T-rakkude kurnatus

• T-rakkude kurnatus ehk T-rakkude jõuetus (T-cell exhaustion) on toimivate T-rakkudega selgroogsetel loomadel esineda võiv kehasisene seisund, mida iseloomustab T-rakkude talitluse järkjärguline ja pidev kadumine, nende võimetus vastata signaalidele ja ka nende rakkude füüsiline hävimine.
  

T-rakkude kurnatust on täheldatud kroonilise lümfotsüütkoriomeningiidi korral ja seisund tekib antikehade resistentsuse seisundi (antigen-persistence) tõttu, mida aga esineb mitmete krooniliste nakkustekitatajate leviku korral inimkehas, nagu B-hepatiidi viirus, C-hepatiidi viirus, HI-viiruse ja ka kasvajate 'väljakasvul' (teiste elundite hõivel).

T-rakkude kurnatus oleneb paljudest teguritest, nende hulgas antigeense aktivatsiooni kestvus ja ulatus, CD4 T-rakkude abi, stimuleerivate ja supresseerivate tsütokiinide olemasolu ja ka aktiveerivate ja inhibeerivate retseptorite olemasolu.

Võimetus vastata ja toimida ei piirdu ainult CD8 T-rakkude vastustega ka CD4 T-rakkudel esineb mitmete infektsioonide korral talitlushäireid. Kurnatud rakkude vastuseid on dokumenteeritud nakatumiste korral järgmiste allikatega: polyomaviruses, lümfotsüütkoriomeningiit, adenoviirused, Friend leukaemia virus, hiire hepatiidi viirus, HI-viirus, B- ja C-hepatiidi viirus.

Talitlushäirega seostatakse nende rakkude võimetust eritada IL-2, TNFα ja IFNγ.

T-rakkude hääbumisel on oma roll IL-10 tootmisel.

Malaariauuringutes on uuritud PD-1 mehhanismi osalust (valk, mis reguleerib T-rakkude aktivatsiooni (immunoloogiline sünaps) ja võimalik, et toodud valk osaleb T-rakkude "vaigistamisel" – uuringud näitasid CD4+ T-rakkude (tüümusest küpsenud T_h rakud) jõuetust ja suremist ning CD8+ T-rakkude arvukuse vähenemist ja raku programmeeritud surma esilekutsumist.

Antigeen

Antigeen (ladina antigenes; lüh Ag) on selgroogse organismi tunginud võõraine (enamasti valk), mis seotakse spetsiifiliselt antikehaga või T-rakkude retseptoriga. Antigeenidena võivad toimida praktiliselt kõik bioloogilised makromolekulid: polüpeptiidid, polüsahhariidid, nukleiinhapped jt.

Antigeen on aine, mis stimuleerib antikehade teket; antigeeni, mis kutsub esile immuunvastuse, nimetatakse immunogeeniks.

Antigeen on üldiselt potentsiaalselt organismi kahjustav kehavõõras aine, mille sissepääs organismi põhjustab spetsiifiliste, nende vastu suunatud antikehade tekke, samuti lümfotsüütide aktiivseks muutumise.

Antigeenidena võivad toimida ka maomürgis sisalduvad molekulid, kui need kutsuvad maohammustuse järgselt nii madudel endil (maolt maole) kui ka teistel hammustada saanud loomadel esile antikehade tekke.

Antigeenid võivad organismi tungida naha, limaskestade, hingamis- ja seedetrakti kaudu.

Antigeenide loend (osaline)

• A-antigeen - erütrotsüütide (jt rakkude) pinnal olev A-vererühma antigeen
• Austraalia antigeen - B-hepatiidi pinnaantigeen;
• B-antigeen - erütrotsüütide (jt rakkude) pinnal olev B-vererühma antigeen;
• HL-antigeen (lüh HLA) - rakkude pinnal olev valk, mille alusel T-rakud tunnistavad oma organismi rakke

Lümfijuha

Lümfijuhadeks nimetatakse paljude selgroogsete loomade lümfisüsteemi (lümfoid(-immuun)süsteemi) kuuluvaid teatud jämedaimaid lümfisooni, mis moodustuvad väiksemate lümfisoonte liitumisel, milles liigub lümf ja mis suubuvad venoossesse vereringesse.

Lümfijuhade areng, anatoomia, morfoloogia, histoloogia ja patoloogia võivad erineda nii liigiti kui ka indiviiditi.

Imetajatel

Inimestel

Inimestel koonduvad lümfisooned kahte suurde lümfijuhasse:

• parem lümfijuha (ductus lymphaticus dexter),
• rinnajuha (ductus thoracicus).

Alzheimeri tõbi

Alzheimeri tõbi on terminaalne neurodegeneratiivne haigus, mida 1906. aastal kirjeldas esimesena Alois Alzheimer, kelle järgi haigus on ka nimetuse saanud.

Pildil on vasakul normaalse eaka inimese aju ja paremal Alzheimeri haige aju. Eristustunnused on välja toodud.

Alzheimeri tõbe klassifitseeritakse RHK-10 järgi koodiga G30.

Alzheimeri tõbe on liigitatud ka III tüüpi suhkurtõveks.

Alzheimeri tõbi on peaaegu poolte dementsuse juhtude põhjuseks. Dementsust, mis kujuneb välja Alzheimeri tõve tõttu, käsitletakse orgaaniliste psüühikahäirete rubriiki kuuluva haigusena (dementsus Alzheimeri tõvest).

Esinemine

Enamasti diagnoositakse Alzheimeri tõbi üle 65-aastastel, kuigi haruldasem varajane Alzheimeri tõbi võib esineda palju nooremas eas. 2006. aastal põdes Alzheimeri tõbe maailmas 26,6 miljonit inimest. Prognoositakse, et 2050. aastaks põeb maailmas iga 85. inimene Alzheimeri tõbe.

Põhjus

Alzheimeri tõve põhjus ei ole selge. On näidatud haiguse seost seniilnaastude ehk amüloidnaastude ehk amüloidiladestusega naaste ja neurofibrillaarsete tänkudega peaajus.

