στην περιφέρεια των όγκων που διηθούν τους γύρω ιστούς αναπτύσσουν προσεκβολές όμοιες με ψευδοπόδια στα οποία η ακτίνη εμφανίζεται πολυμερισμένη.

13 Μικρολάχνες

14 Μικροϊνίδια ακτίνης (ινίδια ακτίνης) από 13 μονομερή G-ακτίνης)
Τα μικροϊνίδια είναι ενωμένα με κυτταροπλαματικά οργανίδια, κυστίδια και κοκκία συμμετέχοντας στη κίνηση και μετατόπιση των κυτταρικών συστατικών. Σχηματίζουν ένα δακτύλιο από νημάτια που η περίσφιξή του συντελεί στην αυλάκωση των κυττάρων κατά την κυτταρική διαίρεση. Στα ερυθρά αιμοσφαίρια παρέχουν μηχανική στήριξη στην κυτταρική μεμβράνη προσφυόμενα σ’αυτή μέσω ειδικών συνδετικών πρωτεϊνών όπως της αγκυρίνης και σπεκτρίνης Η ακτίνη συνδέεται με διαμεμβρανικές πρωτεΐνες σε εξειδικευμένες περιοχές της κυτταροπλασματικής μεμβράνης όπως τις συνδέσεις πρόσφυσης ή περιοχές εστιακής επαφής

15 Αγκυρίνη-Σπεκτρίνη

16 Συνδέσεις πρόσφυσης Στις συνδέσεις πρόσφυσης μεταξύ δύο γειτονικών κυττάρων, τα ινίδα F-ακτίνης συνδέονται στη διαμεμμβρανική πρωτεΐνη Ε-καδερίνη μέσω πρωτεϊνών προσδεμένων στην ακτίνη, όπως οι α και β κατενίνες, η βινκουλίνη και η α-ακτινίνη

17 Περιοχές εστιακής επαφής

18 Ενδιάμεσα ινίδια (διάμετρος 10nm)
Αποτελούνται από νηματοειδείς πρωτεΐνες που διακρίνονται σε έξι κύριους τύπους με χαρακτηριστική κατανομή στα διάφορα είδη κυττάρων και η λειτουργία τους αφορά στην ένωση ξεχωριστών κυττάρων σε δομικές μονάδες. Παίζουν βασικό ρόλο στη διατήρηση της κανονικής διάταξης του πυρήνα και των οργανιδίων καθώς και στη ρύθμιση του κυτταρικού σχήματος. Κύτταρα σε ανάπτυξη (π.χ. κύτταρα in vitro και πρόωρα εμβρυϊκά κύτταρα), ερυθρά αιμοσφαίρια και ολιγοδενδροκύτταρα δεν περιέχουν ενδιάμεσα ινίδια

19

20 Νηματοειδείς πρωτεΐνες
Διάφορα στάδια οργάνωσης και συναρμολόγησης των ενδιάμεσων ινιδίων Η αρχική δομική μονάδα αποτελείται από δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες με μορφή α-έλικας που περιελίσσεται η μια γύρω από την άλλη. Το διμερές αποτελείται από μια σταθερή κεντρική ελικοειδή περιοχή , ενώ τα αμίνο-(NH-) και καρβοξυλικά-(COOH) τελικά άκρα είναι σφαιρικά και ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο του ενδιάμεσου ινιδίου Το τετραμερές σχηματίζεται με τη στοίχιση δύο διμερών που ενώνονται κεφάλι με ουρά. Τα τετραμερή ενώνονται με τελικο-τελική ένωση σχηματίζοντας τα πρωτονημάτια. 8 πρωτονημάτια σχηματίζουν μια κυλινδρική δομή με διάμετρο 10nm. Τα ενδιάμεσα ινίδια δεν εμφανίζουν πολικότητα σε αντίθεση με τους μικροσωληνίσκους και τα μικροϊνίδια.

21 Το ποσοστό των μεταστατικών κακοήθων νεοπλασμάτων αγνώστου πρωτοπαθούς εστίας λόγω της χαμηλής διαφοροποίησής τους κυμαίνεται μεταξύ 5-10% όλων των κακοήθων νεοπλασμάτων. Η παρουσία ειδικών μορφών ενδιάμεσων ινιδίων στα νεοπλάσματα αγνώστου πρωτοπαθούς εστίας αποτελεί σημαντικό χαρακτηριστικό, που καθορίζει όχι μόνο τη διάγνωση, αλλά και τη θεραπεία των όγκων.

22 Τα ενδιάμεσα ινίδια Προσφύονται στις διαμεμβρανικές πρωτεϊνες σε ειδικές θέσεις της κυτταρικής μεμβράνης (δεσμοσώματα, ημιδεσμοσώματα). Στα επιθηλιακά κύτταρα του δέρματος, τα ενδιάμεσα ινίδια κερατίνης (τονοϊνίδια) μαζί με άλλες συνδετικές πρωτεΐνες παίζουν σημαντικό ρόλο στη δημιουργία ενός αδιαπέραστου φραγμού. Στους νευρώνες τα νευροϊνίδια βοηθούν στη διατήρηση της αρχιτεκτονικής των αποφύσεων των νευρικών κυττάρων και επίσης συνδεόμενα με πρωτεΐνες-αντλίες ιόντων, μέσω της αγκυρίνης, συμβάλλουν στη μετάδοση της νευρικής ώσης. Σε κατεστραμμένα κύτταρα συρρικνώνονται και σχηματίζουν μια περιπυρηνική σφαίρα, περιχαρακώνοντας κατεστραμμένες κυτταρικές πρωτεΐνες, οι οποίες απομακρύνονται με πρωτεόλυση (π.χ. σωμάτια υαλίνης Mallory που αποτελούνται από κυτοκερατίνες σε ηπατοκύτταρα αλκοολικών ατόμων). Στους πυρήνες οι λαμίνες σχηματίζουν στη εσωτερική επιφάνεια της πυρηνικής μεμβράνης ένα δικτυωτό πλέγμα. Σε μιτωτικά κύτταρα τα ενδιάμεσα ινίδια ενώνονται με τους μικροσωληνίσκους της μιτωτικής ατράκτου καθώς και με μικροσωληνίσκους των νευραξόνων των νευρικών κυττάρων διαμέσου κάποιων πρωτεϊνών αγνώστου υφής.

23 Δεσμοσώματα

24

25 Επιθηλιακά κύτταρα

26 Μικροσωληνίσκοι νευραξόνων

27 Ινίδια βιμεντίνης (vimentin), MW 57.600
Είναι μια όξινη πρωτεΐνη που αποτελεί το πρώτο ενδιάμεσo ινίδιο που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης ανεξάρτητα από τον κυτταρικό τύπο και αργότερα αντικαθίσταται από το ενδιάμεσο ινίδιο, το ειδικό για τον τύπο του κυττάρου. Βρίσκεται σε κύτταρα μεσοδερμικής προέλευσης, όπως οι ινοβλάστες , μυοβλάστες, ενδοθηλιακά κύτταρα, λεία μυϊκά κύτταρα, χονδροκύτταρα, λευκοκύτταρα, μακροφάγα και άλλα κύτταρα με μεσοδερμική προέλευση. Ανιχνεύεται σε κύτταρα του ΚΝΣ και ΠΝΣ. Εκφράζονται σε νεοπλάσματα με μεσεγχυματική προέλευση (μελανώματα, λεμφώματα, αστροκυττώματα, μηνιγγιώματα, χονδρώματα). Δείκτης σαρκωμάτων Συνδέονται με την πυρηνική επίσης μεμβράνη, τα δεσμοσώματα, τις ζώνες πρόσφυσης, σε ινοβλάστες που προσκολλώνται σε εξωκυττάρια θεμέλια ουσία, τους μικροσωληνίσκους και τα λιποσταγονίδια των λιποκυττάρων. Η προσθήκη κολχικίνης σε ινοβλάστες καταστρέφει τους μικροσωληνίσκους αλλά όχι τα ινίδια βιμεντίνης. Τα τελευταία όμως δημιουργούν πυκνά συσσωματώματα γύρω από τον πυρήνα. Το γεγονός αυτό δηλώνει ότι η διάταξη των ενδιάμεσων ινιδίων βιμεντίνης επηρεάζεται από τους μικροσωληνίσκους.

