205. Apoptoza indukowana przez receptory z domenami śmierci

Receptory z domenami śmierci (np. TNFR1 - receptor TNFalfa, Fas) to białka z jedną transbłonową helisą, które po związaniu liganda tworzą aktywne trimery. Trimery te rekrutują (przez domenę śmierci właśnie):

FADD (Fas associated death domain) - białko, które działa jako adaptor, wiążąc i aktywując kaspazę 8. To w przypadku Fas

TRADD - działa tak samo, ale wiąże i aktywuje kaspazę 2. To w przypadku TNFR1

Kaspaza 8 i 2 aktywują dalsze kaspazy uruchamiając kaskadę kaspaz prowadzącą do apoptozy (o tym później). NA wykładach jest też napisane że w TNFR mogą uczestniczyć w innych szlakach sygnalizacyjnych, ale nie jest napisane dlaczego i jak to się dzieje.

Fas jest receptorem, który wiąże FasL. FasL to błonowe białko aktywowanych limfocytów Tc i NK. Jeśli limfocyt taki zwiąże się z MHC komórki prezentującym nieprawidłowe epitopy świadczące o np. infekcji wirusowej, transformacji nowotworowej albo o byciu komórką z przeszczepu to ekspresjonuje FasL i indukuje apoptozę w związanej komórce.

206. Drogi indukcji apoptozy

Istnieją trzy drogi indukcji apoptozy:

• zewnętrzna przez receptory z domeną śmierci (patrz wyżej)

• wewnętrzna przez pozbawienie czynników wzrostowych - apoptoza zależna od kaspaz i mitochondriów (będzie w 209 i 211)

• wewnętrzna przez uwolnienie jonów wapnia z siateczki śródplazmatycznej - niezależna od kaspaz (będzie w 212)

Wszystkie drogi apoptozy mają podobny, zachowany ewolucyjnie schemat. Odpowiedzi na sygnały pro- i antyapoptotyczne koordynowane są przez białka regulatorowe (u ssaków rodzina Bcl-2). Sygnał przekazywany jest dalej przez białka adaptorowe (u ssaków jest to apoptosom i jego składniki) na efektory, którymi najczęściej są kaspazy. O ewolucyjnej stałości tych szlaków może świadczyć fakt, że pro- i antyapoptotyczne białka z C. elegans mają taki sam efekt w macierzystym organizmie i wstrzyknięte do ssaczych komórek.

207. Rola apoptozy w organizmie

Apoptoza jest tak samo ważnym procesem dla rozwoju organizmu jak podział komórki! (cytat z wykładów, napiszcie to to prof. pomyśli, że chodziliście na wykłady i będzie lepiej oceniał:P) Jej pierwsza rola to rola morfogenetyczna - apoptoza służy usuwaniu nadmiar komórek przy rozwoju organizmu np. usuwanie ogona kijanek w rozwoju żab, usuwanie błony między palcami czy ogona w rozwoju płodowym ludzi. Druga rola to selekcja, czyli usuwani niepotrzebnych komórek. Np. w rozwoju mózgu usuwa się komórki o bezsensownych albo błędnych połączeniach synaptycznych tak, żeby ukształtowała się prawidłowa sieć neuronowa. Ostatnia rola to zachowanie regulacji liczby komórek i przeciwstawianie się nadmiernej proliferacji. Nieograniczona proliferacja prowadzi do transformacji nowotworowej, dlatego część komórek usuwanych jest na drodze apoptozy. Jeśli dojdzie do przesunięcia równowagi w stronę proliferacji to mamy nowotwór, a jeśli w stronę apoptoz to mamy dystrofię.

(różne przykłady obrazków są w wykładach)

208. Rola białek z rodziny Bcl-2

Bcl-2 to rodzina białek, które pomimo znacznej homologii mogą mieć działanie zarówno pro- jak i antyapoptotyczne. Mają transbłonowe domeny i wiążą się z błonami mitochondriów, otoczką jądrową i ER. Posiadają także domeny homologii tzw. BH, dzięki którym mogą tworzyć homo- i heterodimery z członkami rodziny. Homodimery jednego białka z rodziny - Bax - tworzą kanały jonowe powodujące napływ jonów do mitochondrium. Powoduje to uwolnienie cyt. C do cytozolu, który wiąże się z Apaf-1 (składnikiem apoptosomu) i dalej aktywuje kaskadę kaspaz (Bax może też indukować apoptozę związaną z mitochondriami, ale niezależną od kaspaz). Dzieje się to jednak tylko pod nieobecność czynników troficznych (czyli zewnątrzkomórkowych cząsteczek sygnałowych powstrzymujących apoptozę, mogą to być czynniki wzrostu ale nie tylko). Brak czynników troficznych znosi fosforylacją innego białka z rodziny Bcl-2 - Bad. Nieufosforylowane Bad wiąże się z innym dimerem rodziny Bcl-2: Bcl-2/Bcl-xl. Związany dimer przestaje inhibować homodimer Bax i kanał się otwiera. Białka z rodziny Bcl-2 mogą też indukować wypływ jonów Ca2+ z ER co skutkuje apoptozą niezależną od kaspaz.

W strukturze dróg prowadzących do apoptozy, białka Bcl-2 pełnią rolę regulatorów. To od ich wzajemnych interakcji zależy czy adaptory są indukowane czy hamowane i czy pojawi się aktywność efektorów.

