NTP 7.12. 2017
Komplexní nemoci, genetika,
epigenetika, zánět, obezita,
kachexie a tumor
13.12.2017
Beyond Gene Discovery in Inflammatory Bowel Disease: The Emerging Role of Epigenetics
Gastroenterology. 2013 August;145(2):293-308.
Role epigenetiky v patogenezi nemoci
13.12.2017
• Paradigma “jeden mikrob,
jedna nemoc „ překonáno.
• Komplexní interakce
• Virulence některých eukaryot je
například podmíněna
přítomností některých bakterií
(E. histolytica a E. coli nebo
S. dysenteriae.
• Vnímavost hostitele k virové
infekci je podmíněna zvláštní
konfigurací mikroorganismů
• Infekce herpesvirem může
podmiňovat resistenci vůči
některým bakteriálním infekcím.
• Antibiotika mohou signifikantně
změnit složení mikrobiotu.
• Jasná korelace zjištěna mezi
mnohými nemocemi a
dysbiózou.
• Široké užívání antibiotik může
být významné ve vztahu k
dramatickému nárůstu
autoimunnich nemocí v
posledních letech.
• Parazitární infekce naopak
podporují resistenci vůči rozvoji
autoimunitních nemocí.
Efekt interakce bakterií, virů a eukaryot
ve zdraví a nemoci
13.12.20173
Cell 2012; 148: 1258–1270
Rozvoj střevní mikroflóry
13.12.20174
Až do porodu je GIT plodu sterilní, po narození začíná kolonizace GIT novorozence. Podle typu porodu se tato iniciace
podobá kolonizaci kůže (cisařský řez) nebo kolonizaci vaginální (vaginální porod). Během prvních týdnů života je snížena
aktivita TLR, což zřejmě umožní stabilizaci střevní kolonizace. Po zavedení pevné výživy se zvyšuje diverzita střevní
mirkoflóry a střevní kolonizace se začíná podobat dospělému jedinci. V té době se imunitní systém „učí“ rozlišovat mezi
„hodnými“ a patogenními bakteriemi. V dospělém věku je dosaženo relativně stabilního (interindividuálně odlišného)
složení střevní mikroflóry, s dominantním zastoupením Bacteroidetes a Firmicutes. Různé nemoci se signifikantně liší
změnami ve střevní mikroflóře a produkci cytokinů v GIT.
Cell 2012; 148: 1258–12
Metodologie studia střevního mikrobiomu
13.12.20175
World J Gastroenterol. 2015 Jan 21;21(3):803-14.
Epigenetika
 = stabilní a heritabilní změny v genové
expresi, které nezahrnují změny v sekvenci
DNA
 Epigenetické procesy řídí genovou expresi
během buněčného cyklu, vývoje a v
odpovědi na modifikace prostředím nebo
biologickými faktory
13.12.2017
13.12.2017
Typy epigenetických procesů
1. Metylace DNA = kovalentní vazba
metylových skupin na CpG ostrůvky v DNA:
 Typicky jsou metylovány v netranskribujících
se genech
 Typicky jsou sníženě metylovány v genech,
které jsou transkribovány
 Změna metylačních programů jako výraz
dysregulace („rakovinný program“)
 5 typů metyltransferáz (DNMT1, DNMT3a,
DNMT3b, DNMT3L a DNMT2)
13.12.2017
13.12.2017
Typy epigenetických procesů
 2. Postranslační
modifikace histonů
 Nukleosom je základní
jednotka chromatinu
skládající se z 146 bp DNA
obtočené kolem
oktameru proteinů, který
se skládá ze dvou
podjednotek všech 4
histonů : H2A, H2B, H3 a
H4.
 2 typy modifikací:
acetylace a metylace
13.12.2017
Typy epigenetických procesů
 3. Mechanismy založené na RNA
 Zralé mikroRNA (miRNA) jsou malé
jednořetězcové molekuly RNA, typicky s 22
nukleotidy.
 Poprvé byly identifikovány u organismu
Caenorhabditis elegans v roce 1993, dosud
identifikovány u mnoha druhů živočichů i
rostlin.
 V lidském genomu bylo dosud
identifikováno více než 700 genů pro miRNA
(http://microrna.sanger.ac.uk/).
 Asi 30% lidských genů je patrně regulováno
miRNA.
13.12.2017
Acetylace histonů je katalyzována histon acetyltransferázami
(HATs) a deacetylace histonů histon deacetylázami (HDs nebo
HDACs).
13.12.2017
Role DNA metylace a
histonové modifikace v
regulaci genů.
A. Metylace cytosinu v CpG
párech povolává proteiny
obsahující methyl-CpG-binding
domain (MBD), jako jsou MeCP2.
Pokud se MBD naváže, vytváří
komplex s histon deacetylázami
(HDAC) nebo přímo blokuje
vazbu transkripčních faktorů
B. MBD se nemohou vázat na
hypometylovanou DNA.
