Variabilita lidské krve Krev •Funkce: a)transport krevních plynů (O2 a CO2) b)udržení homeostázy c)přívod živin, vitamínů, minerálů, hormonů d)odvod zplodin metabolismu e)obranné mechanismy http://medicina.cz/uploads/images/460.jpg Složení krve Prvek Fyziologický význam sodík (natrium) osmotický tlak, stálost objemu, udržení pH, hlavní kationt ECT draslík (kalium) aktivace enzymů, dráždivost nervů a svalů, hlavní kationt ICT vápník (calcium) srážlivost krve, dráždivost, nervosvalový přenos, svalová kontrakce, činnost srdce, kostní tkáň, atd. hořčík (magnesium) aktivace enzymů, tlumivé účinky na nervový systém chloridy spolu s Na udržuje osmolalitu, stálý objem i pH, žaludeční šťáva bikarbonát (HCO3-) transport CO2, udržování pH fosfor (phosphorum) udržuje pH, kostní tkáň pH krve 7,4 Krevní buňky - erytrocyty •5 milionů na 1μl u dospělého jedince (u mužů více než u žen). •Životnost v krevním řečišti asi 120 dní •Erytropoéza •asi 7 dní, ovlivňována hormony: •erytropoetin, tyroxin, testosteron, estrogen, •somatotropní hormon •nutné železo, vitamín B12 a kyselina listová • • Bikonkávní tvar Pružná membrána Absence jádra Kmenová buňka → Proerytroblast → Basofilní erytroblast → Polychromatofilní erytroblast → Ortochromatický erytroblast → Retikulocyt → Erytrocyt proerytroblast je buňka kulovitého tvaru, 15-20 μm velká. Dělením vznikají erytroblasty. U basofilního erytroblastu začíná syntéza hemoglobinu. U polychromatofilního erytroblastu je již v buňce tolik hemoglobinu, že cytoplasma ztrácí basofilii. Ortochromatický erytroblast se už dále nedělí. Vyvržením jádra mimo buňku (enukleace) vzniká z erytroblastu retikulocyt. Retikulocyt je nezralá forma červených krvinek, která je už schopná plnit funkci erytrocytu. V oběhu je za normálních okolností určité množství retikulocytů, jejich podíl se může v případě nutnosti zvyšovat (např. krvácení). Za 3 dny retikulocyt uzraje ve zralou červenou krvinku. Ve vyvíjejícím se embryu, se krevní elementy vyvíjejí v krevních shlucích a ve žloutkovém váčku. Během probíhajícího vývoje, dochází k přesunu krvetvorby do sleziny, jater a lymfatických uzlin. Po vyvinutí kostní dřeně se sem přesune většina krvetvorby, ale poslední fáze vývoje jsou umístěny do sekundárních lymfatických orgánů, jako je brzlík, slezina či lymfatické uzliny. V raném dětství se většina krvetvorby odehrává v dlouhých kostech a během dospívání se přesouvá do plochých kostí a páteře.^[6] Hematopoetické kmenové buňky obývají kostní dřeň a mají unikátní schopnost dát vzniku všem krevním elementům. Jsou to buňky schopné sebe-obnovy. To znamená, že když při dělení zůstávají některé dceřiné buňky kmenové, zatímco jiné se dále diferencují. Díky tomu nedochází k vyčerpání zásob kmenových buněk během obnovy krevních elementů. Tomuto fenoménu se říká asymetrická dělení.^[3] Buňky, které dále diferencují, dávají vzniku specializovaným buněčným typům, které ztrácí schopnost sebe-obnovy. Důležité je zmínit, že zásoba hematopoetických kmenových buněk není homogenní populací. Můžeme je rozdělit na buňky, které jsou schopné se obnovovat dlouhodobě a buňky, které jsou schopné sebe-obnovy pouze krátkodobě. Obnova hematopoetických buněk je jedním z hlavních vitálních procesů v lidském těle.^[4] Všechny krevní buňky se dá rozdělit do hlavních tří linií: Erytroidní linie, která zprostředkovává transport kyslíku do tkání a patří sem Erytrocyty a Retikulocyty. Lymfoidní linii, která je zásadní pro tvorbu adaptivní imunitní odpovědi. Jejíž vývoj zahrnuje společného předka nazývaného společný lymfoidní progenitor. Patří se T-buňky, B-buňky a jejich blízcí příbuzní. Myeloidní linie, která umožňuje vrozenou imunitní odpověď a podílí se na odpovědi adaptivní. Jejíž vývoj zahrnuje společného předka nazývaného společný myeloidní progenitor. Patří sem Granulocyty a Makrofágy. Do žádné ze skupin jsem nezařadil Megakaryocyty, které se účastní srážení krve. Neboť jsou tyto buňky velmi často přesouvány mezi jednotlivými liniemi a doporučuji si vždy znovu najít současný pohled Extramedulární krvetvorba V některých případech je krvetvorba přesunuta do jater, brzlíku nebo sleziny. Děje se tak, pokud je z nějakých důvodů nemožné krvetvorbu realizovat v kostní dřeni. Důsledkem extramedulární krvetvorby dochází ke zvětšení těchto orgánů. Přirozenou formou extramedulární krvetvorby může být zvětšení jater během fetálního období, neboť ještě nedošlo k vývoji kostní dřeně.