Pathologie

Die Arbeitskapazität weist die aller höchste Leistungseinbusse. 

Jedes Organ altert in einer anderen Geschwindigkeit, man nennt dies auch Asynchrones Altern. Mit zunehmendem Alter steigt die Wahrscheinlichkeit, dass einzelne Systeme durch Erschöpfung der funktionellen Reserven klinische Störungen zeigen. Organe versagen bevor das Individuum als Ganzes stirbt. Solche Störungen sind als Alterskrankheiten einzustufen. Ursachen der Alterskrankheiten sind genetisch (Demenz oder Parkinson) oder erworben (Katarakt, Arthrose). Bei genetischer Prädisposition wirkt schädliches Verhalten (Essgewohnheiten, Rauchen, körperliche Inaktivität) oft kumulativ und manifestiert sich wegen der zur Entwicklung und Manifestation nötigen Exposition (CxT Produktion) zunehmend in höherem Lebensalter.

1. Sollten offenbar während des normalen Alterns stattfinden
2. die experimenttele Verschlimmerung sollte die Alterung beschleunigen
3. experim. Besserung sollte die normale Alterungsprozesse bremsen/verzögern und damit Erhöhung der gesunden Lebenserwartung. 

- Genomische Instabilität

- Telomerabnutzung

- Epigenetische Veränderungen

- Verlust der Proteostase

- Dereguliertes Nährstoff-Sensing

- Mitochondriale Dysfunktion

- Zelluläre Seneszenz

- Stammzellerschöpfung

- Veränderte interzelluläre Kommunikation

- Alterungsprozess des Makroorganismus

- Alterungsprozess in verschiedenen Organsystemen

- Alterungsprozess auf zellulärer Stufe

--> Akkumulation von genetischem/molekularem, biochemischem & metabolischem Schaden --> DNA & Proteine werden dysfunktional

Ein gemeinsamer Nenner des Alterns ist die Anhäufung von genetischen Schäden während des gesamten Lebens.

• › Nukleare DNA-Mutationen & chromosomale Aberrationen (Aneupleudie)
• › Mitochondriale DNA: mitoDNA Polymerase Defekt --> vorzeitiges Altern
• › Nukleare Struktur: Lamindefekte (Gerüstprotein) --> vorzeitiges Altern

Altern --> Mutationen = Prädisposition für Krebs

Mutation im Genlocus im Chromosom 8 (kodiert für DNA Helikase: Öffnet DNA für Replikation) --> um das 20. Lebensjahr einsetzende, rezessive erbliche Progerie (Altern). 

1 von 4-8 Millionen Geburten; Mutationen im Lamin A, ein Gerüstprotein der Kernmembran, welches in Mutationsform die Kernhülle instabil macht und so fortschreitend den Kern schädigt --> Zellen sterben eher vorzeitig ab

Erhöhte DNA-Reparatur-Rate --> erhöhte max. Lebensdauer

Telomerverkürzung führen zum Altern/Seneszenz. Replikativen DNA-Polymerasen fehlt die Fähigkeit die terminalen Enden der linearen DNA-Moleküle vollständig zu replizieren. Die RNAabhängige DNA-Polymerase ''Telomerase'' übernimmt diese Funktion, damit es zu keinem Strukturverlust/ Informationsverlust kommt. Die meisten somatischen Säugetierzellen exprimieren keine Telomerase, und dies führt zum progressiven und kumulierten Verlust der Telomer-Schutz-Sequenzen der Chromosomenenden.

--> Folge: verminderte Geweberegeneration und erhöhte Genominstabilität

Telomerasedefekte können zu

• Lungenfibrose,
• aplastischer Anämie
• oder Dyskeratosis congenita führen.

Mäuse ohne Telomerase leben kürzer, Mäuse mit mehr Telomerase leben länger. Beim Menschen haben die jüngsten Meta-Analysen gezeigt, dass es eine starke Beziehung zwischen kurzen Telomeren und Mortalitätsrisiko gibt, vor allem bei jüngeren Menschen. Ob längere Telomere das Leben verlängern, ist nicht klar.

Eine Telomer-Verkürzung kann durch traumatische Ereignisse (v.a. in der Kindheit) beschleunigt werden. Zum Beispiel weisen Menschen, die vor dem Erreichen des 18. Lebensjahres Probleme mit der Polizei hatten, statistisch gesehen durchschnittlich kürzere Telomere auf. Die Lebensqualität kann somit eine Auswirkung auf die Lebensdauer haben.

Sind die Telomere stark verkürzt, dann kann eine normale Zelle irgendwann nicht mehr in die Zellteilungsphase übergehen und das Zellwachstum wird gestoppt. Wird nun die Telomerase aktiviert, werden diese Zellen unsterblich und wandeln sich so zu Krebszellen um.

Eine Vielzahl von epigenetischen Veränderungen wirkt sich auf alle Zellen und Gewebe während des gesamten Lebens aus. Veränderungen in der Chromatin-Architektur (Verlust und Umverteilung) sind charakteristische Merkmale des Alterns.

