Regulacja
mitochondrialnych
kanałów indukowanych
apoptozą (MAC) przez
białka z rodziny Bcl-2
Plan prezentacji
• Apoptoza
• Mechanizm uwalniania
mitochondrialnych przekaźników
• Kanały MAC
• Białka z rodziny Bcl-2
• Regulacja kanałów MAC przez białka
z rodziny Bcl-2
• Podsumowanie
2
Apoptoza
• Apoptoza lub programowana śmierć
komórki jest uporządkowanym, czynnym
procesem przebiegającym z aktywacją
pewnych genów, w wyniku którego
komórka popełnia samobójstwo. Proces ten
jest niezbędny podczas rozwoju
embrionalnego, a u osobników dorosłych
odgrywa istotną rolę w zachowaniu
homeostazy, a także w eliminacji komórek
starych, zmutowanych i autoreaktywnych
.
3
Dwa możliwe szlaki apoptozy
• Zewnętrzny (szlak zależny od receptorów śmierci) – białka
Fas/CD95, TNFα lub TRAIL
• Wewnętrzny (mitochondrialny) – cytochrom c, Smac/Diablo i AIF
Antonsson B.; Mitochondria and the Bcl-2 family proteins in apoptosis signaling pathways.; Mol Cell
Biochem. 2004 Jan-Feb;256-257(1-2):141-55.
4
Cytochrom c
• Rozpuszczalne białko obecne w przestrzeni
międzybłonowej mitochondrium, luźno przyczepione do
wewnętrznej błony
• Uwolnienie cytochromu c aktywuje czynnik Apaf-1 oraz
prokaspazę-9 i prowadzi to powstania apoptosomu
Adams JM, Cory S; Apoptosomes: engines for caspase activation.; Curr Opin Cell Biol. 2002
Dec;14(6):715-20.
5
Mechanizm uwalniania
mitochondrialnych
przekaźników
• Teoria zakładająca wykorzystanie tzw. porów przejściowej
przepuszczalności PTP (ang. permeability transition pore)
• Teoria zakładająca istnienie bardziej selektywnych metod regulacji
przepuszczalności błony jak na przykład formowanie specjalnych
kanałów
Antonsson B.; Mitochondria and the Bcl-2 family proteins in apoptosis signaling pathways.; Mol Cell
Biochem. 2004 Jan-Feb;256-257(1-2):141-55.
6
Mitochondrialne kanały
indukowane apoptozą
• Właściwa angielska nazwa to
mitochondrial apoptosis-induced
channel (MAC)
• Kanały o wysokiej przewodności,
średnicy większej od 5 nm, dzięki
czemu mogą uwalniać cytochrom c z
mitochondrium
• Kanały niezależne od napięcia oraz
nieznacznie kationo-selektywne
7
Formowanie kanałów MAC
• Formowanie tych kanałów jest
jednym z pierwszych etapów w
wewnętrznym szlaku apoptozy i jest
związane z uwalnianiem cytochromu
c
• W FL5.12 uwolnienie cytochromu c i
uformowanie kanałów MAC zachodzi
po 12 godzinach
8
Kanały MAC, a kanały VDAC i
TOM
• Kanały VDAC to voltage dependent anion-selective channel
• Kanały TOM to translocase of the outer membrane
• Kanały MAC działają niezależnie od napięcia, a VDAC i TOM
zależnie
• Kanały MAC wykazują znacznie wyższą maksymalną przewodność
niż kanały VDAC i TOM
Martinez-Caballero S, Dejean LM, Jonas EA, Kinnally KW.; The role of the mitochondrial apoptosis induced
channel MAC in cytochrome c release.; J Bioenerg Biomembr. 2005 Jun;37(3):155-64.
9
Białka z rodziny Bcl-2
• Podrodzina proapoptotyczna i
antyapoptotyczna
• Posiadają do 4 konserwatywnych
domen nazywanych Bcl-2
homology domain lub BH domain
oraz HCD czyli hydrofobową
domenę C-końca
Antonsson B.; Mitochondria and the Bcl-2 family
proteins in apoptosis signaling pathways.; Mol Cell
Biochem. 2004 Jan-Feb;256-257(1-2):141-55.
Kuwana T, Newmeyer DD.;
Bcl-2-family proteins and the
role of mitochondria in
apoptosis.; Curr Opin Cell
Biol. 2003 Dec;15(6):691-9.
10
Podrodzina proapoptotyczna
• Dwie grupy:
– Wielodomenowe białka na
przykład Bak, Bax, Bok –
różnice w lokalizacji
– „BH3 domain only” na
przykład Bid, Bad, Bim –
funkcje pełnią głównie
poprzez aktywację
pierwszej grupy
Kuwana T, Newmeyer DD.;
Bcl-2-family proteins and the
role of mitochondria in
apoptosis.; Curr Opin Cell
Biol. 2003 Dec;15(6):691-9.
