Apoptoza

Apoptoza (grč. ἀπό - apo = pri, od, tada + πτῶσις - ptōsis = pad) je proces programirane smrti ćelije (PCD) koja može nastati kod višećelijskih organizama.^[1]^[2]^[3] Biohemijski procesi dovode do promjena karakteristika ćelije (morfologije) i smrti. Te promjene uključuju mežuranje i skupljanje ćelije, jedarnu fragmentacijiju, kondenzaciju i fragmentaciju hromatina i kromosomske DNK.

Za razliku od nekroze, što je oblik traumatske ćelijske smrti koja je posljedica akutne ćelijske povrede, apoptoza općenito organizmu daje prednosti tokom životnog ciklusa. Na primjer, razdvajanje prstiju na rukama i nogama u razvoju ljudskog embriona dolazi zato što ćelije između prstiju prolaze kroz apoptoze. Apoptoza također proizvodi ćelijjske fragmente koji se zovu zove apoptozna tijela koja fagocitne ćelije mogu brzo progutati i ukloniti prije nego što se sadržaj ćelije može prosuti na okolne ćelije i dovesti do oštećenja.^[4]

Kod prosječnog odraslog čovjeka, svaki dan, zbog apoptoze umire Između 50 i 70 milijardi ćelija. Za prosječno dijete u dobi između 8 i 14 godina to iznosi oko 20 do 30 milijardi.

Istraživanje u i oko apoptoze su značajno intenzivirana od ranih 1990-ih. Pored njenog značaja kao biološkog fenomena, neispravni apoptozni procesi su upleteni i u širok spektar bolesti. Prekomjerna apoptoza izaziva atrofije, koje izazivaju nekontroliranu proliferaciju ćelija, kao što se to dešava sa ćelijama raka.

Neki faktori, kao fas kaspaze (C-cisteinom bogati, asp- asparaginska kiselina (polovina sadržaja), ase - proteaza) itd. promoviraju apoptoze, a bcl 2 ih inhibira.

Slijed događanja u apoptozi

Kada ćeliju umre od apoptoze, okolna tkiva nisu ugrožena. U apoptozi se odvija slijedeći niz povezanih promjena.

Enzimi razgrađuju citoskelet ćelije.
Citoplazma postaje gusta, sa zbijenim organelama.
Površina ćelijske membra formira "plikove".
Hromatin se kondenzira, a jedrova opna nestaje; DNK se fragmentira.
Ćelija se raspada u vezikule, koje se uklanjaju fagocitozom.^[5]

Proces

Kontrola mehanizama apoptoze

Unutarćelijska signalizacija za apoptozu samoinicira se kao odgovor na stres, koji može dovesti do njenog samoubistva. Vezivanje jedarnih receptora pomoću glukokortikoida, hipoksije i povećanjem unutrašnje konventracije kalcija. Na primjer, pri oštećenju membrane, to je samo po sebi okidač koji može pokrenuti oslobađanje svih unutarćelijskih apoptoznih signala. Jedan broj mobilnih komponenti, kao što je poli ADP ribozna polimeraza, može također pomoći reguliraju apoptoze. Prije nego što enzimi stvarni proces ćelijske smrti prenagli, apoptozni signali moraju provocirati regulatorne proteina za pokretanje puta u apoptozu. Ovaj korak omogućuje da apoptozni signal da izazovu ćelijsku smrt ili taj proces mora biti zaustavljen, kada više nije potrebno da ćelija umre. U to je uključeneo nekoliko proteina u dva identificirana glavna načina regulacije:

ciljanje mitohondrijske funkcionalnosti ili
direktna transdukcija signala preko odgovarajućih adapterskih proteina do apoptoznih mehanizama. Drugi put za pokretanje, identificiran u nekoliko studija toksina, počiva na napovećanju koncentracije kalcija u ćeliji uzrokovane aktivnosti lijeka, što također može dovesti do apoptoze preko kalcij obavezujuće proteaze kalpaina.