Sümptomid ja haiguse kulg

Kuigi Alzheimeri tõbi on igal inimesel erineva iseloomuga, on sel haigusel palju ühiseid sümptomeid. Esimesi sümptomeid peetakse sageli ekslikult eaga kaasnevateks vaevusteks või stressi ilminguteks. Kõige tunnustatum varajane sümptom on meeldejätmisvõimetus (näiteks on raske meenutada hiljuti nähtut). Kui tekib Alzheimeri tõve kahtlus, siis diagnoosi kinnitatakse tavaliselt käitumishinnangutega ja kognitiivsete testidega; sageli järgneb võimaluse korral ajuskaneering.

Haiguse süvenedes tekivad muu hulgas orienteerumatus, ärrituvus ja agressiivsus, meeleolu kõikumised, keelevõime halvenemine, pikaajalise mälu kaotus ning meelte nõrgenemine, mis tingib patsiendi enesessetõmbumise. Keha funktsioonid nõrgenevad, mis põhjustab lõpuks surma. Konkreetse patsiendi prognoos on keeruline, sest haiguse kestus varieerub. Alzheimeri tõbi kulgeb määramata aja latentselt ning võib aastaid progresseeruda, ilma et seda diagnoosimataks. Pärast diagnoosimist on patsiendil jäänud elada keskmiselt umbes seitse aastat. Alla 3% haigetest elab pärast diagnoosi panemist üle 14 aasta.

Haiguse kulg jaguneb neljaks staadiumiks, mille jooksul kognitiivsed ja funktsionaalsed häired süvenevad.

Eeldementsus

 Esimesed sümptomid pannakse sageli ekslikult vananemise või stressi 

arvele. 

Põhjalikul neuropsühholoogilisel testimisel on võimalik leida kergeid kognitiivseid raskusi kuni kaheksa aastat enne, kui on võimalik kliiniliselt diagnoosida Alzheimeri tõve. Need varajased sümptomid võivad häirida keerukamaid igapäevatoiminguid. 

Märkimisväärseim vaevus on mälukaotus, mis ilmneb raskuses meenutada hiljuti teada saadud asju ja võimetuses omandada uut infot.

Alzheimeri tõve varajases staadiumis võib olla kergeid raskusi ka tähelepanu, planeerimise, paindlikkuse ja abstraktse mõtlemisega ning semantilise mälu (tähenduste ning mõistetevaheliste suhete mälu) halvenemist. Võib esineda apaatia, mis jääbki haiguse kogu kulu jooksul kõige püsivamaks neuropsühhiaatriliseks sümptomiks. Haiguse eelkliinilist staadiumi on nimetatud ka kergeks kognitiivseks häireks, kuid puudub üksmeel selles, kas tegu peaks olema eraldi diagnoosiga või lihtsalt Alzheimeri tõve esimese astmega.

Kerge staadium

Õppimisvõime ja mälu halvenedes pannakse Alzheimeri haigetele lõpuks lõplik diagnoos. Väikesel osal neist on mäluhäiretest suuremaks vaevuseks keelevõime, tähelepanu, planeerimise, taju (agnoosia) või liigutuste tegemise võime (apraksia) halvenemine. Alzheimeri tõbi ei kahjusta kõiki mäluvõimeid võrdselt. Pikaajaline mälu varasema elu kohta (episoodiline mälu) ja õpitud faktide kohta (semantiline mälu) ning implitsiitne mälu (keha mälu, näiteks kuidas noa ja kahvliga süüa) kahjustuvad vähem kui uute faktide meeldejätmise ja meenutamise võime.

Probleemid keelega ilmnevad enamasti sõnavara vähenemises ja sõnade väiksemas käepärasuses, mis toob kaasa suulise ja kirjaliku kõne üldise vaesustumise. Sel staadiumil on haige tavaliselt võimeline lihtsamaid mõtteid korralikult edasi andma. Peenmotoorsete tegevuste (näiteks kirjutamine, joonistamine, riietumine) võib esineda koordinatsiooni- ja planeerimisraskusi (apraksia), kuid tavaliselt jäävad need märkamatuks. Haiguse süvenedes teevad haiged tavaliselt paljusid asju endiselt iseseisvalt, kuid nad võivad vajada abi kognitiivselt nõudlike tegevuste juures.

Keskmise raskusastmega staadium

Haiguse süvenedes kaob lõpuks haigete iseseisvus, nii et nad pole võimelised sooritama kõige tavalisemaidki igapäevatoiminguid. Võimetuse tõttu sõnu meenutada tekivad sagedased ebaõiged sõnaasendused (parafraasiad). Ka kirjutamis- ja lugemisoskus aina halvenevad. Haiguse süvenedes halveneb keerukate tegevuste koordinatsioon, näiteks suureneb kukkumisoht. Mälu halveneb veelgi ja haige ei pruugi oma lähedasi sugulasi ära tunda. Halveneb ka pikaajaline mälu, mis varasemates staadiumides säilis.

Rohkem hakkavad ilmnema käitumuslikud ja neuropsühhiaatrilised muutused. Tavalised ilmingud on uitamine, ärrituvus ja emotsionaalne labiilsus, mis ilmneb nutus, ettekavatsemata agressiivsushoogudes ja vastupanus hooldamisele.

Ravi ja ennetamine

Praegu kasutatavatel ravivõtetel on väike sümptomaatiline efekt. Pole olemas haiguse progresseerumist peatavat ega aeglustavat ravi. 2008. aastaks oli tehtud üle 500 kliinilise katse Alzheimeri tõve ravi leidmiseks, kuid polnud teada, kas mõni neist invasiivsetest võtetest annab lootust.

Alzheimeri tõve profülaktikaks on pakutud hulk eluviisiharjumusi, kuid pole tõendeid, et need degeneratsiooni pärsiksid. Haiguse ärahoidmiseks ja sellega paremaks toimetulemiseks soovitatakse ajutreeningut, kehalisi harjutusi ja tervislikku toitumist.