28 Ινοβλάστες

29 Μικροσωληνίσκοι

30 Λιποσταγονίδια

31 Ινίδια βιμεντίνης Η βιμεντίνη μπορεί να πολυμεριστεί με δεσμίνη ή με ινώδη όξινη πρωτεΐνη της γλοίας. Σε καλλιέργειες επιθηλιακών κυττάρων η βιμεντίνη συνυπάρχει με τις κυτοκερατίνες υπό τη μορφή ξεχωριστών ινιδίων Ανοσοϊστοχημικά εντοπίζονται τα δύο αυτά είδη των ενδιάμεσων ινιδίων σε πολύμορφα αδενώματα παρωτιδικών αδένων, σε καρκινώματα θυρεοειδούς αδένα, σε καρκινώματα νεφρού και ενδομητρίου. Φυσιολογικά τα ινίδια βιμεντίνης δεν ανιχνεύονται στα καρκινώματα εκτός από τις περιπτώσεις που αναφέρονται παραπάνω. Επίσης ανιχνεύονται σε μεταστατικά καρκινικά κύτταρα στο ασκιτικό ή πλευριτικό υγρό. Η βιμεντίνη ανιχνεύεται ανοσοϊστοχημικά με πολυκλωνικά και μονοκλωνικά αντισώματα σε τομές παραφίνης διαφόρων κακοήθων όγκων μεσεγχυματικής προέλευσης, σε μελανώματα , λεμφώματα, αστροκυττώματα, μηνιγγιώματα και χονδρώματα.

32 Ινίδια δεσμίνης (desmin) MW 55.000
Βρίσκεται στα λεία μυϊκά κύτταρα και στην Ζ ζώνη των γραμμωτών και καρδιακών κυττάρων. Η ενδοκυττάρια κατανομή διαφορετική για κάθε είδος μυϊκού κυττάρου. Η δεσμίνη ανιχνεύεται ανοσοϊστοχημικά με πολυκλωνικά και μονοκλωνικά αντισώματα σε τομές παραφίνης και χρησιμοποιείται σαν ασφαλής δείκτης στη διαφοροδιάγνωση των λειομυοσαρκωμάτων από άλλα ατρακτοκυτταρικά σαρκώματα και σε συνδυασμό με άλλους δείκτες μυογενούς διαφοροποίησης στην ασφαλή διάγνωση των ραβδομυοσαρκωμάτων.

33 Νευροϊνίδια Αποτελούνται από τρία πολυπεπτίδια NF1, NFm και NFh ΜW , και αντίστοιχα. Βρίσκονται στους νευρώνες του κεντρικού και περιφερικού νευρικού συστήματος και εντοπίζονται στους νευράξονες, τους δενδρίτες και το περινεύριο. Στους νευράξονες δημιουργούν συμπλέγματα με τους μικροσωληνίσκους. Χρησιμοποιούνται ως διαγνωστικοί δείκτες στον καρκίνο. Με μονοκλωνικά αντισώματα ανιχνεύονται σε όγκους των περιφερικών νευρώνων όπως: 1.Νευροβλάστωμα 2.Γαγγλιονευροβλάστωμα 3.Γαγγλιονεύρωμα 4.Φαιοχρωμοκύττωμα

34 Ινώδης όξινη πρωτεΐνη της γλοίας(GFAP
Ινώδης όξινη πρωτεΐνη της γλοίας(GFAP. Glial fibrillary acidic protein) MW Είναι χαρακτηριστική των αστροκυττάρων. Ανιχνεύεται στον εγκέφαλο και στο περιφερικό νευρικό σύστημα. Η GFAP εντοπίζεται στο κυτταρόπλασμα των νεοπλασματικών κυττάρων των αστροκυττωμάτων –όλων των τύπων- αστροβλαστωμάτων, πολύμορφων γλοιοβλαστωμάτων, επενδυμωμάτων, ολιγοδεντρογλοιωμάτων. Σε αστροκυττώματα με χαμηλό βαθμό διαφοροποίησης παρατηρείται ελάττωση της έκφρασης GFAP. Τα διαφοροδιαγνωστικά προβλήματα των όγκων του ΚΝΣ ανέρχονται σε 10% του συνόλου των περιπτώσεων. Σε αυτά περιλαμβάνονται αστροκυττώματα, μεταστατικά καρκινώματα χαμηλής διαφοροποίησης και αμελανωτικά μελανώματα. Η GFAP είναι βασικός δείκτης στη διαφοροδιάγνωση των όγκων αυτών με τη χρήση ανοσοενζυμικών μεθόδων Η βιμεντίνη, η δεσμίνη, η GFAP και τα νευροϊνίδια κωδικοποιούνται το καθένα από ένα γονίδιο σε κάθε απλοειδικό γονιδίωμα. Σε αντίθεση οι κυτοκερατίνες αποτελούν μια οικογένεια 30 πολυπεπτιδίων περίπου (MW ) που κωδικοποιούνται από μια οικογένεια γονιδίων και παρουσιάζουν διαφορετικές χημικές και ανοσολογικές ιδιότητες.

35 Κυτοκερατίνες   Oι κυτοκερατίνες (τονοϊνίδια) σχηματίζουν  ένα πολύπλοκο δίκτυο ινιδίων στο κυτταρόπλασμα

36 Κυτοκερατίνες (κερατίνες)
Κυτοκερατίνες   (κερατίνες) Διάμετρος 8nm , ανήκουν σε πολυγονιδιακή οικογένεια, ΜΒ Υπάρχουν δύο ομάδες κυτοκερατινών οι όξινες (τύπος I) και οι ουδέτερες/βασικές (τύπος II). Ανάλογα με το μοριακό τους βάρος και το ισοηλεκτρικό pH διακρίνονται σε 19 τύπους. Εκφράζονται σε όλα τα επιθηλιακά κύτταρα εκτός από το επιθήλιο του φακού και της ίριδας που περιέχουν ινίδια βιμεντίνης. Κάθε επιθηλιακός κυτταρικός τύπος φέρει χαρακτηριστικές κερατίνες.(π.χ, τα κύτταρα της επιδερμίδας φέρουν ινίδια κερατίνης που αποτελούνται από τον ίδια ποσότητα τύπου I και τύπου II κερατινών). Τα μεσοθηλιακά κύτταρα, τα επιθηλιακά κύτταρα της κάψας του Bowman και των αθροιστικών σωληναρίων του νεφρού παρά τη μεσοδερμική τους προέλευση περιέχουν κερατίνες. Έτσι όχι μόνο η εμβρυϊκή προέλευση αλλά και η ειδική λειτουργία κάθε κυττάρου επιδρά στη σύνθεση των ενδιάμεσων ινιδίων που φέρει.

37

38 Τα ινίδια κερατίνης στη διάγνωση των όγκων
Η ανίχνευση των ινιδίων κερατίνης σε μελέτη 204 ανθρώπινων καρκινωμάτων, έδειξε ότι όλα τα καρκινικά κύτταρα ανεξάρτητα από τη θέση του όγκου και το βαθμό διαφοροποίησής τους περιέχουν ινίδια κερατίνης. Διαφορετικά καρκινώματα περιέχουν διάφορα ποσά κερατίνης με ποικίλη κατανομή. Έτσι η κερατίνη αποτελεί δείκτη που χρησιμοποιείται ευρέως για τον προσδιορισμό της προέλευσης αδιαφοροποίητων καρκινωμάτων, από σαρκώματα και λεμφώματα από μεγάλα κύτταρα. Πρέπει επίσης να συνδυάζεται και η χρήση και άλλων βιολογικών δεικτών για τον προσδιορισμό της προέλευσης των νεοπλασμάτων. Εκτός από τα νεοπλάσματα επιθηλιακής προέλευσης , τα ινίδια κερατίνης ανιχνεύονται και σε νεοπλάσματα με διαφορετική ιστική προέλευση

39 Συνδυασμός χρήσης διαφόρων βιολογικών δεικτών

40 Θετική αντίδραση κερατινών σε άλλους όγκους

41 Τα μικροϊνίδια αποτελούνται από ακτίνη και παίζουν ρόλο στην κίνηση και στη σταθεροποίηση της μεμβράνης Οι μικροσωληνίσκοι αποτελούνται από σωληνίνη ή τουμπουλίνη και παίζουν ρόλο στην ενδοκυττάρια μεταφορά και στο σκελετό των εσωτερικών μεμβρανών Τα ενδιάμεσα ινίδια αποτελούνται από πρωτεΐνες που ποικίλλουν μεταξύ των διαφόρων κυτταρικών τύπων και η λειτουργία τους αφορά στη ένωση ξεχωριστών κυττάρων σε δομικές μονάδες

