*************************************************************************

Tentamen IDT 2017-01-11 Tema 1 Kroppens nedbrytnings- och avfallshanteringssystem Yoshinori Ohsumi. Foto: Kyodo/via REUTERS Nobelpriset i fysiologi eller medicin har år 2016 tilldelats Yoshinori Oshumi för hans upptäckter av mekanismer för autofagi, en fundamental process för nedbrytning och återvinning av cellens egna beståndsdelar. Han beskrev på 1990-talet hur våra celler håller rent innanför tröskeln. När han nu Nobelprisbelönas för sina upptäckter har forskningsfältet exploderat cellens avfallshantering har visat sig vara avgörande vid cancer och flera andra sjukdomar. Nils-Göran Larsson, professor och medlem i Nobelkommittén: Precis som i en lägenhet ansamlas det skräp i våra celler. Saker slits, går sönder och behöver bytas ut. Yoshinori Oshumi har beskrivit de grundläggande mekanismerna för hur cellen sköter sin städning och återvinning. Och det är ingen finputsning det är frågan om, snarare en ständigt pågående renovering där kroppens byggnadsmaterial bryts ner och återvinns. En människa som väger 60 kilo består av bland annat cirka nio kilo proteiner. Två till tre hekto av dessa proteiner omsätts varje dag genom de här processerna. (Källa: http://ki.se/nyheter/nobelpriset-i-fysiologi-eller-medicin-2016-till-yoshinori-ohsumi) (Källa: http://ki.se/nyheter/ki-forskare-vi-hade-aldrig-kommit-sa-langt-utan-yoshinori-ohsumis-upptackter) Lysosomen är den cellorganell som spelar en avgörande roll för nedbrytningen av cellens egna beståndsdelar eller makromolekyler som tagits upp av olika celler. Det finns ett femtiotal ärftliga lysosomala metabola sjukdomar med genetiska defekter i lysosomens funktioner (t.ex. Tay-Sachs, Gaucher s, Hunter s, Niemann-Pick s sjukdomar). Mutationer i de enzym som deltar i lysosomens funktion leder till ackumulation av olika ämnen i cellen och eventuellt celldöd. 1. Redogör för lysosomens struktur, biogenes (bildning) och funktion. Hur erhålls det låga ph-värdet i lysosomen och vilken är fördelen med detta låga ph? (2 p) 1

Aspekter att beakta i svaret: Svaret skall innehålla uppgifter om lysosomens struktur där det framgår att lysosomen är en membranomsluten organell där makromolekyler och organeller bryts ner av ett hydrolytiska enzymer. Vidare att lysosomer bildas genom sammanslagning av endosomer, vilka i sin tur bildas genom endocytos och mognat till sena endosomer. ph i den sena endosomen är cirka 6,0. När ph sjunker till 5,0 har den mogna lysosomen bildats. Det finns ett 40-tal olika enzymer i lysosomen (proteaser, nukleaser, glykosidaser, lipaser, fosfolipaser, fosfataser och sulfataser). Alla är sura hydrolaser, dvs. kräver en sur miljö för att fungera optimalt (ph 5,0). Det sura ph:t (5,0) åstadkoms genom en membranbunden ATPdriven protonpump som pumpar in H + in i lysosomen. Om lysosommembranet skulle gå sönder och enzymerna skulle läcka ut i cytosolen (ph 7,2), sker liten skada, eftersom enzymerna inte fungerar i en mer basisk miljö. Detta är en viktig skyddsmekanism och eftersom de annars skulle börja bryta ner de cellulära makromolekylerna om lysosomens membran skulle brista. Specialiserade celler, fagocyter, deltar i kroppens system som försvarar oss mot invaderande mikroorganismer, exogena partiklar och hantering av kroppens egna avfallsprodukter. Fagocyterna anses ha ett ursprung från en hematopoetisk stamcell, som utvecklas till olika mogna leukocyter. Åtminstone två av dessa leukocyter deltar aktivt i kroppens nedbrytningssystem genom fagocytos och är livsviktiga. Den ena leukocyten bibehåller sitt utseende under fagocytosprocessen, medan den andra differentierar och genomgår en tydlig morfologisk förändring när den lämnar blodbanan och vandrar ut ur blodbanan, huvudsakligen till bindväven, där den verkar som fagocyt. 