PROWADZĄCY: Prof. Nadzieja Drela Prof. Krystyna Skwarło-Sońta dr Magdalena Markowska dr Paweł Majewski

PROWADZĄCY: Prof. Nadzieja Drela Prof. Krystyna Skwarło-Sońta dr Magdalena Markowska dr Paweł Majewski Rok akad. 2015/2016 Semestr zimowy, czwartek, 8.30-10.00, sala 301A

Komórki tuczne (mastocyty) aktywacja Toll 2, 4, 6, 8 IgE, dopełniacz, i wiele innych Degranulacja: Histamina NCF czynniki ECF chemotakt Synteza: IL-3,4,5,6 TNF Leukotrieny Prostaglandyny

Rozpoznawanie niezwykle konserwatywnej grupy cząstek PAMPs (Patogen Asocciated Molecular Paterns) wzorce molekularne związane z patogenami toksyny bakteryjne, lipopolisacharydy (LPS) bakterii Gram-ujemnych peptydoglikany ściany komórkowej bakterii Gram-dodatnich, flagellina element strukturalny rzęsek bakterii, niemetylowane oligonukleotydy bakteryjnego DNA (CpG) kwasy nukleinowe bakterii, dwuniciowe RNA wirusowe.

Epithelial cell micrornas in gut immunity (2011) Yoshiyuki Goto & Hiroshi Kiyono Nature Immunology 12, 195 197 (2011) doi:10.1038/ni0311-195published online 15 February 2011

ekspresja cytokin, chemokin, czynników hemotaktycznych, białek ostrej fazy, wzrost aktywności fagocytarnej, uwolnienie enzymów (proteaz, hydrolaz), antybiotyków (defensyny, azurocysyna), czynników utleniających (nadtlenek wodoru, chloraminy).

CYTOKINY pro-zapalne TNF IL-1 IFN-g IL-15 chemokines (IL-8, MCP-1) rodzina IL-6 IL-6 IL-11 OSM LIF CNTF CT-1 przeciw-zapalne IL-10 IL-4 IL-13 INF-a TGF-b

lekarstwo n III, Ms. ~wie; lm D. ~arstw substancja chemiczna (lub zespół substancji) mająca pochodzenie roślinne, zwierzęce lub otrzymywana syntetycznie, stosowana w lecznictwie w celu zapobiegania chorobom, ich zwalczania, łagodzenia objawów

Wybrane niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ) - Nieselektywne inhibitory COX Pochodne kwasu fenylopropionowego Ibuprofen, Naproksen, Fenoprofen, Fenbufen, Ketoprofen, Kwas tiaprofenowy Pozostałe Indometacyna, Diklofenak, Piroksykam, Fenylbutazon, Sulindak, Tolmetyna - Względnie selektywne inhibitory COX Meloksykam, Nabumeton, Nimesulid - Selektywne inhibitory COX-2 Celekoksyb, Rofekoksyb, Parekoksyb, Waldekoksyb - Inne nieopioidowe leki przeciwbólowe Nefopam www.leki-informacje.pl

Rozwój ogólnego stanu zapalnego IL-1, TNF, IL-6 podwzgórze/przysadka ACTH gorączka senność Stan zapalny IL-6, IL-1, TNF IL-1, TNF, IL-6 nadnercza glukokortykoidy wątroba białka ostrej fazy szpik kostny GM-CSF leukocytoza trombocytoza

składniki układu dopełniacza kininy czynniki krzepnięcia

Główne oznaki stanu zapalnego CALOR RUBOR TUMOR DOLOR FUNCTI LASEA Po raz pierwszy opisane przez Celsusa - 2000 lat temu

Fizjologia stanu zapalnego tkanka uwalnia chemiczne sygnały po zakażeniu lub uszkodzeniu tkanki, - przepuszczalność naczyń, - czynniki chemotaktyczne, lokalne rozluźnienie naczyń - wzrost przepływu krwi, - zwolnienie szybkości przepływu, napływ osocza i białek w nim zawartych, wzrost ekspresji cząsteczek adhezyjnych na powierzchni komórek śródbłonka.