42 Συμμετοχή του κυτταροσκελετού σε παθογενετικές διεργασίες
Τα κυτταροσκελετικά στοιχεία είναι δομές καθοριστικής σημασίας για τη σωστή κυτταρική λειτουργία. Παρουσία κυτταροπλασματικών εγκλείστων σε συγκεκριμένες ασθένειες Ασθένειες με γενετικές διαμαρτίες ως προς τις κυτταροσκελετικές πρωτεΐνες Ασθένειες που υπάρχει η υποψία της ενοχής του κυτταροσκελετού

43 Ασθένειες που σχετίζονται με κυτταροπλασματικά μικροϊνίδια (ινίδια) ακτίνης
Τα κυτταροπλασματικά μικροϊνίδια ακτίνης είναι δομές καθοριστικής σημασίας για τη σωστή κυτταρική λειτουργία Οποιαδήποτε δομική ή λειτουργική ανεπάρκεια των μικροϊνιδίων, αλλά και των πρωτεϊνών που αλληλεπιδρούν με αυτά προκαλούν ασθένειες που αφορούν πρωταρχικά το μυϊκό και νευρικό σύστημα και τα κύτταρα του αίματος και ακολούθως τα περισσότερα όργανα και ιστούς του οργανισμού.

44

45 Ασθένειες που σχετίζονται με πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν με τα ινίδια της ακτίνης
Στη μυϊκή δυστροφία του Duchenne (DMD) (συχνή κληρονομική νόσος του νευρομυϊκού νοσήματος -εξελισσόμενη μυοπάθεια., μεταβιβάζεται με φυλοσύνδετο υπολειπόμενο τρόπο, συνδεδεμένη με το Χ-χρωμόσωμα, συχνότητα 1/3500, το ένα τρίτο των περιπτώσεων είναι σποραδικές, χωρίς προηγούμενο οικογενειακό ιστορικό) είναι ελαττωματική η δυστροφίνη. (Μεταλλάξεις στο γονίδιο που κωδικοποιεί για τη δυστροφίνη). Το ίδιο ισχύει και για τη μυϊκή δυστροφία Becker (BMD)  Μετά το διαχωρισμό της μυϊκής δυστροφίας Becker  από τη μυοδυστροφία Duchenne ( Becker 1962 ) αποκτήθηκε αρκετή πείρα μέχρι σήμερα . Οι διαφορές της από τη Duchenne συνοψίζονται στα εξής : 1. Εκδήλωση σε μεγαλύτερη ηλικία ( 5ο – 25ο έτος ) 2. Μεταβίβαση από τους άρρενες πάσχοντες σε άρρενα εγγόνια με τη μεσολάβηση μητέρων φορέων . 3. Εξέλιξη πολύ βραδύτερη ( η ανικανότητα για βάδιση έρχεται 25 χρόνια μετά την εισβολή και πολλές φορές δεν βραχύνει τον χρόνο επιβιώσεως των αρρώστων ) . Σε πολλές οικογένειες  απουσιάζουν η προσβολή του καρδιακού μυός και οι μυοσκελετικές παραμορφώσεις .

46 Σύμπλεγμα πρωτεϊνών που σχετίζονται με το σαρκείλημμα των σκελετικών μυϊκών ινών και συμμετέχουν στους μηχανισμούς αλληλεπίδρασης των μυοϊνιδίων με τις πρωτεΐνες της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας

47 Δυστροφίνη Η δυστροφίνη θεωρείται κυτταροσκελετική πρωτεΐνη, εντοπίζεται στο σαρκείλημμα των φυσιολογικών μυοσωλήνων (και σε ορισμένους νευρώνες), φέρει αμινοξέα ομόλογα με αυτά της σπεκτρίνης και α-ακτινίνης. Τα αμινοτελικά άκρα της δυστροφίνης προσδένονται στην ακτίνη που βρίσκεται κάτω από το σαρκείλημμα, ενώ το καρβοξυτελικό άκρο της μαζί με μια άλλη περιοχή που είναι πλούσια σε κυστεϊνες προσδένεται σε διάφορες πρωτεΐνες γνωστές με τη συλλογική ονομασία «σύμπλοκο γλυκοπρωτεϊνών δυστροφίνης» (DGC). Το σύμπλοκο DGC αποτελείται από υποομάδες δυστρογλυκάνης, σαρκογλυκάνης και συντροφίνης. Μη -ομοιοπολική σύνδεση της δυστρογλυκάνης με την εξωκυττάρια λαμινίνη και αγκρίνη (α-δυστρογλυκάνη) και μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη (β-δυστρογλυκάνη). Οι α- και β- δυστρογλυκάνες αποτελούν μετα-μεταφραστικό προϊόν του ίδιου γονιδίου

48 Μυϊκή δυστροφία Οι μεταλλάξεις στα αντίστοιχα γονίδια των πρωτεϊνών του συμπλόκου DGC οδηγούν σε συμπτώματα μυϊκής δυστροφίας Το DGC διατηρεί την ακεραιότητα του σαρκειλήμματος κατά τη διάρκεια των διαδοχικών κύκλων συστολής και χαλάρωσης των μυοκυττάρων. Η αλληλεπίδραση του συμπλόκου δυστρογλυκανών με τη λαμινίνη και δυστροφίνη παίζει διαμεσολαβητικό ρόλο μεταξύ του πλέγματος της ακτίνης και της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας. Απουσία δυστροφίνης, εξαιτίας της πίεσης, δημιουργία σπασιμάτων στο σαρκείλημμα, εισροή ασβεστίου , ενεργοποίηση πρωτεολυτικών ενζύμων, αυτοαποικοδόμηση του σαρκοπλάσματος (μυονέκρωση). Τα νεκρωτικά ινίδια ομογενοποιημένα και ηωσινοφιλικά. Διείσδυση μακροφάγων για καθαρισμό του κατεστραμμένου ιστού. Αδυναμία του ανέπαφου μυϊκού ιστού να αποκαταστήσει τις βλάβες , απώλεια μυών, αντικατάσταση με λίπος και συνδετικό ιστό.

49

50 Μια άλλη μορφή μυοπάθειας είναι η σαρκογλυκανομυοπάθεια (DLMD, Duchenne-like muscular dystrophy) που οφείλεται σε μεταλλάξεις των πρωτεϊνών του σαρκογλυκανικού συμπλέγματος. Μεταλλάξεις στην καβεολίνη 3, μιας πρωτεΐνης του σαρκειλήμματος στους σκελετικούς μυς που συνδέεται με τη δυστροφίνη, βρέθηκαν σε ασθενείς με αυτοσωμική επικρατή μορφή της Limb-Girdle μυϊκής δυστροφίας (LGMD). Μεταλλάξεις στα γονίδια για την α-ακτινίνη, νεμπουλίνη και τροπονίνη Τ1 προκαλούν τις ασθένειες γνωστές ως ραβδομυοπάθειες (μυϊκή αδυναμία, υποτονία, αναπνευστική δυσκολία)

51

52 Σύνδρομο Rett Στο σύνδρομο Rett (νευροεκφυλιστική ασθένεια συνδεόμενη με το Χ-χρωμόσωμα, ασαφής ο τρόπος κληρονόμησής του) ελαττωματική πρωτεΐνη είναι η συναψίνη Ι (synapsin Ι). Η συναψίνη είναι φωσφοπρωτεϊνη, ειδική για το νευρικό ιστό, συνδέεται με τα ινίδια ακτίνης και εντοπίζεται στην κυτταροπλασματική επιφάνεια των συναπτικών κυστιδίων.