Mitohondrijska regulacija

Dobropoznata činjenica je da su mitohondrije od suštinskog značaja za život višećelijskih organizama. Bez njih, u ćeliji prestaje aerobno disanje i ona brzo umire. Ta njihova uloga čini osnovu za neke apoptozne puteve. Apoptozni proteini koji ciljaju mitohondrije na njih utiču na različite načine. Oni mogu dovesti do mitohondrija bubrenje putem formiranja membranskih pora ili mogu povećati propusnost membrane mitohondrija i izazvati da efektori apoptoze efektora procure. To su suštinski vrlo usko povezani putevi, a tumori češće nastataju inutarstrukturnim nego spoljašnjim putem zbog njegove osjetljivosti. Postoji veći broj dokaza koji ukazuju na to da dušični može izazvati apoptozu pomažući da se poremeti membranski potencijal mitohondrija, što ih čine propusnijim.^[6] U pokretanje i inhibiciju apoptoze, dušični monoksid je upleten preko moguće akcije kao signalne molekule naknadnih puteva koji aktiviraju apoptozu.

Mitohondrijski proteini koji su poznati kao SMAC (mali mitohondrija-izvedeni aktivatori kaspaza) se ispuštaju u citosol nakon povećanja propusnosti. SMAC se veže inhibitor apoptoznih proteina (IAPS) i deaktivira ih, sprečavajući IAPS za sprečavanje procesa apoptoze i stoga omogućava da se apoptoza nastavi. IAP također obično potiskuje aktivnost grupe cistein proteaza pod nazivom kaspaze.^[7] koje obavljaju degradacije ćelije, pa se vidi da je stvarna enzimska degradacija indirektno regulirala mitohondrijsku propusnost.

Citohrom C je također pušten iz mitohondrija, zbog formiranja kanala, mitohondrijskskim kanalom koji izaziva apoptozu (MAC), u vanjskom membrane mitohondrija^[8] i ima regulatornu funkciju, što prethodi morfološkim promjenama koje su povezane sa apoptozeom. Kada citohrom C otpusti, vezuje se za aktivirajući faktor-1 apoptozne proteaze (Apaf-1) i ATP, koji se onda vezuju za pro-kaspaze-9 za stvaranje proteinskog kompleks poznatog kao apoptosom. Apoptosom cijepa pro-kaspaze svojim aktivnim oblikom kaspaza-9, što zauzvrat aktivira efektorske kaspaze-3 .

MAC, mitohondrijski kanal koji inducira apoptozu, također pod nazivom i "mitohondrijska vanjsko-membranska permeabilizacijska pora", reguliran je raznim proteina, kao što su oni kodirani kod sisarske Bcl-2 porodice anti-apoptoznih gena, na homologu CED9 alela ced-9 koji se nalazi kod nematode Caenorhabditis elegans.^[9] Bcl-2 proteini su sposobni da pokrenu inhibiciju apoptoze, direktnom akcijom na MAC/MOMPP. Bax i/ili Bak formiraju pore, dok Bcl-2, Bcl-xL ili Mcl-1 inhibiraju njihovo formiranje.

Direktni prenos signala

Put signalne transdukcije

TNF (lijevo) i Fas (desno) signalizacija u apoptozi: primjer direktnog provođenja siglala.

Postoje dvije teorije o direktnoj inicijaciji apoptotskih mehanizama kod sisara:

Model TNF-indukcije (eng. skr. od Tumor Necrosis Factor) i
Model Fas-Fas ligand-medijacije,

a oba uključuju receptore TNF receptorske (TNFR) porodice, udružene sa spoljnim signalima.

Put TNF

TNF je citokin koji je glavninom proizvod aktiviranih makrofaga i glavni je vanjski medijator apoptoze. Za njega, većina ljudskih ćelija ima po dva receprora:

TNF-R1 i
TNF-R2.