C. Acetylace pozitivně nabitých
lysinových amino skupin v
histonech histonovými
acetyltransferázami (HAT)
neutralizuje náboj a uvolňuje
vazbu negativně nabitých fosfátů
v DNA. Takto“relaxovaná“ DNA
podporuje vazbu a aktivní
transkripci.
13.12.2017
The pathways affected by HDAC activity.
Stimson L et al. Ann Oncol 2009;20:1293-1302
© The Author 2009. Published by Oxford University Press on behalf of the European Society for
Medical Oncology. All rights reserved. For permissions, please email:
journals.permissions@oxfordjournals.org
13.12.2017
„Dostupnost“ chromatinu
 DNA je normálně svinuta do B-DNA= jeden pravotočivý
závit na 10,5 bp. Toto svinutí ovlivňují topoizomerázy,
vazba proteinů, transkripce, replikace, změny v
iontovém složení.
 Zvýšené zavinutí („positive supercoiling stress“)
 Snížené zavinutí („negative supercoiling stress“)
 Euchromatin – relaxovaný, transkripčně aktivovatelný
 Heterochromatin –kondenzovaný, relativně nedostupný
13.12.2017
Epigenetická kontrola genové
exprese u malignit
 Je ovlivněna metylací/ demetylací cytosinu a
modifikacemi histonů (metylace, acetylace a
glykosylace). Tento epigenetický program je
narušen u rakovinných buněk, což vede k jejich
dediferenciaci a rychle proliferujícímu fenotypu.
Enzymy odpovědné za modifikace cytosinu a
histonů jsou citlivé na buněčnou metabolickou
rezervu a mohou být aktivovány nárůstem svých
substrátů nebo inhibovány nárůstem produktů
těchto substrátů nebo kompetitorů s vazbou na
substrát.
13.12.201717
Epigenetická kontrola genové exprese u malignit
U malignit vedou změny v produkci glykolytických enzymů (HIF)
ke zvýšené produkci serinu, (což zvyšuje rezervu Sadenosylmetioninu-největšího
donora metylových skupin pro
metylační reakce- a UDP-N-acetylglukosaminu -substrátu
metylových skupin pro O-linked glykozylaci histonů a
cytosinových metyltransferáz).
Mutace v enzymech citrátového cyklu vede k akumulaci
fumarátu, sukcinátu a hydroxyglutarátu, které všechny inhibují
demetylaci cytosinu a histonů.
Metabolismus prolinu naproti tomu produkuje alfa-ketoglutarát a
reaktivní kyslík, které oba podporují aktivitu enzymů, které
odstraňují metylové skupiny z histonů a cytozinu a klíčový enzym
katabolismu prolinu funguje jako tumorový supresor.
13.12.201718
Vztahy stavu metylace CpG (1 108 GpC míst) v bioptických vzorcích
postižené psoriatické kůže, nepostižené kůže psoriatika a kůže zdravého
jedince.
Journal of Investigative Dermatology (2012) 132, 583-592)
13.12.201719
Zánět
13.12.2017
 Historicky je zánět popisován pomocí základních
příznaků (rubor , calor , tumor, dolor, functio laesa), které
mají prediktabilní časově prostorové rysy.
 Současný pohled: interpretace společného
molekulárního „sdělení“ Buňky vrozené imunity užívají
mnohočetné senzory k tomu, aby rozpoznaly externí i
interní výzvy k obnovení homeostázy a aby na ně
odpovídaly.
 Lokální a systémový akutní zánět (např. absces, sepse),
stejně jako zánět chronický (např. metabolický syndrom,
obezita, ateroskleróza, autoimmunity a stárnutí) jsou
vnitřně konzistentní procesy
 Koordinaci prediktabilních rysů zánětu zajišťuje
epigenetika včetně miRNA a bioenergetika během
vrozené imunitní odpovědi monocytů, makrofágů a
neutrofilů.
Akutní systémový zánět (ASZ)
 ASZ infekční nebo neinfekční etiologie má
stereotypní rysy:
 Iniciační (=prozánětlivá) fáze
 Adaptační (protizánětlivá) fáze (= tolerance
endotoxinu)
 Obnovná fáze (=obnovení homeostázy)
 Tyto fázové posuny jsou doprovázeny
hlubokými a prediktabilními změnami v
genetické expresi a metabolismu.
13.12.2017
Posun z prozánětlivého do
protizánětlivého stavu, kdy jsou
tolerovány endotoxiny, koreluje
s „reprogramováním“ genetické
exprese, tj. procesem, kdy
exprese některých genů je
zvýšena a jiných utlumena.
Toto paradigma fázového
posunu a reprogramování
během akutního zánětu vidíme
na obrázku A.
Obrázek B naproti tomu ukazuje
setrvalý , prozánětlivý průběh u
chronického zánětu se zjevnou
nepřítomností adaptační a
obnovné („restoration“) fáze se
ne tak častým ukončením
(„resolution“) zánětu
13.12.2017
Akutní systémový zánět
 „Hyperzánět- hypozánět –
homeostáza“
 Průběh lehký (=rychlý)
 těžký se závažnou hyperaktivací
zánětu, dlouhou fází hypoaktivace
zánětu s opožděným ukončením
zánětu.
