DT2 Cellen En Weefsels PDF

DT2 cellen en weefsels Inhoud Chapter 13: Membrane Transport and Compartmental Diversity...............................................2 Chapter 15: Cell Signaling...................................................................................................... 11 Chapter 17: Cell Cycle and Mito...

DT2 cellen en weefsels Inhoud Chapter 13: Membrane Transport and Compartmental Diversity...............................................2 Chapter 15: Cell Signaling...................................................................................................... 11 Chapter 17: Cell Cycle and Mitosis......................................................................................... 21 Chapter 18: Cell Death and Apoptosis.................................................................................... 30 Chapter 19: Cell-Cell Junctions and Extracellular Matrix......................................................... 35 Chapter 22: Stem Cells and Regeneration.............................................................................. 42 Guest Lecture: Cancer Prevention and Treatment................................................................... 48 Chapter 13: Membrane Transport and Compartmental Diversity De moleculaire mechanismen van membraantransport en het behoud van compartiments- diversiteit begrijpen (Fig. 13-3). Exocytose vs endocytose: Endocytose en secretie en retrievalroutes - Door vesiculair transport kunnen membraancompartimenten componenten uitwisselen zonder identiteit te verliezen en dus de diversiteit te behouden Onderscheid maken tussen verschillende soorten coated vesicles: COPI, COPII, Clathrin, and Retromer (Fig. 13-5). Coat heeft 2 belangrijke functies in 2 lagen: 1. Binnenste laag selecteert de cargo moleculen 2. Buitenste laag stabiliseert membraankromming 4 typen coated vesicles, andere coat eiwitten: 1. Clathrin coat – endocytosis vanaf Golgi, endosoom en plasmamembraan 2. COPI – bud from Golgi 3. COPII – bud from ER 4. Retromer – retrieval to Golgi Verklaar clathrin-gemedieerde endocytose, inclusief cargo receptors, adaptor proteins, dynamin, en BAR domains (Fig. 13-8, 13-9, 13-12). Adaptor proteins binden (1) cargo receptoren die vervolgens de cargo binden en (2) aan clathrine moleculen Voorbeeld van cargomolecuul is adaptorcomplex 2 (AP2). Binding van AP2 aan fosfoinositide (gefosforyleerde fosfatidylinositol) leidt tot conformatieverandering wat de affiniteit voor cargoreceptoren verandert; zorgt voor clustering van cargo receptoren Plasmamembraan in nogal stijf; BAR-domein-bevattende eiwitten induceren het buigen van membranen, wat kromming induceert, door elektrostatische interacties met lipide groepen Dynamine is een GTPase die splijting induceert; helpt releasen van de vesicle. Dynamin vormt een ring rond de nek van de vesicle en ondergaat dan een conformatieverandering door GTP hydrolyse waardoor de bud nek vernauwt. De rol van specifieke kinasen en fosfatasen uitleggen in phosphoinositide signaling (Fig. 13- 10). Fosfatidylinositol (PI) kunnen makkelijk gefosforyleerd worden en daarmee verschillende groepen fosfoinositiden (PIPs) produceren. Wordt uitgevoerd door PI en PIP kinases en PIP fosfatases, verschillende organellen hebben verschillende sets van deze enzymen. Beschrijf de rol van phosphoinositide signaling, inclusief de lokalisatie van verschillende phosphoinositides in de cel (Fig. 13-11). Veel eiwitten die betrokken zijn bij verschillende stappen in het vesicle transport bevatten domeinen die zeer specifiek binden aan de kopgroepen van bepaalde PIP's. Lokale controle van de PI en PIP kinasen en PIP fosfatasen kan daarom worden gebruikt om de binding van eiwitten aan een membraan of membraandomein snel te reguleren. De productie van een bepaald type PIP rekruteert eiwitten met bijpassende PIP-bindende domeinen. De PIP-bindende eiwitten helpen dan bij het reguleren van de vorming van blaasjes en andere stappen in de controle van het blaasjesverkeer. De functie van Rab GTPases in membraantransport en compartimentering begrijpen (Fig. 13-17, 13-18, 13-19, table 13-1). Veel verschillende membranen, je moet zorgen dat zorgen dat vesicle fuseert met juiste membraan. Transport vesicles hebben daarom surface markers (bv Rab) en membranen hebben receptoren die deze markers kunnen herkennen. Rab GTPases zorgen ervoor dat vesicle op specifieke plek op juiste target membraan terechtkomen. Elk organel heeft eigen type Rab: Type Rab Organel Rab3A Synaptic vesicles, secretory vesicles Rab5 Early endosomes, plasma membrane, clathrin-coated vesicles Rab7 Late endosomes Als Rab GDP gebonden heeft is het inactief, membraangebonden Rab GEFs maken ze actief door GDP te verwisselen voor GTP, Rab wordt dan geïnsert in membraan en bindt aan Rab effectoren. - Rab activatie heeft 3 mechanismes via waar het een vesicle begeleidt naar targetmembraan: 1. Rab kan herkend worden door tethering eiwitten die vesicle kunnen “vangen” 2. Rab kan interacteren met motoreiwitten 3. Kan een effector rekruteren die die bindt aan eiwitten op target membraan, bv SNARE Rab eiwitten zitten niet alleen op vesicles, maar ook op membranen; Rab GEF in organel zorgt dan voor activatie en insertie in membraan. Effector eiwitten (tethering eiwitten, SNAREs en enzymen die fosfoinositides maken/ modificeren) die daarop afkomen creëren de identiteit van organel door te bepalen welke vesicles in en uit gaan.  - Vb: Vorming van een Rab5-domein op een vroeg endosoom: o Rab5-GDP wordt geactiveerd door Rab5-GEF → conformatieverandering & membraaninsertie van Rab5-GTP → activering PI3-kinase, PI(3)P-vorming → rekrutering Rab-5-GEF (positieve feedback) → rekrutering Rab-effectoreiwitten Identiteit van een organel kan worden aangepast als Rab eiwit wordt vervagen voor ander type; Rab cascade. Bv: Rab5 wordt vervagen door Rab7 → early endosoom wordt een late endosoom; dus ook verandering van inhoud door aantrekken van andere effector eiwitten. COPII-coated vesicle formation in ER to Golgi transport (Fig. 13-15, 13-16, 13- 23). Coat assembly wordt gereguleerd door coat-recruitment GTPases, specifiek het Sar1 eiwit. Wanneer een COPII-gecoate vesicle uit het ER-membraan moet budden, bindt een specifiek Sar1 GEF, ingebed in het ER-membraan, aan het cytosolische Sar1, waardoor het Sar1 zijn GDP released, en GTP bindt (hogere concentratie GTP dan GDP) → amfifilische helix wordt exposed → insertie in ER membraan → binden van adaptor coat eiwit subunits (Sec23/24 die vervolgens Sec13 en 31 aantrekken) om budding te initiëren: Disassembly van coat gebeurt door conformatieverandering bij wisseling van GTP naar GDP waardoor coat loslaat. Om van ER naar Golgi te gaan worden eiwitten verpakt in COPII-coated transport vesicles, waarna ze budden via de ER exit site. Om vesicles in te gaan vanuit ER hebben transmembraan- eiwitten export (transport) signalen op hun cytosolische oppervlak die worden herkend door adaptor eiwitten binnenste COPII coat. Sommige van die transmembraaneiwitten werken als cargo receptoren. Het transportproces van het ER door het Golgi-apparaat beschrijven (Fig. 13- 25). Nadat de transport vesicles zijn gebud van ER verliezen ze hun coat en fuseren ze met elkaar. Kan met zowel membranen van zelfde compartiment (homotypic fusion) als met membranen van een ander compartiment (heterotypic fusion). Door deze fusies ontstaan vesicular tubular clusters, die bewegen over microtubuli richting het Golgi apparaat, waarmee ze fuseren. Via de retrieval pathway gaan ontsnapte ER eiwitten en bv cargo eiwitten en SNAREs vanuit de vesicular tubular clusters en Golgi terug naar ER. Deze vesicles zijn COPI coated. Understand the retrieval of resident ER proteins using KDEL and KKXX signals & verklaar COPI-gemedieerd retrograde transport in de Golgi (Fig. 13- 26). Eiwitten die in het ER thuishoren (transmembraaneiwtten) bevatten ER retrieval signals (KKXX), binden direct aan COPI coat waardoor ze worden verpakt voor transport terug naar ER. Soluble eiwitten bevatten KDEL sequentie (ER retention signal). KDEL sequentie bindt niet direct aan COPI coat, maar bindt aan KDEL receptor die vervolgens worden ingepakt in vesicles. - Waarom binden KDEL receptoren KDEL sequenties in Golgi en releasen ze in ER → komt door andere pH; pH is lager in Golgi = sterkere interactie door histidine in receptor. Golgifunctie beschrijven, inclusief sorteren en posttranslationele modificaties zoals O- glycosylatie en N-oligosaccharide verwerking (Fig. 13-30, 13-33). Golgi is opgebouwd uit cisternae en heeft cis (entry) en trans (exit) kant. Processen Golgi: - Sorteren - Eiwitmodificatie: glycosylering In Golgi zijn alleen membraangebonden resident eiwitten: glycosidases en glycosyl transferases. Functie van glycosylering van lipiden en eiwitten - Weerstand tegen proteasen (bijvoorbeeld lysosoom) - Vorming van slijmlaag (glycocalyx / celmantel) o Bescherming tegen beschadiging (epithelia: darmen, huid, longen, enz.): ▪ Mechanisch ▪ Chemisch ▪ Ziekteverwekkers - Signalering (Notch is N-geglycolyseerd) 2 typen glycosylatie: - N-linked: o Vouwing van eiwitten: solubilisering voorkomt aggregatie & glyco-code die helpt bij vouwing - O-linked: Het transportproces van het trans Golgi-netwerk naar endosomen en lysosomen begrijpen. (Fig. 13-38). Vanuit het TGN worden cargo-moleculen gesorteerd en verpakt in transportblaasjes die naar verschillende bestemmingen gaan: 1. Plasmamembraan voor exocytose: via een constitutieve route (continu) of via gereguleerde routes (on demand). 