Pokazalo se da vezivanje TNF za TNF-R1 pokreće put koji vodi do aktivacije kaspaze, preko intermedijarnih membranskih proteina TNF receptora iz domena povezanog sa smrti ćelije (TRADD) i domena Fas proteina koji su također povezani sa smrću (FADD). Pritom cIAP1/2 mogu inhibirati TNF-α signalizaciju vezivanjem za TRAF2, a FLIP inhibira aktivaciju kaspaze-8. Vezanje ovog receptora može također indirekto voditi ka aktiviranju transkripcijskoh faktora uključenog u preživljavanje ćelije i upalni odgovor. Veza između TNF i apoptoze ukazuje zašto nenormalna proizvodnja TNF ima fundamentalnu ulogu u nekoliko bolesti čovjeka, posebno autoimunih.

Put Fas

Fas receptor – prvi apoptozni signal (First Apoptose Signala), poznat i kao Apo-1 ili CD95, veže Fas ligand (FasL), transmembranski protein, dio porodice TNF. Interakcija između Fas i rezultata FasL u formiranju kompleksa signalizacije za izazivanje smrti (DISC), koji sadrži FADD, kaspaze-8 i kaspaze-10. U nekim vrstama ćelija (tip I), procesuirana kaspaza-8 neposredno aktivira druge članove porodice kaspaze, i pokreće izvršenje apoptoze ćelije. U drugim grupama ćelija (tip II), u Fas-DISC počinje formiranje povratne petlje koja se spiralizacijom povećava oslobađanje proapoptotskih faktora iz mitohondrija i pojačava aktivaciju kaspaze-8.

Zajedničke komponente

Nakon TNF-R1 i aktivacije Fas u ćelijama sisara, ravnotežu između proapoptotskih pripadnika uspostavlja Bcl-2 porodica. To je ravnoteža proporcija proapoptotskih homodimera tog oblika u vanjskoj membrani mitohondrija. Proapoptotski homodimeri su potrebni da bi mitohondrijske membrane bile propusne za oslobađanje aktivatora kaspaze, kao što su citohrom C i SMAC. Kontrola proapoptotskih proteina, pod normalnim uvjetima neapoptotskih ćelija, općenito je nepotpuno poznata, ali se zna da se akcija Bax ili Bak pokreće aktiviranjem BH3 proteina, koji su dio Bcl-2 porodice.

Kaspaze

Kaspaze s imaju centralnu ulogu u prenosu DR apoptoznog signala. Kaspaze su proteini koji su visoko konzervirani, cistein-zavisne, aspartat-specifične proteaze. Postoje dvije vrste kaspaze: inicijatorske kaspaze: kaspaze 2,8,9,10,11,12 i efektivne kaspaze: kaspaze 3,6,7. Aktiviranje inicijatorskih kaspaza zahtijeva vezivanja na specifične oligomerne aktivatore proteina. Efektorske kaspaze se zatim aktiviraju putem aktivnog inicijatora kaspaze putem proteolitičke razgradnje. Aktivni efektor kaspaze onda proteolitski degradira domaćinske intracelularne proteine za obavljanje programa ćelije smrti.

Apoptozni put koji ne zavisi od kapsaze

Također postoji put apoptoze koji je nazavisan od kaspaze, a koji je posredovan preko AIF (inducirajućim faktor apoptoze).^[10]

