apoptoza i nekroza.docx

Apoptoza i nekroza

1.      Definicja pojęć: apoptoza i nekroza

·         apoptoza – proces programowanej śmierci komórek, charakteryzujący się aktywacją wielu swoistych szlaków biochemicznych, wymagający syntezy nowych białek, zależny od cząsteczek sygnalizujących, takich jak TNF-α i FAS-ligand lub też wywołany przez czynniki uszkadzające kom., np promieniowanie jonizujące

·         martwica (nekroza) – proces śmierci kom. uzależniony od silnie działających czynników środowiskowych, takich jak: niedotlenienie, duże dawki promieniowania, uszkodzenie przez substancje toksyczne, uszkodzenia termiczne itp. ; charakteryzuje się chaotyczną inaktywacją wszystkich szlaków biochemicznych, denaturacją białek, obrzmieniem cytoplazmy, uwolnieniem enzymó lizosomalnych, utratą ciągłości błony kom. i rozpadem/obkurczeniem kom.

1)     różnice na poziomie morfologicznym i biochemicznym, odpowiedź tkankowa podczas apoptozy i nekrozy

·         główną cechą rozróżniającą apoptozę od martwicy jest to, że jest procesem aktywnym, wymagającym uruchomienia wielu uśpionych szlaków biochemicznych oraz syntezy nowych białek, martwica jest procesem pasywnym, wywołanym czynnikami zewnątrzpochodnymi, powodującymi rozległe uszkodzenia komórek

·         apoptoza dotyczy z reguły pojedynczych komórek rozsianych w obrębie danego narządu/ tkanki, następuje niezależnie, a martwica obejmuje na ogół zwarte skupiska kom., zachodzi masowo w jedym określonym momencie

·         pojawienie się kom. apoptotycznych nie wywołuje zauważalnej reakcji otaczających komórek i tkanek, martwicy z reugły towarzyszy proces zapalny, co w preparatach histologicznych wyraża się pojawieniem nacieku z granulocytów obojętnochłonnych i/lub makrofagów

·         kom. martwicze à obrzmiałe, błona kom. ulega rozerwaniu, cytoplazma wylewa się do przestrzeni zewnątrzkom.; pękają błony otaczajace lizosomy i motochondria, a ich zawartość miesza się z cytoplazmą podstawową; kom. apoptotyczne à kurczą się, błona kom. nie zostaje przerwana, lecz uwypuklona à podział kom. na wiele ciałek apoptotycznych: zawierają cytplazmę i funkcjonalne organelle; chromatyna skondensowana obwodowo, jądro długo o niezmienionym kształcie, rozpada się w koncowych stadiach apoptozy; ciałka apoptotyczne fagocytowane przez sąsiadujące kom. lub makrofagi

·         na poziomie biochemicznym obserwuje się w komórkach martwiczych trawienie składników kom. przez uwolnione hydrolazy lizosomalne, denaturację białek doprowadzającą do zaprzestania aktywności większości enzymów, oraz rozkład DNA na fragmenty różnorodnej wielkości; w kom. apoptotycznych przebiega natomiast zaprogramowana aktywacja niektórych szlaków biochemicznych, doprowadzająca do wybiórczej proteolizy wybranych składników kom. i rozkładu DNA na fragmenty o wielkości 180-200 par zasad (i ich wielokrotności), co odpowiada odcinkom między sąsiadującymi nukleosomami

·         apoptoza występuje zarówno w organizmach podlegających rozwojowi zarodkowemu, płodowemu i pozapłodowemu, jak i w dojrzałym organizmie, może występować fizjologicznie lub też pojawiać się w przebiegu procesów patologicznych; nekroza jest z reguły procesem patologicznym, lecz niekiedy występuje fizjologicznie, np w czasie cyklicznego złuszczania się warstwy czynnościowej błony śluzowej macicy

2)     białka uczestniczące w apoptozie

·         zasadniczym elementem indukującym apoptozę(konkretnie szlak wewnątrzpochodny indukcji aktywowany pod wpływem czynników uszkadzających DNA takich jak promieniowanie jonizujące, leki alkilujące, wolne rodniki itp.   oraz niekontrolowanej aktywacji proliferacji kom. )  jest białko p53