2. Endosomen voor uiteindelijke aflevering aan lysosomen: lysosomale hydrolases (enzymen die in lysosomen functioneren) volgen deze route. Leg de rol uit van Mannose 6-fosfaat signalen in endosomale targeting (Fig. 13-39, 13-40). Lysosomale hydrolasen worden gesorteerd in het TGN en naar endosomen getransporteerd via een uniek markeringsmechanisme:  - In het cis Golgi-netwerk krijgen lysosomale hydrolasen mannose 6-fosfaat (M6P)- groepen toegevoegd aan hun N-gekoppelde oligosacchariden. - Transmembraan M6P-receptor eiwitten in het TGN herkennen deze M6P-groepen en binden aan de hydrolasen. - De receptoren helpen bij het verpakken van de hydrolasen in clathrine-gecoate blaasjes die van het TGN afsnoeren. - Deze blaasjes leveren hun inhoud af aan vroege endosomen. De functie van SNARE-complexen bij membraanfusie tijdens het vesicletransport begrijpen (Fig. 13-45). SNARE-eiwitten katalyseren membraanfusiereacties bij vesicle transport. De vorming van een stabiel trans-SNARE complex door het samenvoegen van v-SNAREs en t-SNAREs trekt de membranen dicht bij elkaar, bevroren door complexines, ontdooit door synaptotagmin, bevat Ca2+-bindende domeinen. Stijging in Ca2+ triggert binding van synaptotagmin aan de SNARE's → complexines worden verplaatst → fusie en afgifte van de cargo. Het transportproces van het trans Golgi-netwerk naar de buitenkant van de cel door middel van exocytose beschrijven (Fig. 13-46). Exocytose: blaasjes fuseren met plasmamembraan → inhoud komt vrij in extracellulaire ruimte Endosoomrijping begrijpen, inclusief de vorming van late endosomen, multivesiculaire lichamen, endo-lysosomen en uiteindelijk lysosomen. (Fig. 13-50, 13-64). Rijping: 1. Endocytotische vesciles fuseren met early endosoom → cargo gesorteerd; sommigen worden gerecycled terug naar het plasmamembraan, anderen in blijven endosomen 2. Vroeg endosoom wordt laat endosoom: andere eiwitsamenstelling membraan 3. Late endosomen fuseren met elkaar en met lysosomen tot endolysosomen: breken inhoud af 4. Als grootste deel van endolysosoom is afgebroken worden ze lysosomen genoemd Het proces van endocytose en transport de cel in vanaf het plasmamembraan beschrijven (Fig. 13-8, 13-54). Endocytose: cellen nemen materiaal op door invaginatie van het plasmamembraan → vorming van endocytische blaasjes. Voorbeeld LDL: LDL-deeltjes binden aan LDL-receptoren in coated pits, waarna ze via clathrine- gecoate blaasjes worden geïnternaliseerd. De blaasjes verliezen hun clathrine-mantel en fuseren met vroege endosomen. In de zure omgeving van de endosomen komt LDL los van de receptoren en wordt getransporteerd naar lysosomen voor afbraak en vrijgave van cholesterol. De LDL-receptoren worden gerecycled terug naar het plasmamembraan. Leg het proces van transcytose uit (Fig. 13-56). Transcytose: moleculen worden opgenomen aan de ene kant van een cel en getransporteerd naar de andere kant. 3 mogelijke routes voor transmembraanreceptor-eiwitten die zijn geëndocyteerd:  1. Recycling: Terugkeer naar hetzelfde plasmamembraandomein waaruit ze afkomstig zijn. 2. Transcytose: Transport via een recycling-endosoom naar een ander domein van het plasmamembraan. 3. Degradatie: Transport naar lysosomen voor afbraak Welke route wordt gevolgd hangt af van de specifieke sorteersignalen die aanwezig zijn op de receptor-eiwitten De rol van verzuring van de compartimenten in intracellulair transport begrijpen (Fig. 13- 62). De pH in endosomen en lysosomen wordt geleidelijk verlaagd naarmate ze rijpen, wat wordt bereikt door de werking van V-type ATPases in hun membranen. Zure omgeving heeft belangrijke functies: - Dissociatie van liganden en receptoren - Activering van hydrolytische enzmen Fagocytose, macropinocytose, autofagie en clathrin-gemedieerde endocytose uitleggen als verschillende transportmechanismen. (Fig. 13-67). Fagocytose: gespecialiseerde cellen (macrofagen en neutrofielen) slokken grote deeltjes, zoals bacteriën en celresten, op via de vorming van fagosomen. Receptor-gemedieerd proces dat wordt geactiveerd door de binding van specifieke liganden aan celoppervlakreceptoren Macropinocytose: gespecialiseerde vorm van endocytose waarbij cellen grote hoeveelheden extracellulaire vloeistof, samen met opgeloste moleculen en deeltjes, opnemen in macro- pinosomen. Wordt vaak geïnduceerd door de activering van celoppervlakreceptoren Autofagie (zelf-eting): cellen breken hun eigen cytoplasmatische componenten (zoals beschadigde organellen en eiwitaggregaten) af door ze in te sluiten in autofagosomen, die vervolgens met lysosomen fuseren. Selectief (alleen bepaalde cargo) of niet-selectief (willekeurig deel cytoplasma) Clathrine-gemedieerde endocytose: specifieke vorm van endocytose waarbij clathrine-gecoate pits en blaasjes worden gebruikt om macromoleculen selectief op te nemen uit de extra- cellulaire ruimte Chapter 15: Cell Signaling Principes van celsignalering beschrijven, waaronder contactafhankelijke, paracriene, synaptische en endocriene signalering (Fig. 15-2). Communicatie tussen cellen gaat via extracellulaire signaalmoleculen → receptor eiwit → geeft signaal door naar binnenkant cel aan intracellulaire signaalmoleculen → effector eiwitten → verandering in cel behavior. Vier vormen van intercellulaire signalering: (A) Extracellulaire signaalmoleculen blijven gebonden aan het oppervlak van de signaalcel en beïnvloeden alleen cellen die er contact mee maken (B) Cel secreteerd local mediators in extracellulaire vloeistof die effect hebben op cellen in de buurt (C) Uitgevoerd door neuronen die signalen elektrisch overdragen langs hun axonen en neurotransmitters afgeven bij chemische synapsen (D) Endocriene cel secreteren hormonen in bloedsomloop → effect over grote afstand Signaalmolecuul kan verschillende effecten hebben op verschillende celtypen ➔ Komt door verschillen in de intracellulaire signaaleiwitten, effectoreiwitten en genen die worden geactiveerd; signaalmolecuul zelf draagt dus geen info bij zich, induceert alleen reactie van de cel. Understand the concepts of on/off switches in signaling and scaffolding proteins (Fig. 15-7, 15-10). Meeste moleculaire switches worden geactiveerd/ geïnactiveerd door fosforylatie - Kinase – zet extra fosfaatgroep(en) eraan o Bv tyrosine kinase - Fosfatase – verwijdert deze fosfaatgroep(en) Andere switches bestaan uit GTP-binding proteins (G-proteins) - GTP gebonden – aan - GDP gebonden – uit In een cel zijn heel veel signaalmoleculen aanwezig. Om ervoor te zorgen dat het juiste signaalmolecuul bij de juiste receptor terechtkomt worden er complexen gevormd. 3 manieren: 1. Met scaffold eiwitten; brengen groepen interacterende signaleringseiwitten bij elkaar in signaleringscomplexen. 2. Signaleringscomplexen verzamelen zich vaak rond een receptor op het celoppervlak nadat een extracellulaire signaalmolecuul deze heeft geactiveerd. Cytoplasmatische staart van een geactiveerde enzymgekoppelde receptor wordt dan gefosforyleerd deze  plekken dienen dan als docking sites voor de assemblage van andere signaaleiwitten. 3. Activering van een receptor leidt tot verhoogde fosforylering van specifieke fosfolipiden (fosfoinositiden) in aangrenzende plasmamembraan; deze dienen dan als docking sites voor specifieke intracellulaire signaaleiwitten, die nu met elkaar kunnen interacteren. Leg GTPases uit: Rab, Ran, Rho & Ras en hun rollen (Fig. 15-8, Table 15-5). GTPases zorgen ervoor dat er geschakeld wordt tussen actief en inactief door binden en hydrolyseren van GTP naar GDP Verschillende GTPases: Family Some familiy members Some functions Ras H-Ras, K-Ras, N-Ras Relay signals from RTKs Rho Rho, Rac, Cdc42 Relay signals from surface receptors to the cytoskeleton and elsewhere Rab Rab1–60 Regulate intracellular vesicle traffic Ran Ran Regulates mitotic spindle assembly and nuclear transport of RNAs and proteins Definieer eiwitdomeinen zoals PH, PTB, SH2, SH3 en hun bindingspartners. (Fig. 15-11, 15- 47) - SH2 domeinen en PTB domeinen – binden geactiveerde RTKs - SH3 domeinen – binden aan korte, proline-rijke aminozuursequenties. - PH domeinen binden aan de geladen kopgroepen van specifieke fosfoinositiden die in het plasmamembraan worden geproduceerd als reactie op een extracellulair signaal; ze stellen het eiwit waarvan ze deel uitmaken in staat om aan te meren op het membraan en te interageren met andere, op vergelijkbare wijze gerekruteerde signaaleiwitten. De intracellulaire signaaleiwitten die zich binden aan gefosforlyleerde tyrosines op RTKs bevatten bijna allemaal SH2 domeinen of PTB domeinen; hierdoor kunnen deze binden aan de gefosforyleerde tyrosines. Signaalintegratie, feedback