^[7] Během diferenciace procházejí buňky postupnými změnami, které reflektují změny v transkripci. Dochází ke změně exprese povrchových proteinů, které jsou využívány pro detekci jednotlivých stádií vývoje. Vývoj je řízen růstovými a transkripčními faktory. Jako tížený produkt vystupuje plně diferenciovaná specializovaná buňka. Determinace vývoje Existují dva odlišné pohledy na věc. Pro kmenové buňky a nediferenciované krevní buňky je determinace vývoje vysvětlována Deterministickou teorií, která říká, že kolonie stimulující a další faktory ovlivňující determinaci, jako je specifická nika okolního prostředí, určují typ (směr) diferenciace krevních buněk. Toto je klasický pohled, ale existuje i jiná alternativní teorie, které se říká Stochastická. Ta říká, že nediferencované kmenové buňky se diferencují zcela náhodně, ale v průběhu vývoje jsou ovlivňovány mikroprostředím, v kterém se vyvíjí a růstovými faktory, které dávají buňkám signály nutné k přežití nebo je odsuzují k apoptóze. Pomocí takových signálu organizmus reguluje vývoj buněk, které jsou v daný okamžik potřeba.^[9] Hematopoetické růstové faktory Vývoj červených a bílých krvinek je u zdravého člověka precizně regulován pomocí plejády růstových faktorů. Nejenom diferenciace, ale i schopnost sebe-obnovy kmenových Diagram including some of the important cytokines that determine which type of blood cell will be created.^[10] SCF= Stem Cell Factor Tpo= Thrombopoietin IL= Interleukin GM-CSF= Granulocyte Macrophage-colony stimulating factor Epo= Erythropoietin M-CSF= Macrophage-colony stimulating factor G-CSF= Granulocyte-colony stimulating factor SDF-1= Stromal cell-derived factor-1 FLT-3 ligand= FMS-like tyrosine kinase 3 ligand TNF-a = Tumour necrosis factor-alpha TGFβ = Transforming growth factor beta ^[11] buněk je regulovaná růstovými faktory. Jedním z klíčových hráčů pro sebe-obnovu a udržování zásob kmenových buněk je stem cell factor (SCL). Nepřítomnost tohoto faktoru je letální.^[12] Ale je zde veliká řada další glykoproteinových růstových faktorů, které ovlivňují proliferaci a maturaci, jako jsou například Interleuktiny IL-2,3,6,7. Tři další příklady, které stimulují produkci diferencovaných buněk, jsou faktory z rodiny colony-stimulating factors (CSF) a patří sem granulocyte-macrophage C SF (GM-CSF), granulocyte CSF (G-CSF) a macrophage CSF (M-CSF). Stimulují granulopoézu a působí nejen na progenitorové buňky, ale i na diferencované buňky.^[13] Erytropoetin směřuje vývoj směrem k erytrocytům a trombopoetin naopak směřuje vývoj k megakaryocytům, které následně uvolňují fragmenty cytoplazmy, nazývané krevní destičky. Další příklady působení jednotlivých růstových faktorů jsou ukázány na obrázku.^[14]^[15] Transkripční faktory Signalizace přes růstové faktory vede k aktivaci či de-represi transkripčních faktorů. Signál, který buňka obdrží, nemá digitální charakter. To znamená, že buňka je schopna rozlišit dobu, množství i frekvenci stimulů. Například dlouhodobá exprese transkripčního faktoru PU.1 vede k progresi směrem k myeloidní linii, zatímco přechodná exprese vede k vývoji nezralých eozinofilů.^[16] Prvním klíčovým hráčem v diferenciaci z kmenových buněk na multipotentní progenitory je transkripční faktor CCAAT-enhancer binding protein alfa (C/EBP alfa). Mutace v C/EBP alfa jsou asociované s akutní myeloidní leukémií.^[17] Poté je nutné rozdělit diferenciaci do dvou základních větví. První z nich je společná erytrocytům a megakaryocytům a druhá vede k lymfoidním a myeloidním prekurzorům. Zde se objevují další dva velmi důležité transkripční faktory PU.1 a GATA-1. PU.1 směřuje vývoj směrem k erytrocytům a megakaryocytům a GATA-1 směrem k lymfoidním a myeloidním prekurzorům.^[18] Samozřejmě bychom mohli pokračovat výčtem transkripční faktorů jako je Ikaros, Gfi1 nebo IRF8. Ale raději bych zmínil dva fenomény. Stejné transkripční faktory se objevují vícekrát během ve vývoji. Například C/EBP alfa ve vývoji neutrofilů nebo PU.1 ve vývoji monocytů a dendritických buněk. Druhý fenoménem je, že vývoj není jednosměrný. Jako příklad bych uvedl faktor PAX5. Je známo, že PAX5 hraje roli při vývoji B-buněk a že je asociovaný s lymfomy.^[19] Ale bylo veliké překvapení, že pokud je v myši vyřazen tento transkripční faktor dochází k dediferenciaci periferních B-buněk. Toto zjištění velmi změnilo pohled na úlohu transkripčních faktorů v diferenciaci. Dnes můžeme na transkripční faktory pohlížet nejenom jako na iniciátory diferenciace, ale spíše jako na důležité faktory, které udržují stav diferenciace daného buněčného typu.