·         uwolniony z zewn. błony mitochondrialnej cytochrom c – oddziałuje z prokaspazami, aktywując je

·         szlak zewnątrzpochodny indukcji – uruchamia apoptozę przez oddziaływanie z inną kom. i/lub wydzielonymi przez nią białkami takimi jak: czynnik martwicy nowotworów (TNF-α), FAS-ligand, TRAIL.; odmianą szlaku zewnątrzpochodnego jest bezpośrednia aktywacja kaspaz w wyniku działaniu granzymu B – enzymu proteolictycznego, który jest wprowadzany do cytoplazmy kom. docelowej przez cytotoksyczne limfocyty T

3)     mechanizm aktywacji kaspaz i rodzaje kaspaz uczestniczących w apoptozie

·         kaspazy to proteazy cysteinowe, hydrolizujące wiązania peptydowe po reszcie kwasu asparaginowego w obrębie kilku rodzajów sekwencji aminokwasów; występują w cytoplazmie większości komórek jako nieaktywne proenzymy, mające postać pojedynczego łańcucha polipeptydowego;

·         aktywacja kaspaz następuje wskutek 2 kolejnych reakcji enzymatycznych: najpierw następuje podział łańcucha polipeptydowego proenzymu na łańcuch długi i krótki à następuje odcięcie N-końcowej prodomeny à następnie 2 łańcuchy krótkie i 2 długie agregują, tworząc aktywny tetramer mający dwa miejsca katalityczne;  cechą charakterystyczną kaspaz jest to, iż nawet w postaci proenzymu wykazują pewną aktywność enzymatyczną

·         aktywacja kaspaz może zachodzić w wyniku proteolizy zależnej od innych kaspaz (dodatnie sprzężenie zwrotne!); granzym B, uwalniany przez cytotoksyczne limfocyty T, może bezpośrednio aktywować kaspazy; innym enzymem zdolnym do aktywacji kaspaz jest uwalniany przez mitochondria AIF (apoptosis inducing factor)

·         dotychczas poznano 14 różnych enzymów z rodziny kaspaz, są oznaczane kolejnymi cyframi; kaspazy 8,9,10, mające długie prodomeny i agregujace z innymi białkami z reguły rozpoczynają proces apoptozy – dlatego nazywane kaspazami inicjatorowymi; kaspazy z krótkimi prodomenami, nieagregujące z innymi (3,6,7) są aktywowane głównie przez proteolizę zależną od innych enzymów, są nazywane kaspazami efektorowymi / egzekutorami

·         poza kaspazami uczesniczącymi w apoptozie występuja też takie, które nie odgrywaja bezpośredniej roli w śmierci kom. np kaspaza l – enzym konwertujący interleukinę l – ICE, odgrywa rolę w procesach zapalnych (przekształca nieaktywny prekursor interleukiny iβ w aktywną cytokinę)

·         aktywacja kaspaz jest zapoczątkowana przez ich agregację, która jest możliwa po interakcji 2 rodzajów sekwencji zawartych w prodomenach; domeny efektorowe śmierci – DED – w prokaspazie 8 i 10, a prokaspazy 1,2,4,5 i 9 zawierają domeny rekrutacji kaspaz – CARD

4)     inhibitory apoptozy

·         kom. mają endogenne inhibitory apoptozy, czyli IAP – drobnocząsteczkowe białka, które wiążą kaspazy blokując ich aktywnośc enzymatyczną, IAP zapobiegają apoptozie, którą mogłaby wywołać spontaniczna aktywacja kaspaz; oddziaływanie IAP z kaspazami i prokaspazami może być zablokowana przez czynnik zwany Diablo, który w ten sposób wzmaga szlak proapoptotyczny;

·         jednym z ważniejszych IAP jest białko surwiwina, które blokuje bezpośrednio aktywność kaspazy 3 i 7, surwiwina pojawia się w kom. wchodzących w mitozę i asocjuje z mikrotubulami wrzeciona