Reference

^ Green D. (2011): Means to an end: Apoptosis and other cell death mechanisms. Cold Spring Harbor Laboratory Press. Cold Spring Harbor, NY, ISBN 978-0-87969-888-1.
^ http://books.google.com/books/about/Means_to_an_End.html?id=s8jBcQAACAAJ.
^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
^ Alberts B, Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. (2008): Molecular biology of the cell, 5th edition. Garland Science, New York, ISBN 978-0-8153-4105-5.
^ Hocking S. (2008): OCR Biology A2.|authorlink= Sue Hocking |year= 2008 |ISBN 978-0-435691-90-5.
^ Brüne B (2003): Nitric oxide: NO apoptosis or turning it ON? Cell Death Differ., 10 (8): 864–869.
^ Fesik S. W., Shi Y. (2001): Controlling the caspases. Science, 294 (5546): 1477–1478.
^ Laurent M. D., Martinez-Caballero S., Kinnally K. W. (2006): Is MAC the knife that cuts cytochrome c from mitochondria during apoptosis? Cell Death and Differentiation, 13: 1387-1395. http://www.nature.com/cdd/journal/v13/n8/full/4401949a.html.
^ Lodish H. (2004): Molecular Cell Biology. W.H. Freedman and Company, New York, ISBN 0-7167-4366-3.
^ Susin S. A., Lorenzo H. K., Zamzami N. (1999): Molecular characterization of mitochondrial apoptosis-inducing factor. Nature, 397 (6718): 441–446.

Također pogledajte

Vanjski linkovi

Apoptosis & cell surface^{[mrtav link]}
Apoptosis & Caspase 3, The Proteolysis Map-animation
Apoptosis & Caspase 8, The Proteolysis Map-animation
Apoptosis & Caspase 7, The Proteolysis Map-animation
Apoptosis MiniCOPE Dictionary- list of apoptosis terms and acronyms
Apoptosis (Programmed Cell Death) - The Virtual Library of Biochemistry and Cell Biology
Apoptosis Research Portal Arhivirano 25. 8. 2014. na Wayback Machine
Apoptosis Info Apoptosis protocols, articles, news, and recent publications.
Database of proteins involved in apoptosis
Apoptosis Video
Apoptosis Video (WEHI on Youtube)
The Mechanisms of Apoptosis Arhivirano 9. 3. 2018. na Wayback Machine Kimball's Biology Pages. Simple explanation of the mechanisms of apoptosis triggered by internal signals (bcl-2), along the caspase-9, caspase-3 and caspase-7 pathway; and by external signals (FAS and TNF), along the caspase 8 pathway. Accessed 25 March 2007.
WikiPathways - Apoptosis pathway Arhivirano 16. 9. 2008. na Wayback Machine
Finding Cancer's Self-Destruct Button CR magazine (Spring 2007). Article on apoptosis and cancer.
Xiaodong Wang's Lecture: Introduction to Apoptosis
Robert Horvitz's Short Clip: Discovering Programmed Cell Death
The Bcl-2 Database Arhivirano 23. 10. 2013. na Wayback Machine
DeathBase: a database of proteins involved in cell death, curated by experts
European Cell Death Organization

[1] Green D. (2011): Means to an end: Apoptosis and other cell death mechanisms. Cold Spring Harbor Laboratory Press. Cold Spring Harbor, NY, ISBN 978-0-87969-888-1.

[2] ttp://books.google.com/books/about/Means_to_an_End.html?id=s8jBcQAACAAJ.

[3] Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.

[4] Alberts B, Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. (2008): Molecular biology of the cell, 5th edition. Garland Science, New York, ISBN 978-0-8153-4105-5.

[5] Hocking S. (2008): OCR Biology A2.|authorlink= Sue Hocking |year= 2008 |ISBN 978-0-435691-90-5.

[6] Brüne B (2003): Nitric oxide: NO apoptosis or turning it ON? Cell Death Differ., 10 (8): 864–869.

[7] Fesik S. W., Shi Y. (2001): Controlling the caspases. Science, 294 (5546): 1477–1478.

[8] Laurent M. D., Martinez-Caballero S., Kinnally K. W. (2006): Is MAC the knife that cuts cytochrome c from mitochondria during apoptosis? Cell Death and Differentiation, 13: 1387-1395. http://www.nature.com/cdd/journal/v13/n8/full/4401949a.html.

[9] Lodish H. (2004): Molecular Cell Biology. W.H. Freedman and Company, New York, ISBN 0-7167-4366-3.

[10] Susin S. A., Lorenzo H. K., Zamzami N. (1999): Molecular characterization of mitochondrial apoptosis-inducing factor. Nature, 397 (6718): 441–446.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]