stymulacja chemoatraktant

ADHEZJA sukcesywna aktywacja leukocytów wyłapywanie toczenie wolne toczenie mocna adhezja migracja SELEKTYNY INTEGRYNY chemoatraktant

leukocyt-śródbłonek leukocyt L-selektyna PSGL-1 ESL-1 Y-SO 3 - ligand dla L-selektyny SO 3 - SO 3 - E-selektyna P-selektyna komórka śródbłonka

Leukocyt kierunek migracji receptory chemokinowe komórka śródbłonka Integryna - nieaktywna Integryna aktywna Immunoglobulny VCAM-1, ICAM-1

cadheriny Ig nowa oryginalna PECAM, CD 99, JAM-A, JAM-C występują na leukocytach JAMs dodatkowo mogą się łączyć z leukocytarnymi integrynami specyficzna bariera klucz klucz

Aktywacja leukocytu: - rozpuszczalne białka kationowe - białka wiążące heparynę, - wiązanie krzyżowe L- lub, P-selektyny lub VCAM-1. MLCK - kinaza łańcucha lekkiego miozyny

mechanizmy pobudzające układ odpornościowy do szybkiej odpowiedzi na szkodliwy czynnik, mechanizmy przeciwzapalne, - szybkie, - działające bezpośrednio, - odwracalne, - podatne na zmiany, - zintegrowane.

mechanizmy pobudzające układ odpornościowy do szybkiej odpowiedzi na szkodliwy czynnik, mechanizmy przeciwzapalne, - szybkie, - działające bezpośrednio, - odwracalne, OUN? - podatne na zmiany, - zintegrowane.

a) droga dyfuzyjna, b) drogi nerwowe

aktywacja dróg czuciowych podążających do podwzgórza, natychmiastowa aktywacja mechanizmów prozapalnych: - neurony bólowe, aktywacja mechanizmów przeciwzapalnych: - cholinergiczna, - zależna od nerwu błędnego.

MAKROFAG nerw błędny Ach NA Ach Ach NA adrenalina, glukokortykoidy, b-endorfina NA TNF-a, IL-1, IL-6, nerw współczulny KOMÓRKI TUCZNE SP SP białka ostrej f a z y włókna czuciowe n e r w u b ł ę d n e g o histamina, eikozanoidy, chemokiny,tnf-a SP neurony bólowe

Mediatory przeciwzapalne: cytokiny hormony IL-10 TGF-b białka wiążące TNF IL-1Ra glukokortykoidy adrenalina a-msh b-endorfina występujące lokalnie spermina PGE2 białka szoku cieplnego białka ostrej fazy

IL-1 PODWZGÓRZE IL-1 PRZYSADKA NADNERCZA M L CS

GORĄCZKA IL-1 OBJAWY ZŁEGO SAMOPOCZUCIA PODWZGÓRZE IL-1 PRZYSADKA NADNERCZA M L CS

ENKEFALINY, ENDORFINY, DYNORFINY OPIOIDY PODWZGÓRZE IL-1 PRZYSADKA NADNERCZA M M L CS OPIOIDY UWALNIANE PRZEZ LEUKOCYTY

ENKEFALINY, ENDORFINY, DYNORFINY OPIOIDY ANALGEZJA!!! PODWZGÓRZE IL-1 PRZYSADKA NADNERCZA M M L NEURON CS OPIOIDY UWALNIANE PRZEZ LEUKOCYTY

Fig. 5. Colocalization of b-endorphin and L-selectin in subcutaneous paw tissue. A, B, C: b-endorphin (red). A: L-selectin (green). B: L-selectin (green). C: L-selectin / b-endorphin (yellow). Bar = 20 mm.