^[20] Mutace v transkripčních faktorech jsou úzce spjaty s rakovinami krve, jako je akutní myeloidní leukémie nebo akutní lymfoidní leukémie. Například Ikaros, je znám jako regulátor mnohých biologických událostí. Myš, která nemá Ikaros má zablokován vývoj T i B-buněk a NK buněk.^[21] Ikaros má 6 domén, které jsou nazývané zinkové prsty. Čtyři z nich jsou zodpovědné za vazbu na DNA a dvě za dimerizaci.^[22] Zajímavé je, že vazba na různá specifická místa na DNA je zprostředkovaná různými zinkovými prsty, což má za následek pleiotropní působení tohoto faktoru. A tak mutace v různých doménách mají odlišný efekt na onemocnění. Ikaros je asociován především s pacienty, které mají BCR-Abl translokaci. V medicíně je používán jako znamení špatné prognózy. Krevní buňky - leukocyty •Neutrofilní granulocyty •Eosinofilní granulocyty •Bazofilní granulocyty •Monocyty •Lymfocyty • http://biomach.wz.cz/img_ana_leukocyty.jpg Leukocyty neboli bílé krvinky jsou důležitou součástí imunitního systému. Vyskytují se v poměrně nižším počtu než krvinky červené, tj. 6 až 10 tisíc leukocytů na 1μl krve. Jsou to buňky jaderné. Podle obsahu granul v cytoplazmě rozdělujeme leukocyty na granulocyty a agranulocyty.^[4] Granulocyty Granulocyty jsou leukocyty, v jejichž cytoplazmě nacházíme specifická granula. Podle barvitelnosti těchto granul rozlišujeme neutrofilní, eosinofilní a bazofilní granulocyty. Neutrofilní granulocyty představují nejpočetnější druh všech leukocytů. V průměru měří 10–12μm. V jádře zralých neutrofilů najdeme 2–5 segmentů. Mladé formy, u kterých není jádro ještě zcela segmentované, nazýváme jako tyče. V oběhu se vyskytují 6–7 hodin, poté se přesunují do tkání, kde žijí 1–4 dny. Úkolem těchto granulocytů je pohlcování bakterií a jejich likvidace. Eozinofilní granulocyty tvoří 2–4 % leukocytů, jsou veliké 12–14 μm. Jádro má většinou pouze dva segmenty. Jsou schopné fagocytózy v menším rozsahu než neutrofily. Velmi aktivně fagocytují imunokomplexy. Bazofilní granulocyty zastávají pouze 1 % ze všech bílých krvinek. Průměrná velikost je 10 μm. Jádro mívá tvar písmene S. Specifická granula bazofilů obsahují histamin, heparin, chondroitinsulfát. Uvolněním heparinu a dalších látek zahajují alergickou reakci.^[4] Agranulocyty Agranulocyty jsou monoklonální leukocyty. Jejich plazma neobsahuje specifická granula. Někdy mívají lehce vpáčené jádro. Agranulocyty dělíme na lymfocyty a monocyty. Lymfocyty tvoří až 30% z celkového počtu leukocytů. Jsou důležitou součástí imunitního systému. Lymfocyty můžeme dále dělit podle funkcí na lymfocyty T a B. B-lymfocyty zajišťují tzv. buněčnou (protilátkovou) imunitu. T-lymfocyty mají na starost celkovou regulaci imunitní odpovědi, tj. aby reakce nebyla přehnaná a aby tak nedošlo k poškození vlastního organismu. B-lymfocyty mají jedinečnou schopnost tvořit protilátky proti konkrétním choroboplodným zárodkům. Oba typy buněk mají "paměť". V případě, že se v těle objeví např. stejný druh viru podruhé, lymfocyty si to pamatují a dokáží zasáhnout daleko rychleji. Monocyty jsou velké buňky. Představují 3–8 % leukocytů. Jádro bývá oválné a většinou obsahuje 1 až 2 jadérka. V krvi cirkulují 12 hodin i několik dní. Poté se přesouvají do tkání, kde se diferencují na makrofágy. Monocyty hlídají výskyt cizorodého materiálu. Umí vystavit bakteriální antigen a takto "oznámit" zbývající leukocytům přítomnost nepřítele. Krevní buňky - trombocyty •Krevní destičky •Bezjaderné a mají diskovitý tvar •1μl krve je 150–450 tisíc •Životnost max. 9–12 dní •Rezervoár ve slezině •Vznikají odštěpením cytoplazmy megakaryocytů v kostní dřeni •Hemokoagulace •Hemostáza • • https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTzk1ELHWh3W5NhVQhkFQ2aIE81nLz-pwEphIHk-NrHYMh 7gY44 Krevní bílkoviny Prealbumin vazba hormonů štítné žlázy a retinol vázajícího proteinu ↓ malnutrice Albumin nejvýznamnější transportní protein, udržení koloidně-osmotického tlaku, transport cholesterolu do jater ↓ katabolismus, ↓ hepatopatie, ↓ ztráty bílkovin α1-lipoprotein lipoprotein o vysoké hustotě (HDL), transport cholesterolu do jater α1-antitrypsin inhibitor lyzosomálních proteáz (hlavně elastázy z polymorfonukleárních leukocytů), vrozená deficience může být příčinou onemocnění plic (emfyzém) a jater (cirhóza ↑ akutní zánět α1-kyselý glykoprotein vazba lipofilních látek (např. progesteronu a některých léků), podílí se na regulaci imunitní odpovědi ↑ zánět α1-fetoprotein fyziologicky produkován fetálními játry a žloutkovým váčkem, hlavní protein fetálního séra ↑ hepatom, ↑ některé malignity GIT, ↑ těhotenství Haptoglobin[p 1] vychytává volný hemoglobin ↑ akutní zánět, ↓ hepatopatie α2-makroglobulin