53 Οστεοσάρκωμα και καλπονίνη (calponin)
Συνήθης νεοπλασία των οστών. Προέλευση των όγκων από μεσεγχυματικά κύτταρα. Τρεις ιστολογικοί τύποι: οστεοβλαστικό, ινοβλαστικό, χονδροβλαστικό Απώλεια της λειτουργίας της πρωτεΐνης του ρετινοβλαστώματος (Rb) και της ογκοκατασταλτικής πρωτεΐνης p53 συνδέονται με κακή πρόγνωση Η καλπονίνη αποτελεί πρωτεΐνη που προσδένεται στην ακτίνη-τροπομυοσίνη –καλμοδουλίνη και απομονώθηκε από τα λεία μυϊκά κύτταρα Έκφραση της βασικής καλπονίνης σε υψηλά επίπεδα σε λιγότερο διαφοροποιημένες οστεοβλάστες σε ποντίκι Υπάρχουν τρεις ισομορφές καλπολίνης, η βασική ,η ουδέτερη και η όξινη. Η βασική ισομορφή βρίσκεται ειδικά στο λείο μυ και αποτελεί πρώιμο δείκτη για τα διαφοροποιημένα λεία μυϊκά κύτταρα., ρυθμίζει τη συσταλτικότητά τους. Συνδέεται με τη μυοσίνη, δεσμίνη, σωληνίνη, ενδιάμεσα ινίδια και φωσφολιπίδια Η επιβίωση των ασθενών μεγαλύτερη στην ομάδα με καρκινικά κύτταρα θετικά στην έκφραση της βασικής καλπονίνης σε σύγκριση με την ομάδα ασθενών με αρνητικά κύτταρα στην καλπονίνη

54 Ασθένειες που σχετίζονται με πρωτεΐνες που ελέγχουν τον πολυμερισμό της ακτίνης
Σύνδρομο Wiskott-Aldrich (WAS ) Φυλοσύνδετο κληρονομικό νόσημα με χαμηλά επίπεδα αιμοπεταλίων, κυτταρική και χυμική ανοσοανεπάρκεια, έκζεμα, επανεμφανιζόμενες λοιμώξεις και μεγάλες πιθανότητες εμφάνισης καρκίνου των λεμφαδένων Συχνότητα της ασθένειας 1: στα άρρενα παιδιά. Το υπεύθυνο γονίδιο εντοπίστηκε το 1994 στο βραχύ σκέλος του Χ χρωμοσώματος και ως το 2000 είχαν βρεθεί περισσότερες από 100 μεταλλάξεις που προκαλούν WAS. Η ήπια μορφή , η φυλοσύνδετη θρομβοκυτταροπενία οφείλεται σε μια τέτοια μετάλλαξη. Το προϊόν του γονιδίου είναι μια πρωτεΐνη που ονομάστηκε WASp και παίζει σημαντικό ρόλο στη δενδριτική πυρήνωση της ακτίνης (πλευρική επιμήκυνση των ινιδίων ακτίνης) Η οικογένεια των πρωτεϊνών του συνδρόμου Wiskott-Aldrich αποτελείται από τις πρωτεΐνες WASp, N-WASp , Scar-1, -2, -3.

55

56 Τρεις λειτουργίες για την πηκτωλυματίνη: κερματισμός F-ακτίνης, κάλυψη και πυρήνωση. Η πηκτωλυματίνη αποτελεί πρωτεΐνη κάλυψης όπως και η βιλλίνη και οι μόνες ουσίες που αφαιρούν τις καλυπτήριες πρωτεΐνες είναι τα φωσφολιπίδια της ινοσιτόλης. Οι πρωτεΐνες κάλυψης προστατεύουν το (+) άκρο της F-ακτίνης από την περαιτέρω προσθήκη μονομερών, ιδιαίτερα σε περιόδους ηρεμίας του κυττάρου. Σε μεγάλες συγκεντρώσεις ασβεστίου προκαλούν κερματισμό των ινιδίων

57 ΙΝΟΚΥΣΤΙΚΗ ΝΟΣΟΣ Η Ινοκυστική νόσος είναι το συχνότερο κληρονομικό νόσημα στη λευκή φυλή και κληρονομείται με υπολειπόμενο σωματικό χαρακτήρα Δυσλειτουργία των εξωκρινών αδένων με κύριες εκδηλώσεις από το αναπνευστικό σύστημα, το πεπτικό και τους ιδρωτοποιούς αδένες. Οι κύριες αυτές εκδηλώσεις αποδίδονται σε διαταραχές της διαμεμβρανικής διακίνησης ιόντων Na+ και Cl- με αποτέλεσμα τη δημιουργία παχύρευστης βλέννης η οποία οδηγεί σε αποφρακτική πνευμονοπάθεια, παγκρεατική δυσλειτουργία και δυσλειτουργία των ιδρωτοποιών αδένων. Άτυπες μορφές της νόσου περιλαμβάνουν την ανδρική στειρότητα λόγω αμφοτερόπλευρης έλλειψης σπερματικού πόρου, τη χρόνια παγκρεατίτιδα και ορισμένες μορφές βρογχιοεκτασιών, ασθματικής βρογχίτιδας και χρόνιες πνευμονοπάθειες αδιευκρίνιστης αιτιολογίας. Το γονίδιο το υπεύθυνο για τη νόσο εντοπίστηκε το 1986 σε τμήμα του μακρού σκέλους του χρωμοσώματος 7 (7q31). Η απομόνωση και λεπτομερής ανάλυση του γονιδίου, 3 χρόνια αργότερα (1989) απέδειξε ότι πρόκειται για γονίδιο σχετικά μεγάλου μεγέθους (250Kb) που περιλαμβάνει 27 κωδικοποιούσες περιοχές (εξόνια) και παράγει mRNA μεγέθους 6.5Kb. Το πολυπεπτιδικό παράγωγο του γονιδίου ονομάζεται «ρυθμιστής διαμεμβρανικής διακίνησης ιόντων» (CFTR: Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) και αποτελείται από 1480 αμινοξέα. Αποτελεί κανάλι Cl- που ενεργοποιείται με την παρουσία cAMP και βρίσκεται στο πάνω τμήμα της μεμβράνης των αναπνευστικών και εκκριτικών επιθηλιακών κυττάρων.

58 Πηκτωλυματίνη (gelsolin)
Η πηκτωλυματίνη του πλάσματος που εκκρίνεται εξωκυττάρια «καθαρίζει» την εξωκυττάρια ακτίνη που αποβάλλεται από κατεστραμμένα κύτταρα. Στην περίπτωση της κυστικής ίνωσης παρατηρείται εξωκυττάρια συγκέντρωση ακτίνης που σχηματίζει βλεννώδες έκκριμα με μεγάλο ιξώδες. Η επίδραση της πηκτωλυματίνης στη παραγόμενη βλέννα θα προκαλούσε βλεννόλυση και θα απελευθέρωνε τις αεροφόρους οδούς. Η πηκτωλυματίνη θα μπορούσε να συνδυαστεί με την DNΑση Ι η οποία δεσμεύεται στην G-ακτίνη αποτρέποντας τον πολυμερισμό της. Έτσι ο συνδυασμός DNAσης/πηκτωλυματίνης θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει ένα θεραπευτικό σχήμα για ασθένειες όπως η κυστική ίνωση που χαρακτηρίζεται από την επικίνδυνη συσσώρευση βλέννας στις αεροφόρους οδούς

59 Φιλανδική αμυλοείδωση
Αποτελεί αυτοσωμική επικρατή ασθένεια, προκαλείται από μεταλλαγμένο φαινότυπο της πηκτωλυματίνης (γκελσολίνης, Asp187Asn). Η αντικατάσταση του ασπαρτικού αμινοξέος με ασπαραγίνη στη θέση 187 καθιστά το μόριο της πηκτωλυματίνης ευάλωτο στην πρωτεόλυση με αποτέλεσμα να σχηματίζει θραύσματα μορίων που δεν είναι λειτουργικά. Πρόσφατα ανακαλύφθηκε ότι η πηκτωλυματίνη αποτελεί υπόστρωμα για την κασπάση 3, που αποτελεί πρωτεολυτικό ένζυμο εμπλεκόμενο στη μεταγωγή σήματος η οποία επάγει την απόπτωση. Η διάσπαση της πηκτωλυματίνης επιφέρει πλήρη κατακερματισμό της ακτίνης με τελική κατάρρευση του κυτταροσκελετού.