en de rapid turnover van signaalmoleculen verklaren (Fig. 15- 13, 15-15, 15-18, 15-19). Signaaleigenschappen kunnen verschillen in verschillende systemen. Voorbeelden zijn: - Signaalintegratie – als meerdere signaleringsroutes samenkomen op een gemeenschappelijk doeleiwit. Maakt een gecoördineerde cellulaire respons mogelijk - Rapid turnover van signaalmoleculen zorgt ervoor dat cellen snel kunnen reageren op veranderingen in extracellulaire signalen. Tijd die nodig is voor een molecuul om van zijn oude naar zijn nieuwe evenwichtsconcentratie te verschuiven gelijk is aan zijn halfwaardetijd - Feedback – regulatie van een signaalroute door een van zijn stroomafwaartse componenten. o Positieve feedback: de output stimuleert de eigen productie o Negatieve feedback: de output remt zijn eigen productie o Figuur 15-19:  ▪ Positieve feedback kan een systeem van een "uit"- toestand naar een "aan"- toestand schakelen die aanhoudt nadat de stimulus is verwijderd. ▪ Negatieve feedback kan de respons op een signaal dempen of oscillaties in de activiteit veroorzaken. Inactivatiemechanismen in signaalpathways begrijpen (Fig. 15-21). Manieren waarop cellen ongevoelig kunnen worden (adaptatie) voor een signaalmolecuul: - Stelt cellen in staat om te reageren op veranderingen in de sterkte van een ingangssignaal (in plaats van op de absolute hoeveelheid van het signaal) - Negatieve feedback met een korte vertraging kan de initiële respons op receptoractivering dempen. - Vertraagde feedforward kan leiden tot een tijdelijke outputreactie doordat de geactiveerde receptor snel een stimulerende route activeert terwijl hij ook een langzamere remmende route initieert. - Receptorinactivering, -sequestratie en -vernietiging kunnen de signalering stoppen Second messengers en het effect van allosterische binding op activeringskinetiek beschrijven binding (Fig. 15-27). Second meesengers zijn kleine intracellulaire signaalmoleculen die worden geproduceerd in reactie op receptoractivering. Voorbeelden zijn cAMP, Ca2+ en diacylglycerol. cAMP wordt gemaakt door adenylyl cyclase en afgebroken door cyclisch AMP fosfodiesterase. α subunit van G eiwit bindt adenylyl cyclase. cAMP oefent zijn effecten voornamelijk uit door het activeren van cyclisch-AMP-afhankelijk proteïnekinase A (PKA); fosforlyleert serines en lysines van target eiwitten waardoor het hun activiteit reguleert. Activatie van PKA door cAMP: Allosterische binding van second messengers aan doelwiteiwitten kan de activeringskinetiek beïnvloeden, zoals de snelheid en efficiëntie van activering. G-protein-coupled receptor (GPCR) signaling en PKA signaling uitleggen (Fig. 15-28). Wanneer een extracellulair signaalmolecuul bindt aan een GPCR, ondergaat de receptor een conformatieverandering waardoor deze een heterotrimeer GTP-bindend eiwit (G-eiwit) kan activeren, dat de receptor koppelt aan enzymen of ionenkanalen in het plasmamembraan. Kan ook bv adenylyl cyclase reguleren waardoor cAMP gevormd wordt en PKA wordt geactiveerd. cAMP kan ook gentranscriptie beïnvloeden. Regulerende regio van het somatostatinegen bevat een korte cis-regulerende sequentie; cyclisch AMP-responselement (CRE), (zit ook in de regulerende regio van veel andere genen die door cAMP worden geactiveerd). Specifieke transcriptieregulator (CRE-bindend (CREB) eiwit) herkent deze sequentie. Als PKA wordt geactiveerd door cAMP, fosforyleert het CREB op een enkele serine; gefosforyleerde CREB rekruteert vervolgens een transcriptiecoactivator; CREB-bindend eiwit (CBP) → stimuleert de transcriptie van de doelgenen. Understand PLC signaling (Fig. 15-30): GPCRs kunnen onder andere via G eiwitten fosfolipase C (PLC) activeren, een enzym dat fosfatidylinositol 4,5-bisfosfaat [PI(4,5)P2] splitst in twee second messengers: inositol 1,4,5- trisfosfaat (IP3) en diacylglycerol. - IP3 diffundeert van cytosol naar ER waar het aan IP3 receptoren bindt, wat afgifte van Ca2+ stimuleert - Diaglycerol blijft in plasmamembraan en activeert daar protein kinase C (PKC) met behulp van Ca2+ Understand CaMKII signaling (Fig. 15-35): Calmoduline is een Ca2+ binding protein dat helpt om cytosolisch Ca2+ signaal door te geven. Binding van Ca2+ stelt calmoduline ertoe in staat om aan verschillende target eiwitten te binden om hun activiteit te beïnvloeden, waaronder CaM-kinase. Een voorbeeld hiervan is CaM-kinase II (CaMKII), vooral in zenuwen: - Binding van Ca2+/calmoduline aan het regulerende segment activeert het kinasedomein. Twee aangrenzende, geactiveerde kinasen kunnen elkaar vervolgens fosforyleren, een proces genaamd autofosforylatie o Autofosforylatie verlengt de activiteit van CaM-kinase II, zelfs nadat het Ca2+- signaal is verdwenen, doordat het gebonden Ca2+/calmoduline vasthoudt en het enzym in een Ca2+-onafhankelijke vorm omzet. De activiteit blijft bestaan totdat een proteïnefosfatase de autofosforylering verwijdert → heeft daardoor rol in geheugen. Understand PI3Kinase signaling (Fig. 15-54): Fosfoinositide 3-kinase (PI 3-kinase) bindt aan RTKs en fosforyleert fosfoinositiden → productie PI(3,4,5)P3 → rekruteert 2 protein kinases naar plasmamebraan door PH domeinen; Akt en PDK1 → activering van Akt → Akt fosforyleert verschillende target eiwitten op plasmamebraan, cytosol en nucleus. Heeft invloed op celoverleving en celdood. Understand other enzyme-coupled receptor signaling (Table 15-4, Fig. 15-46): Verschil met GPCRs: cytosolisch domein associeert direct met een enzym ipv met tussenkomst van G eiwit, en bestaat uit 1 segment. Bekendste klasse = RTKs; de binding van het signaaleiwit aan het ligandbindende domein aan de extracellulaire zijde van de receptor activeert het tyrosinekinasedomein aan de cytosolische zijde door fosforylatie van tyrosine zijketens → creëert dockingsites voor intracellulaire signaaleiwitten die signaal verder doorgeven. Gebeurt als ligand bindt; monomoreren vormen een dimeer → 2 kinase domeinen zitten dichter bij elkaar waardoor ze elkaar fosforyleren → autofosforyleren vervolgens ook andere plekken → ontstaan dockingsites → ontstaan van intracellulair signaling complex De intracellulaire signaaleiwitten die zich binden aan gefosforlyleerde tyrosines op RTKs bevatten bijna allemaal SH2 domeinen of PTB domeinen; hierdoor kunnen deze binden aan de gefosforyleerde tyrosines. Signal protein family Receptor family Some representative responses Epidermal growth EGF receptors Stimulates cell survival, growth, proliferation, or factor (EGF) differentiation of various cell types; acts as inductive signal in development Describe alternative signaling routes: JAK-STAT (Fig. 15-57), Smad-dependent (Fig. 15-58), Notch-Delta (Fig. 15-60), Wnt (Fig. 15-61), and Hedgehog signaling (Fig. 15- 62). Sommige celreceptoren zijn wel afhankelijk van tyrosine fosforylatie voor hun activiteit maar hebben geen tyrosine kinase domein. Binden daarom cytoplasmatische tyrosine kinases; zelfde effect, maar niet 1 geheel. JAK-STAT: Cytokine receptors activeren cytoplasmatische tyrosine kinases; Janus kinases (JAKs). JAKs kunnen transcriptieregulatoren – STATs – fosforyleren en activeren. Cytokine binding brengt 2 JAKs dichtbij elkaar waardoor ze elkaar fosforyleren. Vervolgens fosforyleren ze andere tyrosines op de cytoplasmatische staart → ontstaan dockingsites voor STATs. STAT wordt gefosforyleerd door JAK → laat los van receptor → STATs vormen heterodimeer (door SH2 domein) → translocatie naar nucleus → combineert met andere transcriptie regulatoren en stimuleert transcriptie Smad-dependent: TGFβ-superfamilie eiwitten activeren receptor serine/threonine kinasen, die Smad-eiwitten fosforyleren. Smad-complexen transloceren vervolgens naar de kern en reguleren gentranscriptie van specifieke targetgenen. Notch-Delta: Notch is een transmembraaneiwit, als Delta hieraan bindt, leidt dit tot proteolytische splitsing van de cytoplasmatische staart van Notch, die naar de kern transloceert en gentranscriptie activeert door transcriptie repressor om te zetten in activator. Alleen tweede en derde klieving zijn afhankelijk van Delta. Wnt: De binding van Wnt aan Frizzled en LRP brengt de twee coreceptoren samen. In afwezigheid van Wnt wordt cytoplasmatisch β-catenine voortdurend afgebroken door een eiwitafbraakcomplex. In aanwezigheid van Wnt-signalering wordt de activiteit van dit afbraakcomplex geremd; fosforylering van de LRP-receptor door CK1 en GSK3, en de rekrutering van het scaffold-eiwit Dishevelled, dragen bij aan de inactivering van axine, wat leidt tot de dissociatie van het β-catenine afbraakcomplex. Hierdoor kan β-catenine zich ophopen in het cytoplasma, waarna het naar de kern transloceert waar het bindt aan transcriptieregulatoren. Hedgehog signaling: In afwezigheid van Hedgehog-ligand remt het Patched-eiwit de activiteit van Smoothened: - SuFu (Suppressor of Fused), een inhibitor-eiwit, bindt aan Gli-transcriptiefactoren in het cilium en houdt ze inactief - Gli3, wordt proteolytisch geprocessed tot een transcriptionele repressor. Gebeurt door: Gpr161 (GPCR in het ciliummembraan) activeert adenylyl cyclase → productie cyclisch