209. Udział mitochondriów w apoptozie.

W zewnętrznej błonie mitochondrialnej występują białka z rodziny Bcl-2. W opisanych w poprzednim zagadnieniu sytuacjach dimery Bax tworzą kanały jonowe powodujące napływ jonów do wnętrza mitochondrium. Powoduje to depolaryzację mitochondrium co skutkuje uwolnieniem cząsteczek cytochromu C z przestrzeni międzybłonowej do cytozolu (odpala to też niezależną od kaspaz drogę apoptozy, ale mało o niej wiadomo). Cytochrom C wiąże się z białkiem adaptorowym apoptosomu Apaf-1 i aktywuje je. To pozwala z kolei na aktywację kaspazy inicjatorowej np. kaspazy 9 i dalej kaskady kaspaz kończącej się śmiercią komórki.

210. Apoptosom

Apoptosom to kompleks białkowy pełniący rolę adaptorwą w apoptozie u ssaków. Jego głównym składnikiem jest Apaf-1 i cytochrom (cy nie chrom) C. Apaf-1 ma 3 domeny połączone elastycznymi linkerami w kształcie Y. Dwie WD40 (lol) na ramionach Y i domenę „hub” albo CARD (caspase recruitment domain) na stópce Y. W stanie nie związanym z cytochromem C Apaf-1 jest monomeryczny, a CARD wiąże się z oboma WD40. Po związaniu cyt. C przy udziale ATP Apaf-1 rozwija się, przyjmując otwartą konformację, a domeny „hub” łącza się i tworzy się słoneczko (xD) 7 cząsteczek Apaf-1. Do środka tego słoneczka, do domen CARD, rekrutowana jest prokaspaza 9, która po związaniu CARD może ulec autoproteolizie do aktywnej kaspazy 9. Kaspaza 9 uruchamia dalej następne kaspazy i mamy apoptozę.

211. Kaspazy inicjatorowe i efektorowe.

Kaspazy to grupa proteaz biorących udział w apoptozie. W centrum aktywnym zawierają katalitycznie aktywną cysteinę, a tną zawsze po karboksylowej stronie D, choć rozpoznają różne aminokwasy specyficznie w P2, P3 i P4. Wszystkie syntetyzowane są jako nieaktywne prekursor - prokaspazy. Dzielą się na dwie grupy - inicjatorowe i efektorowe. Inicjatorowe aktywowane są po związaniu z apoptosomem albo receptorami z domeną śmierci przez autoproteozlizę, a efektorowe aktywowane są przez inicjatorowe. Efektorowe dalej tną wiele różnych substratów powodując śmierć komórki np. białka sygnalizacyjne, białka „housekeeping”, regulatory cyklu komórkowego, cytoszkielet, karioszkielet i szkielet błonowy oraz CAD, czyli caspase activated DNAse. Kapsazy inicjatorowe to: 8, 9, 10 i 12. Efektorowe to: 2, 3, 6, 7. Tableka ze specyficznością kaspaz w wykładach.

212. Apoptoza niezależna od kaspaz.

Jest kilka dróg apoptozy niezależnej od kaspaz. Pierwsza to uwolnienie jonów Ca2+ z ER na skutek działania stresu oksydacyjnego albo proapoptotycznych białek z rodziny Bcl-2. Uwolniony wapń uwalnia kalpainy, które powodują śmierć komórki.

Apoptoza niezależna od kaspaz może też odbywać się przez degranulację komórek cytotoksycznych (chyba limfocytów Tc i NK). Polega ona na uwolnieniu do bliskiego środowiska zabijanych komórek zawartości ziarnistości cytozolowych komórek zabijających. Zawierają one m.in. perforynę, która zwiększa przepuszczalność błony docelowej dla innych substancji, jony Ca2+ indukujące kalpainy oraz granzym B, który powoduje zarówno apoptozę przez kaspazy jak i niezależną od kaspaz.

Na skutek uszkodzenia DNA i działania utleniaczy z lizosomów uwalniają się katepsyny, które prowadzą do apoptozy.

Na slajdach pojawia się też droga przez proteazy serynowe, jednak wielki znak zapytania przy niej sugeruje, że prof. Sikorski wie o niej niewiele więcej od nas.

213. Monomeryczne i trimeryczne GTP-azy w regulacji procesów komórkowych

(w ogóle nie na temat, skąd to się tu wzięło?:P)

GTP-azy to białka będące przełącznikami molekularnymi. Istnieją w dwóch stanach - aktywnym związanym z GTP i nieaktywnym związanym z GDP. O monomerycznych już było dawno temu, o tym co robią, że wymagają GEFów i GAPów i jakie są ich przykłady.

Teraz o trimerycznych.

Trimeryczne GTP-azy, czyli białka G, składają się z trzech domen Gα, Gβ i Gγ. G alfa posiada miejsce wiązania GTP i aktywność GTP-azową. Beta i gamma są w ścisłym kompleksie, a gamma i alfa są zakotwiczone w błonie. W stanie spoczynku, ze związanym GDP domena alfa oddziałuje z beta. Związanie liganda zmienia konformację receptora tak, że wiąże podjednostkę alfa i wywala z niej GDP (działa więc jak GEF). Podjednostka alfa wiąże następnie GTP, odłącza się od betagamma i aktywuje efektor. Efektorami są zwykle kanały jonowe albo enzymy produkujące drugorzędowe cząsteczki sygnałowe (IP3, DAG, cAMP). Ta aktywacja jest tylko chwilowa, bo GTP jest szybko rozkładane do GDP i wszystko wraca do stanu poprzedniego. Trimeryczne GTP-azy, w przeciwieństwie do monomerycznych, nie potrzebują GAPów do hydrolizy GTP i robią to same w kilka sekund.

214. Elementy regulujące funkcje monomerycznych GTPaz

GEFy i GAPy. Było już.

Fas

FasL

FADD

Prokaspaza 8

Kaspaza 8

Prokaspaza 3

Kaspaza 3

FasL

Fas

Limfocyt T

Komórka zarażona wirusem

MHC

apoptoza

---