0208; 22.04.2009, wykład nr 8., - Apoptoza; Paul Esz
Fizjologiczna śmierć komórki (śmierć programowana) synonim apoptoza (apoptosis, od greckiego słowa  opadania
liści, płatków kwiatu  Kerr w 1972 roku) Jest konsekwencją samobójczego programu genetycznego, uruchomianego w
odpowiedzi na złożone oddziaływanie z innymi komórkami.
Najczęściej następuje naruszenie integralności 1 z 4 systemów wewnątrzkomórkowych
 oddychania tlenowego
 funkcjonowania błon komórkowych
 enzymów i białek strukturalnych
 naprawy aparatu genetycznego
Apoptoza Caenorhabditis elegans
Dorosły osobnik jest hermafrodytą i składa się z 959 komórek somatycznych.
Liczba komórek powstających  1090.
W wyniku apoptozy ginie 131
 131 umiera podczas embriogenezy
 18 podczas dorosłego życia
Geny proapoptotyczne
 ced-3 (ICE)
 ced-4 (Apaf-1)
Feny antyapoptotyczne brak apoptozy
 ced-9 (bcl-2)
Genetyczne kontrola apoptozy
  ced (cell death) geny śmierci są dobrze zachowane w procesie ewolucji
 ekspresja genów ced-3 i ced-4 odpowiada za molekularne procesy apoptozy
  ced-9 (u ludzi bcl-2)  ekspresja w komórkach stymulowanych do proliferacji (między innymi limfocyty
prawidłowe, komórki nowotworowe)
Różnice morfologiczne pomiędzy apoptozą, a martwicą
Apotoza Martwica
1. dotyczy zwykle pojedynczych komórek 1. najczęściej dotyczy grup komorek
2. Zmniejszenie objętości komórki i pofałdowanie 2. zwiększenie objętości i pęcznienie komórki
błony komórkowej
3. Kondensacja chromatyny, fragmentacj jądra 3. brak kondensacji chromatyny, liza jądra
4. zamknicie organelli w ciałkach apoptotycznych 4. pęcznienie i rozpad organelli
5. ciągłoś błony komorkowej zachwana aż do 5. perforacja błony, zawartoś komorek wydpstaje
momentu sfagocytowania ciałek apoptotycznych się do przestrzeni pozakomórekowej
6. brak zapalenia, hamowanie reakcji zapalnej 6. odczyn zapalny ze strony otoczenia
7. fagocytoza przez sąsiednie komórki i makrofagi 7. agocytoza przez fagocyty
Zmiany biochemiczne
Materiał genetyczny Apoptoza Martwica
aktywacja specyficznych aktywacja niespecyficznych nukleaz,
endonukleaz, fragmentacja, fragmentacja na odcinki o
utworzenie odcinków o długości 200- przypadkowej długości
300kb, 20-50 kb, 200-300 bp
Rozdział elektroforetyczny Obraz drabinki Dna Obraz smugi (smear)
Aktywacja enzymów kinaz białkowych (np. kinazy MAP) i niespecyficzna degradacja
fosfataz, nukleaz, kaspaz, kalpain
Białka regulacyjne Apoptoza;; białka rodziny Bel-2 (pro- W niektórych przypadkach ekspresja
i anty- apoptotyczne), inhibitory Bel-2
apoptozy (białka IAP), inhibitory
kaspaz
Wymagania energetyczne Proces aktywny, zależny od ATP Proces bierny, niezależny od ATP
Substraty Białka enzymatyczne o strukturalne Przypadkowe białka
Inne Synteza poli(ADP-rybozy), synteza de Brak syntezy białek
novo mRNA i białek
Czynniki wywołujące apoptozę
 hormony i cytokiny
 deficyt czynników wzrostowych i troficznych
 czynniki cytotoksyczne
 czynniki fizyczne
Szlaki sygnałowe apoptozy
W zależności od rodzaju komórki i czynnika indukującego proces apoptozy może przebiega, rożnymi ścieżkami
Do najlepiej poznanych należą
 szlak związany z błoną komórkową tzw. zewnętrzny
 szlak wewnętrzny zwany mitochondrialnym
 szlak angażujący perforyny i granzym B, czyli pseudoreceptorowy
Apoptoza może również odbywać się z udziałem szlaku sfingomielinowo-ceramidowego oraz indukowanego stresem.