AMP → activeert PKA → PKA fosforyleert Gli3 → transcriptionele repressor In aanwezigheid van Hedgehog heft binding aan Patched de remming van Smoothend op → Smoothend zorgt voor dissociatie van SuFu-Gli2 complexen, waarna Gli2 wordt omgezet in actieve transcriptiefactor (stimuleert dus genexpressie). Hedgehog bevordert ook de verwijdering van Gpr161 uit het cilium, wat de vorming van de Gli3-repressor vermindert Explain signaling through intracellular receptors and alternative signaling routes in gene regulation (Fig. 15-65, 15-66). Sommige signaalmoleculen, zoals steroïde hormonen, kunnen de plasmamembraan passeren en binden aan intracellulaire receptoren, die ook transcriptiefactoren zijn. Deze nucleaire receptoren worden geactiveerd door ligandbinding en reguleren de transcriptie van doelwitgenen Chapter 17: Cell Cycle and Mitosis Het overzicht van de celcyclus begrijpen, met de nadruk op CDK's en cyclines (Table 17-1, Fig. 17-8, 17-10, 17-20). Celcyclus: duplicatie van DNA en organellen, gevolgd door de verdeling van deze componenten in twee genetisch identieke dochtercellen. De eukaryotische celcyclus bestaat uit vier fasen: G1, S, G2 en M. - G1 (Gap 1): De cel groeit en controleert de interne en externe omgeving om te bepalen of de omstandigheden geschikt zijn voor DNA-replicatie. - S (Synthese): DNA-replicatie vindt plaats, waarbij elke chromosoom wordt gedupliceerd. - G2 (Gap 2): De cel groeit verder, dupliceert organellen en bereidt zich voor op mitose. - M (Mitose): De gedupliceerde chromosomen worden gescheiden in twee dochterkernen (mitose), waarna de cel zich in tweeën deelt (cytokinese). In de meeste eukaryote cellen regelt het controlesysteem van de celcyclus de voortgang van de celcyclus bij drie belangrijke regelovergangen: 1. Start in late G1 fase – als cel committeert aan celcyclus entry en chromosoom duplicatie 2. G2/M transitie – als het controle systeem de vroege mitotische gebeurtenissen in gang zet die leiden tot de uitlijning van chromosomen op de mitotische spindel in de metafase  3. Metafase-naar-anafase transitie – als control systeem zusterchromatide separatie stimuleert → voltooiing van mitose en cytokinese Cycline-afhankelijke kinases (Cdks) zijn essentiële regulatoren/ controleurs van de celcyclus. Zijn afhankelijk van cycline voor hun activiteit, welke concentratie fluctueert tijdens celcyclus (Cdk conc. wel constant). Er zijn 4 hoofdtypen cyclines: 1. G1/S-cyclines: Activeren CDKs in late G1 en stimuleren de progressie door het Start- punt, wat leidt tot de start van de celcyclus. 2. S-cyclines: Binden aan CDKs na de Start-fase en stimuleren chromosoomduplicatie. S- cyclines dragen ook bij aan de controle van enkele vroege mitotische gebeurtenissen. 3. M-cyclines: Activeren CDKs die de overgang naar de mitose bij de G2/M-overgang stimuleren. 4. G1-cycline: helpt de activiteiten van de G1/S-cyclines te regelen, waardoor de progressie door Start in laat G1 wordt gecontroleerd. Er zijn 4 typen Cdks die binden aan deze cyclines: Cyclin–Cdk complex Cyclin Cdk partner G1-Cdk Cycline D Cdk4, Cdk6 G1/S-Cdk Cycline E Cdk2 S-Cdk Cycline A Cdk2, Cdk1 M-Cdk Cycline B Cdk1 Sequentiële activering van Cdks tijdens de celcyclus: Leg de regulatie van CDK's uit (Tabel 17-2), inclusief de rol van CAK (Fig. 17-11), Wee1 kinase (Fig. 17-12), Cdc25 phosphatase (Fig. 17-12), CKIs (Fig. 17-13), PP2A-B55 phosphatase en de great wall kinase (Fig. 17-15), ubiquitin ligases, like APC/C (Fig. 17-18), en SCF (Table 17-2). Binding van alleen cycline activeert de Cdks nog niet. Hiervoor is ook nog Cdk-activerend kinase (CAK) nodig; fosforyleert een aminozuur nabij de actieve plaats van de CDK → conformatie- verandering die de activiteit van de CDK-subeenheid verhoogt. Cdk activiteit kan ook geïnhibeerd worden, dit doet Wee1; fosforyleert remmende plaatsen in CDKs. Defosforylatie van deze plekken door Cdc25 zorgt weer voor verhoogde Cdk activiteit. Vooral bij M-Cdk activiteit. CKIs: kleine eiwitten die zich rond het cycline-CDK-complex wikkelen, waardoor een herschikking in de actieve plaats van de CDK wordt bevorderd, waardoor deze inactief wordt. PP2A-B55 fosfatase reguleert Cdk substraten tijdens de celcyclus. Activiteit is hoog tijdens interfase maar wordt geremd tijdens de vroege mitose wanneer de M-CDK-activiteit toeneemt. Waarom? M-Cdk zet PP2A-B55 fosfatase uit via fosforylatie van Greatwall. De belangrijkste regulator van de overgang van metafase naar anafase is het anafase- promotiecomplex of cyclosoom (APC/C), een ubiquitine ligase. APC/C katalyseert de ubiquitinatie van 2 eiwitten: 1. Securine – vernietiging ervan in de metafase activeert een protease die de zuster- chromatideparen scheidt en de anafase ontketent  2. S- en M-cyclines – vernietiging ervan leidt tot inactivatie van de meeste Cdks → de vele eiwitten die door Cdks gefosforyleerd worden vanaf de S-fase tot de vroege mitose, worden in de anafasecel gedefosforyleerd door PP2A en andere fosfatases. Nodig voor de voltooiing van de M-fase. Activatie van APC/C is afhankelijk van Cdc20 of Cdh1: binding veroorzaakt conformatie- verandering die de enzymactiviteit verhoogt & bieden de belangrijkste bindingsplaats voor de eiwitsubstraten van het enzym. SCF = een ubiquitine ligase die betrokken is bij de ubiquitinatie van bepaalde CKI-eiwitten in late G1, waardoor de activering van S-CDKs en DNA-replicatie wordt geregeld. SCF is ook verantwoordelijk voor de afbraak van G1/S-cyclines in vroege S-fase. Beschrijf de rol van feedback in CDK-regulatie, met inbegrip van positieve feedback, bistabiliteit, negatieve feedback en hun implicaties in mitose en de celcyclus (fig. 17-16). Positieve feedback: Versterkt een signaal of proces, waardoor snelle, onomkeerbare overgangen mogelijk zijn. Een voorbeeld is de activering van M-CDK aan het einde van G2. Toenemende M- CDK-activiteit activeert Cdc25, dat op zijn beurt M-CDK activeert door remmende fosfaten te verwijderen. M-CDK remt ook Wee1, de kinase die M-CDK inactiveert. Deze positieve feedbacklussen zorgen ervoor dat alle M-CDK-complexen in de cel snel en onomkeerbaar worden geactiveerd, wat leidt tot snelle fosforylering van eiwitten die de vroege gebeurtenissen van mitose aansturen. Negatieve feedback: activering van APC/C-Cdc20 door M-CDK. APC/C-Cdc20 triggert de afbraak van cyclines → inactivering van M-CDK→ negatieve feedbacklus die M-CDK-activiteit beperkt. Bistabiliteit: wederzijdse antagonisme tussen M-CDK en PP2A-B55 via Greatwall kinase. Wanneer M-CDK Greatwall activeert, remt dit PP2A-B55, wat op zijn beurt leidt tot verdere activering van Greatwall. Dit creëert een bistabiel systeem waarbij de cel snel kan schakelen tussen een toestand van hoge M-CDK-activiteit en lage PP2A-B55-activiteit en vice versa. De activering van cyclines en hun afbraak verklaren, inclusief APC/C-Cdc20 en APC/C- Cdh1 (Fig. 17-19). De twee APC/C activator subeenheden interageren achtereenvolgens met het APC/C: Cdc20 als eerste in metafase om vernietiging van securine en cyclines in gang te zetten → chromosoom- segregatie in de anafase. Vervolgens wordt APC/C-activiteit in stand gehouden door Cdh1 gedurende late mitose en G1 → cyclines en andere eiwitten worden op een laag niveau worden gehouden tot volgende celcyclus. De processen van de S-fase in de celcyclus begrijpen. (Fig. 17-21). In S-fase wordt DNA gerepliceerd. Om te zorgen dat duplicatie maar 1x per cel gebeurt is initiatie opgedeeld in 2 stappen: 1. In late mitose/ vroege G1 fase worden Mcm helicases op het DNA geladen op ORI 2. In S fase worden Mcm helicases geactiveerd door S-Cdks Als ORI wordt geactiveerd kan hij niet meer worden geactiveerd tot er een nieuwe Mcm bindt → gebeurt alleen in vroege G1 → ori kan maar 1x per celcyclus worden gerepliceerd. Aan het einde van de S-fase bestaat elk gerepliceerd chromosoom uit een paar identieke zusterchromatiden die over hun lengte aan elkaar zijn geplakt (sister-chromatid cohesion). De activiteit van het pre-replicatiecomplex en de initiatie van DNA-replicatie begrijpen. (Fig. 17-22). Origin recognition complex (ORC) bindt aan ori. In late mitose/ vroege G1 helpen Cdc6 en Cdt1 de ORC om de Mcm helicase op de ori te laden. Aan het begin van de S fase triggert S-Cdk origin activatie door fosforylatie van bepaalde eiwitten die Mcm helicases activeren. Daarnaast wordt DDK geactiveerd > helpt origin activatie door subunits van Mcm helicase te fosforyleren. De processen van mitose en cytokinese bij celdeling uitleggen. Mitose is het proces waarbij de gedupliceerde chromosomen worden gescheiden in twee identieke dochterkernen. De cytokinese is de deling van het cytoplasma, waarbij de cel in twee dochtercellen wordt gesplitst. - Cytoplasma wordt verdeeld in tweeën door een contractiele ring van actine en myosine die in het midden knijpen waardoor de cel in tweeën splitst De stadia en processen van mitose begrijpen (Panel 17-1). Profase: Chromosomen condenseren en de mitotische spoel, een netwerk van microtubuli, wordt gevormd.  - Condenseren door condensine: complex van eiwitten dat de energie van ATP-hydrolyse gebruikt om de samenpersing en resolutie van zusterchromatiden te bevorderen - Mitotische spoel vorming wordt getriggerd door M-Cdk; M-Cdk fosforyleert microtubule- associated proteins (MAPs); bevorderen stabiliteit & depolymerisatiefactoren die de plus-uiteinden van de microtubuli destabiliseren Prometafase: De nucleaire envelop breekt af en microtubuli hechten zich vast aan kinetochoren. - Afbraak kernenvelop ook onder invloed van M-Cdk Metafase: De chromosomen worden uitgelijnd op de metafaseplaat, een denkbeeldig vlak in het midden van de cel. Kinetochoor microtubuli maken zusterchromatiden vast aan tegenovergestelde uiteinden van spindel Anafase: De zusterchromatiden worden gescheiden en bewegen naar tegenovergestelde polen van de cel. De kinetochore microtubuli worden korter en de spindelpolen bewegen ook uit elkaar; chromosoomsegregatie. - Scheiding van chromosomen gebeurt doordat APC/C securine kapotmaakt → separase komt vrij → breekt cohesine af. Telofase: De chromosomen decondenseren, er worden nieuwe nucleaire enveloppen gevormd en de cytokinese begint. Het belang en het mechanisme van het spindel assembly checkpoint uitleggen, inclusief de rol van Mad2 (Fig. 17-40). Checkpointmechanisme zorgt ervoor dat cellen pas de anafase ingaan als alle chromosomen correct georiënteerd zijn op de mitotische spindel. Werkt door een sensormechanisme dat de microtubuli-bevestiging aan de kinetochoor monitort; niet-correct bevestigd → kinetochoor zendt een negatief signaal uit → activering APC/C-Cdc20 geblokkeerd → overgang van metafase naar anafase wordt voorkomen. Negatieve signaal is afhankelijk van Mad2; gerekruteerd naar niet- bevestigde kinetochoor → zorgt voor conformatieverandering Mad2 → inhibitie APC/C-Cdc20. De fundamentele verschillen tussen mitose en meiose op moleculair niveau begrijpen (Fig. 17-52). Meiose: maakt van een diploïde een haploïde gameet (ei-/ spermacel). Begint met duplicatie in de S fase → paren zusterchromatiden van beide homologen. Daarna volgen meiose I en meiose II: - Meiose I – scheidt de homologen (die dus elk uit 1 paar zusterchromatide bestaan) van elkaar - Meiose II – zusterchromatiden worden van elkaar gescheiden > haploïd Verschillen tussen meiose en mitose: - Tijdens profase herkennen de 2 homologe chromosomen elkaar bij meiose en vormen een bivalent → leidt tot recombinatie tussen homologen - Meiose bestaat uit 2 scheidingfasen (scheiding homologen en zusterchromatiden), mitose uit 1 (scheiding zusterchromatiden). De rol van CDK's in celproliferatie en hun interactie met pRB uitleggen. Mitogenen zijn extracellulaire signalen die celdeling stimuleren. Ze activeren intracellulaire signaalroutes, waaronder de MAP-K-route; leidt tot verhoogde productie van transcriptiefactoren zoals Myc. Myc bevordert de expressie van genen die coderen voor G1-cyclines (D-cyclines) → verhoogde G1-Cdk-activiteit (cycline D–Cdk4) activeert E2F-eiwitten. E2F-eiwitten zijn transcriptiefactoren die de expressie van genen reguleren die essentieel zijn voor de S-fase, zoals G1/S-cyclines, S-cyclines en eiwitten betrokken bij DNA-synthese. In afwezigheid van mitogene stimulatie wordt de E2F-activiteit geremd door binding aan het retinoblastoom-eiwit (pRb). G1-Cdk fosforyleert pRb, waardoor E2F vrijkomt en de transcriptie van S-fasegenen kan activeren. De activering van E2F stimuleert de productie van G1/S-cyclines en S-cyclines, wat leidt tot verdere pRb-fosforylering en E2F-vrijgave. Dit creëert een positieve feedbacklus die de overgang naar de S-fase versterkt. Mitogenen activeren dus indirect Cdks door de productie van cyclines te stimuleren. (1) De regulatie van DNA-replicatie door CDK's beschrijven (Fig. 17-59) & (2) uitleggen hoe celdeling wordt gecontroleerd en gecoördineerd, inclusief aspecten van groei en regulatie (Fig. 17-59). (1) Het figuur laat zien hoe mitogenen de expressie van G1/S- en S-cyclines verhogen, wat leidt tot de activering van S-CDK, de belangrijkste regulator van DNA-replicatie. (2) Het figuur laat zien hoe mitogenen celdeling stimuleren via de MAP-kinase-cascade, Myc en de activering van E2F. Deze route stimuleert zowel celgroei als celcyclusprogressie. De cellulaire reactie op DNA-beschadiging en de daaruit volgende celcyclus-arrest begrijpen. (Fig. 17-60). DNA-schade kan leiden tot celcyclusstop om te voorkomen dat beschadigd DNA wordt gerepliceerd of gescheiden. Kan op 2 momenten: bij de Start (niet S fase in) of bij G2/M transitie (niet mitose in). DNA-schade activeert de proteïnekinases ATM en ATR, die vervolgens Chk1 en Chk2 activeren. Deze kinases fosforyleren het tumorsuppressoreiwit p53. p53 activeert de transcriptie van het gen dat codeert voor de CKI p21. p21 bindt aan en inactiveert G1/S-Cdk en S-Cdk, waardoor de celcyclus in de G1-fase wordt gestopt. De kinases Chk1 en Chk2 remmen ook de celcyclusprogressie door fosforylering van Cdc25-fosfatases, die belangrijk zijn voor de activering van M-Cdk. Dit helpt de cel te stoppen bij de G2/M-overgang Chapter 18: Cell Death and Apoptosis Onderscheid maken tussen apoptose en necrose, hun verschillende mechanismen en implicaties begrijpen (Fig. 18-1). Apoptose = geprogrammeerde celdood waarbij de cel krimpt, de kern condenseert en fragmenteert, en de cel uiteenvalt in apoptotische lichaampjes die door naburige cellen, meestal macrofagen, worden gefagocyteerd. Necrose = treedt meestal op als gevolg van acuut trauma of een geblokkeerde bloedtoevoer. Necrotische cellen zwellen op en barsten, waarbij hun inhoud in de omgeving terechtkomt en ontsteking veroorzaakt. De activering van initiator-caspasen en de daaropvolgende cascade van caspasen in de apoptotische pathway verklaren. (Fig. 18-3, 18-4). Caspases (c voor cysteine, asp voor asparaginezuur) zijn proteasen die een cruciale rol spelen in apoptose. - Initiator caspases (caspase 8 en 9): beginnen apotase. Worden geactiveerd als apoptotische signalen leiden tot de assemblage van specifieke adaptor-proteïne complexen die initiator caspase monomeren rekruteren die vervoglens dimerizeren en daardoor geactiveerd worden → mature, actief initiator caspase dimeer  - Executioner caspases (caspase 3, 6 en 7): bestaan als dimeren, worden geactiveerd door klieving van initiator caspases. Elk initiator caspase kan meerdere executioner caspases activeren → caspase cascade. Ze katalyseren de eiwitsplitsing die verantwoordelijk is voor karakteristieke manier van celdood Describe the process of DNA fragmentation by CAD and the regulation of iCAD (Fig. 18-5). Caspase-geactiveerde DNase (CAD) is een endonuclease dat DNA fragmenteert tijdens apoptose. In gezonde cellen wordt CAD inactief gehouden door de inhibitor iCAD. Tijdens apoptose splitst caspase-3 iCAD, waardoor CAD wordt vrijgegeven en het chromosomaal DNA kan splitsen. Omdat de DNA-splitsing alleen plaatsvindt op toegankelijke plaatsen tussen nucleosomen, resulteert dit in een ladderpatroon van DNA-fragmenten van variabele grootte bij gelelektroforese. Describe the components of the extrinsic pathway, including Fas ligand, Fas death receptor, FADD adaptor proteins, caspase-8 activation, and DISC assembly (Fig. 18-6). De extrinsieke route van apoptose wordt geactiveerd door extracellulaire signalen die binden aan death receptors op het celoppervlak. Voorbeeld hiervan is de activering van de Fas-receptor door de Fas-ligand op het oppervlak van een cytotoxische lymfocyt. Binding van Fas-ligand aan de Fas-receptor → clustering van de receptoren → blootstelling van dooddomeinen → binden aan het FADD-adaptorproteïne, → rekruteert caspase-8 → dimerizatie en activatie caspase-8. Deze assemblage vormt een groot dood-inducerend signaleringscomplex (DISC). Understand the intrinsic pathway of apoptosis, involving Cytochrome C release, Apaf1, CARD domain, caspase-9, and apoptosome assembly (Fig. 18-8). De intrinsieke route van apoptose (mitochondriale route; afhankelijke van release mitochondriale eiwitten) wordt geactiveerd door intracellulaire signalen, zoals DNA-schade. Belangrijkste released eiwit is cytochrome c in cytosol; bindt aan adaptor eiwit Apaf1 → oligomeriseert tot heptameer → rekruteert caspase-9 → vorming van apoptosoom. Dit apoptosoom activeert caspase-9 door dimerisatie → activeert executioner caspases en induceert apoptose CARD = caspase recruitment domain; CARD-domeinen van Apaf1 en caspase-9 interageren met elkaar, waardoor caspase-9 wordt gerekruteerd naar het apoptosoom Explain the regulation of the intrinsic pathway, encompassing anti-apoptotic Bcl2 family proteins, pro-apoptotic Bcl2 family effectors, and pro-apoptotic BH3-only proteins (Fig. 18- 9, 18-10 ). Om de intrinsieke pathway te kunnen activeren moet het mitochondriale membraan veranderd worden zodat cytochroom c kan diffunderen naar cytosol. Deze permeabilisatie (mitochrondiale outer membrane permeabilization, MOMP) wordt gereguleerd door familie Blc2 eiwitten. 