 Hyperzánět s multiorgánovým
selháním, následovaný prodlouženým
hypozánětem, je typický pro sepsi,
nejčastější formu závažného akutního
systémového zánětu. Riziko rozvoje
vysoce letálního multiorgánového
selhání je přímo úměrné síle pohrůžky,
že detekující a signalizační procesy
spustí prozánětlivou „cytokinovou
bouři“.
13.12.2017
Vztahy mezi akutní renální nedostatečností (AKI) a progresivním selháním ledvin
Nephrol Dial Transplant. 2013 Aug;28(8):1985-93. 13.12.2017
Akutní systémový zánět -
průběh
• Iniciační fáze: detekce a signalizace - receptory
Toll-like, regulátory NF-κB a stresové kinázy iniciaci
transkripce mnoha prozánětlivých genů
(např. TNF-α a IL-β).
• Adaptační fáze-po několika hodinách dochází k
přerušení transaktivace p65 přes NF-κB
prostřednictvím posttranslační deaktivace p65,
degradace p65 závislé na proteosomu a
zvýšené degradace miRNA. Pokud adaptační
fáze přetrvává (dny-týdny), je naděje na
vyléčení zhoršená.
• Obnovovací fáze - obnovení homeostázy.
13.12.2017
Akutní systémový zánět (ASZ)
 Časové fáze ASZ jsou řízeny integrovaným
bioenergetickým a epigenetickým mostem, což
vede k načasování transkripčních a
postranskripčních procesů specifických sad genů.
 Realizace „bioenergetické“ účasti: redox sensor
NAD+-dependentní deacetyláza, Sirt1, a p65 (NFκB-dependentní)
a RelB pozitivně zpětnovazebná,
geneticky specifická cesta: vzniká tichý dočasný
heterochromatin a aktivní euchromatin.
 Realizace epigenetické účasti: různá exprese
miRNA, které přímo a nepřímo znemožňují translaci
prozánětlivých genů.
 Tyto cykly molekulárního reprogramování tvoří
dynamický stav chromatinu, který časově definuje
průběh akutního zánětu (=RW genome)
13.12.2017
Epigenetická remodelace chromatinu a reprogramování genů během
akutního systémového zánětu.
13.12.2017
Integrace bioenergetiky a epigenetiky během akutního
systémového zánětu.
13.12.2017
Chronický zánět se
potenciálně účastní
všech fází
tumorigeneze
13.12.2017
• Chronický zánět
zvyšuje riziko
tumorigeneze
• I subklinický chronický
zánět zvyšuje toto
riziko (obezita)
• V tumorech je
přítomno mnoho
buněk imunitního
systému, jejichž role
může být v různých
krocích tumorigeneze
různá
• Zánět může ovlivnit
všechny kroky v
tumorigenezi
Zánět asociovaný s malignitou
 Dvě kategorie:
 1. Prekancerózní zánětlivá ložiska
 2. Zánět je přítomen ve všech rakovinných
tkáních včetně těch, u kterých prekancerózní
zánětlivá ložiska nebyla. Vztah malignita- zánět
má dvě cesty
 Extrinsický mechanismus, kde chronický zánětlivý
stav zvyšuje riziko malignity (např. střevní záněty);
 Intrinsický mechanismus, kde získané genetické
alterace (aktivace protoonkogenů na
ankogeny) podporují rozvoj tumoru.
13.12.2017
Zánět asociovaný s malignitou
 Prekancerózní zánět může zvýšit genetické a
epigenetické poškození
 Aberantní onkogenní signalizace může
indukovat zánět
 Zánětlivá odpověď v tumoru může zvýšit
možnosti remodelace tumorózní tkáně a jeho
metastazování.
13.12.2017
Zánět vnějšího
původu je
odpovědný za
zvýšené riziko
tumoru cestou
indukce
genetických a
epigenetických
aberací v
postižených
buňkách.
13.12.2017
Cesta onkogenní
signalizace RET je
dobře
charakterizovaným
případem zánětu
vnitřního původu
zánětu v tumoru.
Aberantní aktivace
jistých signálních cest
proonkogenů může
vyvolat zánětlivé
odpovědi, které jsou
potřebné pro přežití a
progresi buněk tumoru.
Mechanismus působení
tyrozin kinázového
onkogenu RET na vývoj
zánětu v rakovinné
tkáni štítné žlázy. 13.12.2017
Somatické nebo získané mutace
 Jsou nedědičné, vznikají chybami během replikace nebo
expozicí UV záření nebo potenciálně kancerogenním
chemikáliím, jedná se o somatické mutace, které vedou k
maligní transformaci buňky.
 Změny počtu kopií (copy number alterations (CNAs))
vznikají v důsledku chromosomálních změn, gain of copies,
loss of coppies. Prevalentní u mnohých malignit .