Et Alzheimeri tõbi ei ole ravitav ja on degeneratiivne, siis on väga suur tähtsus patsientide hooldamisel. Peamiseks hooldajaks on sageli abikaasa või lähedane sugulane. Alzheimeri tõbi asetab hooldaja õlule suure koorma (vaata Nõdrameelse hooldamine). Sellel võivad olla hooldaja elule rasked sotsiaalsed, psühholoogilised, füüsilised ja majanduslikud tagajärjed. Arenenud riikides on Alzheimeri tõbi ühiskonnale üks kulukamaid haigusi.

Haploidsus

Haploidsus (kr. keelest haplos üksik ja eidos kuju; inglise haploidy) indiviidi (raku) kromosoomistiku poolkordsus, liigi haplofaasile omase (gameetse) kromosoomistiku olemasolu. Haploidsust tähistatakse tavaliselt sümboliga "n".

Suguliselt sigivatel organismidel vahelduvad elutsüklis haploidne ja diploidne faas. Inimese haploidsetes rakkudes, sugurakkudes (gameet) on 23 kromosoomi.

Gameet

Gameet on organismi sugurakk. Eristatakse kahte tüüpi gameete: munarakud ja seemnerakud. Gameetide ühinemisel saab tekkida sügoot, viljastatud munarakk, millest areneb soodsate tingimuste korral uus hulkrakne organism. Gameedid on mitmeski mõttes eripärased rakud. Nad erinevad keharakkudest, somaatilistest diploidsetest rakkudest kromosoomi arvu poolest. Sugurakud on haploidsed (kahekordselt vähenenud kromosoomistikuga) rakud. Samuti ei kuulu gameedid ühegi organismi koe koosseisu. Lisaks sellele on sugurakud nii öelda kehavõõrad - väljaspool suguelundeid või muid selleks ette nähtud kohti kutsuks nad esile keha kaitsereaktsiooni, immuunvastuse. Rakutuum on spermi mõõtmetega võrreldes suhteliselt suur, munaraku mõõtmetega võrreldes aga väike. Arengubioloogias väljendatakse seda tuuma-tsütoplasma suhtena. Spermis on nende mahuline vahekord umbes 1:1 (50%/50%), munarakus 1:1000, tavalises keharakus 1:100. Sugurakud tekivad täiskasvanud organismis mitoosi teel. Sugurakkude arengut nimetatakse gametogeneesiks. 

Sõna gameet etümoloogia on tulnud vanakreeka keelest. Gametes γαμέτης "abielumees" / gamete γαμετή "abielunaine".

Diploidsus

Diploidsus on liigiomase kromosoomikomplekti kahekordsus indiviidi (raku) kromosoomistikus.

Enamikul taimedel ja loomadel on valdavas osas elutsüklist keharakud diploidsed.

Transformatsioon (geneetika)

Transformatsioon on muutus raku genoomis, mis juhtub vaba, valkude poolt sidumata eksogeense DNA sattumisest väliskeskkonnast läbi rakumembraani rakku, kus see raku enda geneetilise materjaliga liidetakse ja võõrgeeni ekspresseeritakse. Transformatsiooni esineb osal bakteriliikidest looduslikult, kuid seda kasutatakse ka laboratoorselt erinevate molekulaarsete tehnikate käigus. Transformatsioon on üks kolmest protsessist, mille abil bakterirakud geneetilist materjali vahetavad. Teisteks võimalusteks on konjugatsioon, mis esineb kahe bakteri otsesel kokkupuutel, ja transduktsioon, kus eksogeenne materjal viiakse bakterirakku bakteriofaagi abil. Baktereid, kes on võimelised transformeeruma, nimetatakse kompetentideks. Ka teisi rakke peale bakterite on võimalik transformeerida, näiteks taime- ja loomarakke, kuid eelistatum mõiste kirjeldamaks võõra DNA viimist eukarüootsesse rakku on transfektsioon. Loomarakkude puhul välditakse selle protsessi puhul transformatsiooni mõiste kasutamist, sest maliigse transformatsiooni all mõistetakse ka normaalsete rakkude muutumist pahaloomulisteks kasvajarakkudeks, millel pole seost rakuvälise geneetilise materjali sattumisega rakku.

Ajalugu

Esmakordselt demonstreeris transformatsiooni aastal 1928 briti bakterioloog Frederick Griffith, kes uuris kaht Streptococcus pneumoniae tüve. Kui Griffith süstis hiiri ohutu tüve (II-R) bakterite või kuumusega tapetud haigust tekitava tüve (III-S) bakteritega, jäid hiired ellu, kuid nende kahe kombinatsioon osutus hiirtele surmavaks. Surnud hiirte verest õnnestus tal isoleerida mõlema tüve elusaid rakke ning järeldas sellest, et mingi seaduspära järgi on võimalik ühe bakteritüve muundumine teiseks. Tema mõtet arendasid edasi Oswald Avery, Colin MacLeod ja Maclyn McCarty, kes tõestasid aastal 1944, et tegu on geneetilise materjali ülekandega. Kasutades samu tüvesid, isoleerisid nad virulentse tüve DNA ja näitasid, et selle viimisest II-R tüvesse piisab, et kahjutu tüvi samuti virulentseks muutuks, kummutades sellega tol ajal laialt levinud arusaama, et valgud on pärilikkust kandvaks materjaliks. DNA haaramist väliskeskkonnast rakku ja selle arvamist raku enese DNA hulka hakkasid nad nimetama transformatsiooniks. Algul suhtuti nende avastusse küll umbusuga, kuid geneetiliste markerite kasutuselevõtt Joshua Lederbergi avastused teiste geneetilise materjali ülekandeviiside osas (konjugatsioon 1947. ja transduktsioon 1953. aastal) veensid teaduskogukonda Avery tulemusi tunnustama.