- Histonmethylierung --> Hemmung --> Lebensverlängerung in Nematoden (C. elegans)

- DNA-Methylierung: nimmt im Alter ab, aber kein klarer kausaler Zusammenhang

-Sirtuins (NAD-abhängige Deacetylasen und ADP Ribosyltransferasen) verlängern das Leben von Hefe, Fliegen und Nematoden.

-Sirtuins wurden ausgiebig als potentielle Anti-Aging-Faktoren untersucht.

Soll das Altern abbremnsen.

SIRT1 ist ein Mitglied der Familie von Proteinen Sirtuin, Homologe des Sir2 Gens in S. cerevisiae. Die Funktionen des menschlichen Sirtuin Proteins sind noch nicht bestimmt worden, doch, Hefe Sirtuin Proteinen ist bekannt, dass sie epigenetisches Gen-Silencing regulieren und Rekombination von rDNA unterdrücken.

--> SIRT1,3,6 --> erhöhte genomische Stabilität, weniger Entzündung, erhöhter Glukose Metabolismus (Insulin Sensitivität), erhöhte Lebensdauer in Mäusen.

Es wurde behauptet, dass Resveratrol (im Rotwein) als ein Aktivator der SIRT1 wirkt. Studien zeigen, dass Resveratrol die Expression von SIRT1 erhöht. Diese Daten wurden jedoch zum Teil bestritten.

Endogener und exogener Stress verursachen die Entfaltung von Proteinen oder beeinträchtigen deren korrekte Faltung während der Proteinsynthese.

Die Proteostase wird mit dem älterwerden verändert: weniger

Abbau & vermehrte Aggregation.

Ungefaltete oder aggregierte Proteine führen zur Entwicklung von

einigen altersbedingten Krankheiten, wie Alzheimer, Parkinson

und Katarakte.

Transgene Würmer und Fliegen, die Chaperone überexprimieren, sind langlebig.

Eine verstärkte Autophagie/ proteosomale Degradation verzögert das Altern in Hefe und Nematoden.

Ein stabiler Stopp des Zellzyklus ist an stereotypische phänotypische Veränderungen gekoppelt.

• Pathologie (Autopsie/Obduktion): Makroskopische und mikroskopische Analyse (morpholigsche Analyse) von Organen
• klinische Patho: Untersuchung von biologischen Flüssigkeiten (Zytologie), Gewebeproben (Biopsien/OP-Präparate), um Krankheiten zu identifizieren (Diagnose), und deren Ursachen (Ätiologie), und Verlauf (Prognose) zu charekterisieren. 
• molekulare Patho: untersucht molekulare und zelluläre Mechanismen, welche für die Entstehung und für das Fortschreiten der Krankheit verantworltich sind

• Makroskopie: Veränderung von Form, Grösse, Gewicht, Oberfläche, Farbe, Geruch und Struktur
• Mikroskopie: Man hat zuerst eine Probe: von einem Gewebe (Probebiopsie, Operationspräparat, Autopsiematerial). Dann kann man machen:
  • Übersichtsfärbung ( Nachweis von Veränderungen der Mikroarchitektur des Gewebes, von pathologischen Ablagerungen, Fremdgewebe, Nekrosen, Gewebsreaktionen)
  • Spezialfärbung: spez. Anfärbung bestimmter Zellstrukturen, Gewebskomponenten Elastika Färbung (elastische Fasern), Sudan Fettfärbung (Lipidhaltige Gewebe), Trichrome de Masson (Kollagen, Cytoplasma, Kern)
• Zytopatholgoie: HE Färbung zum Nachweis zytoplasmatischer und nukleärer Zellveränderungen. Hämatoxylin-DNA (Kerne) --> dunkel, bläulich; Eosin (Zytoplasma, EZM) ---> rötlich/violett

• Immunohistologie: Nachweis antigener Substanzen in Gewebe und Zellen (Avidin-Biothin-Komplex)
• Elektronenmikroskopie: Nachweis von ultrastruktureller Zellveränderungen (z.B. Glomerulusläsionen, Viruspartikel, Organellveränderungen)
• Durchflusszytometrie: Erfassung, Quantifizierung & Sortierung von Einzelzellen nach Fluoreszenzoptischen oder physikalischen Parametern (z.B. für Lymphozytenauszählung, DNA-Gehalt Messungen [Hämatologie & Forschung])-------------> Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) ---> Zellen müssen zuerst markiert werden, entweder durch Fluoreszenz oder durch immunhistologische Methoden

Dient zur Untersuchung von krankhaften Veränderungen von DNA und/oder RNA

Gewinnung & Asservierung (Sicherstellen von Objekten) von Einzelzellverbänden o. Einzelzellen aus Schnittpräperaten via Lasertechnik oder PCR. 

Nachweis durch markierter, komplementärer DNA-, RNA- oder Oligonukleotidstücke. Beruht auf der komplementären Basenbindung. In situ Hybridisierung ist der Nachweis von Nukleinsäuresequenzen in Schnitt- und Zellpräparaten.

RNA/ DNA Amplifikation, wobei es bei jedem Zyklus zu einer Verdoppelung kommt (2^x ---> x Zyklen). Qualität und Spezifität kann direkt während der Amplifizierung durch Hybridisierung geprüft werden.