 Genové mutace určitých genů jsou společné pro mnohé
typy malignit (např. mutace p53 - small-cell lung cancer
(SCLC), melanoma, breast cancer).
 Mutace v RB1 – (retinoblastoma gene) - glioblastoma a
SCLC.
 Mutace v genech rodin RAS a RAF také časté.
 Geny postižené somatickými mutacemi se stávají cílem
terapie: např. vemurafenib inhibující BRAF úspěšný v
léčběn melanomu. Inhibitory tyrosin kinázy pro EGFR
používány již řadu let.
13.12.2017
Copy number alterations define
"complex" or "clean" tumors in diffuse
large-cell B-cell lymphoma.
The value of copy number changes as
prognostic markers and guides for
therapeutic intervention was recently
demonstrated in a study of DLBCL
tumors, which identified numerous copy
number changes in regions associated
with immune recognition of tumors, p53
signaling, other apoptotic pathways,
and cell cycle.
Strikingly, tumors with "complex" CNA
profiles that included varying
combinations of p53- and cell cycleaffecting
changes were associated with
decreased survival over 5 years in
patients treated with R-CHOP therapy,
whereas patients with "clean" profiles,
which lacked these alterations, showed
100% survival when treated with RCHOP.
Targeting cell cycle components
using pan-CDK inhibitor treatment led to
reduced tumor growth, suggesting that
characterization of copy number
changes may not only have prognostic
value in DCBCL, but may also be able
to direct more effective, targeted
therapy.
13.12.2017
13.12.2017
Epigenetické
odpovědi, které
ovlivňují zánět tukové
tkáně u obezity.
Faktory prostředí,
životního stylu a
genetický „make -up“
mají za následek
‘personalizované’
epigenomické
odpovědi a alterace v
metabolických cestách.
Ty zřejmě ovlivňují
zánět tukové tkáně
během progrese
obezity.
Toubal A1, Treuter E, Clément K, Venteclef N.
Genomic and epigenomic regulation of adipose tissue inflammation
in obesity. Trends Endocrinol Metab. 2013 Dec;24(12):625-34.
13.12.2017
Prozánětlivá signalizace v tukové tkáni
Toubal A1, Treuter E, Clément K, Venteclef N.
Genomic and epigenomic regulation of adipose tissue inflammation in
obesity. Trends Endocrinol Metab. 2013 Dec;24(12):625-34.
Prozánětlivá signalizace
v tukové tkáni
 Signalizace z tukové tkáně (lipidy, cytokiny a LPS) aktivují buňky imunitního
systému a adipocyty prostřednictvím TNFR a TLR, což vede k posttranslační
modifikaci NF-κB a JNK. Aktivace NF-κB je indukována aktivací komplexů
IKK a degradací IκB, což umožní translokaci NF-κB do jádra a jeho vazbu
na promotory prozánětlivých genů. Aktivace těchto receptorů vede také
k podpoře fosforylace (posttranslační úprava) (P) JNK kaskádou MAP
kinázy. Fosforylovaná JNK aktivuje prozánětlivé transkripční faktory jako cJun
a c-Fos (AP-1).
 Zkratky: IFN, interferon; IκB, inhibitor of NF-κB; IKK, IκB kinase; IRF, interferon
regulatory factor; IRS, insulin receptor substrate; JAK, Janus kinase; JNK,
Jun N-terminal kinase; LPS, lipopolysaccharide; MAP, mitogen-activated
protein; MYD88, myeloid differentiation primary response gene 88; NF-κB;
nuclear factor κ light-chain-enhancer of activated B cells; STAT, signal
transducer and activator of transcription; TBK1, TANK-binding kinase; TLR,
Toll-like receptor; TNF, tumor necrosis factor; TNFR, TNF receptor; TRAF6; TNF
receptor-associated factor 6.
13.12.2017
Toubal A1, Treuter E, Clément K, Venteclef N.
Genomic and epigenomic regulation of adipose tissue inflammation
in obesity. Trends Endocrinol Metab. 2013 Dec;24(12):625-34.
Prozánětlivá signalizace
v tukové tkáni
 Aktivace TLR signály z tukové tkáně indukuje také fosforylaci IRF pomocí
TRAF6/TBK1 kaskády. Fosforylované IRF mohou dimerizovat s proteiny STAT
(aktivovanými kaskádou JAK/STAT) a vytvářejí tak regulační komplex,
který je přiveden k IFN-stimulovaným promotorům a aktivuje jejich expresi
(2). Tyto prozánětlivé signály mohou indukovat insulinovou rezistenci v
adipocytech zejména podporou fosforylace serinových reziduí IRS
cestou JNK (3).