Siiski oldi üsna veendunud, et Escherichia coli ei ole transformatsioonialdis. Alles aastal 1970 näitasid Morton Mandel ja Akiko Higa, et kaltsiumkloriidi lahusega töötlemise tagajärjel on E. coli võimeline väliskeskkonnast ilma faagi abita bakteriofaagi DNA-d inkorporeerima. Paar aastat hiljem tõestasid Stanley Cohen, Annie Chang ja Leslie Hsu, et sarnane meetod on efektiivne ka plasmiidse DNA puhul. Mandeli ja Higa meetodit arendas hiljem edasi Douglas Hanahan. Kunstlikult tekitatud kompetentsus E. coli kui laialdaselt kasutatava mudelorganismi puhul pani aluse mugava ja efektiivse metoodika arendamisele bakterite transformeerimiseks, mis võimaldab biotehnoloogias ja teadustöös kasutada varasemast oluliselt lihtsamaid molekulaarse kloonimise võtteid. Praeguseks on transformatsiooni näol tegu igapäevase laboriprotseduuriga.

Transformatsioon elektroporatsiooni teel arendati välja 1980. aastate lõpul, parandades in vitro transformatsiooni efektiivsust ja tekitades võimalusi enamate bakteritüvede transformatsiooniks. Uuriti ka taime- ja loomarakkude transformeerimise võimalusi, mis päädis esimese transgeense hiire loomisega aastal 1982, süstides hiire embrüosse geeni roti kasvuhormooni jaoks. 1970. aastate alguses avastati, et Ti-plasmiid Agrobacterium tumefaciens′i rakkudes on põhjuseks, miks bakter taimedele kasvajaid tekitab. Ti-plasmiid integreerub taime genoomi, kutsudes esile tuumorite teket. Asendades Ti-plasmiidis kasvajat tekitava geeni mõne muu geeniga, on võimalik A. tumefaciens’iga taimi nakatades viia kaheiduleheliste taimede genoomi valitud DNA. Üheiduleheliste ja mõningate teiste A. tumefaciens’i suhtes resistentsete taimede transformatsiooniks kasutatakse elektroporeerimist ning mikroinjektsiooni. Biolistilise meetodi ehk raku pommitamise geneetilise materjaliga kaetud metalliioonidega võttis 1990. aastal kasutusele John Stanford.

Mehhanismid

Bakterid

Bakterite puhul mõistetakse transformatsiooni all püsivat muutust raku genoomis, mida on toonud kaasa vaba DNA haaramine väliskeskkonnast rakku ja kompetentsuse all peetakse silmas võimet vaba DNA-d rakuvälisest keskkonnast rakku võtta. Kompetentsus võib esineda nii looduslikult kui tekkida kunstlikult.

Looduslik kompetentsus

Umbes 1% bakteriliikidest on loomulikult kompetentsed, olles võimelised laborikeskkonnas ilma lisatöötluseta vaba DNA-d oma rakku võtma. On alust arvata, et looduslikus keskkonnas on see protsent suurem. DNA kandumist ühelt bakterilt teisele nimetatakse horisontaalseks geeniülekandeks ehk geneetilise materjali saamiseks teiselt organismilt, olemata selle järglane. Lähedaste liikide vahel toimib transformatsioon paremini kui evolutsiooniliselt kaugemate liikide puhul. Looduslikult kompetentsetes bakterites on olemas geenikomplektid, mis kodeerivad DNA transmembraanseks transpordiks vajalikke valke, näiteks DNA translokaasi komplekse tsütoplasmamembraanis ja tüüp IV piilide kokkupanekuks tarvilikke valke.

Tulenevalt grampositiivsete ja gramnegatiivsete bakterite rakumembraani erinevustest esineb mõningaid erinevusi viisis, kuidas bakterid rakuvälist geneetilist materjali enda sisse toovad, kuid üldjoontes on protsess sarnane. Esmalt seondub DNA kompetentse raku pinnal paiknevale DNA-retseptorile ja liigub DNA translokaasi abil läbi rakumembraani. Selle käigus lagundatakse selle üks ahel nukleaaside poolt, kuna rakku pääseb vaid üheahelaline DNA. Sellist üheahelalist DNA-d on RecA ehk rekombinaas A abil võimalik genoomi integreerida. Gramnegatiivsed bakterid vajavad oma rakuseina mitmekihilise ehituse tõttu valgulist kanalit ka välismembraanis, mille moodustavad sekretiinid. Arvatakse ka, et oma roll on piliinil, kuid selle funktsiooni kohta pole veel kuigi palju teada. DNA transport rakku ei sõltu enamasti selle järjestusest, ent mõne liigi puhul võivad kindlad järjestused rakuvälises DNA-s seda soodustada.

Kunstlik kompetentsus

Kunstliku kompetentsuse tekitamiseks on kaks enamlevinud meetodit: elektroporatsioon ja rakkude manipuleerimine temperatuuri ning soolalahuse abil. Mõlemad neist muudavad rakumembraani DNA-le passiivselt läbitavaks looduses harilikult mitteilmnevate keskkonnategurite mõjul.

Elektroporatsiooni käigus antakse bakterirakke sisaldavale lahusele, kuhu on lisatud soovitav plasmiid, elektrilöök, mis perforeerib rakumembraani, et plasmiidne DNA siseneda saaks. Pärast elektriväljale eksponeerumist parandavad bakteri kaitsemehhanismid rakumembraani defektid taas ära. Tegu on rakusõbralikuma meetodiga kui soolalahuse kasutamine, kuna rakud viibivad kahjustavates tingimustes palju lühemat aega. Kasutatava elektrivälja tugevus jääb tavaliselt vahemikku 10–20 kV/cm.

Keemilisi kompetente hoitakse mõnda aega jää peal kahevalentsete katioonidega soolalahuses, enamasti kaltsiumkloriidi lahuses, misjärel vapustatakse neid kiire lühiajalise kuumutamisega. Arvatakse, et soolalahuse positiivsed ioonid aitavad bakteriraku negatiivse laenguga pinnamolekule neutraliseerida, muutes membraani negatiivselt laetud DNA jaoks paremini läbitavaks. Kuumašokk on vajalik selleks, et tekitada temperatuurierinevus raku sise- ja väliskeskkonnas, mis sunnib DNA läbi kahjustatud membraani rakku sisenema.