Points of control in inflammation Nature 420, 846-852 (19 December 2002) Carl Nathan

Alzheimer s disease choroba Alzheimera Osteoarthritis - zapalenie kostno-stawowe Anaphylaxis - anafilaksja (nadwrażliwość) Pemphigus - pęcherzyca Ankylosing spondylitis - zesztywniające zapalenie stawów kręgosłupa Periodic fever syndromes syndrom okresowych gorączek Asthma - astma Psoriasis - łuszczyca Atherosclerosis - miażdżyca Rheumatoid arthritis reumatoidalne zapalenie stawów Atopic dermatitis - atopowe zapalenie skóry Sarcoidosis sarkoidoza (ziarniaki) Chronic obstructive pulmonary disease - przewlekła obstrukcyjna choroba płuc Systemic lupus erythematosus - toczeń rumieniowaty układowy Crohn s disease (regional enteritis) - choroba Leśniewskiego-Crohna Type I diabetes mellitusoroba cukrzyca typu I Gout gościec/podagra Ulcerative colitis wrzodziejące zapalenie jelita grubego Hashimoto s thyroiditis - zapalenie tarczycy Hashimoto Vasculitides (Wegener s syndrome), - układowe zapalenia naczyń (ziarniakowatość) Ischaemia-reperfusion injury choroby niedokrwienne Xenograft rejection odrzucenie przeszczepu Multiple sclerosis - stwardnienie rozsiane Points of control in inflammation Nature 420, 846-852 (19 December 2002) Carl Nathan

Miażdzyca

Chorzy na IBD (Inflammatory Bowel Desease - nieswoiste zapalenie jelit) Ulcerative colitis - Wrzodziejące zapalenie jelita grubego Crohn Desease - Choroba Leśniowskiego-Crohna Antoni Leśniowski 1904 rok Burrill Bernard Crohn 1932 rok

Choroby związane z chronicznym stanem zapalnym można podzielić na: Choroby, których etiologia wiąże się ściśle z rozwojem rekcji zapalnej, Choroby, których etiologia wiąże się z rekcją zapalną oraz obecnością patogenu, Choroby, o różnej etiologii, podczas których zwłóknienie (fibrosis) jest ich podstawową przyczyną.

Choroby związane z chronicznym stanem zapalnym można podzielić na choroby wywołane uszkodzeniem: czynników zaangażowanych w regulację procesu apoptozy, czynników uczestniczących w usuwaniu elementów zaangażowanych w reakcję zapalną oraz występujących w komórkach apoptotycznych, cytokin, receptorów dla cytokin i innych receptorów błonowych, czynników występujących wewnątrz leukocytów i komórek nabłonkowych, czynników wpływających na poziom stresu oksydacyjnego.

Choroby, w których stan zapalny może uczestniczyć w rozwoju patologii wraz z toksycznością mikroorganizmów Points of control in inflammation Nature 420, 846-852 (19 December 2002) Carl Nathan

Choroby, o różnej etiologii, podczas których zwłóknienie (fibrosis) jest ich podstawową przyczyną Points of control in inflammation Nature 420, 846-852 (19 December 2002) Carl Nathan

Choroby, których etiologia wiąże się ściśle z czynnikami zaangażowanymi w regulację procesu apoptozy Points of control in inflammation Nature 420, 846-852 (19 December 2002) Carl Nathan

Choroby, których etiologia wiąże się ściśle z czynnikami zaangażowanymi w usuwanie elementów zaangażowanych w reakcję zapalną oraz występujących w komórkach apoptotycznych, Points of control in inflammation Nature 420, 846-852 (19 December 2002) Carl Nathan

Choroby, których etiologia wiąże się ściśle z upośledzeniem funkcji cytokin, receptorów dla cytokin i innych receptorów błonowych Points of control in inflammation Nature 420, 846-852 (19 December 2002) Carl Nathan

Choroby, których etiologia wiąże się ściśle z upośledzeniem czynników występujących wewnątrz leukocytów i komórek nabłonkowych, Points of control in inflammation Nature 420, 846-852 (19 December 2002) Carl Nathan

Points of control in inflammation Nature 420, 846-852 (19 December 2002) Carl Nathan

Elementy zaangażowane w regulację reakcji zapalnej MAKROFAG nerw błędny Ach NA Ach Ach NA adrenalina, glukokortykoidy, b-endorfina NA TNF-a, IL-1, IL-6, nerw współczulny KOMÓRKI TUCZNE SP SP białka ostrej f a z y włókna czuciowe n e r w u b ł ę d n e g o histamina, eikozanoidy, chemokiny,tnf-a SP neurony bólowe