 Zkratky: IFN, interferon; IκB, inhibitor of NF-κB; IKK, IκB kinase; IRF, interferon
regulatory factor; IRS, insulin receptor substrate; JAK, Janus kinase; JNK,
Jun N-terminal kinase; LPS, lipopolysaccharide; MAP, mitogen-activated
protein; MYD88, myeloid differentiation primary response gene 88; NF-κB;
nuclear factor κ light-chain-enhancer of activated B cells; STAT, signal
transducer and activator of transcription; TBK1, TANK-binding kinase; TLR,
Toll-like receptor; TNF, tumor necrosis factor; TNFR, TNF receptor; TRAF6; TNF
receptor-associated factor 6.
13.12.2017
Toubal A1, Treuter E, Clément K, Venteclef N.
Genomic and epigenomic regulation of adipose tissue inflammation
in obesity. Trends Endocrinol Metab. 2013 Dec;24(12):625-34.
13.12.2017
Epigenomická regulace zánětu v tukové tkáni
Toubal A1, Treuter E, Clément K, Venteclef N.
Genomic and epigenomic regulation of adipose tissue inflammation in obesity. Trends Endocrinol
Metab. 2013 Dec;24(12):625-34.
Epigenomická regulace
zánětu v tukové tkáni
 (A) V tukové tkáni štíhlého člověka je exprese prozánětlivých genů reprimována
korepresorovým komplexem SMRT/GPS2, který suprimuje aktivaci prozánětlivých
transkripčních faktorů (NF-κB, AP-1, C/EBP) (1). Demetylace histonu H3K4 indukuje
tvorbu heterochromatinu, což zastavuje transkripční mašinérii (RNA polymerázu II)
(2). Transkripční faktor KLF4 je povolán do promotorů protizánětlivých genů, což
vede k jejich expresi (3).
 (B) Nárůst váhy vede k metabolickým alteracím , které způsobí prozánětlivé stimuly.
Aktivace TLR4, TNF-R a IFN-R jejich ligandami (1) indukuje prozánětlivé kaskády (2),
což vede k uvolnění SMRT/GPS2 korepresorového komplexu z promotorů
prozánětlivých genů (3). Metylace H3K4 indukuje dekondenzaci chromatinu, což
obnoví transkripční mašinérii (RNA polymerázu II) (4).
 Zkratky: CBP/P300, CREB-binding protein (p300); C/EBP, CCAAT-enhancer-binding
protein; FFA, free fatty acids, GPS2, G protein pathway suppressor 2; H3K4, histone 3
lysine 4; IFN-R, interferon receptor; KLF4, Krüppel-like factor 4; PPARγ, peroxisome
proliferator-activated receptor γ; SMRT, silencing mediator for retinoid and thyroid
hormone receptor; SWI-SNF, switching-defective sucrose non-fermenting; TWIST1, Ebox
transcription factor Twist-related protein 1; TZD, thiadolizinedione.
13.12.2017
Toubal A1, Treuter E, Clément K, Venteclef N.
Genomic and epigenomic regulation of adipose tissue
inflammation in obesity. Trends Endocrinol Metab. 2013
Dec;24(12):625-34.
Epigenomická regulace
zánětu v tukové tkáni
 (C) Uvolnění korepresorového komplexu SMRT/GPS2 a metylace H3K4 umožňuje
povolání kofaktorového komplexu CBP/P300–SWI-SNF, který dále remodeluje a
modifikuje chromatin (např. acetylací) a tak spolupracuje s transkripční mašinérií při
indukci genové transkripce.
 (D) Ztráta váhy nebo léčba TZD indukuje signifikantní snížení zánětu tukové tkáně.
Indukuje také aktivaci PPARγ/TWIST1, což vede k obnovení exprese a aktivity
SMRT/GPS2 v komplexu (1). TZD léčba stabilizuje interakci PPARγ–GPS2, což
zabraňuje uvolnění korepresorového komplexu nebo uplatnění koaktivátorů.
Konečně demetylace H3K4 (3) a povolání protizánětlivých transkripčních faktorů
jako KLF4 (4) uzavírá návrat tukové tkáně do nezánětlivého nebo lehce zánětlivého
stavu.
 Zkratky: CBP/P300, CREB-binding protein (p300); C/EBP, CCAAT-enhancer-binding
protein; FFA, free fatty acids, GPS2, G protein pathway suppressor 2; H3K4, histone 3
lysine 4; IFN-R, interferon receptor; KLF4, Krüppel-like factor 4; PPARγ, peroxisome
proliferator-activated receptor γ; SMRT, silencing mediator for retinoid and thyroid
hormone receptor; SWI-SNF, switching-defective sucrose non-fermenting; TWIST1, Ebox
transcription factor Twist-related protein 1; TZD, thiadolizinedione.
13.12.2017
Toubal A1, Treuter E, Clément K, Venteclef N.
Genomic and epigenomic regulation of adipose tissue
inflammation in obesity. Trends Endocrinol Metab. 2013
Dec;24(12):625-34.