Taimed

DNA viimiseks taimedesse on mitmeid mehhanisme. Lihtsaim neist on transformatsioon Agrobacterium tumefaciens’i abil. Selleks lõigatakse taimekude, milleks tavaliselt on leht, väikesteks tükkideks ja leotatakse umbes kümme minutit Agrobacterium’i sisaldavas suspensioonis. Lõikepindade servmised rakud transformeeruvad bakteri mõjul Kui selliselt töödeldud koetükid juurdumise ja võrsekasvu suhtes selektiivsel söötmel üles kasvatada, saadakse geneetiliselt modifitseeritud taimed. Mõnede taimeliikide puhul piisab ka sellest, kui nende õis bakterisuspensiooni kasta ja hiljem seemned selektiivsele söötmele külvata. Paljusid taimeliike selle meetodiga siiski modifitseerida ei saa. Suur osa taimedest on transformeeritavad kulla- või volframiosakestega pommitamise teel. Selleks kaetakse metalliosakesed DNA-ga ning tulistatakse noortesse taimerakkudesse või taimeembrüosse. Efektiivsus on sel meetodil küll madalam kui Agrobacterium’i kasutades, kuid sobivate taimeliikide valik on oluliselt laiem. Samuti on eeliseks see, et nii saab transformeerida ka taime plastiide. Kolmandaks võimaluseks on taimerakkude elektroporatsioon, mis toimib sarnaselt bakterite puhul kirjeldatule.

Geneetilist materjali on võimalik taimerakkudesse viia ka mitmete taimeviiruste abil, kuid siis pole tegemist transformatsiooni, vaid transduktsiooniga – rakku viidav info on pakitud viiruskapslisse. Kuna suurem osa taimeviirustest on ssRNA-viirused, kelle pärilik materjal replitseerub tsütoplasmas, siis saab sel moel enamasti modifitseerida vaid üht põlvkonda rakke. Nakatatud taime järglased ei ole viirusega nakatunud ega kanna endas sisestatud geeni. DNA-viirused seevastu on võimelised kromosoomidega rekombineeruma, tekitades taime genoomis püsivaid muutusi, mis kanduvad üle ka järglastele.

Loomad

DNA viimist loomsetesse rakkudesse nimetatakse harilikult transfektsiooniks. Ka sel puhul muudetakse rakusein erinevate võtete abil poorseks, et soovitud materjal rakku liikuda saaks. Transfektsioon ei tähenda ainult DNA viimist rakku, vaid ka siRNA konstruktsiooni või valgu (näiteks antikeha) rakku sisestamist. Transfekteerimiseks kasutatakse kaltsiumfosfaati, elektroporatsiooni või segatakse rakku viidav aine katioonsete lipiididega, moodustamaks liposoome, mis membraaniga ühinedes sisaldise rakku viivad.

Rakendusi molekulaarbioloogias

Kunstliku kompetentsuse tekitamine bakterites võimaldab DNA-ga ja valkude ekspressiooniga manipuleerida. Levinuimaks mudelorganismiks on Escherichia coli, mida enamasti plasmiididega transformeeritakse. Plasmiidsel DNA-l peab rakku püsimajäämiseks olema oma replikatsiooni alguspunkt, et seda genoomist sõltumatult paljundada saaks. Transformatsiooni efektiivsuse ehk tõhususe, millega töödeldud bakterid väliskeskkonnast DNA-d omastavad, mõõtühikuks on CFU/μg DNA kohta.

CFU ehk colony forming unit väljendab eluvõimeliste rakkude hulka mingis koguses lahuses. Väikese plasmiidi, nagu pUC19 puhul tähendab transformatsiooniefektiivsus 1×10⁸ CFU/μg seda, et umbes üks plasmiid 2000 hulgast siseneb rakku. Keemiliste kompetentide puhul hoitakse rakke jää peal külmas CaCl₂ lahuses, muutes rakud plasmiidsele DNA-le läbitavaks. Rakke inkubeeritakse jääl plasmiidi juuresolekul ja seejärel kuumutatakse 42 °C juures sõltuvalt metoodikast 30–120 sekundit. Mittetööstuslikud meetodid annavad tulemuseks keskmiselt 10⁶–10⁷ transformanti mikrogrammi plasmiidi kohta. Keemiline meetod toimib plasmiidse DNA puhul väga hästi, kuid ei sobi lineaarsete DNA-fragmentide puhul, arvatavasti seetõttu, et raku eksonukleaasid lagundavad lineaarse DNA kiiresti ära. Looduslikud kompetendid seevastu transformeeruvad lineaarse DNA-ga paremini kui plasmiidsega.

Transformatsiooni efektiivsus väheneb plasmiidi suuruse kasvades, mistõttu kasutatakse suuremate DNA-molekulide puhul elektroporatsiooni. Elektroporeeritavaid rakke on enne töötlust soovitatav pesta külma mitmekordselt destilleeritud veega, eemaldamaks laetud osakesi, mis protsessi käigus sädet anda võiksid.

Transduktsioon

Transduktsioon (inglise keeles transduction) on geneetilise info kandumine ühelt bakterirakult teisele bakteriofaagide (viiruste) vahendusel.

Transduktsioon

Viiruste vahendatud transduktsiooni peetakse tänapäeval võimalikuks ka kõrgematel loomadel.

Transduktsioon avastasid 1952. aastal USA geneetikud Norton Zinder ja Joshua Lederberg.

Mutsiinid

Mutsiinid (MUC) on suured valgud, mis katavad ja kaitsevad epiteeli. Sekretoorsed mutsiinid, mis on koos veega peamisteks lima moodustajateks, eritatakse rakust välja. Membraanseoselised mutsiinid jäävad seotuks rakumembraaniga ja on lisaks kaitsefunktsioonile olulised rakkudevahelises suhtlemises. Membraanseoselised mutsiinid on üleekspresseeritud (valku toodetakse liiga palju) ja alternatiivselt modifitseeritud mitmete haiguste korral (tsüstiline fibroos, astma, vähk).