1. Anti-apoptotische eiwitten (Bcl2 en BclxL) die MOMP en daardoor apoptose remmen 2. Pro-apoptotische eiwitten Blc2 kunnen MOMP induceren door openingen te maken in mitochrondriale membraan 3. Pro-apoptotisch BH3-only; promoot apoptose door de andere 2 klassen te reguleren Als de intrinsieke pathway wordt getriggerd, worden de pro-apoptotische Blc2 effectoren (Bak en Bax) geactiveerd waardoor MOMP getriggerd wordt door samen te klonteren tot oligomeren van verschillende grootte in het mitochondriale buitenmembraan → ontstaan openingen in membraan → cytochroom c kan naar cytosol (AB). Anti-apoptotische eiwtten (Blc2 en BclxL) voorkomen ongepaste MOMP door te binden aan BH3 domein Bak en Bax en zo oligomerizatie te voorkomen. BH3-only eiwitten stimuleren MOMP op 2 manieren 1. Bad; inhiberen bepaalde Bcl2 familie eiwitten door binding van hun BH3 domein aan BH3 binding domein van anti-apoptotisch eiwit → blokt anti-apoptotische activiteit → trigger MOMP 2. Bim en Bid; binden direct aan Bak en Bax om hun te activeren → trigger MOMP Describe the role of inhibitors (BCL-2, XIAPs) of apoptosis in preventing apoptotic cell death. Inhibitors of apoptose (IAPs) zijn caspase inhibitor eiwitten die ongepaste caspase activiteit en dus apoptose voorkomen. In zoogdieren is dit XIAP (X-chromosoom); zit in cytosol en bindt aan en inhibeert daardoor caspase-9 (initiator caspase) en caspase-3 en 7 (executioner caspases) → inhibitory treshold die de caspases moeten overwinnen om apoptose te triggeren. Als de intrinsieke apoptose pathway dan geactiveerd wordt, worden er door MOMP ook anti-IAP eiwitten gereleased; Smac en Omi → binden aan XIAP en verhinderen het om caspases te inhiberen → promoten caspase activiteit en dus apoptose Understand how extracellular survival factors inhibit apoptosis and their significance in cell survival and homeostasis (Fig. 18-12, 18-13). Sommige overlevingsfactoren helpen om het aantal zich ontwikkelende zenuwcellen aan te passen aan de grootte van het doelweefsel dat de zenuwcellen innerveren: Overlevingsfactoren binden aan celoppervlakreceptoren en activeren intracellulaire signaleringsroutes die de expressie of activiteit van Bcl2-familie eiwitten reguleren. Sommige overlevingsfactoren stimuleren bijvoorbeeld de synthese van anti-apoptotische eiwitten zoals Bcl2 en BclxL (A). Anderen remmen de functie van pro-apoptotische BH3-only eiwitten zoals Bad (B). Understand phosphatidyl serine signaling, including the roles of flippases and scramblases, and their regulation by caspases (Fig. 18-14). Fosfatidylserine (negatief geladen fosfolipide) is belangrijkste “eat me” signaal voor fagocyterende cellen. In gezonde cellen zit fosfatidylserine (PS) vooral in de binnenste laag van de plasmamembraan, dankzij de werking van een ATP-afhankelijke flippase; zorgt ervoor dat PS en fosfatidylethanolamine (PE) van de buitenste naar de binnenste laag worden verplaatst. In cellen die in apoptose gaan hoopt PS zich op aan celoppervlak door 2 mechansimes: 1. Executioner caspases klieven en inactiveren de flippase → PS en PE kunnen niet langer van de buitenste naar de binnenste laag worden getransporteerd 2. Executioner caspases activeren een scramblase die fosfolipiden niet-specifiek tussen de twee lagen van de plasmamembraan wisselt; leidt tot een snelle accumulatie van PS aan de buitenkant van de cel. Explain how phosphatidyl serine signaling recruits macrophages and its significance in apoptotic cell clearance. De blootgestelde PS fungeert als een "eat me" signaal dat wordt herkend door macrofagen. "Brug" -eiwitten binden aan zowel PS als aan specifieke receptoren op het oppervlak van macrofagen; deze binding activeert de macrofaag en initieert fagocytose → apoptotische cel wordt opgenomen en verteerd. Belang: - Zonder deze signalering zouden apoptotische cellen langer intact blijven en mogelijk hun inhoud lekken → ontsteking - PS signalering voorkomt dat macrofagen gezonde cellen fagocyteren, ook als ze tijdelijk PS aan hun oppervlak blootstellen. Dit komt doordat gezonde cellen "eet me niet" - signalen op hun oppervlak tot expressie brengen die binden aan remmende receptoren  op macrofagen; fagocytose wordt geblokkeerd. Apoptotische cellen moeten deze "eet me niet" -signalen verwijderen/ inactiveren om door macrofagen te worden gefagocyteerd Explain the relationship between apoptosis and cancer, including how dysregulation of apoptotic pathways can contribute to cancer development. Normal inhibitory controles op apoptose werken niet bij kankercellen. Bv overexpressie van Bcl2; remt apoptose in lymfocyten en draagt daardoor bij aan ontwikkeling lymfoom. Ander vb; mutaties in p53 (tumor supressor gen); apoptose wordt niet meer geïnitieerd Chapter 19: Cell-Cell Junctions and Extracellular Matrix Onderscheid maken tussen verschillende cel-cel verbindingen: tight junctions, adherens junctions, desmosomen, gap junctions, hemidesmosomen en focale adhesies. (Fig. 19-2). = anchoring junction De rol van adaptoreiwitten in verschillende cel-celverbindingen en hun aanhechting aan intracellulaire cytoskeletale filamenten uitleggen (Table 19-1, Fig. 19-3). Transmembraan adhesieproteïnen verbinden het cytoskelet met extracellulaire structuren. De externe koppeling kan ofwel aan andere cellen zijn (cel-cel verbindingen, meestal gemedieerd door cadherines) of aan de extracellulaire matrix (cel-matrix verbindingen, meestal gemedieerd door integrines). De interne koppeling met het cytoskelet is over het algemeen indirect, via intracellulaire adaptoreiwitten. De concepten van homofiele en heterofiele binding in cel-cel interacties begrijpen (Fig. 19- 5). Binding tussen cadherines is homofiel; cadherinemoleculen van een specifiek subtype op een cel binden aan cadherinemoleculen van hetzelfde of een nauw verwant subtype op aangrenzende cellen. Cadherine binding is Ca2+ afhankelijk; de cadherine moleculen behouden hun rigide, licht gebogen staafvorm → essentieel voor een effectieve homofiele binding. Zonder Ca2+ worden de scharnierregio's tussen de cadherine domeinen flexibel → moleculen worden slap en niet langer correct georiënteerd zijn om aan een andere cadherine op een aangrenzende cel te binden → verlies cel-cel-adhesie. Cadherines binden niet heel sterk aan elkaar, maar wel met veel tegelijk waardoor de binding alsnog sterk genoeg is maar ook makkelijk ongedaan gemaakt kan worden (klittenband). Beschrijven hoe specifieke cadherine-expressie en actinemyosine-interacties bijdragen aan de organisatie van zich ontwikkelende weefsels. (Fig. 19-8, 19-9, 19-14, 19-15). Specifieke cadherine-expressie: Verschillende celtypen in een embryo brengen verschillende cadherines tot expressie, waardoor cellen van hetzelfde type bij elkaar kunnen komen en weefsels kunnen vormen. Veranderingen in cadherine-expressie tijdens de embryonale ontwikkeling leiden tot celherschikkingen en de vorming van nieuwe weefselstructuren. Als neurale crest cellen weg bewegen van de neurale tube gaan ze andere cadherines tot expressie brengen waardoor verschillende celgroepen zich van elkaar scheiden Actine-myosine-interacties: de binding van cadherines aan het actinemyosine-cytoskelet via adaptoreiwitten zoals catenines is essentieel voor de vorming van sterke cel-cel adhesies. Gecontroleerde contractie van het actinemyosine-netwerk, gekoppeld aan cadherine-adhesie, drijft belangrijke morfogenetische processen, zoals het vouwen van epitheelcellagen in buizen. Reorganisatie weefsels via gecoördineerde actine- myosine contractie en adherens junctie contacten: De mechanismen van transport door het epitheel uitleggen, inclusief transcellulaire en paracellulaire routes. (Fig. 19-18). Transcellulair transport: dit is een actief proces waarbij moleculen selectief door de epitheelcellen heen worden getransporteerd. Dit omvat opname van moleculen aan de apicale zijde, transport door de cel en afgifte aan de basolaterale zijde. Paracellulair transport: dit is een passief proces waarbij moleculen tussen de epitheelcellen door bewegen. De mate van paracellulair transport wordt gereguleerd door de tight junctions De rol van tight junctions als afsluitende barrières voor het behoud van weefselintegriteit begrijpen. Tight junctions bestaan uit claudines, vormen waarschijnlijk paracellulaire poriën; laten selectief specifieke ionen door. Tight junctions voorkomen dat moleculen vrij door de ruimte tussen epitheelcellen lekken, waardoor de selectiviteit van transcellulair transport wordt gewaarborgd. Dit is cruciaal voor het handhaven van chemische gradiënten en het voorkomen van ongewenste lekkage. Daarnaast verhinderen ze dat apicale en basolaterale membraaneiwitten met elkaar mengen. Dit is belangrijk om de gespecialiseerde functies van de verschillende membraandomeinen te behouden. De functie van gap junctions uitleggen bij het faciliteren van transport en communicatie tussen aangrenzende cellen. (Fig. 19-24, 19-25). Gap junctions zorgen voor kanaaltjes tussen cellen. De kanalen in gap junctions laten kleine moleculen, zoals ionen en metabolieten, door (tot ongeveer 1000 dalton). Gap junctions zorgen daarnaast ook voor elektrische koppeling tussen cellen, waardoor elektrische signalen snel van cel naar cel kunnen worden doorgegeven (cruciaal voor de gecoördineerde