Apoptoza, nekroza
Slajd 3.
Termin wprowadzony w 1971r. przez J. F. Kerna oraz A.H. Wylliego i A.A. Curnego, oznacza opadanie lub spadanie, porównywane z opadaniem liści z drzew lub płatków kwiatów pod koniec okresu wegetacji roślin.
Złożoność tego procesu oraz duże znaczenie w nowotworzeni spowodowały, że obecnie śmiercią komórki zajmuje się wiele grup badawczych na świecie.
programowana śmierć komórki - PCD (Programmed Cell Death)
altruistyczna, samobójcza lub czynna śmierć komórki
Slajd 5
Sygnały związane z uszkodzeniem kom:
Promienie jonizujące
Infekcje wirusowe
Zewnątrzkomórkowe czynniki przeżycia
Oddziaływania międzykomórkowe
Hormony
Sygnały apoptozy mogą różnie oddziaływać w zależności od typu komórek
Slajd 6:
Czynniki wywołujące apoptozę można podzielić:
- biologiczne
Pobudzenie odpowiednich receptorów
Przenikanie białek do komórek docelowy
Receptory to CD95 (APO-1 inaczej FAS) TNFR1, DR-4 (APO-2), DR3 (APO3)
Brak pobudzenia receptorów hormonów i czynników wzrostu
Do białek przenikających bł. kom należą perforyny i granzym
- fizyczne
Tabelka
- chemiczne
Wolne rodniki tlenowe
Cytostatyki
Slajd 8
Cząsteczka CD 95 należy do dużej rodziny białek receptora TNF. Receptor CD95 jest zawieszony w błonie komórkowej i po związaniu z ligandem CD95 następuje jego trymeryzacja. Od strony cytoplazmy receptor CD 95 zawiera sekwencję zwaną DD czyli domeną śmierci. Dzieki domenie DD receptor łączy się z odpowiadającą sobie domeną DD na cząsteczce pośredniczącej FADD (MORT1)
Cząsteczka FADD poza domeną DD posiada domenę DED, czyli domene efektorową apoptozy.
Dzięki sekwencji DED, FADD aktywuje prokaspazę 8 i przez to wywołuję reakcję lawinową kaspaz, czyli fazę wykonawczą apoptozy.
Cytochrom C toworzy kompleks z białkiem APAF-1, dATP i prokaspazą 9, zwany apoptosomem.
Apoptosom aktywuje reakcję łańcuchową kaspaz i prowadzi do śmierci komórki.
Wymienione białka BAX….. są białkami kanałowymi dla cytochromu C.
W zależności od tego, które cząsteczki (hamujące czy promujące) mają przewagę liczebną, sygnał śmierci zostaje transmitowany lub zahamowany). Podobnie następuje przekazanie sygnału do apoptozy przez receptor TNF.
Białka z rodziny BCL-2 mogą również hamować apoptozę zależną od pobudzenia receptorów CD95 (FAS), TNFR1 i 2.
Slajd 12
Te białka należące do rodziny TNF zbudowane są z zewnątrzkomórkowych, transbłonowych i cytoplazmatycznych domen
Sygnał śmierci jest przekazywany… które dzięki obecności C-końcowej domeny DD (death domain) łączy się z domeną DD receptora. Na N-końcu łańcucha polipeptydowego białka
FADD znajduje się domena DED (death effector domain), która umożliwia połączenie odcinkiem DED prokaspazy 8 lub 10 (białko efektorowe)
…..
Skrócona postać peptydu przemieszcza się do powierzchni mitochondriom i wpływa na uwalnianie cytochromu c, a tym samym aktywuje szlak wewnętrzny apoptozy
Slajd 13
Wewnętrzny szlak apoptozy
Hipotetycznych modeli budowy oraz powstawania porów mitochondrialnych jest wiele. Pierwszy z nich to PTP zbudowane z ANT (translokaza nukleotydów adeninowych) obecnych w błonie wewnętrznej mitochondrium oraz poryny VDAC i BRP (obwodowy receptor benzodiazepiny) umiejscowionych w błonie zewnętrznej. W odpowiedzi na stresogenne czynniki, kanały mitochondrialne ulegają otwarciu, dzięki czemu zostaje uwolniony do cytoplazmy cytochrom c (Apaf 2).
Kolejna z hipotez przedstawia model oparty wyłącznie na działaniu ANT błony wewnętrznej z pęczniejącym matriks, co w konsekwencji powoduje przerwanie błony zewnętrznej. Proapoptotycznymi czynnikami w przedstawionej hipotezie są jony wapnia oraz palmityniany. Wpływ na powstawanie porów mitochondrialnych mają również czynniki oddziałujące bezpośrednio z ANT, m.in. białka Bax, Bak oraz Bcl-2.