Dient der Identifikation und Aktivitätsmessung bestimmter Gene vorzunehmen. Die Microarrays (1cm2 Plättchen mit Genmaterial drauf) dienen sowohl dem Einsatz bei einer Analyse über Änderungen der Genexpression als auch der Typisierung von Genmaterial.

Die einzelnen Felder auf dem Microarray sind dabei mit unterschiedlichen Fragmenten aus einzelsträngiger, fluoreszenzmarkierter DNA oder RNA beschichtet. Die zu untersuchende Probe wird zunächst mit einem weiteren Fluoreszenzfarbstoff markiert und anschließend auf das Microarray aufgebracht.

Liegt eine der auf dem Microarray komplementäre Nukleinsäuresequenz vor, so kommt es zur Bindung der Probe an das Substrat. Dabei entsteht eine Mischfarbe aus den beiden Fluoreszenzfarbstoffen, die dann mit Hilfe hochauflösender Laserkamera, auf ihre Position, Wellenlänge und Intensität detektiert werden kann.

• NGS: Sequenzierung ganzer Genome in kurzer Zeit
• Flüssige Biopsie: nicht invasive Alternative zu chirurgischen Biopsie. Z.B. können viele Infos über einen Tumor durch eine Blutprobe entdeckt werden. Die Spuren der Krebs DNA im Blut oder zirkulierende Krebszellen können Hinweise über die Genetik und Biologie des Tumors geben, was für die Behandlung

Durch spezifische Reize (Stressoren) hervorgerufene physische (und psychische) Reaktionen bei Lebewesen, die zur Bewältigung von Stressoren bewätligen.   

• Stress hat eine evolutive Wirkung: damit Belastungen besser ertragen oder letzendlich neutralisiert werden (Adaption)
• Übermässiger Stress, welcher nicht kompensiert werden kann führt zu Schäden

• Atrophie
  • einfache: Reduktion von Zellgrösse und Zellfunktion. --> reversible Zellverkleinerung, sowie des Gewebes durch Verminderung der Zellmasse. Verhältnis Organ-Grösse/Organvol. sinkt (oft). 
  • nummerische: Verkleinerung eines Organs durch Verminderung der Gesamtzellzahl ---> Verhältnis Organ-Grösse/Organvol. sinkt (oft)
• Hypertrophie:

Anstieg in Zellgrösse und Zellfunktion. dadurch Anstieg Verhältnis Organgrösse/organvol. ist auch reversibel. auch Gewebe kann wie bei Atrophie gesamthaft vergrössert werden. 

• Hyperplasie:

Anstieg der Zellzahl! Führt auch zum Anstieg der Organgrosse/Organvol verhältnis. Zellvermehrung durch Mitosen-->Organvergrösserung. Hyperplasie setzt auf Zellen mit Mitosefähigkeit---> zB Hepatozyten, Fibroblasten ---> Anstieg der Zellzahl. Hyperplasie kann also normal sein---> zB eben in der Leber nach einer Läsion, weil dann macht die Leber eben Hyperplasie. 

• Metaplasie:

Das ist noch reversible. Ist aber eine Vorstufe von Krebs. kann also gefährlich werden. dabei wird ein reifer Zelltyp durch einen anderen reifen Zelltyp ersetzt. Das metaplastische Gewebe ist widerstandsfähiger (Stress) gegenüber dem Vorgänger. 

• Dysplase:

Veränderungen von Zellgrösse, Form und Organisation. Beginn von neoplastishcen Veränderungen möglich--> Identitätsverlust---> immer pathologisch!!

• Mangelnder Gebrauch---> Muskeln (Muskelatrophie im Gips zB)
• Wegfall hormonaler Stimulation (Uterus nach Geburt zB)
• Verlust der Innervation (nicht nur Muskeln!)
• Verminderter Blutzufuhr (Raucherbein mit Muskelatrophie)
• Mangelernährung (Marasmus)
• Senile Atrophie: Wegsterben von einzelnen Zellen in permanenten Geweben
• Druckatrophie (zB durch Tumore)
• Kachexine durch Krebs (TNF) und Glukokortikoide aktivieren den Zellabbau, v.a. über Proteasomen

• Proteinabbau über den Ubiquitin-Proteasom Weg
• Autophagie (also wenn Zelle sich selber phagocytiert) und lysosomaler Zellabbau von Zellorganellen
• Telolysosomen enthalten nichtabbaubares Restmaterial (Lipofuscin bzw. Ceroid mit gelbbrauner Eigenfarbe); werden atrophe Organe braun, redet man von brauner Atrophie

Grob gesagt: bauen Proteine zu AS ab. Sind frei im Cytosol befindliche Proteinkomplexe und fungieren als multikatalytische Proteasen. Sie sind veranwortlich (in den eukaryotischen Zellen) für den Proteinabbau, welches auserhalb der Lysosomen stattfindet. 

Die hohe Akkumulation von AS durch den Abbau, die die Proteasomen bewerktstelligen kommt es zu Residiualkörpern (Lipofuszingranula), die dann in der Zelle liegen bleiben. ---> nennt man dann eben braunes FG