Epikardiální tuková tkáň
Epikardiální část – mezi vnitřním povrchem
visverálníhio listu pleury a vlastním
povrchem myokardu (bez fascie-sdílená
mikrocirkuklace) -původsplanchnopleurický
mezoderm – zásoben
difúzí z koronárních arterií. Podobný
hnědému tuku (vysoká exprese UCP-1 aj.)
Výskyt: volná plocha PK, část LK, síní a okolo
cév
Epikardiální tuková tkáň
Epikardiální část
Funkce
Tukový depot pro zátěžové situace
Pufrační systém pro liperlipidemické
situace, které kardiomyocyty špatně tolerují
Udržování tepla v myokardu při změnách
teploty tělového jádra (vlastnosti hnědého
tuku)
Polštář pro cévy při rázech pulsové vlny
Remodelace cév (pozitivní)
Epikardiální tuková tkáň
 Perikardiální složka (parakardiální) – tuk mezi
vnějším povrchem parientální listu pleury a
stěnou hrudníku – původ- primitivní hrudní
mezenchym–zásobení z a. mammaria int.
Zánět
je soubor reakcí , které se objevují po
tkáňovém poškození nebo infekci nebo
imunologické stimulaci jako obrana proti
cizím, nebo alterovaným vlastním substancím.
Zánětlivé reakce zahrnují četné biochemické
a celulární alterace, jejichž rozsah koreluje s
rozsahem iniciálního traumatu. Nevhodná
aktivace zánětlivých odpovědí jako bazální
příčina nemocí.
Celkové a místní klinické příznaky zánětu
Celkové
horečka
tachykardie
hyperventilace
únava
ztráta chuti
k jídlu
Místní
calor
rubor
dolor
tumor
functio laesa
Změny při zánětu Zvýšení Pokles
Buněčné Fagocytující buňky
(v krvi i místně)
erytrocyty
Metabolické Proteiny akutní fáze
serová Cu
katabolismus bílkovin
glukoneogeneze
sérové Fe
sérový Zn
syntéza albuminu
transtyretin
transferin
Endokrinní glukagon
insulin
ACTH
GH
T4
kortisol
aldosteron
vasopressin
T3
TSH
Reakce akutní fáze
Je systémová reakce na lokální nebo
systémový imunologický stres způsobený
infekcí, tkáňovým poškozením, traumatem
nebo neoplastickým růstem.
V místě léze uvolňují lokální prozánětlivé buňkyneutrofily
a makrofágy- prozánětlivé cytokiny
(TNF-α/β, IL-1α/β, IL-6, INF-α/γ a IL-8) do krve.
Tyto cytokiny aktivují různé cílové buňky, což
vede k aktivaci hypotalamu, redukci sekrece
růstového hormonu a dalším dějům
charakterizovaným jako horečka, anorexie a
katabolismus svalových buněk.
Při dostatečně vysoké hladině prozánětlivých
cytokinů (zejména IL-6) v periferní krvi játra
odpovídají změnou exprese proteinů akutní
fáze.
Systémové manifestace zánětu
1. Horečka
2. Reakce akutní fáze
Reakce akutní fáze
Metabolické změny: pokles LDL a
HDL v krvi, nárůst ACTH a
glukokortikoidů,aktivace
komplementu, pokles hladin Ca++,
Zn, Fe, vitaminů rozpustných v tucích
a změny v koncentracích proteinů
akutní fáze.
Smysl reakce: zábrana mikrobiálního
růstu a pomoc při obnově
homeostázy (limitace poškození
navozených vlastním zánětlivým
procesem).
Proteiny akutní fáze
Je třída proteinů, jejichž
plasmatická koncentrace stoupá
(pozitivní proteiny akutní fáze)
nebo klesá (negativní proteiny
akutní fáze) v odpovědi na
tkáňové poškození.
Tato reakce se nazývá reakce
akutní fáze (AFR).
Pozitivní proteiny akutní fáze
 (1) ceruloplamin a složka komplementu C3
 (2) haptoglobin, fibrinogen, a-globuliny a LPS-binding
proteinázy
 (3) C-reactivní protein a sérový amyloid A
Funkce:
 Opsonizace a vychytávání bakterií a jejich produktů
 Aktivace komplementu
 Vychytávání volného hemoglobinu a radikálů
Negativní proteiny akutní fáze
 Pokles albuminu, transferinu, kortisol-binding globulinu,
transthyretinu a vitamin A binding proteinu vedou
dočasně ke zvýšené nabídce volných hormonů, které se
na tyto bílkoviny obvykle vážou.
 Transthyretin (prealbumin vážící thyroxin, transportuje
hormony štítné žlázy z plexus choroideus do
mozkomíšního moku) inhibuje produkci IL-1β monocyty a
endoteliálními buňkami. Jeho pokles je tedy možno
považovat za prozánětlivý mechanismus.
Tyto změny krevních bílkovinných profilů zřejmě částečně
souvisí s hladověním a katabolismem ve svalech. Jde také
o nabídku aminokyselin pro produkci pozitivních proteinů
akutní fáze.
