APOPTOS Programmerad celldöd

Transkript

1 APOPTOS Programmerad celldöd Håkan Billig

2 APOPTOS 1. Exempel på celldöd under normalt liv Grodyngel Fosterutveckling Anpassa cellantal Nerv-målcells interaktion hormon-målcells interaktion C Elegans 2. Definition av apoptos (programmerad celldöd) apoptos och nekros morfologiska kännetecken biokemiska kännetecken 3. Molekylära mekanismen för apoptos C.Elegans (ced-9, ced-3, ced-4) General model for apoptotic execution bcl-2 familjen (ced9) caspaser (ced 3, ced 4) endonuclease aktivering 4. Reglering av apoptos: exempel 2

3 1) Exempel på celldöd under normalt liv grodyngel fosterutveckling anpassa cellantal nerv-målcells interaktion Ett stort antal överskott av neuron bilds och tillväxer underutvecklingen. Cirka 50% av alla sympatiska och sensoriska neuron dör under utvecklingen Neuron som projicerar fel elimineras i brist på lokalt hormon stöd Detta ökar chansen till att alla målceller innerveras och en balans av rätt antal neuron/målcell hormon-målcells interaktion doping-testosteron 3

4 C elegans Bildar 1090 celler varav 131 försvinner och dör på ett programmerat och förutsägbart sätt under utvecklingen 4

5 2) Definition av apoptos (programmerad celldöd) sekvens/ordning apoptos och nekros morfologiska kännetecken biokemiska kännetecken Cellular and Molecular Parameters which Distinguish Apoptosis from Necrosis Apoptosis Chromatin and cytoplasmatic condensation, cell shrinkage No signs of inflammation Affects scattered individual cells May require mrna and protein synthesis Normal ATP level Endonuclease activation and internucleosomal DNA fragmentation (DNA ladder) Necrosis Cell swelling and rupture of plasma membrane Signs of inflammation Affects tracts of continous cells Not dependent upon new mrna or protein synthesis Decreased ATP level Activation of non-specific Dnases with generalized DNA degradation (smearing) Endonuclease aktivering, digereing av DNA 1) chromosomalt, 300kbp 2) internukleosomalt (digerering mellan nukleosomer, histoner) bp 5

6 Morfologiska förändringar Tidsförlopp Apoptotiska celler i muslever 6

7 Apoptos, vad annars. Ja, men inte alltid bara 7

8 3) Molekylära mekanismen för apoptos C.Elegans (ced-9, ced-3, ced-4) General model for apoptotic execution "activator program" survival factors apoptotic factors tissue specific ced-9 "death program" ced-3 ced-4 death species specific 8

9 9

10 proteaser (ced 3) CASPASER cystein proteaser (konserverad aa sekvens från C Elegans Konserverad katalytisk aminosyrasekv: QACRG Procaspaser och effektorcaspaser Expression av proteinerna inte primärt reglerad av apoptos induktion (de finns där hela tiden, men säkrade ) IAPs fungerar som extra säkring genom att hämma caspaseaktivitet Apoptosaktivering aktiverar proteaserna Aktiviteten av caspase familjen är posttranslationellt reglerad Caspases: initiator/effector Möjliga läkemedel? 10

11 Targets for caspases: cytoplamatic proteins (eg actin, beta-catenin, PAI-2) nuclear proteins (eg lamin, RNA-binding proteins) protein involved in DNA metabolism and repair (PARP (Poly(-ADP ribos) polymeras (DNA repair enzyme), topoisomerase I) protein kinases (eg PKC, MEKK1, Raf-1) protein involved in cell cycle and proliferation procaspaser; leder till caspase-kaskad, positiv feedback Endonukleasaktivering 11

12 bcl-2 familjen (ced9) Flera gener kodar för Bcl-2 relaterade gener Förhindrar apoptos exv: Inducerar apoptos exv: Bcl-2 BAX Bcl-Xl Bcl-Xs EIB-19K BAK CED-9 BAD Bildar homo eller heterodimerer med varandra BH1 och BH2 domäner interagerar vid dimerisering BH3 är dödsviktig, krävs för apoptos intiering eller inhibition Bcl2-familjen ofta memnranbundna exv i mitokondrier, kärnmembran Aktiviteten av Bcl2 familjen är oftast posttranslationellt reglerad 12

13 Mitochondria Bcl2-family proteins inserted in the outer membrane Pro-apoptotic Bcl2 analogoues (eg Bax/Bak) forms pore when homodimerazing Through the pores proteins are released, ie cytochrome-c, DIABLO Cytochrome-c forms complex with Apaf-1 (mammalian anlogue to Ced4) which initiates caspase activity forms the apoptosome 13

14 Andra vägar att aktivera apoptos Killing using FAS by immune cells 14

15 Apoptos inducering 15

16 cellular recognition of apoptosis used for phagocytosis 16

17 4) Reglering av apoptos exempel Proliferation-apoptos sjukdomar: degenerativa för mycket proliferativa för lite 17

18 caspaser 18

19 19

20 varför leta? därför! 20

21 Hur skall man designa läkemedel som ökar minskar apoptos? Specificitet? Biverkningar? Andra exempel där ökad/minskad apoptos förkommer Fysiologiskt Patofysiologiskt Länkar till filmer i föreläsningen