inhibitor proteáz (trombin, trypsin, chymotrypsin, pepsin), transport malých proteinů (cytokiny, růstové faktory) a dvojmocných iontů (např. Zn2+) ↑ akutní zánět Ceruloplasmin oxidoredukční aktivita (oxidace Fe2+ na Fe3+), vazba mědi (váže až 90 % Cu v séru) ↓ Wilsonova choroba Transferin transport a vychytávání volného železa ↑ nedostatek železa, ↓ malnutrice, ↓ hepatopatie, ↓ zánět Hemopexin vazba hemu β-lipoprotein lipoprotein o nízké hustotě (LDL), transport cholesterolu k buňkám, transport cholesterolu k buňkám C4 složka komplementu součást komplementu ↑ zánět, ↓ autoimunitní stavy C3 složka komplementu součást komplementu ↑ zánět, ↓ autoimunitní stavy β2-mikroglobulin součást leukocytárních antigenů ↑ hematologické nádory, ↓ porucha tubulární resorpce Fibrinogen součást koagulační kaskády, prekurzor fibrinu ↑ zánět C-reaktivní protein aktivace komplementu ↑ akutní zánět (bakteriální) IgG pozdní protilátky ↑ (chronický) zánět IgA[p 2] protilátky slizniční imunity ↑ záněty sliznic a jater IgM časné protilátky ↑ akutní zánět Funkce plazmatických bílkovin: •transport důležitých látek (např. hormony, vitaminy, lipidy, bilirubin, léky) •nutriční funkce •udržování acidobazické rovnováhy •hemokoagulace a fibrinolýza •obranné reakce organismu – humorální imunita: specifická imunita (imunoglobuliny), nespecifická imunita (složky komplementu, bílkoviny akutní fáze) • Hemoglobin • Červené krevní barvivo •Transport kyslíku z plic do tkání a transport CO2 a protonů z periferních tkání do dýchacích orgánů • Hemoglobin • 4 podjednotky: dvě alfa (α) a dvou ě (ß), každá podjednotka je tvořena bílkovinnou částí – globinem a prostetickou (nebílkovinnou) částí – hemem • •Hemoglobin dospělého typu (HbA): •Je syntetizován v dospělosti. Skládá se ze dvou podjednotek α a dvou β. Tvoří 97 % veškerého hemoglobinu v dospělém organismu. Je tvořen z větší části HbA0 (neglykovaný) a asi z 5 % HbA1 (glykovaný). •Hemoglobin dospělého typu (HbA2): •Také syntetizován v dospělosti. Místo ß podjednotek obsahuje dvě δ podjednotky. Podílí se 2,5 % na celkovém hemoglobinu. •Embryonální hemoglobin (Hb Gower 1, 2, Hb Portland) •Fetální hemoglobin (HbF): •Syntetizován ve větším množství u plodu (fétu) (u dospělých jen 0,5 %). Místo ß podjednotek má dvě γ podjednotky. Má vyšší afinitu ke kyslíku. • • Geny pro hemoglobin •Skupina (cluster) genů příbuzných α-genu: •16 chromosomu (16p13), lokus pro α-globin je tetraplikován a gen pro zeta globin duplikován •Skupina (cluster) genů příbuzných β –genu je lokalizována na 11 chromosomu (11p15.5) a je tvořena genem beta a delta, genem gama G a gama A a genem epsilon •Mechanismus přepínání transkripce genů globinu je následující: Transkripce genů hemoglobinu je aktivována v erytrocytech vazbou bílkoviny NF-E1 se specifickým DNA vážícím faktorem. DNA tak vytváří kličky, jelikož velikost rozhoduje o aktivaci lokusů pro tvorbu embryonálního, fetálního a dospělého hemoglobinu. DNA vážící faktory jsou tkáňově specifické a lokalizace krvetvorby tak ovlivňuje typ syntézy hemoglobinu. • Hemoglobinopatie •Způsobené mutací alfa (25%) nebo beta genu (75%) •Dědičné choroby způsobují: hemolytické anemie – srpkovitá anemie, nestabilní hemoglobiny snižující schopnost hemoglobinu přenášet kyslík – methemoglobinemie choroby s poruchou syntézy řetězce globinu – thalasemie •Vznik patologických forem hemoglobinu •Nejčastější: Hb Kansas Hb S Hb C Hb E Hb D-Punjab Hb G-Philadelphia Hb Hasharon Hb Lepore Hb M Hb F http://globin.cse.psu.edu/ Mutace alfa genu se projevují již před narozením. Hemoglobinopathie byly první dědičné choroby, u kterých se podařila DNA diagnostika. Popsáno okolo 250 různých strukturních mutací hemoglobinu – ⅔ z nich postihují β-řetězec, necelá ⅓ α-řetězec. Délka řetězce hemoglobinu může být zkrácena delecí nebo naopak prodloužena mutací stop kodonu Srpkovitá anemie •Autozomálně recesivně dědičná hemolytická anémie •90% pacientů zemře do 20. roku •V roce 2013 va následky srpkovité anemie zemřelo 176 000 pacientů •Příznaky: spojená s poruchami prospívání, zvětšení sleziny a „krizemi“ – ty jsou vyvolány ucpáním kapilár erytrocyty v končetinách, ve slezině a plicích. •Heterozygoti jsou klinicky zdraví (nebo mají velmi malé klinické projevy), při vyšetření jeví pouze část erytrocytů srpkovitost. •Mutace je způsobena záměnou AMK v polypeptidu v β-globinovém řetězci . Na šesté pozici je zařazen Valin místo kys. glutamové. Změněný hemoglobin označujeme jako HbS. Příčinou záměny je změna jednoho nukleotidu (A–T) v tripletu GAG, která způsobí změnu isoelektrického