Struktuur

Mutsiinid koosnevad valgulisest „selgroost“ ehk apomutsiinist ja O-seoselistest suhkrujääkidest. Apomutsiinis on mutsiinidele iseloomulikud tandeemsed kordusjärjestused, mis on seriini- (Ser) ja treoniinirikkad (Thr). Ser ja Thr võimaldavad ulatuslikku glükosüülimist. Suhkrujäägid moodustavad 50–90% mutsiini molekuli massist. Suhkrujääkide tõttu nimetatakse neid glükoproteiinideks.

Membraanseoselised mutsiinid koosnevad kahest mittekovalentselt seotud alaühikust. Suurem alaühik on rakuväline ehk ekstratsellulaarne ning sisaldab põhiliselt glükosüülitud tandeemseid kordusjärjestusi. Väiksem alaühik sisaldab lühikest ekstratsellulaarset domeeni, transmembraanset domeeni ja tsütoplasmaatilist domeeni ehk tsütoplasmaatilist saba (CT).

Funktsioon

Mutsiine toodavad epiteelirakud, mis vooderdavad hingamis-, seede- ja suguelundkonna organite valendikke (toruja elundi õõsi). Mutsiine ekspresseeritakse ka erinevates näärmetes, kõrvas, kuseteedes ja nägemissüsteemis. Mutsiinide üks põhilisi ülesandeid on kaitsta epiteeli erinevate ärritajate vastu (madal pH, patogeenid, toksiinid, proteaasid, tolm) ja keskkonnamuutuste eest. Membraanseoselised mutsiinid moodustavad epiteeli rakkude pinnale tiheda võrgustiku – glükokaalüksi, mis ulatub rakkude pinnast kuni 1500 nm kaugusele. Selle kohal on sekreteeritavad mutsiinid, mis moodustavad limakihi. Membraanseoselised mutsiinid vahendavad epiteeli rakkudele väliseid signaale, mille tulemuseks võib olla rakkude jagunemine ehk proliferatsioon, diferentseerumine, programmeeritud rakusurm ehk apoptoos või erinevate ainete sekretsioon rakkudest.

Mutsiinide avaldumine inimesel

MUC1

Geen MUC1 paikneb 1. kromosoomi pikas õlas. MUC1 apomutsiin on umbes 200 kDa suurune, kuid glükosüülimisega võib molekulmass üle kahe korra suureneda. MUC1 on membraanseoseline. MUC1 avaldub kopsudes, sarvkestas, süljenäärmetes, söögitorus, maos, pankreases, jämesooles, rindades, eesnäärmes, munasarjades, neerudes, emakas ja emakakaelas. MUC1 ületootmine on iseloomulik rinna, munasarja, kopsu, käärsoole ja pankrease kartsinoomidele (epiteelkoe pahaloomuline kasvaja).

MUC2

Geen MUC2 paikneb 11. kromosoomi lühikeses õlas. MUC2 apomutsiin on 520 kDa suurune. MUC2 eritatakse rakust välja. MUC2 avaldub kopsudes, silmalau sidekestas, kõrvades, maos, peensooles, käärsooles, ninaneelus, eesnäärmes.

MUC3

Geen MUC3 paikneb 7. kromosoomi pikas õlas.  MUC3 on membraanseoseline. MUC3 avaldub normaalses seedetrakti epiteelis, aga ka põletikulise soolehaiguse ning kopsu–, süljenäärme–, käärsoole–, mao–, rinna–, pankrease– ja neeruvähi korral.

MUC4

Geen MUC4 paikneb 3. kromosoomi pikas õlas. MUC4 apomutsiin on 930 kDa suurune. MUC4 on membraanseoseline. MUC4 avaldub pisaranäärmetes, süljenäärmetes, naiste suguelundkonnas, eesnäärmes, maos, käärsooles, kopsudes ja piimanäärmetes. MUC4 ületootmine on iseloomulik pankrease, kopsu, rinna, käärsoole ja munasarja kartsinoomidele.

MUC5AC

Geen MUC5AC paikneb 11. kromosoomi lühikeses õlas. MUC5AC apomutsiin on 641 kDa suurune. MUC5AC eritatakse rakust välja. MUC5AC avaldub kopsudes, silmalau sidekestas, keskkõrvas, maos, sapipõies ja ninaneelus.

MUC5B

Geen MUC5B paikneb 11. kromosoomi lühikeses õlas. MUC5B apomutsiin on 620 kDa suurune. MUC5B eritatakse rakust välja. MUC5B avaldub kopsudes, keskkõrvas, neelus, süljenäärmetes, söögitoru näärmetes, maos, kaksteistsõrmiksooles, sapipõies ja ninaneelus.

MUC6

Geen MUC6 paikneb 11. kromosoomi lühikeses õlas. MUC6 eritatakse rakust välja. MUC6 avaldub maos, kaksteistsõrmiksooles, sapipõies, pankreases ja neerudes.

MUC7

Geen MUC7 paikneb 4. kromosoomi pikas õlas. MUC7 apomutsiin on 41,5 kDa suurune. MUC7 eritatakse rakust välja. MUC7 avaldub kopsudes, pisaranäärmetes, süljenäärmetes ja ninas.

MUC8

Geen MUC8 paikneb 12. kromosoomi pikas õlas. MUC8 eritatakse rakust välja. MUC8 avaldub munajuhas.

MUC9

Geen MUC9 paikneb 1. kromosoomi lühikeses õlas. MUC9 apomutsiin on 83 kDa suurune. MUC9 eritatakse rakust välja. MUC9 avaldub kõrvalsüljenäärmetes.

MUC10

MUC10 ei esine inimesel. MUC10 avaldub roti ja hiire kõrvalsüljenäärmetes ja testistes. MUC10 on membraanseoseline.

MUC11

Geen MUC11 paikneb 7. kromosoomi pikas õlas. MUC11 on membraanseoseline. MUC11 avaldub keskkõrvas, pankreases, kopsudes, harkelundis, peensooles, käärsooles, maksas, neerudes, emakas ja eesnäärmes.