2. Redogör för den leukocyt som aktivt deltar i fagocytos utan att påtagligt ändra sitt utseende. Klargör cellens morfologi (med figur), egenskaper och livslängd i förhållande till röda blodkroppar (erytrocyter). Ge exempel på tillstånd då ett ökat respektive minskat antal av denna typ av leukocyt finns i blodet. Vad händer med hälsan när man har ett för lågt antal av cellen i blodet och förklara mekanismen bakom detta. (3 p) Aspekter att beakta i svaret: Den efterfrågade cellen är den neutrofila granulocyten. Svaret skall innehålla figur med tillhörande text som klargör cellens utseende, karakteristika, huvudsakliga funktion och ungefärliga livslängd i relation till röda blodkroppar. Vidare skall exempel på tillstånd då man ser ett ökat respektive minskat antal av neutrofila granulocyter anges. Markant brist på neutrofila granulocyter (neutropeni) leder till allvarliga bakteriella infektioner pga. bristande infektionsförsvar i avsaknad av adekvat fagocytosfunktion. 3. Vilken leukocyt genomgår, innan den blir en aktiv fagocyt, en morfologisk och funktionell förändring när den lämnar blodbanan samt vad kallas den efter utträdet? Vad karakteriserar cellens utseende och funktion när den finns i blodet respektive utanför blodbanan? (1 p) 2

Aspekter att beakta i svaret: Den efterfrågade cellen är monocyten som övergår till att bli en makrofag när den lämnar blodbanan. Svaret skall klargöra monocytens och makrofagens respektive utseende och karakteristika. 4. Ange de principiella skillnaderna i funktion och nedbrytning av bakterier mellan de två olika cellerna enligt fråga 2 respektive 3 vad gäller deras betydelse för det konstitutionella respektive det adaptiva försvaret. (2 p) Aspekter att beakta i svaret: Neutrofila granulocyter finns fr. a. i blodbanan och migrerar i stor mängd genom bl.a. diapedes till platsen för infektion/skada. Fagocyterade bakterier bryts helt ned och granulocyten dör själv i samband med detta varbildning. Kan aktiveras genom opsonisering av t.ex. komplementbindningsfaktorer och antikroppar. Alltså: Eliminering av inkräktare, stora mängder, dör snabbt. Monocyter/makrofager/dendritiska celler finns i vävnaden, representerar det första försvaret och bryter ner fagocyterade bakterier till lämpliga små molekyler att presenteras på ytan i MHCII molekyler till det adaptiva immunförsvaret, som på detta sätt blir aktiverat. Makrofager producerar också i samband med detta en stor mängd cytokiner och kemokiner, vilket initierar utveckling av inflammationsreaktionen. Städar upp efteråt. Alltså: Första eliminering av inkräktare, aktivering av adaptiva immunförsvaret och cytokinproduktion. Lever länge. Till din mottagning kommer idag en kvinnlig patient i 68-års åldern. Hon har tidigare varit frisk, men söker nu på grund av allmän trötthet, nedstämdhet, koncentrationssvårigheter, ökad törst, polyuri samt muskeltrötthet. Din kliniska undersökning visar på svaghet i proximala muskelgrupper, särskilt nedre extremiteter. I laboratorieproverna noteras ett onormalt högt serumkalciumvärde på 3,1 mmol/l (normalvärde totalcalcium 2,20-2,60 mmol/l), korrigerat för innehåll av albumin. Joniserat plasma kalcium är 1,70 mmol/l. Du konstaterar att patienten har en hyperkalcemi, vilket ses hos 1-4 % av patienter i öppenvård. Röntgenundersökning med bentäthetsmätning omfattande ländrygg, höft