contractie van hartspiercellen en gladde spiercellen). Bestaan uit connexins die met z’n zessen een connexon vormen. Als de connexons van 2 cellen allignen vormen ze een kanaal die de cellen verbindt. De rol van fibroblasten in bindweefsel en de organisatie van de extracellulaire matrix begrijpen. (Fig. 19-30). Fibroblasten zijn de belangrijkste cellen in bindweefsel en spelen een cruciale rol bij de synthese, organisatie en afbraak van de extracellulaire matrix (ECM). De extracellulaire matrix van dieren beschrijven, inclusief de samenstelling en functies ervan (Fig. 19-31). Opgebouwd uit 3 klassen macromoleculen: 1. Glycosaminoglycanen (GAG's) o Meestal gelinkt aan eiwitten; proteoglycanen – vormen een gel waar collageen en glycoproteïnen inliggen 2. Fibreuze eiwitten (collageen) – geven ECM sterkte en veerkracht  3. Glycoproteïnen – helpen bij cel migratie en adhesie De componenten en functies uitleggen van glycosaminoglycanen (GAG's) in ECM (Fig. 19-32) - GAG's zijn lange, onvertakte polysacchariden bestaande uit herhalende disaccharide- eenheden - Sulfaat- en carboxylgroepen > negatief geladen > trekken cationen aan > water erachteraan door osmose > kunnen hierdoor weerstand bieden tegen compressie - Hydrofiel > vormen hydrating gels De componenten en functies uitleggen van proteoglycanen (Fig. 19-31) in ECM: - Bijna alle GAGs (op hyaluronan na) worden gelinkt aan eiwit tot proteoglycaan. - Aggrecan is een groot proteoglycaan dat voorkomt in kraakbeen. Decorin is een kleiner proteoglycaan dat bindt aan collageenfibrillen en de fibrilassemblage reguleert. De componenten en functies uitleggen van fibreuze eiwitten in ECM (Table 19-2, Fig. 19-38, 19-40, 19-41): - Collageen o Lange, stijve, driestrengs helix structuur, waarin drie collageenpolypeptide- ketens (α-ketens) om elkaar heen gewonden zijn in een touwachtige superhelix. o Er zijn verschillende soorten collageen, elk met een specifieke functie en weefseldistributie. o Bevatten hydroxylysine en hydroxyproline – worden gevormd door enzymen nadat lysine en proline zijn ingebouwd in collageen moleculen  o Fibrillen worden sterker gemaakt door vorming van cross-links tussen gemodificeerde lysine zijketens o Resist forces De componenten en functies uitleggen van glycoproteïnen (Fig. 19-48) in ECM: - Bestaan uit verschillende domeinen met elk specifieke bindingsites voor andere matrix macromoleculen - Fibronectine: multidomein glycoproteïne dat bindt aan collageen, proteoglycanen en integrines op het celoppervlak. Speelt een belangrijke rol bij celadhesie, -migratie en - signalering. o RGD sequence is belangrijk voor integrine binding De structuur en functie van collagenen en elastinen beschrijven bij het bieden van structurele ondersteuning en elasticiteit aan weefsels. (Fig. 19-45). Collageen: - Na secretie assembleren collageenmoleculen zich extracellulair tot collageenfibrillen. - Deze fibrillen aggregeren vaak tot grotere bundels; collageenvezels. Elastine: - Hydrofoob eiwit dat rijk is aan proline en glycine, maar niet geglycosyleerd is. - Gesecreteerd als tropoelastine en assembleren zich extracellulair tot elastische vezels. - Vormen een netwerk dat kan uitrekken en terugveren; elastisch. - De elasticiteit van elastinevezels wordt gereguleerd door de mate van cross-linking tussen elastinemoleculen. De componenten van de basale lamina begrijpen, waaronder laminine, collageen type IV, glycoproteïnen en proteoglycanen. (Fig. 19-54). De basale lamina is een gespecialiseerde vorm van ECM die zich onder epitheelcellen bevindt of rond bepaalde andere celtypen. Bestaat uit: - Laminine o Multidomein glycoproteïne dat de primaire organisator is van de bladstructuur van de basale lamina. o Bestaat uit drie lange polypeptideketens (α, β en γ) die met elkaar verbonden zijn door disulfidebindingen. - Collageen type IV o Verschilt van fibrillaire collagenen doordat de drievoudige helixstructuur op meerdere plaatsen is onderbroken → flexibeler o Assembleren zich extracellulair tot een flexibel netwerk dat de basale lamina treksterkte geeft. - Glycoproteïnen – nidogen o Koppelt laminine en collageen type IV aan elkaar, waardoor het netwerk van de basale lamina wordt gestabiliseerd. - Proteoglycanen – perlecan o Heeft meerdere bindingsplaatsen voor andere ECM-componenten en kan celsignalering beïnvloeden. Het proces van matrixafbraak, gemedieerd door matrixmetalloproteasen en serine- proteasen, en het belang ervan bij weefselremodellering uitleggen. Matrixafbraak is essentieel voor weefselremodellering, -herstel en celmigratie. - Matrixmetalloproteasen (MMP's): familie van proteasen die afhankelijk zijn van Ca2+ of Zn2+ voor hun activiteit. - Serineproteasen: andere familie van proteasen die een rol spelen bij matrixafbraak. - Ze breken verschillende ECM-eiwitten af, waaronder collageen, laminine en fibronectine. Het concept van celmatrixverbindingen en hun rol in het verbinden van cellen met de extracellulaire matrix begrijpen. (Fig. 19-48, 19-56, 19-58). Celmatrixverbindingen zijn gespecialiseerde structuren die cellen verbinden met de ECM. Deze verbindingen spelen een belangrijke rol in weefselorganisatie, celmigratie, celsignalering en mechanosensing. Integrines zijn de belangrijkste: - Ttransmembraan heterodimeren die bestaan uit een α- en een β-subeenheid. - De extracellulaire domeinen van integrines binden aan specifieke aminozuursequentie- motieven in ECM-eiwitten (bv RGD), zoals fibronectine en laminine. - De intracellulaire domeinen van integrines binden aan adaptor eiwitten, die op hun beurt binden aan het cytoskelet.  - Integrines kunnen schakelen tussen een actieve en een inactieve conformatie, waardoor de binding aan ECM en cytoskelet wordt gereguleerd. De rol van fibronectine en integrines in cel-matrix interacties uitleggen, inclusief inside-out en outside-in signalering. (Fig. 19-59). Fibronectine bindt aan collageen, proteoglycanen en integrines op het celoppervlak, waardoor het cellen helpt zich aan de ECM te hechten en te migreren. Integrines kunnen signalen in beide richtingen over de plasmamembraan doorgeven, wat inside-out en outside-in signalering wordt genoemd. - Outside-in – binding van ECM-eiwitten aan integrines activeert de integrine > binding aan cytoskelet - Inside-out – intracellulaire signalen kunnen de affiniteit van integrines voor ECM-eiwitten moduleren, waardoor de hechting van cellen aan de ECM wordt gereguleerd. o Trombine activeert het monomere GTPase Rap1 → Rap1 rekruteert taline en andere factoren → intracellulaire binding van taline activeert de integrines → binding aan extracellulaire matrixcomponenten Integrines zorgen ook voor celdeling en -overleving; cellen gaan in apoptose/ delen niet wanneer ze niet verbonden zijn met ECM Chapter 22: Stem Cells and Regeneration Stamcellen, progenitorcellen (transit-amplificerende) en terminaal gedifferentieerde cellen definiëren. (Fig. 22-2, 22-3). Stamcellen: ongedifferentieerde cellen die zichzelf kunnen vernieuwen en gedifferentieerde cellen kunnen produceren. Bij elke celdeling heeft een dochtercel de keuze om een stamcel te blijven (zelfvernieuwing) of te differentiëren. Progentiorcellen (transit-amplificerende cellen): cellen die ontstaan uit stamcellen en toegewijd zijn aan een differentiatiepad, maar blijven prolifereren voordat ze terminaal differentiëren (als het ware de tussenstap tussen stamcel en gedifferentieerde cel). In tegenstelling tot stamcellen, ondergaan deze cellen een beperkt aantal delingen. Terminaal gedifferentieerde cellen: cellen die het einde van hun differentiatiepad hebben bereikt en niet meer delen. De termen totipotent, pluripotent, multipotent en unipotent uitleggen in de context van celpotentie. Totipotent: Cellen die kunnen differentiëren tot alle celtypen van een organisme, inclusief extra- embryonale weefsels. Pluripotent: Cellen die kunnen differentiëren tot de meeste celtypen van een organisme, maar niet tot alle (bijvoorbeeld geen extra-embryonale weefsels). Multipotent: Stamcellen of progenitorcellen die meerdere gedifferentieerde celtypen kunnen genereren. Unipotent: Stamcellen of progenitorcellen die slechts één type gedifferentieerde cel kunnen genereren. De rol van stamcellen in darm- en epitheelweefselvernieuwing uitleggen (Fig. 22-4, 22-7). Darmepitheel: in de dunne darm bevinden multipotente stamcellen zich aan de basis van de crypten. Deze vernieuwen zich en produceren progenitorcellen die differentiëren tot de verschillende celtypen van het darmepitheel (absorptiecellen, slijmbekercellen, Paneth-cellen en entero-endocriene cellen). Epidermis (opperhuid): is meerlagig, met stamcellen in de basale laag. De dochtercellen van de stamcellen differentiëren en migreren naar de oppervlakte, waar ze uiteindelijk afschilferen. De methoden en technieken beschrijven om cellijnen te bestuderen, met voorbeelden uit colleges en tutorials. (Fig 22-7). Cell-lineage tracing: om stamcellen te vinden en erachter te komen welke cellen er uit een stamcel ontstaan. Maakt gebruik van transgene dieren en daarin 2 transgenen ingebracht; 1. GFP met blocking sequence ervoor 2. Inactieve CRE recombinase (geactiveerd door tamoxifen), Beide staan onder invloed van ubiquitinerings promotor (staat hard aan). Actieve CRE recombinase zorgt voor verwijdering blocking site door Lox sites. Alle dochtercellen bevatten altijd actieve GFP. Hierdoor kun je kijken welke cellen van welke cellen afstammen Slimmere aanpak: alleen maar stamcellen labelen. Weer met transgene dieren die 2 transgenen bevatten: 1. Een stamcel specifieke promotor; een Lgr5 promotor, met daarachter GFP en inactieve CRE recombinase. 