MUC12

Geen MUC12 paikneb 7. kromosoomi pikas õlas. MUC12 on membraanseoseline. MUC12 valk koosneb 5478 aminohappejäägist. MUC12 avaldub keskkõrvas, pankreases, käärsooles, emakas ja eesnäärmes.

MUC13

Geen MUC13 paikneb 3. kromosoomi pikas õlas. MUC13 apomutsiin on 54,7 kDa suurune. MUC13 on membraanseoseline. MUC13 avaldub seede– ja hingamistrakti epiteelis ning mao–, käärsoole–, pärasoole–, pankrease–, kopsu– ja munasarjavähi korral.

MUC14

Geen MUC14 paikneb 4. kromosoomi pikas õlas. MUC14 on membraanseoseline. MUC14 avaldub munasarjas.

MUC15

Geen MUC15 paikneb 11. kromosoomi lühikeses õlas. MUC15 apomutsiin on 33,3 kDa suurune. MUC15 on membraanseoseline ja koosneb 311 aminohappejäägist. MUC15 avaldumine on kõrge platsentas, süljenäärmetes ja kilpnäärmes ning mõõdukas neerudes ja kopsudes. MUC15 isoleeriti algselt veise piima rasvagloobuli membraanist.

MUC16

Geen MUC16 paikneb 19. kromosoomi pikas õlas. MUC16 on teadaolevalt kõige suurem mutsiin, molekulmassiga üle 2000 kDa. MUC16 koosneb 22 152 aminohappejäägist. MUC16 avaldub hingamisteedes, suguelundkonnas ja seedetraktis. MUC16 on pankrease–, sapijuha–, maksa– ja munasarjavähkide marker.

MUC17

Geen MUC17 paikneb 7. kromosoomi pikas õlas. MUC17 on membraanseoseline ja koosneb 4493 aminohappejäägist. MUC17 avaldub normaalses seedetraktis ja käärsoole– ning pankreasevähi korral.

MUC18

Geen MUC18 paikneb 11. kromosoomi pikas õlas. MUC18 on membraanseoseline. MUC18 avaldub eesnäärmes.

MUC19

Geen MUC19 paikneb 12. kromosoomi pikas õlas. MUC19 eritatakse rakust välja. MUC19 avaldub kopsudes, süljenäärmetes, neerudes, maksas, käärsooles, platsentas ja eesnäärmes.

MUC20

Geen MUC20 paikneb 3. kromosoomi pikas õlas. MUC20 apomutsiin on 55–79 kDa suurune ja koosneb 503 aminohappejäägist. MUC20 on membraanseoseline. MUC20 esineb kahe isovormina (MUC20-S ja MUC20-L), mis erinevad üksteisest N–terminuses olevate kordusjärjestuste arvu poolest. MUC20 avaldub kopsudes, maksas, neerudes, käärsooles, platsentas ja eesnäärmes. MUC20 avaldub suuremal määral neeruvigastuste korral.

MUC21

Geen MUC21 paikneb 6. kromosoomi lühikeses õlas. MUC21 apomutsiin koosneb 535 aminohappejäägist. MUC21 on membraanseoseline. MUC21 avaldub kopsudes, jämesooles,harkelundis ja munandites. MUC21 on kopsu adenokartsinoomide (näärmeepiteelist lähtunud pahaloomuline kasvaja) marker.

Seosed haigustega

Alareguleeritud mutsiinide tootmine iseloomustab paljusid pahaloomulisi kasvajaid ja põletikulisi haigusi.

Mutsiinid aitavad kasvaja arengule ja metastaseerumisele kaasa erinevate mehhanismide abil. Metastaseeruvad vähirakud kasutavad mutsiine enda kaitseks, et jaguneda võõra koe ebasoodsates tingimustes ja takistada immunrakkude ligipääsu. MUC1–CT suurendab rakkude proliferatsiooni, kuna on võimeline seonduma erinevate proto-onkogeensete valkudega (ErbB, FGFR3, β–kateniin, ERα) ja takistama nende lagundamist. MUC1–CT takistab oksüdatiivse stressi korral apoptoosi tänu seondumisele p53 ja FOXO3–ga.

Normaalses kopsuepiteelis on mutsiinide tootmine küllaltki madal. Patogeenid ja muud ärritajad suurendavad mutsiinide tootmist märgatavalt. Krooniline mutsiinide ületootmine on iseloomulik tsüstilisele fibroosile, astmale ja kroonilisele obstruktiivsele kopsuhaigusele. Tsüstilise fibroosi korral vee sisaldus limas väheneb, ülemine limakiht ja alumine glükokaalüks on omavahel tihedamalt seotud ning seetõttu on lima väljutamine hingamisteedest raskem.

Downi sündroom

Downi sündroom ehk trisoomia 21 (lühend DS) on inimese kõige levinum kromosoomhaigus. Seda põhjustab 95 protsendil juhtudest 21. kromosoomi trisoomia (21. kromosoomist on 3 eksemplari, normaalne on 2), ülejäänud võivad olla 21. kromosoomi translokatsiooni mõjul. Downi sündroom on nimetatud inglise arsti John Langdon-Downi järgi, kes kirjeldas seda kromosoomihaigust esimesena aastal 1866.