och distala radius visar på kortikal urkalkning av skelettet. Omsättningen av ben, och därmed regleringen av kalcium och fosfat som frigörs vid nedbrytningen av benet, sker genom en speciell cell. Cellens aktivitet regleras hormonellt. Vid olika sjukdomstillstånd kan cellen överstimuleras, vilket leder till hyperkalcemi och även benbrott. Uttalad hyperkalcemi kan ge påverkan på CNS med depressivitet, trötthet, anorexi och minskat vätskeintag, och samtidigt renal påverkan med försämrad förmåga att koncentrera urinen, vilket ofta leder till eskalerande dehydrering. Äldre människor är mer känsliga för hyperkalcemi än yngre, och en hyperkalcemisk kris kan hos äldre utvecklas redan vid serumkalciumvärde kring 3,0 mmol/l. (http://www.internetmedicin.se/page.aspx?id=1274). 6. Redogör för den bennedbrytande cellens utseende och funktion. Hur regleras cellens funktion hormonellt? Vilka endokrina organ och endokrina celler respektive vilka hormoner 3

är inblandande i bennedbrytning och hur sker regleringen som ser till att kalciumnivåerna i blodplasma ligger inom ett snävt intervall? (4 p) Aspekter att beakta i svaret: Osteoklaster resorberar ben genom enzymatisk hydrolys av mineraliserad benmatrix. Osteoklasterna är stora multinukleära celler som har acidofil cytoplasma, ruffled border och ligger i tät anslutning till benvävnad där det ses en Howship s lakun. Cellerna har receptorer för RANK (= receptor-activator of nuclear factor kappa-b), calcitonin och IL-6. Osteoklatser innehåller TRAP (= tartrate-resistant acid phosphatase) och cathepsin K, ett hydrolytiskt enzym. Parathyroideahormon (= PTH), producerat av huvudcellerna (utgör 80% av cellerna) i glandula parathyroidea, stimulerar osteoklasternas aktivitet och därmed bennedbrytningen. Osteoklaster har INTE receptorer för PTH, utan i stället stimulerar PTH indirekt benresorption genom att bindas till receptorer på närliggande osteoblaster och stimulera deras expression och frisättning av IL-6 och RANKL (L = ligand). Detta i sin tur leder till benresorption genom osteoklaster. Osteoklasternas aktivet inhiberas direkt av calcitonin, eftersom osteoklasterna har calcitoninreceptorer. Calcitonin produceras av de parafollikulära cellerna i glandula thyroidea. Hormonet sänker koncentrationen av serumkalcium och har därmed motsatt verkan i en jämförelse med PTH. Kalcium reglerar PTH sekretionen (feed-backreglering). Högt kalcium hämmar och lågt kalcium stimulerar PTH sekretionen. Sker via calcium-sensing receptor (CaR). Sänkt serumkalcium ger PTH exocytos (minuter), minskad intracellulär degradering av PTH (minuter-timmar), ökar PTH-genexpression (timmar-dagar) och cellproliferation i glandula parathyroidea (dagar-veckor). Celldöd är en annan mycket viktig del i kroppens kvalitets- och renhållningssystem, som rensar bort gamla och trasiga celler och ersätter dem med nya. 7. Vilken är skillnaden mellan nekros och apoptos? Genom vilka molekylära mekanismer kan en cell genomgå apoptos? Hur regleras apoptos? (3 p) Aspekter att beakta i svaret: Akut nekros: När celler dör okontrollerat, t. ex pga. en skada, sker nekros: en okontrollerad död där cellens innehåll släpps ut i extracellulärrummet, vilket ger en inflammation. Apoptos (programmerad celldöd): Vid apoptos fagocyteras den döende cellen av makrofager som stänger inne cellinnehållet, utan att åstadkomma närliggande skada. Cellen krymper och kondenserar. Cytoskelettet kollapsar, kärnmembranet löses upp och kärnans DNA fragmenteras. Kroppen omsätter sina celler kontinuerligt i stor omfattning. När cellerna inte längre behövs, dör