Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító.

Az előadások a következő témára: "Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító."— Előadás másolata:

1 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A

2 Mitokondriális öregedés– Anyagcsere és élettartam I.
Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A Kvell Krisztián A Gerontológia Molekuláris és Klinikai Alapjai – 28. előadás Mitokondriális öregedés– Anyagcsere és élettartam I.

3 Respiratory deficiency
mtDNS által kódolt gének P T Anergia Myoclonus F Ataxia Myopathy V E 12S Cyt b Cardiomyopathy Respiratory deficiency ND6 Cardiopathy FBSN 16S Chorea LHON ND5 L Deafness MELAS Human mtDNS 16,569 bp L ND1 Diabetes MERRF S I H Dystonia ? MILS M KSS??? KSS: Kearns-Sayre syndrome (sporadic) Q ND4 ND2 Encephalopathy NARP MELAS: Mitokondriális agyi és izombántalom, laktát acidosis és stroke-szerű epizódok Induced deafness PEO W ND3 A N R FBSN: Familiális kétoldali striatum necrosis LHON: Leber örökletes látóideg bántalom MILS: Anyai ágon örökletes Leigh szindróma NARP: Neuropátia, ataxia és retinitis pigmentosa MERF: Myoclorus epilepszia vörös rostokkal PEO: Progresszív külső szembénulás LHON: Leber örökletes látóideg bántalom MELAS: Mitokondriális agyi és izombántalom, laktát acidosis és stroke-szerű epizódok PEO: Progresszív külső szembénulás C COX I COX III Y ATPase 8/6 COX II G S D K

4 Mitokondriumok és mtDNS jellemzői
Változatos szám és méret, dinamikus struktúrák (lefűződés, fúzió, szétválás) Magas metabolikus aktivitás, sejten belüli erőmű, fő ROS forrás és cél Magon kívüli, kettősláncú, zárt, cirkuláris mtDNS, hossza 16,569 bp mtDNS által kódolt 37 gén, 2 rRNS, 22 tRNS, 13 légzési lánc polipeptid

5 mtDNS Mitokondriális DNS replikáció OH Polimeráz  OL Topoizomeráz
Iniciátor faktorok RNS Polimeráz mtTFA mtTFB1 mtTFB2 mtDNS További aktivitások Segítség… - ezt egyáltalán nem tudtam értelmezni :D Priming RNázH1/5’-3’ Exonukleáz Ligáz III Polimeráz  OL mtSSB Topoizomeráz Twinkle 5

6 Mitokondriális DNS sérülékenység okai
Kódoló szakaszok gazdaságossága (minimális nem kódoló szakasz, nincs intron) Nincs hiszton védelem mtDNS repair mechanizmusok gyengék mtDNS mutáció gyakori, 10x mint gDNS

7 Mitokondriális öregedés okai, következményei
Szuperoxid szivárgás 0.1% a mitokondriumban SOD és co-enzim Q szint kihat az élethosszra Cardiolipin szint csökken a korral

8 mtDNS károsodás és kórházi felvétel
16 COX hiány 600 Hospital admission/ 105 population % mt DNS károsodás 14 Kórházi felvétel 500 12 400 10 8 300 6 200 4 100 2 1 2 3 4 5 6 7 8 Kor(évtized)

9 mt eredetű szerv / szövet betegségek
Idegrendszer: Rohamok, görcsök, késői fejlődés, süketség, dementia, stroke (gyakran 40 éves kor előtt), látórendszeri problémák, rossz egyensúlyozás, perifériás idegek problémái Szem: Ptosis, külső szembénulás, vakság (retinitis pigmentosa, látóideg sorvadása), szürkehályog Vázizomzat: Izomgyengeség, rossz terhelhetőség, görcsök, myoglobulinuria Szív: Szívizombántalom, vezetési blokk Máj: Májelégtelenség (ritka kivéve csecsemőkben mtDNS depléció szindróma), hepatic steatosis Hasnyálmirigy: Diabetes Vese: Falconi szindróma, nefrotikus szindróma (ritka kivéve csecsemőkben co-enzim Q10 hiány esetén) Emésztőrendszer: Nehéz nyelés, hányás, teltségérzet, krónikus hasmenés, bélelzáródás tünetei

10 Mitokondriális betegségek osztályozása
Kategória Egyéb elnevezés Tünetek példái Kapcsolt betegségek OMIM bejegyzés I. Komplex diszfunkció NADHQ(1) oxidoreduktáz hiány Rossz terhelhetőség, izomsorvadás, laktát acidosis, szívizombántalom, csökkent fejlődés Leigh szindróma, MELAS, MERRF, Pearson szindróma 252010 II. Komplex diszfunkció Szukcinát CoQ reduktáz hiány Alacsony termet, szívizombántalom, izomgyengeség, motoros készségek elvesztése, ataxia Kearns-Sayre szindróma, Leigh szindróma 252011 III. Komplex diszfunkció Ubiquinol citokróm c reduktáz hiány Tubulopátia, idegrendszeri zavar, májelégtelenség, izomgyengeség, myoclonus, ataxia, zavartság, rossz terhelhetőség, metabolikus acidosis Leigh szindróma, Pearson szindróma 124000 IV. Komplex diszfunkció Citokróm c oxidáz hiány Csökkent reflexek, laktát acidosis, proteinuria, glucosuria és aminosavuria, májelégtelenség Leigh szindróma, MNGIE szindróma, Pearson szindróma 220110 V. Komplex diszfunkció ATP szintáz Laktát acidemia, hypotonia, neurodegeneratív betegség, retinitis pigmentosa, ataxia, szellemi visszamaradottság, szívizombántalom, laktát acidosis Leigh szindróma, NARP szindróma 516060 10