Downi sündroom
Syndroma Down
Downi sündroomi põdev isik
Klassifikatsioon ja välisallikad
RHK-10	QQ.90
RHK-9	758.0
OMIM	190685
DiseasesDB	3898
MedlinePlus	000997
eMedicine	ped/615
MeSH	D004314

Nii naise kui mehe 21. kromosoomi trisoomia

Tekkepõhjused ja mehhanismid

Downi sündroomi tekkepõhjuseks peetakse häiret munaraku või spermatosoidi moodustumisel. Kromosoomide jagunemisel ilmneb viga ja loode areneb sügoodist, millel on üks kromosoom rohkem kui tavaliselt. Tervel inimesel on igas rakus 46 kromosoomi, mis koosnevad pärilikkuseainest, mille abil vanemate omadused ja tunnused antakse edasi järglastele. Kui tavaliselt on igal inimesel kaks sarnast 21. kromosoomi, siis Downi sündroomiga lastel on neid kolm. Downi sündroomi risk suureneb ema vanusega, kuid 80% selle haigusega lastest sünnib siiski emadel vanusega alla 35 eluaastat. Tänapäevased uuringud näitavad, et ühel vastsündinul 660-st (mõnede andmete kohaselt 1:700 või 1:900) on Downi sündroom. See ei sõltu riigist ega piirkonnast, kuid suuresti ema vanusest. Näiteks 25-aastaste naiste seas esineb see sagedusega 1:1250, 30-aastaste seas 1:1000, 35-aastaste seas 1:400, 40-aastaste seas 1:100 ja 45-aastaste seas 1:30 sünni kohta.

Sümptomid ehk avaldumine

Downi sündroomiga lastel on iseloomulik välimus ja nad on väliselt üsna sarnased.

Välised sümptomid:

• väike ümmargune pea, kukal ja näo profiil on lamedad;
• silmade lõige on viltune (meenutab mongoliidset rassi);
• kolmas silmalaug ehk epikantus, mis kujutab endast silmanurgas asuvat iseloomulikku nahavolti;
• silmade vahe on lai, esineb lameda juurega väike nina;
• kõõrdsilmsus, 3–4% esineb kae;
• hammaste anomaaliad;
• suu on poolavatud, suur keel sageli suust väljas;
• kõrvad on väikesed ja ümarad;
• kaela nahk on paks ja voldiline;
• nahk on kuiv ja sageli lõhenenud;
• iseloomulik on ka lühike kasv ja langenud lihasjõudlus;
• sõrmed on lühikesed, 50% esineb ahvivagu ehk nelja sõrme vagu (ahvikäejoon).

Vaimne areng:

• vaimne alaareng võib ulatuda kuni sügava vaimse alaarenguni.

Kehasisesed puudused või defektid:

• pooltel lastest esineb kaasasündinud südamerike ja/või puusaliigeste arenguhäire;
• liigeste liigne painduvus.

Neil esineb sagedamini kasvajaid, nakkushaigusi, soole avanematust ja teisi haigusi. Hilisemas elueas on suur risk haigestuda Alzheimeri tüüpi tõbedesse ja akuutsesse leukeemiasse. Iseloomult on Downi sündroomiga isikud leebed, kuid aeg-ajalt võib tekkida agressioonipuhanguid. Meessoost isikud on steriilsed, naised väga harva viljakad.

Diagnostika

Downi sündroomiga laste diagnoosimiseks kasutatakse kas füüsilist läbivaatust (kui on ilmsed tunnused eristatavad), kromosoomide analüüsimist, EKG-d või geneetilist konsultatsiooni.

Ravivõimalused

Downi sündroomi vastu otsest ravimit veel ei teata. Püütakse vältida võimalikke tüsistusi. Südamerikke raviks on sageli operatsioon, mille käigus suletakse valed avaused südame seinas või laiendatakse vajalikke avausi.

Downi sündroomi ravitakse peamiselt pikaajalise arendusraviga, mille varane alustamine on oluline hea lõpptulemuse saamiseks. Samas ei taga ka parim ravi lapse normaalset arengut. Ravi tehakse vastavates keskustes, kus töötavad koos psühholoog, logopeed, eripedagoog ja taastusraviarstid.

Suur osa on ka lapsevanematel. Last õpetatakse hakkama saama igapäevaste toimingutega nagu iseseisev söömine ja hügieen. Vastavalt võimetele õpivad lapsed lugema ja kirjutama.

Kindlasti on oluline ka massaaž ja ravivõimlemine, et tugevadada kaasasündinud nõrka lihaskonda.

Prognoos

Tänu kaasuvate haiguste varasele diagnoosimisele ning kaasaegsetele ravivõimalustele on ka prognoositav eluiga tunduvalt tõusnud. Kui 1929. aastal oli keskmiseks Downi sündroomiga inimese elueaks 9 aastat, siis tänapäeval on see 60 eluaasta ringis ning suure tõenäosusega tõuseb veelgi, tänu meditsiini arengule (Skallerup, S.J. 2008. Babies with Down Syndrome - A New parents´Guide. Woodbine House, USA).

Tavaliselt saab Downi sündroomiga imikut toita rinnaga, kuid osa võib vajada neelamistakistuse tõttu sondiga toitmist.

Märkimisväärselt alanenud lihastoonusega ja neelamisraskusega laste areng on pidurdunud, samal ajal kui kõrgema lihastoonusega, hea imemis- ja neelamisaktiivsusega ning elavate liigutustega lapsed arenevad võrdselt eakaaslastega. Neist tulevad raske või keskmise raskusega vaimse peetusega, kuid olukorraga kergesti kohanevad ja positiivse iseloomuga inimesed.

Ennetamine

15. rasedusnädalal saab raseda verest määrata hormoone alfafetoproteiini ja platsentas moodustuvat kooriongonadotropiini. Kui fetoproteiini on liiga vähe ja kooriongonadatropiini palju, on võimalik, et lootel esineb Downi sündroom. Vajalik oleks teha täpsemad uuringud.

Rasedaile vanuses üle 35–40 aastat pakutakse loote kromosoomanalüüsi võimalust, kuna Downi tõvega lapse sündimise tõenäosus hakkab märgatavalt suurenema, kui ema vanus ületab 35 eluaasta piiri. Kromosoomanalüüsiks võetakse looteveest läbi ema kõhu või tupe kaudu loote rakke. Protseduuri tehakse 16–20 rasedusnädalal. Võimalik on proovitüki võtmine ka platsentast. Loote rakke uuritakse mikroskoobi all ja kui leitakse lisakromosoom, võib pere soovi korral raseduse lõpetada (teha abort).

Kui peres on juba üks haige laps, siis kordusrisk teisel lapsel on alla 1%.