2. Ubiquitinerings promotor met LacZ erachter (blauwe kleur) met ervoor blocking sequentie: cellen dus alleen blauw als CRE recombinase actief is waardoor de blocking site wordt verwijderd Zonder tamoxifen is stamcel dus groen, met tamoxifen is de stamcel blauw. Als stamcel gaat delen, is nakomeling stamcel groen/blauw, terminaal gedifferentieerde is blauw (geen Lgr5 promotor, wel ubiquitinering promotor waarbij blocking site er bij moedercel er al uit is geknipt). De processen van regeneratie en herstel in verschillende weefseltypen uitleggen (Fig. 22-4, 22- 9) & de ontstaans- en regeneratieprocessen van skeletspieren beschrijven (Fig. 22-9). Skeletspieren: hebben niet echt stamcellen, maar beschadigde skeletspiervezels kunnen worden hersteld door satellietcellen. Deze rustende stamcellen worden geactiveerd bij schade en differentiëren tot myoblasten, die vervolgens fuseren om nieuwe spiervezels te vormen of bestaande te repareren. Darmepitheel: stamcellen in crypten van de dunne darm kunnen alle celtypen produceren. Deze cellen migreren naar de villi waar ze uiteindelijk doodgaan. Het concept van een hiërarchisch stamcelsysteem begrijpen, geïllustreerd door de vorming van bloedcellen. (Fig. 22-12). Hematopoëtische stamcellen vormen rode (erythrocyten) en witte (leukocyten) bloedcellen. Wel paar tussenstappen bij deze vorming: Aan de top van deze hiërarchie staat de multipotente hematopoëtische stamcel, is in staat om alle soorten bloedcellen te produceren. Deelt zich op twee manieren: 1. Zelfvernieuwing: nieuwe multipotente hematopoëtische stamcel 2. Differentiatie: multipotente progenitorcel, differentieert verder tot specifieke bloedcellijn 1. Lymfoïde progenitorcel 2. Myeloïde progenitor Noem voorbeelden van weefsels die zich kunnen vernieuwen zonder actieve stamcellen en bespreek hun mechanismen. Pancreas: de insuline producerende β-cellen in de pancreas kunnen zich delen om de celpopulatie in stand te houden. Lever: hepatocyten, kunnen zich delen en grote delen verloren leverweefsel vervangen. Uitleggen hoe de Wnt signaalroute stamcellen in een prolifererende staat houdt in epitheliale weefsels. (Fig. 15-61, 22-4). Paneth cellen in darm secreteren Wnt eiwitten die stamcel-zelfvernieuwing stimuleren. Beschrijf hoe Lgr5 Wnt-signalering reguleert en zelfbehoud en -regulatie in stamcellen mogelijk maakt. In membraan zitten naast Frizzled en LRP receptoren voor Wnt ook een E3 ligase (ubiquitineert), waardoor bij binding van E3 aan Frizzled en LRP het complex wordt geïnternaliseerd en afgebroken waardoor Wnt signalering dus uit gaat. Als R-spondin (ligand) aan Lgr5 bindt in stamcellen heeft E3 ligase een hogere affiniteit voor Lgr5 dan voor Frizzled & LRP → Lgr5 afgebroken → Frizzled & LRP blijven→ Wnt pathway blijft aan De rol van de Notch-Delta signaalroute in de differentiatie van enterocyten via laterale inhibitie verklaren (Fig. 22-. Paneth cellen brengen Delta tot expressie; ligand van Notch. Activeert stamcellen die direct in contact staan, waardoor ze niet differentiëren. Vorm van laterale inhibitie. Maak onderscheid tussen de independent choice theory en de asymmetric division theory of stem cell fate determination (Fig. 22-18). Asymmetric Division Theory: stamceldelingen zijn asymmetrisch; de twee dochtercellen erven een verschillend lot. Dit wordt mogelijk gemaakt door een ongelijke verdeling van cell-fate bepalende moleculen tijdens de celdeling; 1 dochtercel erft de factoren die nodig zijn om een stamcel te blijven, andere dochtercel differentieert. Independent Choice Theory: dochtercellen van stamceldelingen bepalen onafhankelijk hun lot, willekeurig of door omgevingssignalen. Delingen zijn symmetrisch en beide dochtercellen kunnen zich ontwikkelen tot stamcellen of differentiëren, afhankelijk van intrinsieke/ extrinsieke factoren. Biedt meer flexibiliteit voor weefsels om zich aan te passen aan veranderende omstandigheden, zoals weefselbeschadiging of groeifactoren. De kenmerken en onderzoekstoepassingen van embryonale stamcellen (ES) uitleggen, met inbegrip van hun bronnen. (Fig. 22-25). ES cellen zijn pluripotente cellen afkomstig van inner cell mass van blastocyst. Ze kunnen tot alle celtypen differentiëren (alleen niet tot extra embryonale weefsels (placenta)) en onbeperkt delen zonder te differentiëren in kweek. Het differentiatieproces van embryonale stamcellen (ES) naar gespecialiseerde celtypen beschrijven. (Fig. 22-26). Door ES-cellen in kweek bloot te stellen aan de juiste differentiatiesignalen, kunnen onderzoekers ze sturen om te differentiëren tot een breed scala aan gespecialiseerde celtypen Definiëren waarom stamcellen in epitheliale weefsels multipotent zijn, in tegenstelling tot totipotente of pluripotente staten. Kunnen differentiëren tot alle celtypen binnen dat specifieke weefsel, en niet differentiëren tot cellen uit andere weefsels. De transformaties van fibroblasten en hun rol binnen de bindweefselcelfamilie uitleggen (Fig. 22-26). Fibroblasten (bindweefselcellen, relatief minder gespecialiseerde cellen) kunnen worden geherprogrammeerd tot induced pluripotent stem cells (iPS-cellen) mbv OSKM-factoren; Oct4, Sox2, Klf4 en Myc: De principes en methoden uitleggen van het gebruik van embryonale stamcellen (ES- cellen), waaronder het genereren van genetisch gemodificeerde dieren (fig. 22-25) en differentiatie in verschillende celtypen. (Fig. 22-31). General strategy for gene targeting in mice: ES-cellen kunnen in kweek worden gedifferentieerd tot een breed scala aan celtypen door blootstelling aan specifieke combinaties van groeifactoren en andere signaalmoleculen: Het proces van het genereren van organoïden beschrijven, inclusief de onderliggende mechanismen, mogelijkheden en beperkingen. (Fig. 22-32). Organoïden: miniatuur 3D-weefselstructuren die in vitro worden gekweekt uit stamcellen (ES-/ iPS-cellen) die de structuur en functie van echte organen nabootsen. Het concept van celherprogrammering en de toepassing ervan op pluripotente stamcellen begrijpen. (Fig. 22-33). Geneesmiddelenonderzoek en analyse van ziektemechanismen. Guest Lecture: Cancer Prevention and Treatment Explain 3 ways to interfere with cancer. 1. Preventie – verminderen van aanraking met risico factors/ vaccinatie tegen virussen 2. Diagnose – mammografie bij borstkanker, moleculaire testen 3. Behandeling – bestraling, operatie, chemo, targeted therapies Describe the working mechanism of 4 different types of targeted therapies. Interfereert met een bepaald doelwit of molecuul in/op kankercellen. Veel geneesmiddelen zijn alleen cytostatisch 1. Kleine moleculen bijv. imatinib / erlotinib. Nib = inhibitor in cel o Imatinib remt Bcr-Abl – chronische myeloïde leukemie. Bindt waar ATP normaal bindt, kan niet meer activeren. 2. Antilichamen bijv. cetuximab / trastuzumab. Mab = monoclonal antibody buiten de cel o Trekken immuuncellen aan die helpne kanker aan te vallen en vallen zelf kanker aan Geneesmiddelen gericht of gericht op tumoren, om bijwerkingen te verminderen 3. Antilichaam-drug conjugaten bijv. Kadcyla – chemo meer specifiek maken 4. Nanodeeltjes met chemotherapie bijv. Doxil – drug vrijgeven bij contact met cel Define nanobodies and list their key characteristics. Kleine antilichaam delen. Distributeren beter door tumoren dan alleen cetuximab. Nanobodies worden ontwikkeld als tracers voor beeldvorming van kanker om de diagnose te versnellen en een geschikte behandeling te vinden. Describe 3 therapeutic strategies using nanobodies. 1. Nanobodies as inhibitors o Binden aan specifieke eiwitten die betrokken zijn bij de groei en deling van cellen. Dit kan de activering van receptoren zoals EGFR blokkeren → celproliferatie wordt geremd. Biparatopische nanobodies (binden aan twee verschillende epitopen op hetzelfde doelwit) kunnen de tumorremming verder versterken. 2. NB photodynamic therapy (PDT) – nanobody with effector domain o PDT: niet-toxische fotosensitizer geactiveerd door licht → singletzuurstof (reactieve zuurstofsoort) → veroorzaakt lokale cytotoxiciteit. Als je het  combineert met nanobodies, kan je het veel specifieker inbrengen in alleen de tumor, waardoor de bijwerkingen worden verkleind en effecten worden vergroot. 3. NB drug conjugates (NDC) – nanobody with effector domain o Hoewel nanobodies superieur zijn in het distribueren door weefsels, is hun halfwaardetijd niet ideaal voor efficiënte medicijnafgifte (snelle clearance). Om dit te verbeteren, kunnen nanobodies worden gemodificeerd met een albumine- bindend domein (ABD) om hun halfwaardetijd te verlengen.