5)     szlaki sygnalizacyjne w apoptozie

·         proces apoptozy dzieli się na 2 główne etapy: indukcję – wprowadzenie i egzekucję – wykonanie;

·         egzekucja zależy od aktywacji kaspaz i przebiega podobnie w większości przypadków apoptozy w przeciwieństwie do indukcji

·         wyróżnia się 2 szlaki indukcji apoptozy – szlak wewnątrzpochodny i zewnątrzpochodny (białka indukujące – podpunkt 2) )

àszlak zewnątrzpochodny:

·         zdrowe kom. mogą być „zmuszane” do apoptozy na skutek sygnałów pochodząch od innych kom., przekazywanych przez cz. receptorów należących do rodziny receptora TNF-α, które są określane receptorami śmierci à do receptorów tego typu należą TNF typu I, FAS (CD-95) oraz receptory dla TRAIL; receptory te mają cz. zewnątrzkomórkową wiążącą ligand, cz. transbłonową i cytoplazmatyczną;

·         cz. wewnątrzkomórkowa TNF-R typu I oraz FAS zawiera sekwencję zwana domeną śmierci – DD à po związaniu ligandu receptory te grupują się zwykle po 3, co umożliwia wiązanie się do domen śmeirci białek adaptorowych, takich jak FADD lub TRADD à białka te zawierają DD, przez którą wiążą się z DD receptorów, a także DED, która przyłącza prokaspazę 8 aktywując ją; kaspaza 8 aktywuje kaspazy efektorowe

·         w transdukcji sygnału mogą też uczestniczyć inne białka np RAIDD

·         nie wszystkie kom. jednakowo wrażliwe na działanie TNF-α

·         transdukcja proapoptotycznego sygnału przez TNF-R typu I wiąże się czasem z aktywacją sfingomielinazy, która rozkłada obecną w błonie kom. sfingomielinę na ceramid i fosfocholinę, ceramid może wywoływać apoptozę lub różnicowanie/proliferację kom. à świadczy to o wzajemnym powiązaniu pozornie sprzecznych szlaków sygnalizacyjnych

·         obok funkcjonalnych receptorów transdukujących sygnał śmierci w niektórych kom. występują receptory wabikowe – wiążą ligand, ale nie przekazują sygnału proapoptotycznego – zapobiegają apoptozie

·         ligandy przekazujące sygnał śmierci moga występowac w postaci wolnej lub związanej z powierzchnią kom. efektorowych, takich jak kom. NK lub cytotoksyczne limfocyty T; poza ligandami z rodziny TNF sygnał śmierci może być także przekazywany przez niektóre hormony, zwłaszcza glikokortykoidy – wywołują one apoptozę tymocytów, czym tłumaczy się ich mechanizm działania immunosupresyjnego

à szlak wewnętrzny apoptozy – zmiany w mitochondriach

·         Szlak wewnętrzny jest związany ze zmianami przepuszczalności błon mitochondriów po indukcji, W wielu typach ko­mórek transdukcja sygnału śmierci wiąże się z aktywno­ścią tzw. megakanałów mitochondrialnych (mitochondrial permeability transition pore – MPTP). Struktury te tworzą wielobiałkowe kompleksy – składniki zarówno zewnętrz­nej, jak i wewnętrznej błony mitochondrialnej, z którymi oddziałują czynniki regulatorowe rodziny Bcl-2

·         może być uruchomiony praktycznie we wszystkich kom. organizmu wskutek oddziaływania na nie różnego rodzaju bodźców uszkadzających/stresowych – niedotlenienie, obecnośc wolnych rodników, promieniowanie UV, brak czynników wzrostu i właściwego przytwierdzenia do podłoża, lub w przypadku neuronów przez działanie glutaminianu

·         w zależności od rodzaju czynnika uszkadzącego oraz od typu komórek dochodzi do uruchomiania apoptozy w wyniku aktywacji białka p53, uwolnienia proapoptogennych czynników z mitochondriów, aktywacji pewnych kinaz cytoplazmatycznych lub też połączenia tych mechanizmów