Następny model opiera się na selektywnej permeabilizacji zewnętrznej błony mitochondrium, powiązanej z wzajemnym oddziaływaniem VDAC i białka Bax .
Jeszcze jedna teoria przedstawia działanie samego oligomeryczne-go białka Bax, które niezależnie od VDAC tworzy autonomiczny kanał, który prawdopodobnie może być regulowany jedynie przez białko Bid oraz jego krótszą formę tBid. Niezależnie od modelu budowy kanału, z wnętrza mitochondriom zostaje uwolniony cytochrom c. Związek ten po wypłynięciu z organelli, z udziałem energii, może się połączyć z cytoplazmatycznym czynnikiem Apaf 1 oraz nieaktywną kaspazą 9. Powstały kompleks zwany apoptosomem lub kołem śmierci aktywuje kaspazę 9. Aktywna proteaza cysteinowa wpływa na działanie Kaspar wykonawczych prowadzących do proteolizy białek i zmian morfologicznych komórki charakterystycznych dla procesu programowanej śmierci. Jak wszystkie szlaki apoptozy, także i wewnętrzny jest regulowany przez wiele czynników. Oprócz cytochromu c z mitochondrium wypływa około 40 innych białek, a niektóre z nich mają wpływ na dalsze etapy tego procesu [90]. Endonukleaza G oraz fl awoproteina AIF są umiejscowione w opisywanej organelli, jednak pod wpływem czynników indukujących programowaną śmierć, przemieszczają się do jądra komórkowego i wpływają na apoptotyczne zmiany jądrowe [20,90,94]. Najliczniejszymi i najbardziej poznanymi regulatorami apoptozy są białka z rodziny Bcl-2. Zaliczamy do nich zarówno inhibitory apoptozy jak i białka promujące programowaną śmierć komórki. W odpowiedzi na stresogenne czynniki białkowy produkt genu p53 przemieszcza się do mitochondriom i wpływa na zwiększenie przepuszczalności błony oraz uwolnienie cytochromu c, poprzez indukcję ekspresji genów proapoptotycznych białek zależnych od p53, takich jak, Puma, Bax, Apaf-1czy Noxa. Białko p53 może również wpływać na zahamowanie ekspresji białek antyapoptotycznych do których należą m.in. Bcl-2 i surwiwina
SZLAK SFINGOMIELINOWO-CERAMIDOWY
W wyniku narażenia komórek na działanie głównie promieniowania jonizującego, a także przy braku czynników wzrostu czy infekcjach wirusowych, może dojść do aktywowania szlaku sfi ngomielinowo-ceramidowego
„Wybór” adaptera przez ceramid jest zależny od czynnika indukującego ten proces oraz rodzaju sfi ngomielinazy (kwaśna lub obojętna). Ceramidy mogą aktywować także inne procesy komórkowe, oraz wpływać na aktywację wewnętrznej ścieżki apoptozy poprzez zwiększenie przepuszczalności błony mitochondrialnej i uwolnienie cytochromu c. Badania przeprowadzone w 2001 r. na komórkach Hela ujawniły również, że wszystkie czynniki obniżające stężenie wapnia w reticulum endoplazmatycznym chronią komórki przed działaniem ceramidu, natomiast wzrost jonów CA2+ w ER działa odwrotnie [
Slajd 20, 21
***
Granzymy rozszczepiają substraty w komórce docelowej, prowadząc do szybkiego zapoczątkowania apoptozy
W litycznych ziarnistościach znajdują się również granzymy będące szeregiem proteaz serynowych, które potrzebują perforyn , aby wejść do cytoplazmy komórki docelowej. Granzymy będące w cytoplazmie, mogą rozszczepiać sporo substratów prowadząc do szybkiego zapoczątkowywania apoptozy,
- Granzym B rozszczepia dużo prokaspaz, prowadząc do aktywacji kaspazy 10, 3 i 77 i wywołując w ten sposób apoptozę komórki docelowej. Myszy z niedoborem granzymu B wykazują opóźnianą, ale nie usuniętą cytotoksyczność, ujawniając rolę innych dróg przekazu.