Funkce Protein akutní fáze Nárůst v průběhu
Inhibitory proteáz 1-antitrypsin
1-antichymotrypsin
4 x
6 x
Koagulační proteiny
(serin proteinázy)
fibrinogen
prothrombin
factor VIII
plasminogen
8 x
Složky komplementu C1s
C2b
C3, C4, C5
C9
C5b
2 x
Transportní proteiny haptoglobin
hemopexin
feritin
8 x
2 x
4 x
Scavengerové proteiny ceruloplasmin 4 x
Různé 1-kyselý glykoprotein
(orosomukoid)
serum amyloid A protein
C-reactive protein
4 x
1000 x
1000 x
C-reaktivní protein
 CRP aktivuje komplement
 CRP se váže na chromatin pocházející z
mrtvých buněk a na zbytky buněk, který je
nutno z cirkulace odstranit fagocytózou, a
to přímo, vazbou na receptory Fc, C3b
nebo CRP.
 Inhibice destičkové agregace snižuje riziko
trombózy.
 CRP se váže na LDL.
Typické změny hladin CRP, fibrinogenu, ESR („erythrocyte
sedimentation rate“) a albuminu během reakce akutní fáze
Cytokiny a reakce akutní fáze (APR)
 Malnutrice, hladovění a anorexie redukují odpověď akutní
fáze.
 Bakteriální infekce obvykle vedou k silné systémové reakci
akutní fáze. Silná reakce monocytů a polymorfonukleárů jako
odpověď na endotoxin vede k expresi vysokých hladin TNF-α
a IL-1β.
 U virových infekcí je APR mírnější. V tomto případě se z buněk
napadených viry uvolňují zejména interferony, také TNF-α a IL-
1β.
 Plně rozvinutou APR pozorujeme v případě, že dochází k
závažné destrukci buněk.
Prozánětlivé cytokiny
Odpovídají
 za indukci horečky, katabolismu ve svalech a aktivaci
prekurzorů bílé krevní řady ve dřeni.
 TNF-α, IL-1β a INF-γ jsou klíčové pro expresi zánětlivých
lipidových mediátorů (prostaglandiny a leukotrieny) a
indukují produkci „platelet-activating factor“ (PAF) a IL-
6. Po stimulaci těmito cytokiny Kupfferovy buňky v
játrech produkují IL-6.
 IL-6 je významným mediátorem sekrece většiny proteinů
akutní fáze hepatocyty.
 TNF-α způsobuje katabolismus ve svalech
(hyperglykémie způsobená glukagonem a
glukokortikoidy a vychytávání aminokyselin játry).
Glukokortikoidy
 Glukokortikoidy způsobují:
 stimulaci hepatocytů prostřednictvím IL-6, která je závislá na
glukokortikoidech
 downregulaci produkce cytokinů monocyty a makrofágy,
modulující APR.
 supresi cytochromu P-450. Cytochrom P-450 oxidázy jsou
přítomny v mnoha tělesných buňkách (játra, sliznice GIT). Je
schopen metabolizovat četné substráty (včetně léků a toxinů)
a účastní se syntézy a štěpení hormonů, cholesterolu a
metabolismu vitaminu D.
 produkci heat shock proteinů a metallothioneinu.
Metallothionein indukuje zvýšenou resistenci jater vůči
toxickým kovům a zvyšuje intracelulární vaznou kapacitu pro
kovy. Společně se sníženou sekrecí albuminu játry snižuje
hladiny železa a zinku v krvi, což je zřejmě v dané situaci
přínosné, protože železo je esenciálním prvkem pro mikrobiální
růst.
„Heat shock“ proteiny (Hsp)
 Jsou vysoce konzervované proteiny, které jsou schopny
chránit buňku proti noxám a poškození.
 Intracelulárně fungují jako molekulární chaperony a
jako antiapoptotické regulátory buněčné signalizace.
 Mají přímé prozánětlivé účinky
 Indukce Hsp před působením prozánětlivého stimulu je
jasně přínosná, ale po zánětlivém stimulu je cytotoxická.
To je zřejmě dáno různými funkcemi intracelulárních a
extracelulárních Hsp: extracelulární Hsp, uvolňované z
buněk s kompromisní integritou mohou fungovat jako
signály nebezpečí aktivující vrozenou imunitu interakcí s
jejími receptory. Potenciální cíl pro imunomodulační
protizánětlivou terapii.
Cytokinová síť
Cytokiny a zánět
Signální transdukce pro IL-6
Cytokiny
 Téměř všechny jsou pleiotropní, tj. vykazují
několikeré biologické aktivity. Cytokiny s
mnohonásobnými účinky se čato ve svých
aktivitách přesahují a jednotlivé buňky vstupují
do interakce s nimi zdánlivě identickým
způsobem. Jsou tedy funkčně nahraditelné,
nebo alespoň částečně funkčně
kompenzovatelné.
Cytokiny
Účinné modulátory během embryogeneze a
organogeneze. Jejich aktivity v pozdějším životě
se mohou od působení v tomto období výrazně
lišit.