bodu hemoglobinu. Při snížení parciálního tlaku kyslíku (tedy při vzniku deoxyhemoglobin) se molekuly HbS agregují do tyčkovitých polymerů, zmenší plasticitu a zvýší fragilitu erytrocytů. Srpkovité erytrocyty hůře procházejí kapilárami, mohou je ucpat a vyvolat lokální hypoxii a infarkt. Při průchodu plícemi a oxygenaci se tvar opět upravuje, ale za nějaký čas se fixuje patologický srpkovitý tvar. • • • • • • https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTCYe6fqXBpvIblcztzS8rscbK0JHDdb3D_cZKmmF-RV4y Vv295 Srpkovitá anemie •Následky: stagnace krve – hypoxie, agregace krvinek v cévách – ischemie a infarkty, zvýšená destrukce krvinek ve slezině – anemie. •U nás je tato choroba vzácná, vysoká frekvence alely HbS je ale v mnoha oblastech světa – středomoří, Arábie, Indie; postihuje černošskou populaci v USA a některých oblastech Afriky (positivní selekce vůči heterozygotům, kteří jsou odolnější vůči malárii). •Hemoglobin C (HbC) – na 6. pozici v β-řetězci místo kyseliny glutamové zařazen Lysin. Mutace je podmíněna záměnou Guaninu za Adenin (GAG – AAG). HbC je méně rozpustný a krystalizuje v erytrocytech; příznaky hemolytické anemie jsou shodné se srpkovitou anemií. •Léčba: trasfúze, transplantace kostní dřeně, GENOVÁ TERAPIE! • • • • • • • Rozložení alely HbS ve světe worlds deadliest animals Evoluční výhoda HbS Výsledek obrázku pro plasmodium malariae Historie malárie a HbS Hemoglobin E •na 26. pozici v řetězci beta je kyselina glutamová nahrazena lysinem (GAG na AAG) •po srpkovitém hemoglobinu je druhým nejrozšířenějším typem abnormálního hemoglobinu na světě •relativně častý v oblastech JV Asie - Kambodža a Indie (frekvence dosahující až 50% u některých izolovaných skupin) •ojediněle byl zjištěn také v Turecku a Řecku, kde malárie endemicky vyskytuje od historických dob. V těchto zemích se však častěji vyskytuje talasémie. •migrací se dostal tento gen také z jihovýchodní Asie na Madagaskar na Filipíny •Klinické výzkumy ukázaly, že lidé s hemoglobinem HbE jsou odolnější proti malarické nákaze. Ochrana proti malárii u hemoglobinu E spočívá v zatím neidentifikované abnormalitě ve vlastnostech membrány červených krvinek, tyto vlastnosti činí červené krvinky s hemoglobinem E odolnější proti malárii. •Opět se ukazuje selektivní výhoda heterozygotů HbAE. Homozygoti HbEE nejsou postiženi tak silně jako např. homozygoti v srpkovitém genu nebo u talasémie. •To znamená, že tato adaptace populaci postihuje méně než třeba adaptace HbS a nebo talasémie. Hemoglobin C •HbC vzniká mutací v beta řetězci HbA1, kde kyselina glutamová na 6. pozici je nahrazena lysinem. Jedná se o jedno a totéž místo jako v případě HbS, ale místo valinu je zde již zmíněný lysin. •Lokalizován do západní Afriky, nejvyšší frekvence dosahuje v Burkině Faso a Mali (frekvence se zde pohybuje mezi 2-30%) •U nositelů hemoglobinu C se opět předpokládá větší rezistence k malarické nákaze •Homozygoti CC trpí hemolytickou anémií, která však není tak nebezpečná jako anémie srpkovitá •Heterozygoti AC jsou v podstatě bez zdravotních obtíží •Plasmodium není schopno se množit v buňkách u homozygotů CC •Heterozygotů AC je riziko onemocnění malárií o 29% nižší než u nositelů zdravého hemoglobinu, zatímco u homozygotů pro hemoglobin CC je riziko onemocnění nižší o 93% •Na rozdíl od předchozích variant abnormálního hemoglobinu se ukazuje, že přítomnost hemoglobinu HbC chrání lidi před infekcí malárií lépe v homozygotním stavu (HbCC) než v heterozygotním stavu. HbC a HbE Další hemoglobinopatie •Existují ještě další varianty hemoglobinu jako např. hemoglobin HbD, také zvaný hemoglobin Los Angeles nebo hemoglobin D-Punjab (mutace na 121. pozici - kyselina glutamová za glutamin), který dosahuje nejvyšších frekvencí v Indii v Pandžábu. •Objevuje se také v Anglii a v afrických a amerických populacích afrického původu a v karibské oblasti. Tato mutace nezpůsobuje žádné klinické potíže, na rozdíl od ostatních hemoglobinopatií. •HbD a další varianty jsou užívány ke studiu migrace populací v historii a změn v populační struktuře asijského obyvatelstva. •K tomu bylo např. využito 24 abnormálních variant hemoglobinu, které se vyskytují •podél Hedvábné stezky a zahrnují HbD, HbG-Taipei (na 22. pozici kyselina glutamová za glycin) a HbG-Coushatta (na 22. pozici kyselina glutamová za alanin). Tyto varianty měly vzniknout ve střední Asii, jsou rozšířeny mezi jednotlivými etnickými skupinami, které obývají oblast podél Hedvábné stezky v Číně. •Podobně varianty HbS a HbJ (59. pozice lysin za asparagin) a další varianty