11 mtDNS eredetű betegségek
Ugyanazok a polimorfizmusok okoznak mt komplex betegséget és befolyásolják az élettartamot Nincs tünet míg az mtDNS mutáció > 60% Előfordulhat a mutáns mtDNS dúsulása Citokróm c oxidáz (COX) hiány mint marker

12 ROS és fő forrásaik Denham Harman elmélete, 1972
Molekula páratlan elektronnal Mitokondriális légzési lánc szivárgása (90%) Dopamin, nor-adrenalin NOS (nitrit oxid szintáz) Fehérvérsejtekben légzési burst Környezeti hatások, redox egyensúly- hiány

13 Antioxidánsok SOD (CuZnSOD, MnSOD, FeSOD) Kataláz Glutathion peroxidáz
C, E vitamin Karotinoidok Co-enzyme Q10 Glutathion (GSH) Húgysav

14 Mitokondriális oxigéngyök öregedéselmélet (fő öregedés-elméleti kritériumok)
ROS termelődés endogén Állandó hatás, életkorral haladó változások mtDNS-t érintő súlyos következmények Visszafordíthatatlan hatások

15 Mitokondriális ROS termelődés
Magi DNS által kódolt elemek Mitokondrium ATP Oxidatív foszforiláció rendszer NADH, FADH2 O2 mtDNS által kódolt elemek Elektron szivárgás Hiányos elektron- transzport lánc mtDNS SOD O2∙ H2O2 H2O Fenton reakció 2 GSH Hiányos mtDNS által kódolt elemek Ördögi kör CAT GPX ∙OH Lánctörés Bázismódosulás GSSG Sorrend jó???? H2O + ½ O2 + 2 H2O Lipid peroxidáció Fehérje oxidáció mtDNS mutáció Belsőmembrán Külső membrán Energiahiány Öregedés és mitokondriális betegségek

16 Mitokondriális ROS termelés
A mitokondriális ROS termelés az öregedés releváns paramétere Anti-oxidánsok általában elegendőek (CuZnSOD /MnSOD / FeSOD, GSH- peroxidáz) Légzési lánc I. komplex az öregedési ütem fő forrása és célja Kalóriamegvonás a légzési lánc I. komplexét is megcélozza

17 mtDNS oxidatív károsodása
mtDNS oxidatív károsodás marker: 8- oxodG 8-oxodG szint 10x > mtDNS, mint gDNS 8-oxodG mtDNS károsodás repair nem hatékony 8-oxodG önmagában is mutagén A kalóriamegvonás célja a 8-oxodG szint is

18 Mitokondriális apoptosis külső hatásokra
STRESSZ/ÉHEZÉS Fas NMDA/AMPA ASIC Ca2+ Caspase-8 ROS Calpains Bcl-xL Bax Bid Bax tBid Bax Bcl-2 Bax A sorrend jó így??? Bax Mitokondrium p53 P p53 P Bax tBid Nucleophosmin DNS károsodás Cytc AIF Sejtmag APOPTÓZIS Cytc Apaf-1 Caspase-9 Caspase-3

19 Lipid peroxidáció PUFA láncok érzékenyek ROS-ra
PUFA láncok ROS célok és mediátorok A mt membrán PUFA tartalma összefügg az élettartammal

20 PUFA ellentmondás: AA és DHA
HOMEOVISZKÓZUS ÉLETTARTAM ADAPTÁCIÓ DBI fordított arányban áll mérettel és MLS-el Súlyos hatások in vivo (mt, szív, idegrendszer) SAM-P törzsben fokozott AA és DHA szint MDA-lizin mint fehérje oxidatív stressz marker

21 Fehérje peroxidáció MDA-lizin mint fehérje oxidatív stressz marker
Fehérje váz oxidáció Fehérje keresztkötések kialakulása Aminosav oldalláncok oxidációja Fehérje fragmentálódás

22 Repair fehérje peroxidáció után
Direkt: oxidált sulfhidril csoportok redukciója Indirekt: Felismerés, eltávolítás, lebontás (proteoszóma, calpain, lizoszóma) Helyettesítés, felhasználás Lipofuscin képzése (öregségi pigment, ceroid)

23 Fehérje peroxidáció és betegségek
Oxidált fehérjék fokozott szintje Alzheimer-kór, ALS, szürkehályog, RA, izomdisztrófia, RDS, progéria, Parkinson-kór, Werner-szindróma Módosult fehérjék fokozott szintje Szív- és érrendszeri, Alzheimer-kór, atherosclerosis, Parkinson-kór Oxidált / glikált fehérjék fokozott szintje DM, atherosclerosis, Alzheimer-kór, Parkinson-kór Fehérje nitrotirozin károsodás fokozott szintje Alzheimer-kór, SM, tüdőbetegség, atherosclerosis