Molekularni mehanizmi miinega propadanja pri kaheksiji Zoran Grubi

Molekularni mehanizmi mišičnega propadanja pri kaheksiji Zoran Grubič Laboratorij za Molekularno Nevrobiologijo Inštitut za Patološko fiziologijo Medicinska fakulteta Univerza v Ljubljani Slovenija

Teme predavanja • Vloga skeletne mišice v presnovnih procesih – v zdravem organizmu – v stanju kaheksije • Dogajanje v skeletni mišici pri kaheksiji – Zgradba skeletne mišice – Razgradnja beljakovin v skeletni mišici v stanju kaheksije • Sistemi udeleženi proteolitični razgradnji v skeletni mišici • Razgradnja miofibrilarnih beljakovin • Razgradja beljakovin distroglikanskega kompleksa

Stradanje: Kaheksija: – Izguba telesne mase – Predvsem izguba maščevja, beljakovine sorazmerno ohranjene, – Izguba maščevja in beljakovin v pribl. enakem % – Ogroženost zdravja majhna, preživetje sorazmerno dolgo – Zdravstveno stanje močno ogroženo, smrtnost visoka

Uravnavanje presnove Nabiranje zalog: Poraba zalog: • Glikogeneza • Glikoliza • Lipogeneza • Glikogenoliza • Glukoneogeneza • Lipoliza

Vnos in skladiščenje energije vnos skladiščenje Vneseni energetski viri odstotni delež Uskladiščena energija Odstotni delež Ogljikovi hidrati ~ 60 % Ogljikovi hidrati ~ 0, 1 % Maščobe ~ 30 % Maščobe ~ 95 % Beljakovine ~ 10 % Beljakovine ~ 5%

Rakasta kaheksija – presnovni dogodki Rakasta kaheksija maščoba mišice LMF lipide mobilizirajoči MK dejavnik (LMF) PIF aminokisline Laktat glukoza

Propadanje mišic regulirajo dejavniki, ki kot posledica SIRS-a in tumorja selektivno aktivirajo proteolitične sisteme Imunske celice citokini tumorski proteolizo stimulirajoči dejavnik (PIF). DEPLECIJA

TNF- : - pleotropen citokin - glavni mediator akutnega vnetnega odgovora - vir: aktivirani mononuklearni fagociti - homotrimer LOKALNI UČINKI: • Izražanje adhezijskih molekul na celicah žilnega endotelija • Izločanje citokinov iz teh celic→rekrutacija levkocitov • Apoptoza SISTEMSKI UČINKI: • Povišanje telesne temperature • Povečanje izločanja beljakovin akutne faze • Kaheksija • Zmanjšanje kontraktilnosti miokarda → šok

Mediatorji kaheksije, ki jih izločajo izključno tumorske celice: – lipide mobilizirajoči dejavnik (LMF) – tumorski proteolizo stimulirajoči dejavnik (PIF). Mediatorji kaheksije, ki jih izločajo netumorska tkiva, (celice imunskega sistema): – IL-6 – IL-1 – TNF- a

Rakasta kaheksija – incidenca Vir: Nutrition 1996; 12: 358 -371; Lokacija tumorja Incidenca izgube telesne teže (%) Trebušna slinavka 83 Želodec 83 Požiralnik 79 Glava in vrat 72 Debelo črevo in danka 55 -60 Pljuča 50 -66 Prostata 56 Dojka 10 -35 Rak – splošno 63

• Dogajanje v skeletni mišici pri kaheksiji – Zgradba skeletne mišice – Razgradnja beljakovin v skeletni mišici v stanju kaheksije • Sistemi udeleženi proteolitični razgradnji v skeletni mišici • Razgradnja miofibrilarnih beljakovin • Razgradja beljakovin distroglikanskega kompleksa

Zgradba skeletne mišice

Zgradba skeletnega mišičnega vlakna

Zgradba skeletnega mišičnega vlakna Miofilamenti Sarkomere

Distrofin glikoproteinski kompleks

Proteolitični sistemi v skeletni mišici: 1. kisle katepsinske proteaze B, H in D (lizosomski sistem). 2. od kalcija odvisni kalpainski proteolitični sistem (prek kalcija aktivirane cisteinske proteaze – kalpaini, katerih aktivnost se uravnava prek inhibicije s kalpastatinom). 3. od ATP odvisni ubikvitin- proteasomski sistem.

Ubikvitin-proteasomski sistem

Genska ekspresija pri rakasti kaheksiji - mikročipi

Ekspresija Atrogina-1 v različnih stanjih, kjer pride do razgradnje mišičnih beljakovin

Kaheksija posebej prizadene vlakna tipa II

Distrofin glikoproteinski kompleks

Prizadetost distrofina v živalskem modelu kaheksije

Hiperglikozilacija komponent distrofin glikoproteinskega kompleksa

Motena ekspresija distrofina in hiperglikozilacija komponent distrofin glikoproteinskega kompleksa

Zaključki Kaheksija je kompleksen in večplasten sindrom, ki kaže znake kroničnega vnetja in povzroča presnovne spremembe. Te spremembe vodijo v izgubo puste in maščobne telesne mase. Za razgradnjo mišičnih beljakovin so odgovorni po eni strani tumorski in po drugi netumorski (predvsem citokinsko signaliziranje) dejavniki, ki aktivirajo v skeletnih mišičnih vlaknih specifične poti beljakovinske razgradnje. Ubikvitin-proteasomski sistem predstavlja glavno pot po kateri se uravnava beljakovinska razgradnja v mišicah pri bolnikih z rakom in v drugih stanjih, ki so povezana s kroničnim vnetjem. Kaheksija je uravnavana v smislu izgube miofibrilarnih beljakovin. Podobnost prizadetosti distrofin glikoproteinskega kompleksa pri mišičnih distrofijah in kaheksiji pomeni, da lahko k boljšemu razumevanju kaheksije prispevajo tudi raziskave na drugih sistemih in stanjih, kjer imamo opravka z mišičnim propadanjem.