jsou afrického původu a rozšířily se do dalších oblastí prostřednictvím obchodních styků Talasémie •Porucha syntézy α-globinového řetězce (α-thalasemie) nebo β-globinového řetězce (β-thalasemie) • Druhý řetězec se syntetizuje v normálním množství a je v relativním nadbytku •α-thalasemie •Porucha tvorby α-globinového řetězce •Poškozena tvorba fetálního i dospělého hemoglobinu. •Hemoglobin ze čtyř řetězců gama nebo čtyř řetězců beta – tyto tetramery nejsou schopné přenášet kyslík! •Nejčastější příčinou jsou delece; přítomnost dvou identických genů α na 16. chromozomu zvyšuje pravděpodobnost inekvální synapse; následným crossing-overem vzniká triplikace genu α na jednom chromozomu a delece na druhém. V genotypu jsou dva geny (čtyři alely) pro α-globinový řetězec, stupeň závažnosti onemocnění odpovídá počtu postižených alel: •delece jedné alely je bez klinických příznaků, •delece dvou podmiňuje thalasemii minor (možná je trans forma A−/A−, nebo cis forma −−/AA) a mírnou anemii •delece 3 alel – těžká hemolytická anemie s tvorbou nestabilního hemoglobinu HbH (β4), který precipituje na membráně a cytoskeletu erythrocytů jako Heinzova tělíska, •delece čtyř alel letální již v průběhu intrauternního vývoje • • Talasémie •β-thalasemie •její homozygotní formu nazýváme „talasémie major“ neboli Cooleyho •anémie, heterozygotní formu nazýváme „talasémie minor“ •v obou případech se jedná o primární defekt ve schopnosti vytvářet normální adultní hemoglobin (HbA1) •homozygoti nedokáží vyprodukovat odpovídající množství normálního hemoglobinu A1 a jen zřídka se dožívají reproduktivního věku •heterozygoti sice adultní hemoglobin A1 vytváří, ovšem jeho celkové množství je sníženo určitým množstvím hemoglobinu A2 a hemoglobinu fetálního (HbF) •Až po 3. měsíci života, v době, kdy syntéza HbF (γ-řetězce) je vystřídána syntézou HbA (β-řetězce). •adbytek α-řetězců poškozuje erythroidní buňky a ty se rozpadají již v kostní dřeni (neefektivní erythropoesa) •Při úplném chybění β-řetězců se v krvi vyskytují HbF (α2γ2) a HbA2 (α2δ2). V erytrocytech je zvýšené množství HbF a HbA2, neboť produkce řetězců γ a δ není postižena. •β-řetězec může být syntezován nedostatečně (β+ thalasemie) nebo není vytvářen vůbec (β0 thalasemie). β-řetězec je kódován 5 geny na 11.chromozomu. •β-thalasemie může být způsobena všemi známými poruchami mechanismu proteosyntézy: mutací promotoru (mírná BT, Japonsko), delecí části β-globinového genu (těžká BT, Indiáni), fúzí řetězců (těžká BT Lepore, Itálie), mutací sestřihového místa mRNA a vznikem nového sestřihového místa (těžká BT, Afrika), mutací místa čepičky (lehká BT, Asie), poruchou polyadenylace konce mRNA (mírná BT, Afrika), vytvořením stop kodonu (těžká BT, středomoří) nebo posunem čtecího rámce (těžká BT, Indiáni) Anémie je mikrocytární, hypochromní, výrazná hepato- a splenomegalie, hyperplázie kostní dřeně. V léčbě jsou nutné opakované transfuse erymasy (nejen k doplnění hemoglobinu, ale i ke snížení stimulace erythropoesy), vzniká ale nadbytek železa – tvorba kyslíkatých radikálů poškozující různé orgány (játra – cirhóza, pankreas – DM, myokard – fibrotické změny). Krevní skupiny •Antigeny na membráně červených krvinek • Antigeny = glykolipidy, sacharidy, glykoproteiny nebo proteiny •Přes 30 různých systémů krevních skupin System name System symbol Epitope or carrier, notes Epitope or carrier, notes 1 ABO ABO Carbohydrate (N-Acetylgalactosamine, galactose). A, B and H antigens mainly elicit IgM antibody reactions, although anti-H is very rare, see the Hh antigen system (Bombay phenotype, ISBT #18). Carbohydrate (N-Acetylgalactosamine, galactose). A, B and H antigens mainly elicit IgM antibody reactions, although anti-H is very rare, see the Hh antigen system (Bombay phenotype, ISBT #18). 2 MNS MNS GPA / GPB (glycophorins A and B). Main antigens M, N, S, s. GPA / GPB (glycophorins A and B). Main antigens M, N, S, s. 3 P P Glycolipid. Three antigens: P1, P, and Pk Glycolipid. Three antigens: P1, P, and Pk 4 Rh RH Protein. C, c, D, E, e antigens (there is no "d" antigen; lowercase "d" indicates the absence of D). Protein. C, c, D, E, e antigens (there is no "d" antigen; lowercase "d" indicates the absence of D). 5 Lutheran LU Protein (member of the immunoglobulin superfamily). Set of 21 antigens. Protein (member of the immunoglobulin superfamily). Set of 21 antigens. 6 Kell KEL Glycoprotein. K1 can cause hemolytic disease of the newborn (anti-Kell), which can be severe. Glycoprotein. K1 can cause hemolytic disease of the newborn (anti-Kell), which can be severe. 