Szlak zewnętrznych
 pobudzenie receptorów śmierci należących do nadrodziny receptorów TNF np. Fas/CD95/Apol, TRAIL-R1 i
R2/Apo2
 receptory śmierci posiadają wewnątrzkomórkową domenę śmierci DD
 po związaniu się odpowiedniego liganda z receptorem błonowym (TNF-alfa, FasL, TRAIL/Apo2L) dochodzi
do oligomeryzacji receptora, a następnie powstaje kompleks DISC (death inducin singnaling caomplex)
 kompleks ten powstaje poprzez połączenie domen śmierci z białkiem adaptorowym FADD oraz z prokaspazą 8
 następuje aktywacja prokaspazy 8 (powstaje kaspaza 8), która jest bezpośrednim aktywatorem kaspazy 3
(kaspazy wykonawczej)
Szlak wewnętrzny
inicjowany poprzez
 zmiany potencjału mitochondrialnego
 mutacje DNA
 inne zaburzenia metabolizmu komórkowego
Szlak ten może łączy się ze ścieżką receptorową zewnętrzną poprzez białko Bid, które ulega proteolizie  powstaje tBid
(truncated Bid)  posta ta wpływa na uwalnianie cytochromu c  aktywacja szlaku mitochondrialnego
 istotnym etapem jest uwolnienie cytochromu c z przestrzeni międzybłonowej poprzez specjalne kanały
 kanały te tworzone są poprzez białka z rodziny Bel-2 (bax, bak) z bialekiem VDAC (voltage Dependent Anion
Channel)
 przez kanały mitochondrium do cytoplazmy dostaje się cytochrom c
 wypływ cytochromu c jest sygnałem do tworzenia kompleksu zwanego apoptosomem
 apoptosom skalda się z cytochromu c, prokaspazy 9, bialka Apaf-1 (ATP)
 kompleks ten potrzebny jest do autoproteolizy kaspazy 9 , która następnie aktywuje kaspazę 3
 podczas apoptozy z mitochondrium uwalniane są także białka Smac/Diablo o Omi/HTR A2 są one
antagonistami inhibitorów apoptozy (IAP)
Szlak pseudoreceptorowy  indukowany przez cytotoksyczne limfocyty T oraz komorki NK  będzie jeszcze
potem
Właściwości kaspaz  (będzie na ćwiczeniach jeszcze)
 są to proteazy cysteinowe, substraty ich zawierają kwas asparaginowy w pozycji P1 (proteoliza w miejscu
reszty Asp)
 syntetyzowane są jako nieaktywne zymogeny
 dotychczas zidentyfikowano 14 kaspaz
 kaspozy inicjatorowe 2,8,9,10
 kaspazy wykonawcze 3,6,7
 kaspazy inicjatorowe posiadają  domeny śmierci CARD i DED
 kaspazy wykonawcze aktywują enzymy prowadzące do destrukcji komórek
Białka trawione przez kaspazy
 większość tych białek uczestniczy w procesach molekularnych związanych z cyklem komórkowym i apoptozą
 do proteolizy białek dochodzi przy udziale tylko kaspaz 3,6,7
Śmierć komórki niezależna od kaspaz
 proteaza aktywowana wapniem kalpaina (kapalina), prawdopodobnie pełni autonomiczną rolę w apoptozie
 ostatnie doniesienia wskazują na jej rolę w procesie aktywacji i unieczynnienia kaspaz 3,7,9, i ostatnio 12
Apoptoza w stanach patologicznych
Ograniczenie apoptozy prowadzi do powstania nowotworów i autoagresji komórek układu odpornościowego. Wzrost
apoptozy jest charakterystyczny dla chorób zwyrodnieniowych: choroby Alzheimera, Parkinsona, AIDS, zawału serca
czy udaru mózgu
Schemat