- inny mechanizm jest stosowany przez granzym A, wywołujący apoptozę za pośrednictwem drogi przekazu niezależnej od Kaspar. Granzym A działa na jeden ze swoich substratów - SET (komplek białkowy połączony z siateczką śródplazmatyczną), aktywując DNAazę, która tnie DNA i prowadzi do rozbicia jądra
- granzym C również przyczynia się do apoptozy z udziałem drogi przekazu niezależnej od kaspaz, chociaż szczegóły tej drogi nie są jeszcze znane
11 granzymów zidentyfikowana u myszy i 5 u ludzi, jednakże funkcje wszystkich z nich nie są jeszcze znane. Aby wywołać apoptozę , duża liczba granzymów sprzyja prawdopodobnie różnorodnym drogom przekazu, zapewniając wystąpienie śmierci komórki.
W podsumowaniu należy podkreślić , że rozpoznanie komórki docelowej powadzi do szybkiej polaryzacji litycznych ziarnistości w synapsie immunologicznej. Ich zawartości są uwalniane, obejmując białko perforyny tworzącej pory, które pozawalają granzymom wnikać do cytoplazmy komórki docelowej i szybko wywołać apoptozę.
Apoptoza utrzymuje homeostazę w układzie immunologicznym (str 227 male)
Apoptoza jest komórkowym mechanizmem pozwalającym na utrzymanie homeostazy,
W przeciwieństwie do martwicy , będącej śmiercią komórkową wywołaną uszkodzeniem, komórki apoptotyczne zachowują wewnętrzną strukturę.
W trakcie apoptozy dochodzi do fragmentacji jądra oraz do kondensacji cytoplazmy , błon plazmatycznych i organelli do postaci tzw. ciałek apoptotycznych
Komórki apoptotyczne są szybko fagocytwane, co uniemożliwia uwolnienie toksycznych komponentów do tkanek i zapobiega odpowiedzi immunologicznej wobec martwych komórek.
Apoptoze jest:
wykorzystywana do usuwania komórek grasicznych o wysokie zachłanności wobec antygenów i stanowi ważny mechanizm tolerancji immunologicznej
ważnym mechanizmem pozwalającym na utrzymanie homeostazy w układzie immunologicznym
Po zakończeniu odpowiedzi immunologicznej większość swoistych antygenowo komórek umiera przez apoptozę. Mechanizm ten zapewnia pozbycie się niepożądanych komórek i pozawala na utrzymanie stałej liczby komórek w układzie immunologicznym
Niewielka liczba komórek nie podlega apoptozie, zasilając pulę komórek T pamięci.
Apoptoza podlega wieloczynnikowej kontroli komórkowej i zależy od obecności cząsteczki wyzwalającej apoptozę CD95 (Fas). Ekspresja zaś antyapoptotycznej cząsteczki Bcl-2 wprowadza komórki w stan odporności na apoptozę. Komórki T pamięci charakteryzuje wysoka ekspresja Bcl-2, co w dużej mierze sprzyja utrzymaniu ich puli.
Różne populacje komórkowe mogą wykazywać ekspresję obu cząsteczek: proapoptotycznych i antyapoptotycznych, a równowaga między nimi decyduje o ich przeżyciu.
W jaki sposób ligacja Fas prowadzi do apoptozy? - ligacja wywołuje aktywację szeregu Kaspar indukujących i eżektorowych.)
Slajd 33
z tabelka o ch. związ z apoptozą
Choroby związane z zahamowaniem apoptozy:
Nowotwory - mają obniżoną zdolność odpowiedzi na bodźce stymulujące apoptozę
Zaburzenia autoimmunologiczne - apoptoza ważna w usuwaniu limfocytów potencjalnie autoreaktywnych oraz usuwania nadmiernej liczby komórek po zakończonej opowiedzi immunologicznej.
Wirusy - wiele z nich wykształciło mechanizmy, które zapobiegają aktywacji programu apoptozy. Śmierć kom. może być formą obrony przeciwko replikacji wirusa w komórce. Mogą wirusy produkować białka, lub posiadać inhibitory kaspaz, białka inhibitorowe apoptozy (IAP) - hamuja apoptozę w kom. ssaków. To powoduje, że zapobiegają one apoptozie
Choroby związane z przyspieszoną apoptozą:
czynniki indukujące apoptozę w schorzeniach ukł nerwowego: stres oksydacyjny, zaburzenia mitochondrialne, brak czynników odżywczych
Np. chorzy z barwnikowym zapaleniem siatkówki mają mutacje w trzech genach specyficznych fotoreceptorów, te trzy mutacje prowadzą właśnie do apoptozy kom. fotoreceptora.
Za apoptozę może też być odpowiedzialna akumulacja nieprawidłowych białek w komórce lub wpływ zmutowanych produktów translacji