Typy cytokinů (nazvy často podle buněčného
původu nebo první objevené funkce:
Interleukiny, lymfokiny, monokiny, interferony,
CSF aj.

Chemokiny
Tvoří rodinu cytokinů, indukovatelných
prozánětlivou aktivací. 8-10kDa, 20-50%
sekvenční homologie, podobná genetická a
terciární struktura. Všechny tyto proteiny
poskytují množství konzervovaných
cysteinových zbytků, které se účastní v
tvorbě intramolekulárních disulfidových
vazeb.
Chemokinové rodiny
- Chemokinová rodina (4q12-21, CXCchemokiny-
CXCL 1-16)
Někteří její členové obsahují ELR sekvenční
motiv (kys.glutamová-leucin-arginin),
umístěný před prvním cysteinem blízko Nterminálnímu
konci)
1. Chemokiny s ELR motivem-chemoatrakce
a aktivace neutrofilů
2. Chemokiny bez ELR motivu-chemoatrakce
a aktivace monocytů, APC, T, NK, B-buněk,
basofilů a eosinofilů
Chemokinové rodiny
-chemokinová rodina 17q (17q11-32, CCchemokiny-
CCL 1-28)
Biologické aktivity chemokinů jsou řízeny
specifickými receptory a receptory s
překrývajícími se ligandovými specifitami,
které vážou některé z těchto proteinů, které
vždy náleží buď k CC nebo k CXC.
Chemokinové receptory jsou G-coupled, 7
hydrofobních -helixových segmentů
(domén), které směřují přes membránu.
Chemokinové rodiny
-chemokinová rodina 16q (CXXXC-
chemokiny)
Fraktalkin- má silnou chemoatrakční aktivitu
pro T-lymfocyty a monocyty a zvyšuje
adhesivitu leukocytů na aktivované
endoteliální buňky indukcí povrchového
vazného proteinu
CX3CR1 receptor pro fraktalkin
Chemokinové receptory
CXCR 1-7
CCR 1-12
CXXXCR 1
Kombinatorické efekty mnoha chemokinů a
jiných mediátorů jsou odpovědné za buněčné
složení v místech zánětu. Mnohé geny kódující
chemokiny se silně exprimují v průběhu mnohých
patofyziologických procesů včetně
autoimunních, nádorů, aterosklerózy a
chronických zánětlivých onemocnění.
Sarkopenie a zánět
 Vyšší hladiny prozánětlivých markerů jsou
asociovány s poklesem fyzických schopností,
možná díky katabolickým efektům prozánětlivých
markerů ve svalu.
 TNF-α – prokázána asociace s poklesem svalové
masy a síly.
 Ztráta svalové hmoty při zánětu nízkého stupně
(low-grade inflammation) je možná dána ztrátou
stimulace syntézy proteinů jídlem (insulin?) při
nezměněné proteinové degradaci.
13.12.2017
Kachexie a zánět
 TNF-α, interleukin-1 (IL-1), IL-6 a IFN-γ se účastní v
indukci ztráty svalové hmoty v průběhu rakoviny.
 Akcelerovaná proteolýza svalů během růstu
maligního tumoru je řízena aktivací nonlysosomální
ATP-dependentní ubiquitin
proteasomové cesty.
 Prozánětlivé cytokiny ovlivňují expresi funkčních
enzymů u srdeční kachexie. TNF-α, IFN-γ a IL1-β,
jejichž hladiny bývají u kachektických pacientů
zvýšeny, jsou mocnými aktivátory exprese iNOS.
To vede k produkci toxických hladin NO
schopných inhibovat klíčové enzymy oxidativní
fosforylace. NO je schopen in vitro snížit
kontraktilitu kosterních svalů.
13.12.2017
Fig. 1 Outline of the two major mitochondrial signaling pathways. (A) Anterograde signaling is transmitted by activated nuclear
transcription factors and cytoplasmic proteins essential for mitochondrial biogenesis. (B) Retrograde signaling originates in dy...
Manti Guha , Narayan G. Avadhani
Mitochondrial retrograde signaling at the crossroads of tumor bioenergetics, genetics and epigenetics
Mitochondrion Volume 13, Issue 6 2013 577 - 591
http://dx.doi.org/10.1016/j.mito.2013.08.007
13.12.2017
Závěr
13.12.2017
• Teprve začínáme rozumět tomu, jak hra mezi
metabolismem, bioenergetikou a epigenetikou
modifikuje buněčnou a systémovou patofyziologii
během zánětu.
• Tyto koordinované cesty řídí časování
fenotypických posunů během akutní systémové
zánětlivé reakce pomocí transkripce, translace a
posttranslační regulace.
• Je kriticky důležité pochopit, jaký je rozdíl v
těchto procesech mezi akutním a chronickým
systémovým zánětem, protože události
pozorované u akutního zánětu nevidíme u
zánětu chronického.
Děkuji vám za pozornost
13.12.2017