de på ett välkontrollerat sätt. Molekyler och molekylära mekanismer: Proteaser som kallas kaspaser ( självmordsenzymer ) är hos en frisk cell i sin inaktiva form - prokaspas. Prokaspaserna aktiveras genom klyvning av en annan typ av kaspas, där aktiveringen av ett litet antal initiatorkaspaser skapar en kaskad av ett stort efterföljande aktiverade kaspaser, däribland effektorkaspaser, som bryter ned olika cellulära komponenter. Reglering av apoptos: Svaret skall innehålla information om att regleringen av apoptos kan ske via extracellulär respektive 4

intracellulär aktivering och mekanismerna för detta. Faktorer som påverkar apoptos är bl.a. mitogener, tillväxtfaktorer och överlevnadsfaktorer. Utöver nedbrytningssystem för hantering av kroppsegna makromolekyler, celler, invaderande mikroorganismer och miljöfarliga partiklar, har kroppen även nedbrytningssystem för läkemedel. Paracetamolförgiftningar har blivit allt vanligare. Under din första vecka som AT-läkare på akutmottagningen inkommer en 53-årig man 36 timmar efter ett avsiktligt intag av 80 g paracetamol. Patienten uppger illamående, buksmärtor, kräkningar och diarré. Vid din undersökning noterar du takykardi (120 slag/min). Svar från blodprover har ännu inte erhållits från avdelning för klinisk kemi. Normaldosering av paracetamol för vuxna enligt FASS: 500 mg: 1-2 tabletter var 4 6 timme (= 0,5-1 g x 4-6). Toxiska effekter ses hos vuxna redan vid 15-20 g och hos personer med måttligt till högt alkoholintag vid 10 g. (http://www.internetmedicin.se/page.aspx?id=938; http://www.lakartidningen.se/editorialfiles/w3/%5bcfw3%5d/cfw3.pdf) Cirka 70 % av läkemedel metaboliseras innan de elimineras från kroppen. 8. Vilken är den principiella skillnaden mellan läkemedel som elimineras direkt via njurarna jämfört med sådana som först metaboliseras innan de elimineras från kroppen? Förklara varför det för vissa patientgrupper/typer av patienter är viktigt att vara medveten om specifika läkemedels elimineringsvägar vid förskrivning. (2 p) Aspekter att beakta i svaret: Fettlösliga ämnen elimineras långsamt via njurarna eftersom koncentrationen i urinen inte kan vara högre än i plasma (passiv diffusion). Vattenlösliga ämnen kan däremot anrikas i urinen. Vid metabolism omvandlas fettlösliga ämnen till mer vattenlöslig med hjälp av fas I- och/eller fas II-enzymer, de bildade metaboliterna kan sedan effektivt elimineras via njurarna (men även via galla, t. ex. glukuronider). 9. Hur metaboliseras paracetamol? Varför är paracetamol livsfarligt vid överdosering? Klargör mekanismen bakom dess toxicitet. Vad kan man göra för att minimera risken för organskada? (3 p) Aspekter att beakta i svaret: Vid överdosering av paracetamol kommer de enzymer som katalyserar konjugering av paracetamol med glukuronsyra eller sulfat att mättas. Detta resulterar i att större andel av paracetamol metaboliseras via CYP3A4 och CYP2E1 till den reaktiva metaboliten NAPQI (N-acetyl-para-benzokinonimin). Den reaktiva/cytotoxiska metaboliten NAPQI inaktiveras normal via konjugering med glutation. Vid överdosering av 5

paracetamol och ökad NAPQI-produktion kan glutation ta slut, vilket innan ackumulering NAPQI som leder till celldöd och fatala leverskador om behandling inte sätts in i tid. Behandling inom 4 tim: Ventrikelsköljning (enligt nya rekommendationer inte aktuellt pga. tablettstorlek). Däremot rekommenderas medicinskt kol vid ankomsten till sjukhuset samt upprepas efter 2-4 timmar. Inom 8 timmar acetylcystein i.v. (eller metionin p.o.), dvs. prekursorer för glutation (tripeptid Glu-Cys-Glu). 6