60

61 Πηκτωλυματίνη Τα επίπεδα της πηκτωλυματίνης στα κύτταρα είναι πολύ χαμηλά ή ακόμη μηδενικά σε μερικά καρκινώματα στον άνθρωπο όπως στον καρκίνο του μαστού ή της ουροδόχου κύστης Τα καρκινικά κύτταρα που φέρουν τη μεταλλαγμένη πηκτωλυματίνη Pro321His εμφανίζουν διορθωμένο φαινότυπο και τα κύτταρα αυτά χάνουν το μεταστατικό δυναμικό τους Σε knockout ποντίκια με απουσία του γονιδίου της πηκτωλυματίνης μείωση κατά 50% της κινητικότητας των ουδετερόφιλων, ινοβλαστών και λείων μυϊκών κυττάρων και ανώμαλο σχήμα αιμοπεταλίων

62 Πρωτεΐνες που προσδένονται στην ακτίνη και εμπλέκονται στον κυτταρικό μετασχηματισμό ή νεοπλασία
Η μειωμένη έκφραση των πρωτεϊνών που συνδέονται με την ακτίνη συχνά συνοδεύεται από την αλλαγή ως προς τη μορφολογία των κυττάρων σε μεταλλαγμένα ή κακοήθη κύτταρα. Μεγάλος αριθμός πρωτεϊνών που συνδέονται με την ακτίνη λειτουργεί ως ρυθμιστής της κυτταρικής ανάπτυξης και διαφοροποίησης μέσω της οργάνωσης των δικτύων της ακτίνης με συγκεκριμένο τρόπο. Τα επίπεδά τους μειώνονται σε νεοπλασματικά κύτταρα και αυξάνονται όταν το κύτταρο επανέρχεται στο μη εξαλλαγμένο φαινότυπο. Η θυμοσίνη β4, ένα μικρό πεπτίδιο 43 αμινοξικών καταλοίπων που συνδέεται με την ακτίνη και ρυθμίζει τον πολυμερισμό της (αναστέλλει όπως και η προφιλίνη την αυθόρμητη πυρήνωση της ακτίνης και τον πολυμερισμό της F-ακτίνης) παρουσιάζει χαμηλά επίπεδα σε μετασχηματισμένα κύτταρα με μεταστατική δυνατότητα. Η α-ακτινίνη παρουσιάζεται στα μεταλλαγμένα κύτταρα σε χαμηλά επίπεδα, όταν επανέρχεται σε φυσιολογικά επίπεδα καταστέλλεται η ογκογένεση των κυττάρων

63 Πρωτεΐνες που προσδένονται στην ακτίνη και εμπλέκονται στον κυτταρικό μετασχηματισμό ή νεοπλασία

64 Η υπερέκφραση της βινκουλίνης σταθεροποιεί τις εστιακές επαφές και μειώνει την κινητικότητα του κυττάρου, ενώ η καταστολή της έκφρασης της βινκουλίνης επάγει κυτταρικές αλλαγές παρόμοιες με αυτές που παρατηρούνται στο φαινότυπο των εξαλλαγμένων κυττάρων. Η τροπομυοσίνη, η α-ακτινίνη, η μερλίνη, η βινκουλίνη,και η gelsolin (πηκτωλυματίνη) παρουσιάζουν χαμηλά επίπεδα έκφρασης σε εξαλλαγμένα κύτταρα και η αποκατάσταση της έκφρασής τους ελαττώνει την κυτταρική ογκογένεση Η L-πλαστίνη υπερεκφράζεται σε εξαλλαγμένα κύτταρα, ενώ η ειδική για τα λεμφοκύτταρα πρωτεΐνη (lymhocyte-specific protein 1, LSP1) εκφράζεται σε χαμηλά επίπεδα. Επιπλέον η LSP1 υπερεκφράζεται σε λευκοκύτταρα ασθενών με ελαττωματική λειτουργία των ουδετερόφιλων

65 Τα κύτταρα του μελανώματος με έλλειψη ως προς την έκφραση της ABP ( actin binding protein ή φιλαμίνη) παρουσιάζουν μικρή κινητικότητα. Επομένως η δομή του δικτύου της ακτίνης συνδέεται με την πιθανή κακοήθεια των κυτταρικών σειρών, αφού επηρεάζει την κινητικότητά τους. Σημαντικός ο ρόλος της ABP στην κυτταρική κινητικότητα και προσκόλληση Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες στις οποίες προσδένονται οι πρωτεΐνες που προσδένονται στην ακτίνη περιλαμβάνουν : Το σύμπλοκο της γλυκοπρωτεϊνης των αιμοπεταλίων (GP) lb/9, τους υποδοχείς FC τύπου 1 (FCR1), τις ιντεγκρίνες, το CD44 και τα PPIs (polyphosphoinositides, πολυφωσφοϊνοσιτίδια)

66 Νευροινωμάτωση τύπου ( 2 NF-2, αμφοτερόπλευρα ακουστικά νευρινώματα (σβαννώματα)
Αμφοτερόπλευρη εμβοή, κώφωση, ίλιγγο, δερματικές πλάκες (νευρειλημμώματα), περιστασιακές κηκίδες café au lait, θόλωση φακού, σβαννώματα ή μηννιγγιώματα νωτιαίου μυελού, παρεγχυματικό αστροκύτωμα ή επενδύμωμα Αυτοσωματικός επικρατής τρόπος μετάδοσης μετάλλαξη στο γονίδιο 22 Συμπτώματα στην εφηβική ηλικία ή γύρω στα 20 έτη Το υπεύθυνο γονίδιο στη νευροϊνωμάτωση τύπου 2 κωδικοποιεί για την πρωτεΐνη merlin (σβαννωμίνη) και πιθανόν δρα ως ογκοκατασταλτικό γονίδιο Η merlin "Moesin-Ezrin-Radixin-Like Protein " παρόμοια με τις πρωτεΐνες ERM (ezrin moesin, radixin), που περιέχουν θέσεις πρόσδεσης για την F-ακτίνη και την CD44 στην κυτταρική μεμβράνη

67 Έκκριση χολής και ενδοηπατική χολόσταση
Οι ανωμαλίες στην έκκριση της χολής δεν οφείλονται μόνο σε μηχανική απόφραξη, αλλά και σε ανωμαλίες στην εκκριτική λειτουργία των ηπατοκυττάρων. Στη διαδικασία της έκκρισης συμμετέχουν και τα στοιχεία του κυτταροσκελετού (μικροϊνίδια ακτίνης, ινίδια μυοσίνης, ενδιάμεσα ινίδια, μικροσωληνίσκοι). Επαγωγή της χολόστασης από την κυτοχαλασίνη Β και τη χρόνια χορήγηση φαλλοϊδίνης (η χρόνια χορήγηση φαλλοϊδίνης είναι παγκοσμίως παραδεκτή σε πειραματικά μοντέλα). Η κυτοχαλασίνη Β επηρεάζει τα μικροϊνίδια ακτίνης, οδηγεί σε διαστολή των χοληφόρων σωληνίσκων και σε απώλεια των μικρολαχνών των ηπατοκυττάρων. Η φαλλοϊδίνη αυξάνει τη συγκέντρωση της F-ακτίνης γύρω από τους χοληφόρους σωληνίσκους και την αύξηση των αποφρακτικών συνδέσεων. Η οικογενής χολόσταση σε North American Indian children ερμηνεύεται ως μια δυσλειτουργία των μικροϊνιδίων που οφείλεται στην ανώμαλη ακτίνη των ηπατοκυττάρων ή στις πρωτεΐνες που συνδέονται με αυτήν. Από την άλλη μεριά, τα χολικά οξέα επάγουν τον πολυμερισμό της ακτίνης in vitro. Έτσι γεννάται το ερώτημα για τη φύση του πρωτογενούς γεγονότος: αυξημένο επίπεδο χολικών οξέων ή ελαττωματικά μικροϊνίδια ακτίνης;

68 Συγγενής αιμολυτική αναιμία
Κληρονομική σφαιροκυττάρωση Οφείλεται σε μη φυσιολογική έκφραση του γονιδίου της σπεκτρίνης Βλάβη ως προς τη δομή και λειτουργία της σπεκτρίνης Ελαττωμένος αριθμός μορίων σπεκτρίνης από μειωμένη παραγωγή Παραγωγή μορίων ασταθούς σπεκτρίνης Παραγωγή μορίων σπεκτρίνης ανίκανων να συνδεθούν με την αγκυρίνη Κληρονομική ελλειπτοκυττάρωση Αδυναμία σχηματισμού διμερών σπεκτρίνης Αδυναμία σύνδεσης της σπεκτρίνης με αγκυρίνη Διαταραχές της μεμβρανικής πρωτεΐνης 4.1 Μειωμένη σύνθεση γλυκοφορίνης C