·         uszkodzenia DNA prowadzą do aktywacji białka p53, które ze względu na swoją rolę jest zwale „strażnikiem genomu” – zabezpiecza przed powstawaniem nowotworów; aktywacja p53 na skutek mutacji lub deleci charakteryzuje ponad połowe nowotworów złośliwych wykrywanych u ludzi (mutacją p53 charakteryzuje się też wrodzony zespół wzmożonej zapadalności na nowotwory – zespół Li-Fraumeni)

·         uszkodzenie DNA à p53 wywołuje indukcję inhibitora CDK p21cipI à blokada w cyklu kom. ; jeżeli uszkodzenia są niewielkie i zostaną naprawione à defosforylacja p53 i kontynuacja cyklu; jeżeli duże uszkodzenie à p53 indukuje ekspresję min. 2 białek proapoptotycznych z rodziny Bcl-2: Bax i Noxa, które przemieszczają się do zewn. błony mitochondriów uwalniając cytochrom c i AIF à aktywacja kaspaz

6)     faza egzekucji

·         można ją podzielić na 3 stadia: uwolnienienia, uwypuklenia i kondensacji

·         stadium uwolnienia polega na uwolnieniu kom. od połączeń z macierzą zewnątrzkomórkową i sąsiadującymi kom., co doprowadza do przybrania przez kom. kulistego kształtu; towarzyszy temu reorganizacja połączeń międzykom., utrata włókien naprężeniowych, rozpad mikrotubul oraz przebudowa cytoszkieletu aktynowego, doprowadzająca do brzeżnego ułożenia włókien tuż pod błoną;  stadium uwolnienia jest wyraźnie zaznaczone w przypadku kom. przylegających do podłoża (kom. nabłonkowe, fibroblasty);   przeżycie niektórych kom. jest ściśle uzależnione od ich oddziaływania z podłożem, utrata połączenia z macierzą zewnątrzkom. prowadzi wówczas bezposrednio do apoptozy zwanej anoikis

·         w tym samym czasie następuje zależna od kaspaz proteoliza enzymów związanych z układami naprawy DNA oraz białek hamujących nukleazy ICAD, prowadzi to do aktywacji wielu nukleaz, przede wszystkim DNA-zy aktywowanej przez kaspazy – CAD, te nukleazy dokonują cięcia DNA w odcinkach między sąsiadującymi nukleosomami (co 180 par zasad!);   po fagocytozie ciałek apoptotycznych pozostała chromatyna jest trawiona przez enzymy lizosomalne makrofagów, rozpad chromatyny jest b. ważny – zaburzenia tego procesu mogą prowadzić do pojawiania się autoantygenów pochodzących z nukleosomów, co jest przyczyną rozwoju chorób autooimmunologicznych (np. liszaj rumieniowaty)

·         w stadium uwypuklenia występuje seria skurczów położonych obwodowo peczków włókienek aktynowych wskutek ich oddziaływania z miozyną II; uwypuklenie błony ułatwia degradacja(zależna od kaspaz) wielu białek szkieletu oddziałujących z aktyną

·         w stadium kondensacji apoptotyczna kom. rozpada się na wiele ciałek apoptotycznych, procesowi temu towarzyszy depolimeryzacja aktyny

7)     molekularny łącznik zewnętrznej i wewnętrznej ścieżki apoptozy

Molekularnym łącznikiem szlaku receptorowe­go i mitochondrialnego apoptozy jest białko Bid (BH3 in­teracting domain) – przedstawiciel białek rodziny Bcl-2, które ulega proteolizie dokonywanej przez kaspazę 8/10. To proteolityczne cięcie uwalnia fragment tBid (truncated Bid; Bid p15), który przyłącza się do zaktywowanych cząsteczek białka Bax czy Bak na powierzchni mitochon­driów i odpowiada za powstanie porów w błonach tych or­ganelli, przez które wypływa cytochrom c, a następnie for­muje się apoptosom

*takie tam, może się przyda ^^

...