11
Podrodzina antyapoptotyczna
• Zawierają wszystkie 4 domeny BH
• Bcl-2 zlokalizowane tylko w błonach
wewnątrzkomórkowych
• Bcl-x
L
zlokalizowane zarówno w błonach jak i w
cytozolu
Kuwana T, Newmeyer DD.; Bcl-2-family proteins and the role of mitochondria in apoptosis.;
Curr Opin Cell Biol. 2003 Dec;15(6):691-9.
12
Regulacja kanałów MAC przez
białko Bax
• Monomery Bax posiadają możliwość formowania dosyć dużych
kanałów
• Istnieje wiele dowodów wskazujących na to, że Bax pełni kluczową
rolę przy formowaniu MAC
• Aktywność MAC jest obecna tylko w całkowitym lizacie
mitochondrialnym oraz we frakcji zawierającej oligomery Bax, a nie
monomery
Dejean LM, et al.; Oligomeric Bax is a component of the putative cytochrome c release channel MAC,
mitochondrial apoptosis-induced channel.; Mol Biol Cell. 2005 May;16(5):2424-32.
13
Regulacja kanałów MAC przez
białko Bak
• Aktywność MAC jest obecna tylko w komórkach, w których
obecny jest co najmniej jeden z genów
• W komórkach, w których nie występuje białko Bax, białko
Bak może zająć jego miejsce jako element strukturalny w
kanałach MAC
Dejean LM, et al.; MAC and Bcl-2 family proteins conspire in a deadly plot.; Biochim Biophys
Acta. 2010 Jun-Jul;1797(6-7):1231-8
14
Regulacja kanałów MAC przez
białko Bid
• t-Bid prowadzi do
powstawania
oligomerów Bax i Bak
na zewnętrznej błonie
miotochondrium oraz
prowadzi do
uwalniania
cytochromu c
• t-Bid może pozwalać
na transport
cytochromu c poprzez
bezpośrednią
aktywację kanałów
MAC
Dejean LM, et al.; Regulation of the mitochondrial
apoptosis-induced channel, MAC, by BCL-2 family
proteins.; Biochim Biophys Acta. 2006
Feb;1762(2):191-201
15
Regulacja kanałów MAC przez
białka antyapoptotyczne
• Bcl-2 oraz Bcl-x
L
hamują
formowanie
kanałów MAC
• Bcl-2 nie
wykazuje żadnej
aktywność
polegającej na
tworzeniu
kanałów, ale Bcl-
x
L
może tworzyć
kanały
Mikhailov V, et al.; Bcl-2 prevents Bax oligomerization in the
mitochondrial outer membrane.; J Biol Chem. 2001 May
25;276(21):18361-74.
16
Podsumowanie
• Kanały MAC są jednym z bardzo ważnych elementów
pośredniczących w apoptozie komórki
• Białka z rodziny Bcl-2 pełnią zasadniczą rolę w regulacji
aktywności kanałów MAC:
– Białko Bax prawdopodobnie jest ważnym elementem
strukturalnym tych kanałów
– Białko Bak może zajmować również być ważnym elementem
strukturalnym w kanałach MAC
– Białko Bid pełni rolę aktywacyjną białek wielodomenowych
– Białka z podrodziny antyapoptotycznej blokują tworzenie
oligomerów białek wielodomenowych na zewnętrznej błonie
mitochondrialnej
17
Literatura
•
Antonsson B.; Mitochondria and the Bcl-2 family proteins in apoptosis
signaling pathways.; Mol Cell Biochem. 2004 Jan-Feb;256-257(1-2):141-55.
•
Martinez-Caballero S, Dejean LM, Jonas EA, Kinnally KW.; The role of the
mitochondrial apoptosis induced channel MAC in cytochrome c release.; J
Bioenerg Biomembr. 2005 Jun;37(3):155-64.
•
Kuwana T, Newmeyer DD.; Bcl-2-family proteins and the role of
mitochondria in apoptosis.; Curr Opin Cell Biol. 2003 Dec;15(6):691-9.
•
Dejean LM, et al.; Oligomeric Bax is a component of the putative
cytochrome c release channel MAC, mitochondrial apoptosis-
induced channel.; Mol Biol Cell. 2005 May;16(5):2424-32.
•
Dejean LM, et al.; MAC and Bcl-2 family proteins conspire in a deadly plot.;
Biochim Biophys Acta. 2010 Jun-Jul;1797(6-7):1231-8
•
Dejean LM, et al.; Regulation of the mitochondrial apoptosis-induced
channel, MAC, by BCL-2 family proteins.; Biochim Biophys Acta. 2006
Feb;1762(2):191-201
•
Mikhailov V, et al.; Bcl-2 prevents Bax oligomerization in the mitochondrial
outer membrane.; J Biol Chem. 2001 May 25;276(21):18361-74.
•
Adams JM, Cory S; Apoptosomes: engines for caspase activation.; Curr Opin
Cell Biol. 2002 Dec;14(6):715-20.
18
DZIĘKUJ
Ę ZA
UWAGĘ