69

70 Κληρονομική σφαιροκυττάρωση

71 Ελλειπτοκυττάρωση

72 Η σχέση των ενδιάμεσων ινιδίων με παθολογικές καταστάσεις
Κυτταροπλασματικά έγκλειστα αποτελούμενα από ενδιάμεσα ινίδια αποτελούν σημαντικό μορφολογικό δείκτη για τη διάγνωση διαφόρων ασθενειών. Όταν τα κύτταρα καταστρέφονται, το δίκτυο των ενδιάμεσων ινιδίων (σε αντίθεση με τους μικροσωληνίσκους και την F-ακτίνη) συρρικνώνεται και περιβάλλει τον πυρήνα σχηματίζοντας μια περιπυρηνική σφαιρική περιοχή η οποία περιέχει κατεστραμμένες πρωτεΐνες. Κυτταροπλασματικά έγκλειστα δεσμίνης σε μυοπάθειες Κερατίνες στα σωμάτια Mallory στο ήπαρ ατόμων εθισμένων στο αλκοόλ Νευροϊνίδια στα σωμάτια Lewy στη νόσο του Parkinson, neurofilament tangles (ακανόνιστη συσσώρευση των νευροϊνιδίων) στη νόσο του Aslzheimer και σωμάτια του Pick στη λοβιακή ατροφία του Pick (αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση) Πιθανή αιτία η οξειδωτική καταστροφή των νευροϊνιδίων και ο σχηματισμός μαζών από κατεστραμμένα νευροϊνίδια στα κύτταρα

73 Ινώδης όξινη πρωτεϊνητης γλοίας (GFAP) και βιμεντίνη στα ινίδια Rosenthal στο αστροκύτωμα (γλοίωμα με προέλευση από τα αστροκύτταρα). Σε όλα σχεδόν τα κυτταροπλασματικά έγκλειστα ύπαρξη ουβικουιτίνης (ubiquitin), μια διατηρημένη πρωτεΐνη που παίζει σημαντικό ρόλο στην αποδόμηση των μη φυσιολογικών πρωτεϊνών. Πιθανόν τα συμπλέγματα ενδιάμεσων ινιδίων και ubiquitin αποτελούν χαρακτηριστικό γνώρισμα της προσπάθειας του κυττάρου να απομακρύνει τα παθολογικά αυτά στοιχεία διαμέσου μηχανισμών αποδόμησης. Δεν είναι ξεκάθαρο εάν τα κυτταροπλασματικά έγκλειστα αποτελούν σημάδια αυξημένης, ελαττωματικής ή αποτυχίας της πρωτεόλυσης. Στην περίπτωση της αυτοάνοσης ηπατίτιδας ανιχνεύονται αυτοαντισώματα έναντι της ακτίνης και βιμεντίνης

74

75 Νοσήματα κυτταρικών συνδέσεων
Οι ανωμαλίες στις κερατίνες συνδέονται με γενετικές ασθένειες που έχουν σχέση με ασθένειες του δέρματος  όπως: Η απλή πομφολυγώδης επιδερμόλυση (epidermolysis bullossa simplex) και η συνδεσμική πομφολυγώδης επιδερμόλυση (junctional epidermolysis bullossa) αποτελούν αυτοσωματικές επικρατείς κληρονομικές ανωμαλίες ως προς την κερατίνη. Ειδικότερα η απλή πομφολυγώδης επιδερμόλυση οφείλεται σε μεταλλάξεις των κερατινών 5 και 14. Στα φλεγμονώδη νοσήματα του δέρματος, όπως στην πέμφιγα (νόσημα κυτταρικών συνδέσεων), που χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό φυσαλίδων (πομφόλυγων) στο δέρμα και στους βλεννογόνους, ο οργανισμός παράγει αυτοαντισώματα εναντίον της δεσμογλεϊνης Ι και δεσμογλεϊνης ΙΙΙ, που αποτελούν διαμεμβρανικές πρωτεΐνες που ανήκουν στην οικογένεια των καδερινών και συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμοσωμάτων στο δέρμα, γεγονός που εμποδίζει τη φυσιολογική τους πρόσφυση. Τα άτομα που προσβάλλονται αναπτύσσουν φυσαλίδες τόσο στο δέρμα όσο και στους βλεννογόνους, λόγω καταστροφής των δεσμοσωμάτων μεταξύ γειτονικών επιθηλιακών κυττάρων.

76 Νοσήματα Κυτταρικών Συνδέσεων

77 Απλή πομφολυγώδης επιδερμόλυση

78 Νοσήματα Κυτταρικών Συνδέσεωνν Πέμφιγα (κακή πρόγνωση)
Αντισώματα πρωτεϊνών των δεσμοσωμάτων Φυσαλίδες δέρμα και βλεννογόνους

79 Πέμφιγα

80 Μια ασυνήθιστη μορφή πέμφιγας, η παρανεοπλαστική, χαρακτηρίζεται από αυτοαντισώματα εναντίον των πεπτιδίων που συντίθενται από τα κερατινοκύτταρα, στα οποία περιλαμβάνονται η BP30, η δεσμοπλακίνη και μια πρωτεϊνη 190kDa. Στους ασθενείς με πεμφιγοειδές (δερματικό νόσημα με κλινική εικόνα που μοιάζει με πέμφιγα) παράγονται αντισώματα έναντι των BP180 και/ή BP230 (πρωτεϊνών των ημιδεσμοσωμάτων, που ενώνουν τα ενδιάμεσα ινίδια με την εξωκυττάρια θεμέλια ουσία). Σε άλλες μορφές της νόσου έχουν παρατηρηθεί αυτοαντισώματα έναντι της α3 υπομονάδας της λαμινίνης -5. Η υπερκεράτωση στη ψωρίαση οφείλεται στην ασθενή διασταυρούμενη σύνδεση μεταξύ των ενδιάμεσων ινιδίων, με αποτέλεσμα τη χαλαρή συγκράτηση των επιδερμιδικών κυττάρων. Η δυστροφική πομφολυγώδης επιδερμόλυση (Dystrophic epidermolysis bullossa), ανωμαλία στα ινίδια πρόσδεσης (κολλαγόνο τύπου VII), θεωρείται νόσος του κολλαγόνου

81 Πεμφιγοειδές (καλύτερη πρόγνωση)

82 Ο καθορισμός της δεξιάς-αριστερής ασυμμετρίας στα σπονδυλωτά βρίσκεται υπό γενετικό έλεγχο
Ο ακριβής μηχανισμός με τον οποίο εγκαθιδρύονται οι άξονες συμμετρίας του εμβρύου αποτελεί πολύπλοκο πρόβλημα που παραμένει άλυτο. Ωστόσο φαίνεται ότι οι κροσσοί παίζουν σημαντικό ρόλο κατά την εμβρυογένεση για τον καθορισμό της δεξιάς-αριστερής ασυμμετρίας του σώματος. Δεξιοκαρδία  Διαμαρτία κατά την οποία ο αρχέγονος καρδιακός σωλήνας πτυχώνεται προς τα αριστερά αντί προς τα δεξιά. Τα περισσότερα άτομα με δεξιοκαρδία παρουσιάζουν γενική κατοπτρικού τύπου αντιμετάθεση πολλών οργάνων . Η κατάσταση αυτή ονομάζεται αναστροφή των σπλάγχνων (situs inversus) (1/10000 γεννήσεις). Το σύνδρομο αυτό συχνά συμβαίνει στο σύνδρομο Kartagener’s (σύνδρομο ακινησίας των κροσσών), το οποίο οφείλεται σε υποτελή μετάλλαξη. Όπως και στα iv ποντίκια η δεξιά-αριστερή ασυμμετρία εγκαθίσταται τυχαία, δηλαδή το 50% των ποντικών αυτών με αυτό το σύνδρομο παρουσιάζει αναστροφή των σπλάγχνων.