7 Lewis LE Carbohydrate (fucose residue). Main antigens Lea and Leb — associated with tissue ABH antigen secretion. Carbohydrate (fucose residue). Main antigens Lea and Leb — associated with tissue ABH antigen secretion. 8 Duffy FY Protein (chemokine receptor). Main antigens Fya and Fyb. Individuals lacking Duffy antigens altogether are immune to malaria caused by Plasmodium vivax and Plasmodium knowlesi. Protein (chemokine receptor). Main antigens Fya and Fyb. Individuals lacking Duffy antigens altogether are immune to malaria caused by Plasmodium vivax and Plasmodium knowlesi. 9 Kidd JK Protein (urea transporter). Main antigens Jka and Jkb. Protein (urea transporter). Main antigens Jka and Jkb. 10 Diego DI Glycoprotein (band 3, AE 1, or anion exchange). Positive blood is found only among East Asians and Native Americans. Glycoprotein (band 3, AE 1, or anion exchange). Positive blood is found only among East Asians and Native Americans. 11 Yt YT Protein (AChE, acetylcholinesterase). Protein (AChE, acetylcholinesterase). 12 XG XG Glycoprotein. Glycoprotein. 13 Scianna SC Glycoprotein. Glycoprotein. 14 Dombrock DO Glycoprotein (fixed to cell membrane by GPI, or glycosyl-phosphatidyl-inositol). Glycoprotein (fixed to cell membrane by GPI, or glycosyl-phosphatidyl-inositol). 15 Colton CO Aquaporin 1. Main antigens Co(a) and Co(b). Aquaporin 1. Main antigens Co(a) and Co(b). 16 Landsteiner-Wiener LW Protein (member of the immunoglobulin superfamily). Protein (member of the immunoglobulin superfamily). 17 Chido CH C4A C4B (complement fractions). C4A C4B (complement fractions). 18 Hh H Carbohydrate (fucose residue). Carbohydrate (fucose residue). 19 XK XK Glycoprotein. Glycoprotein. 20 Gerbich GE GPC / GPD (Glycophorins C and D). GPC / GPD (Glycophorins C and D). 21 Cromer CROM Glycoprotein (DAF or CD55, regulates complement fractions C3 and C5, attached to the membrane by GPI). Glycoprotein (DAF or CD55, regulates complement fractions C3 and C5, attached to the membrane by GPI). 22 Knops KN Glycoprotein (CR1 or CD35, immune complex receptor). Glycoprotein (CR1 or CD35, immune complex receptor). 23 Indian IN Glycoprotein (CD44 adhesion function?). Glycoprotein (CD44 adhesion function?). 24 Ok OK Glycoprotein (CD147). Glycoprotein (CD147). 25 Raph RAPH Transmembrane glycoprotein. Transmembrane glycoprotein. 26 JMH JMH Protein (fixed to cell membrane by GPI). Also known as Semaphorin 7A or CD108. Protein (fixed to cell membrane by GPI). Also known as Semaphorin 7A or CD108. 27 Ii I Branched (I) / unbranched (i) polysaccharide. Branched (I) / unbranched (i) polysaccharide. 28 Globoside GLOB Glycolipid. Antigen P. Glycolipid. Antigen P. 29 GIL GIL Aquaporin 3. Aquaporin 3. 30 Rh-associated glycoprotein RHAg Rh-associated glycoprotein. Rh-associated glycoprotein. 31 Forssman FORS Globoside alpha-1,3-N-acetylgalactosaminyltransferase 1 (GBGT1) Globoside alpha-1,3-N-acetylgalactosaminyltransferase 1 (GBGT1) 32 Langereis[4] LAN ABCB6. Porphyrin transporter ABCB6. Porphyrin transporter 33 Junior[4] JR ABCG2. Multi-drug transporter protein ABCG2. Multi-drug transporter protein • Plasmatické bílkoviny •Všechny extracelulární proteiny obsažené ve vodné fázi krve •~ 289 proteinů, až 50 000 forem – obrovský zdroj variability •Výzkum evoluce, predikce, monitorování, diagnostika a léčba chorob •Výzkum od 19. století, ještě před „definicí“ bílkovin -Chemické metody -Studium enzymů -Výzkum monoklonárních protilátek -Separační metody -Genomika -Prediktivní proteomika - • Haptoglobiny – alfa 2 globuliny •Glykoprotein tvořený v játrech •Vazba na volný (extrabuněčný) hemoglobin •Tetramer, alfa a beta řetězce •U člověka 3 fenotypy • Polymorfismus haptoglobinů •Existují také rychlé formy Hp1F a pomalá forma Hp1S, jedná se o varianty alfa1 řetězce, které se liší v pořadí aminokyselin v řetězci. Vznikly záměnou lysinu (u rychlé formy) za kyselinu glutamovou (pomalá forma) na 54 pozici. •Alfa 2 řetězec byl objeven pouze u člověka (patrně vznikl kombinací dvou alel Hp1). Alfa dva řetězce jsou delší a tedy redukují ztráty hemoglobinohaptoglobinového komplexu větší míře. • Transferiny •Glykoproteiny, syntetizován v játrech •Přenáší železo z místa jeho vstřebání do místa jeho využití •Tři skupiny variant: TfC, TfB a TfD •Transferinanémie, haemosiderosa •TfC - 90% světové populace, rychlejší varianta TfB a pomalejší varianta TfD •Vzácné varianty a geografické varianty jako jsou (D-chi a D –Montreal) nebo vzácné typy jako TfC1, TfC2, TfD1, TfB2, TfBv, TfB0-1) Group - specific components (alfa globulin vážící vitamín D) •Existují tři fenotypy: Gc1-1,Gc2-2 a Gc2-1 (skládá se z obou prvních variant) •Hirschfeld předpokládal, že Gc polymorfismus je kódován dvěma alelami Gc1 a Gc2 v lokusu Gc. Potom Gc1-1 je homozygot v alele Gc1 a Gc2-2 je homozygot v alele Gc2 a Gc2-1 je heterozygot obou alel. •Ve stejném roce byl objeven jiný sérový protein nazvaný bílkovina vážící vitamín D nebo také vitamín D vážící alfa 2 globulin. Později se ukázalo, že obě bílkoviny jsou identické. •Kromě nejběžnějších tří alel (Gc2, Gc1F a Gc1S) bylo objeveno ještě dalších 120 variant alely Gc, některé z nich velmi vzácné: Gc X, Gc Y, GcZ, Gc Chippewa, Gc Aborigin, Gc Norway, Gc Bangkok, Gc Darmstadt •Tento systém je stálý, je závislý jen na albuminu. Fylogeneticky není starý, byl nalezen pouze u savců. Pseudocholinesteráza •Cholinesteráza přítomná v krevním séru se nazývá butyrylcholinesteráza (BCHE) a nebo pseudocholinesteráza (lokus E1 nebo CHE1). •Jsou známy čtyři typy alel: jedna tzv. „normální“ Eu 1 (CHE1*U), která se vyskytuje ve vysokých frekvencích ve většině světových populací •druhý typ Ea 1, která způsobuje sníženou aktivitu pseudocholinesterázy •třetí alelou je Ef 1 •čtvrtou alelou je Es 1 (tzv. tichý gen), který inaktivuje seudocholinesterázu •Přítomnost čtvrté alely Es 1 způsobuje alergii na suxamethonin. •- gen E2 (CHE2): produkuje navíc další komponentu enzymu tzv. C5. Ve •většině světových populací je gen E2 tichý. Jeho expresi pozorujeme jen u populací s evropskými kořeny. Apolipoproteiny, beta – lipoproteiny, beta2 – glykoproteiny •Existuje velké množství bílkovin v krevní plasmě, které jsou spojeny s metabolismem lipidů a jsou to složky (LDL) low density, (HDL) high density nebo very low density (VLDL) lipoproteidů. Mají velkou hodnotu pro antropologické studie, protože jsou velmi polymorfní a jsou spojeny s různými nemocemi (arterioskleróza, onemocnění srdečních tepen nebo Alzheimerovou chorobou). •Tyto genetické systémy zahrnují také: •apolipoprotein a nebo-li LPA (také zvaný β-lipoprotein, přesně systém Lp) •A-I (APOA1 gen) •A-II (APOA2) •A-IV (APOA4) •A-V (APOA5) •B (APOB, také zvaný β-lipoprotein – systém Ag) •C-I (APOC1) •C-III (APOC3) •C-IV (APOC4) •D (APOD) •E (APOE) •H (APOH nebo-li β-2 glykopoprotein I, přesně Bg systém) •β-lipoproteid, specifický Ld systém. •Všechny tyto systémy byly využity v antropologických studiích ke studiu variability populace, mezipopulačních vztahů a působení přírodního výběru. Jediný z nich, a to apolipoprotein E, nejlépe ilustruje, jakým způsobem lze tyto markery využít k antropologickému výzkumu variability člověka. To ovšem nesnižuje hodnotu ostatních systémů. Lipoprotein Apolipoprotein E (APOE) •Apolipoprotein E (apoE) udržuje hladinu tuků v krevní plasmě, řídí transport tuků ke tkáním a také absorpci cholesterolu tlustým střevem. •Gen APOE se nachází na chromozomu 19, kde tři alely (APOE-2, APOE-3, APOE- 4) kódují tři formy apolipoproteinu E (apoE2, apoE3, apoE4). •K nejrozšířenějším alelám bylo navíc objeveno asi 30 variant tohoto lipoproteinu. •Ancestrální populace, které obývají pás mezi 20 stupni jižní šířky a 40 stupni severní šířky, živící se lovem a sběrem nebo se jedná o kočovníky, mají vyšší frekvence starší alely E4 než podstatně mladší, zemědělské populace. Apolipoprotein E (APOE) •Apolipoprotein E se ukazuje jako úzce spojený s kardiovaskulárními onemocněními, onemocněními týkajícími se hladiny lipidů v krvi, Alzheimerovou chorobou a dalších neurologických potíží. Alela E2 by měla svým nositelům poskytovat ochranu proti Alzheimerově chorobě. •Homozygoti nebo heterozygoti v alele E4 mají větší riziko onemocnění touto chorobou a nebo demencí. •Nositelé alel E2 a E4 mají větší riziko onemocnění ischemickou chorobou •srdeční než nositelé alely E3. Ceruloplasmin •CP lokus – umístěn na chromozomu 3 •Byly objeveny tři varianty. •Ceruloplasmin je glykoprotein nebo tzv. plasma metaloprotein. Řídí v plasmě přenos mědi a ovlivňuje také hladiny transferinů. •Jedná se tedy o zásadní bílkovinu, která se podílí na homeostáze železa •v organismu a životnosti neuronů v CNS. Díky jeho funkci v organismu, někteří autoři předpokládali, že některé alely budou poskytovat svým nositelům selektivní výhodu v prostředí, kde je nedostatek mědi. •Ceruloplasmin je také důležitý pro normální vylučování železa buňkami. Lidé, kteří mají ceruloplasminu málo, akumulují železo ve svých tkáních. •Nejběžnější je alela CPB , v evropské populaci se vyskytuje v 99%. Americké a africké populace mají vyšší výskyt alely CPA asi 5%.