The vagus nerve and the nicotinic anti-inflammatory pathway Luis Ulloa Nature Reviews Drug Discovery 4, 673-684 (August 2005) Pro-inflammatory cytokines are one of the major causes of human morbidity and mortality, and they are successful pharmacological targets for the treatment of a variety of human infectious and inflammatory disorders. Shock, trauma, ischaemia and sepsis activate the innate immune system to trigger a defensive inflammatory response that is normally regulated by physiological antiinflammatory mechanisms. Overwhelming production of pro-inflammatory cytokines (interferon- (INF), tumour-necrosis factor (TNF), interleukin 1 (IL-1) and high-mobility group box 1 (HMGB1)) can be more dangerous than the original stimuli and cause the characteristic cardiovascular collapse and multiple organ failure associated with severe sepsis. Anti-inflammatory strategies to control the production of these pro-inflammatory cytokines represent a therapeutic approach for infectious and inflammatory disorders.

The vagus nerve and the nicotinic anti-inflammatory pathway Luis Ulloa Nature Reviews Drug Discovery 4, 673-684 (August 2005) The vagus nerve can modulate the innate immune response and prevent inflammation through a physiological mechanism that can be translated into a pharmacological strategy. Acetylcholine, the principal neurotransmitter of the vagus nerve, signals through either muscarinic or nicotinic receptors, and so selective agonists (atropine, -conotoxin or mecamylamine) were used to identify the receptors involved in the control of macrophages. This mechanism has been called the 'nicotinic anti-inflammatory pathway' because acetylcholine can inhibit the production of pro-inflammatory cytokines from macrophages through a nicotinic acetylcholine receptor. Nicotine, a more selective cholinergic agonist, is more efficient than acetylcholine at inhibiting the production of pro-inflammatory cytokines from macrophages through a mechanism that is dependent on the 7-nicotinic acetylcholine receptor (7nAChR).

The vagus nerve and the nicotinic anti-inflammatory pathway Luis Ulloa Nature Reviews Drug Discovery 4, 673-684 (August 2005) a Endotoxin (End) induces the transcription of a number of inflammatory cytokines (tumour-necrosis factor (TNF), interleukin 1 (IL-1) and IL-6). Acetylcholine and nicotine can inhibit the production of these cytokines through a post-transcriptional mechanism that is dependent on the 7 nicotinic acetylcholine receptor (7nAChR). Neither acetylcholine nor nicotine decreases the mrna levels of these cytokines but they both significantly inhibit their protein synthesis. This mechanism is specific for pro-inflammatory cytokines and neither acetylcholine nor nicotine inhibits the production of anti-inflammatory cytokines such as IL-10.b Nicotinic post-transcriptional regulation of pro-inflammatory cytokines. Acetylcholine inhibits endotoxin-induced HMGB1 secretion from human macrophages. This mechanism is especially significant because, unlike other pro-inflammatory cytokines, the continuous protein synthesis of HMGB1 is required for survival and the normal transcriptional regulation of macrophages. Acetylcholine inhibits HMGB1 secretion from human macrophages by signalling through a nicotinic acetylcholine receptor (nachr). Nicotine, a more selective cholinergic agonist, is more efficient than acetylcholine, and inhibits HMGB1 release induced by either endotoxin or tumour-necrosis factor (TNF). Nicotine prevents endotoxin-induced activation of the nuclear factor-b (NF-B) pathway and inhibits HMGB1 secretion through a specific 'nicotinic anti-inflammatory pathway' dependent on the 7nAChR. HMGB1, highmobility group box 1; TLR, toll-like receptor; NF-B, nuclear factor-b.