83 Νεογνό με δεξιοκαρδία Τοποθέτηση της καρδιάς στη δεξιά πλευρά του θώρακα Η πτύχωση του καρδιακού σωλήνα με αντίθετη φορά από τη φυσιολογική (σχηματισμός της καρδιακής αγκύλης προς τα αριστερά αντί προς τα δεξιά)

84 Φυσιολογική πτύχωση της καρδιακής αγκύλης
Φυσιολογική πτύχωση της καρδιακής αγκύλης. Η κορυφή της καρδιάς μετατοπίζεται προς τα αριστερά και η βάση της προς τα δεξιά Δεξιοκαρδία

85 Πρόσθια όψη Φυσιολογική καρδιακή αγκύλη , πτύχωση προ τα δεξιά 50% των ποντικών ομόζυγων για μετάλλαξη στο iv γονίδιο, ανώμαλη πτύχωση της καρδιακής αγκύλης προς τα αριστερά

86 Σύνδρομο Kartagener’s
Το αρχικά προσδιορίστηκε το 1933 και παρουσίαζε μια τριάδα συμπτωμάτων, δεξιοκαρδία, περιοδική βρογχίτιδα και βρογχιεκτασία. Αργότερα βρέθηκε ότι στο σύνδρομο αυτό μπορεί να μην παρουσιάζεται δεξιοκαρδία, οπότε το σύνδρομο αυτό ονομάστηκε <<πρωτοπαθής δυσκινησία των κροσσών >> " (Primary Cilia Dyskinesis)’’ ή σύνδρομο ακινησίας των κροσσών (κροσσοί ακίνητοι ή δυσκίνητοι) Στα άτομα με το σύνδρομο Kartagener’s οι κροσσοί που επενδύουν την επιφάνεια των αναπνευστικών οργάνων, όπως οι πνεύμονες, είναι μη λειτουργικοί, και τα άτομα αυτά παρουσιάζουν χρόνιες αναπνευστικές λοιμώξεις. Επίσης τα άτομα αυτά εμφανίζουν ανδρική στειρότητα λόγω του ανώμαλου αξονήματος στα μαστίγια των σπερματοζωαρίων. Στις γυναίκες παρατηρείται αδυναμία μεταφοράς του ωαρίου διαμέσου της σάλπιγγας από την ωοθήκη στη μήτρα.

87

88 Πλήρης αποδιοργάνωση του δικτύου των (9+2) ΜΣ
Η ελλειπής ή η ανύπαρκτη κίνηση των κροσσών και μαστιγίων μπορεί να οφείλεται στα παρακάτω: Πλήρη απουσία του αξονήματος Μορφολογικές ανωμαλίες του αξονήματος (8+2), (9+3) ή (9+4) Έλλειψη κεντρικών ΜΣ Πρόσθετα ζεύγη ΜΣ Πλήρης αποδιοργάνωση του δικτύου των (9+2) ΜΣ Γενετική ανεπάρκεια του μορίου της κινητήριας πρωτεΐνης, της δυνεϊνης με αποτέλεσμα να απουσιάζουν οι βραχίονες της δυνεϊνης από το αξόνημα ή ύπαρξη τροποποιημένης δυνεϊνης. Η δυνεϊνη είναι ουσιώδης για την κίνηση των κροσσών. Μεταλλάξεις της TBCE (ειδική πρωτεΐνη συνοδός E της τουμπουλίνης ή σωληνίνης), που έχει ως συνέπεια να μη συγκροτούνται τα διμερή α/β τουμπουλίνης και οι μικροσωληνίσκοι, προκαλούν μια άλλη κατηγορία ασθενειών όπως το σύνδρομο HRD (υποπαραθυρεοειδισμός-καθυστέρηση-δυσμορφισμός) και το σύνδρομο ARKCS (Kenny-Caffey syndrome).

89 Σε ασθενείς με αυτοάνοσα ρευματικά νοσήματα, όπως προοδευτική συστηματική σκλήρυνση, ανιχνεύονται αυτοαντισώματα έναντι της μιτωτικής ατράκτου και των κεντριολίων, χωρίς να είναι γνωστό το υπεύθυνο αντιγόνο.

90 Τα μεταλλαγμένα ποντίκια iv/iv αποτελούν πειραματικό πρότυπο της αναστροφής των σπλάγχνων του ανθρώπου Ύπαρξη μεταλλαγμένων ομόζυγων ποντικών ως προς μια συγκεκριμένη μετάλλαξη (αυτοσωμική υπολειπόμενη) στο χρωμόσωμα 12 παρουσιάζουν αναστροφή των σπλάγχνων Στα ποντίκια αυτά περιλαμβάνονται τα inversus viscerum (iv). Επίσης ύπαρξη μετάλλαξης σε ποντίκια που ονομάζεται inversion of embryonic turning (inv), η οποία οφείλεται σε μεταλλαξιγένεση από ένθεση στο χρωμόσωμα 4. Τα προϊόντα των γονιδίων αυτών δεν παίζουν κάποιο ρόλο στην εγκαθίδρυση του αριστερού-δεξιού άξονα , αλλά στην πολικότητα αυτού. Στα ομόζυγα inv ποντίκια η πολικότητα του αριστερού-δεξιού άξονα πάντοτε αντιστρέφεται. Ο φαινότυπος αυτός ονομάζεται situs inversus. 

91 Ωστόσο μόνο οι μισοί ομοζυγωτικοί ως προς το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο iv ποντικοί εμφανίζουν αναστροφή των σπλάγχνων (situs inversus). Οι άλλοι μισοί εμφανίζουν φυσιολογική πλευρική ασυμμετρία, δηλαδή φυσιολογική θέση σπλάγχνων (situs solitus) . Επομένως, το προϊόν του γονιδίου αποτελεί το κύριο συστατικό του μηχανισμού που επηρεάζει την ανάπτυξη της αμφίπλευρης ασυμμετρίας προς την ορθή κατεύθυνση και καθορίζει τη σωστή θέση των σπλάγχνων. Εάν το προϊόν του iv απουσιάζει ή είναι ελαττωματικό, η φυσιολογική ή η ανάστροφη θέση των σπλάγχνων επιλέγεται τυχαία. Το iv γονίδιο κωδικοποιεί τη βαριά αλυσίδα της δυνεϊνης και εντοπίζεται στο χρωμόσωμα 12 στο ποντίκι (το left/right dynein γονίδιο, lrd) Το inv γονίδιο κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη ομόλογη της αγκυρίνης. Ωστόσο το προϊόν του inv δεν περιέχει την περιοχή πρόσδεσης της αγκυρίνης που αλληλεπιδρά με τη σπεκτρίνη, όπως αυτό συμβαίνει στα ερυθρά αιμοσφαίρια.

92 Πρόσφατες μοριακές γενετικές μελέτες σε πτηνά, αμφίβια, στο ψάρι-ζέμπρα (zebrafish) και ποντίκια υποδεικνύουν ότι ο χειρομορφισμός των οργάνων οφείλεται στη διαμεσολάβηση μιας ακολουθίας (cascade) ρυθμιστικών γονιδίων που λειτουργούν στη φάση της όψιμης γαστριδίωσης και στα πρώιμα στάδια ανάπτυξης των σωμιτών κατά την εμβρυογένεση. Οι iv και inv ανωμαλίες στα ποντίκια προκαλούνται από μια μετάλλαξη και μια έλλειψη των γονιδίων που κωδικοποιούν την left/right dynein και inv/inversin αντίστοιχα. Στον άνθρωπο (σε έμβρυο αρσενικό 9 μηνών) έχει εντοπιστεί μια αναστροφή στο χρωμόσωμα 11 [inv (11) (q13.5; q25)] που προκαλεί πολύπλοκες κυανωτικές καρδιακές ανωμαλίες, ανώμαλη λόβωση του πνεύμονα, συμμετρικό ήπαρ και σπλήνα με ανώμαλη λόβωση.

93 Γενετικό πρόγραμμα της πλευρικής ασυμμετρίας

94 Οι κροσσοί των κυττάρων στον αρχικό κόμβο δημιουργούν μια ροή ως προς τη συγκέντρωση της Shh (Sonic hedghog) και FGF-8 (fibroblast growth factor) προς την αριστερή πλευρά του εμβρύου, όπου αποτελούν το ερέθισμα για την έκφραση μιας γονιδιακής αλληλουχίας αρχίζοντας με την έκφραση της nodal πρωτεΐνης στο πλάγιο πέταλο του μεσοδέρματος προς την αριστερή πλευρά του αρχικού κόμβου και την έκφραση του lefty-1 στην αριστερή πλευρά της αρχικής ταινίας. Το lefty-1 εμποδίζει τη διάχυση των μορίων που επηρεάζουν την αμφίπλευρη ασυμμετρία προς τη δεξιά πλευρά του εμβρύου. Η έκφραση του μεταγραφικού παράγοντα Pitx-2 στην αριστερή πλευρά υπεύθυνη για τη ασύμμετρη ανάπτυξη , όπως η περιστροφή του γαστρεντερικού σωλήνα, η θέση του σπλήνα, η ασύμμετρη λόβωση των πνευμόνων Πρότυπο κομβικής ροής

95 Έκφραση της nodal πρωτεΐνης (ανήκει στην οικογένεια των TGF-β) και της πρωτεϊνης pitx-2, με μοτίβο δακτύλων ψευδαργύρου (zing finger protein), που εντοπίζεται σε καθοδική θέση ως προς την nodal, στο αριστερό πλάγιο πέταλο του μεσοδέρματος, κατά την πρώιμη ανάπτυξη των σωμιτών. Η nodal επάγει διαδοχικά έναν άλλο TGF-β παράγοντα, τον lefty-2, στο αριστερό πλάγιο πέταλο του μεσοδέρματος, ο οποίος λειτουργεί ως αναδραστικός ρυθμιστικός αναστολέας της nodal πρωτεϊνης. Εντόπιση και άλλων γονιδίων που ρυθμίζουν της αριστερή-δεξιά ασυμμετρία όπως: του lefty-1 (μέλος του TGF-β), που εκφράζεται στην αριστερή πλευρά της αρχικής ταινίας του εμβρύου και λειτουργεί ως φραγμός για τη διατήρηση της έκφρασης των nodal και lefty-2 στην αριστερή πλευρά της μέσης γραμμής του εμβρύου.   Η Sonic hedgehog (Shh) είναι απαραίτητη για την έκφραση του lefty-1 . Στα θηλαστικά δεν έχει ακόμη αποσαφηνισθεί ο μηχανισμός ρύθμισης της Shh. Στα πτηνά o υποδοχέας τύπου ακτιβίνης [activin type IIA receptor , (ActRIIA)] θεωρείται ότι αναστέλλει την έκφραση της Shh ση δεξιά πλευρά του αρχικού κόμβου του Hensen.

96 Η ασύμμετρη έκφραση των nodal και lefty εξαρτώνται από τη φυσιολογική λειτουργία του γονιδίου inversus viscerum (iv), που κωδικοποιεί την αξονηματική πρωτεΐνη δυνεϊνη [left-right dynein, (lrd)] και των γονιδίων της κινησίνης Kif3A ή Kif3B. Τα παραπάνω γονίδια απαραίτητα για το σχηματισμό των κροσσών των κυττάρων του αρχικού κόμβου, γιατί οι ποντικοί με έλλειψη σε κάθε ένα από αυτά τα γονίδια παρουσιάζουν ανωμαλίες ως προς τη δεξιά-αριστερή ασυμμετρία. Η στροβιλώδης κίνηση των κροσσών των κυττάρων του αρχικού κόμβου δημιουργεί την ασύμμετρη αμφίπλευρη κατανομή μορφογόνων στο υγρό που περιβάλλει το έμβρυο. Ειδική έκφραση στην αριστερή πλευρά του εμβρύου των γονιδίων nodal, lefty -1 και lefty -2 και Pitx2 . Στη δεξιά πλευρά εκφράζεται το ομοιωτικό γονίδιο Nkx3.2 Πολλά άλλα γονίδια συμμετέχουν στην εγκαθίδρυση της ορθής αμφίπλευρης ανάπτυξης στα θηλαστικά μεταξύ των οποίων και τα Smad5 inv, SIL Activin βB και brachyury

97 Κινησίνες και παθολογικές καταστάσεις
Αρκετές κινησίνες συμμετέχουν στη μετατόπιση κυστιδίων και οργανιδίων στους νευρώνες Σε μεταλλαγμένα στελέχη Drosophila με ελαττωματικές κινησίνες διαταράσσεται η λειτουργία των νευρώνων Στους ανθρώπους ανάλογες μεταλλάξεις σε γονίδια κινησίνης θα μπορούσαν να εξηγήσουν ορισμένες νευρολογικές παθήσεις και σύνδρομα με μεγάλη κλινική σημασία Οι κινησίνες συμμετέχουν στη μετακίνηση των χρωμοσωμάτων κατά τη μείωση/μίτωση. Διαταραχή στον παραπάνω μηχανισμό μπορεί να επιφέρει διάφορες παθολογικές καταστάσεις, όπως υπογονιμότητα, αυτόματες αποβολές και αριθμητικές ατυπίες των χρωμοσωμάτων, όπως ανευπλοειδία. Ακόμη θα μπορούσαν να προκληθούν μιτωτικές ατυπίες σε σωματικά κύτταρα οδηγώντας σε εμφάνιση νεοπλασιών

98 Μικροσωληνίσκοι (ΜΣ) Πρωτεϊνες tau ανήκουν στις microtubule-associated proteins (MAPs). Ρυθμίζουν διάφορες ιδιότητες των μικροσωληνίσκων στα νευρικά και πιθανόν στα νευρογλοιακά κύτταρα. Προωθούν την πυρήνωση και επιμήκυνση των ΜΣ , επάγουν τη συγκρότησή τους σε παράλληλα δεμάτια και σταθεροποιούν τους ΜΣ στους νευράξονες, αποτελώντας τη βάση του συστήματος της αξονικής μεταφοράς των νευρώνων. Στη νόσο του Αlzheimer αύξηση της εναπόθεσης μη φυσιολογικών μορφών των tau πρωτεϊνών. Ειδικότερα οι tau πρωτεΐνες στο σύνδρομο αυτό εμφανίζονται υπερβολικά φωσφορυλιωμένες και παρουσιάζουν επίσης ανώμαλη γλυκοζυλίωση. Η έντονη φωσφορυλίωση επάγει το σχηματισμό αθροισμάτων σε ελικοειδή ζεύγη (paired helical filaments, PHF). Tα μόρια αυτά αποτελούν το σκελετό για το σχηματισμό μεγαλύτερων ιζημάτων που ονομάζονται neurofilament tangles (NFT). Τα ΝFΤ δεν μπορούν να προσδεθούν στους μικροσωληνίσκους με αποτέλεσμα την αποσταθεροποίηση του κυτταροσκελετικού δικτύου, τη διατάραξη της αξονικής μεταφοράς και τον εκφυλισμό και θάνατο των νευρώνων.

99

100 Η ανώμαλη γλυκοζυλίωση των PHF στις ελεύθερες αμινομάδες προκαλεί το σχηματισμό "ενεργών" ενδιάμεσων μορίων οξυγόνου (Reactive Oxygen Intermediates, ROIs). Οι ουσίες αυτές προκαλούν οξειδωτικό σοκ και θάνατο των νευρώνων. Η ανώμαλη εναπόθεση της tau πρωτεΐνης που παρατηρείται στη νόσο του Alzheimer, παρουσιάζεται και σε άλλες νευροεκφυλιστικές ασθένειες του εγκεφάλου, όπως στη Lou Gehrig’s disease, στη Pick’s disease, στην ετερόπλευρη παράλυση (progressive supranuclear pulsy) και στο σύνδρομο Down.

101

102 Βιβλιογραφία 1.Ιστολογία του ανθρώπου:Alan Stevens-James Lowe, Μετάφραση-Επιμέλεια:Χρ. Κίττας, 2η έκδοση, 1997, Ιατρικές Εκδόσεις Πασχαλίδης. 2.Ανοσοϊστοχημεία:Λ.Νακοπούλου, 1999, Ιατρικές Εκδόσεις Πασχαλίδης. 3.Βασική Ιστολογία:C.Junqueira, J. Carneiro, R. Kelly, Μετάφραση-Επιμέλεια:Π. Οικονομόπουλος, 1991, Ιατρικές Εκδόσεις Πασχαλίδης 4.Molecular Cell Biology: J. Danell, H. Lodish, D.Baltimore Second Edition,. Scientific American Books,1990. 5.Immunohistochemistry on Paraffin Sections, Technical principles and Diagnostic applications in routine pathology:H. Starz,GIT VERLAG, GMDH Darmstadt, 1991. 6.Kunze and B. Rüstow: Pathological Aspects of Cytoskeleton Components, Eur. J. Clin. Chem. Clin. Biochem vol. 31, 1193, pp 7.P.A. Janmey and C. Chaponnier. Medical Aspects of the actin cytoskeleton. Current opinion in cell Biology, 1995, 7: 8.Mandelkow EM and Mandelkow E. Tau as a marker for Alzheimer’s disease, TIBS 18, Elsevier Science Publishers, 1993 9.S.Paul Oh, En Li: Gene-dosage-sensitive genetic interactions between onversus viscerum (iv), nodal, and activin type IIB receptor (ActRIIB) genes in asymmetrical patterning of the visceral organs along the left-right axis. Dev Dyn 224 (3) , 2002