The vagus nerve and the 'nicotinic antiinflammatory pathway' represent a physiological mechanism that might be useful for the treatment of different infectious and inflammatory diseases. The vagus nerve represents a physiological target for pharmacological antiinflammatory compounds. CNI-1493 and melanocortin peptides control systemic inflammation through a mechanism that is dependent on the vagus nerve. Electrical stimulation of the vagus nerve is currently used for the treatment of refractory epilepsy and depression. Acetylcholine and nicotine activates the 7nAChR in macrophages and controls the production of inflammatory cytokines. Nicotine has already been used in clinical trials and provided a therapeutic effect against ulcerative colitis. Similar to nicotine, ethyl pyruvate limits systemic inflammation by inhibiting the nuclear factor-b (NF-B), and controlling the production of a variety of inflammatory cytokines including tumournecrosis factor (TNF) and high-mobility group box 1 (HMGB1). These inflammatory cytokines are therapeutic targets for the treatment of diverse inflammatory diseases, including rheumatoid arthritis and Crohn's disease. The vagus nerve and the nicotinic anti-inflammatory pathway Luis Ulloa Nature Reviews Drug Discovery 4, 673-684 (August 2005)

Elementy zaangażowane w regulację reakcji zapalnej Points of control in inflammation Nature 420, 846-852 (19 December 2002) Carl Nathan

High-mobility group box 1 protein (HMGB1): nuclear weapon in the immune arsenal Michael T. Lotze and Kevin J. Tracey Nature Reviews Immunology 5, 331-342 (April 2005)

Phillipson M and Kubes P, Nature Medicine, 2011

HMGB1 promotes neutrophil extracellular trap formation through interactions with Toll-like receptor (2013) American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology, Vol. 304 no. 5, L342- L349 DOI: 10.1152/ajplung.00151.2012 4

TOLL-like receptors - ekspresja cytokin, - chemokin, - czynników hemotaktycznych, - białek ostrej fazy, - wzrost aktywności fagocytarnej, - uwolnienie enzymów (proteaz, hydrolaz), antybiotyków (defensyny, azurocysyna), - czynników utleniających (nadtlenek wodoru, chloraminy).

Postępy Fitoterapii 2/2004, s. 87-90 Przedstawienie kluczowej roli czynnika NF-KB w przekazywaniu sygnałów prowadzących do indukcji transkrypcji wielu genów, m.in. COX-2 (cyklooksygenaza 2) i inos (indukowalna syntaza tlenku azotu), cytokin prozapalnych (m.in. TNFa, IL-lb) i rozwoju stanu zapalnego, angiogenezy, onkogenezy i metastazy. IkB inhibitor czynnika NF-kB; IKK kompleks kinaz inhibitora IKB; AP-l - czynnik transkrypcyjny; MAPK aktywowana mitogenem kinaza białkowa (wg 7 i 17).

Chorzy na IBD (Inflammatory Bowel Desease - nieswoiste zapalenie jelit) Ulcerative colitis - Wrzodziejące zapalenie jelita grubego Crohn Desease - Choroba Leśniowskiego-Crohna Antoni Leśniowski 1904 rok Burrill Bernard Crohn 1932 rok

Poly(ADP-ribosyl)ation Figure 1 Metabolism of poly(adp-ribose) during DNA damage and repair. In response to DNA-strand breaks

Poly(ADP-ribosyl)ation Figure 4 PARP-1 in the repair of single-strand breaks. Following the detection of single-strand-dna breaks (SSBs)

Wpływa na strukturę chromatyny, Może być czynnikiem transkrypcyjnym, Poly(ADP-ribosyl)ation Poprzez swoją aktywność PAR-ylację może zmieniać interakcje między białkami, w tym czynników trankrypcyjnych.

Fig. 1. Distinct patterns of genomic localization for H1 and PARP-1. (A)Heat maps of H1 and PARP-1 ChIP-chip data shown from 10 to +5 kb relative to the TSS. The data are limited to 758 promoters with the highest PARP-1 ChIP-chip signals and are ordered based on the intensity of the PARP-1 signal at the promoter. (B) Histograms showing the number of statistically significant peaks and troughs of PARP-1 and H1 across the entire 30-kb tiled region for the 1517 promoters on the ChIP-chip array.

Fig. 2. Averaging analysis of the log2 enrichment ratiosfrom H1 and PARP-1 ChIP-chip for genes

Dotąd powiedziane