Apoptos Keiko Funa Molecular Biology of the Cell Alberts et al., Kap. 18 Apoptos genom avsaknad av överlevnadsfaktorer selektionsmekanism Neurotrofin (NGF etc) Regression under utveckling aktivering av proapoptotiska gener Svansen försvinner, fingrar och tår frigörs från varandra genom att cellerna i vävnaden mellan dem dör.
Apoptos kontrollerar hälsan 1. Hos en vuxen människa dör kontinuerligt gamla röda blodkroppar, vilka ersätts av nybildade celler. Cirka 10 11 celler dör varje dag. 2. Lymfocyter med fel specificitet i immunförsvaret selekteras bort genom apoptos. 3. En normal cell i kroppen kan även elimineras genom apoptos om den förvärvat irreversibla genetiska skador som skulle kunna transformera den till en tumörcell. Många sjukdomar är förknippade med apoptos ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- För mycket För litet ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- AIDS Rheumatoid arthritis Myelodysplastic syndromes Lymphoma Neurodegenerative diseases Leukemia Type I diabetes mellitus Solid tumors Liver failure Ulcerative colitis ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Apoptos Apoptos morfologisk karaktärisering av celldöd membrane-blebbing, förlust av fosfolipid-asymmetri pga exponering av fosfatidyl-serin vilket attraherar makrofager till fagocytos, apoptotic bodies, intakt osmos leder ej till inflammation. Nekros celldöd av yttre skada, skadan på membranet och obalans av det osmotiska trycket leder till svullnad och utsläpp av cellinnehållet vilket orsakar inflammatoriska reaktioner. PCD programmed cell death biokemisk karaktärisering, kännetecknas av DNA-fragmentering hos t.ex. självreaktiva T-celler, borttagande av survival factor under den embryonala utvecklingen. Icke-fysiologiska substanser (strålning, kemikalier, UV) kan fysiologiskt aktivera celldödsprogram för att undvika uppkomst av celler med genetiska skador. Autofagi nedbrytningen av egna, utslitna cellbeståndsdelar i lysosomerna ("upplösningsblåsorna"). Eliminering av celler Nekros svullnad och utsläpp av cellinnehållet vilket orsakar inflammatoriska reaktioner Apoptos kondensering av kromatin, månskära, ringformad kärna Fagocytos, autofagi makrofager tar upp apoptotic bodies
Apoptos C. elegans (nematod; rundmask) Upptäckten av apoptosgener ced3, ced4, ced9 1. Alla celler syns utifrån och deras struktur och antal kan följas under utveckling. 2. Resulterande fenotyper kan lätt bedömas efter borttagande av celler eller mutation av protein. 3. Många celler dör i apoptos under utveckling karaktarisering av apoptosgener. Utlösare, reglering och utförare Processen är evolutionärt väl bevarad mellan olika arter
Aktivering av apoptos Brist på överlevnadssignaler, DNA-skada, stress mm Apaf- 1 apopto@c protease- ac@va@ng factor 1 Utsöndring av Cytokrom- c (vilket hålles på plats av proteiner i familjen BCL- 2) @ll cytosol från mitokondrierna påbörjar bildandet av komplexet apoptosom (ApoF- 1, ATP och Kaspas- 9) som ger apoptos. Denna apoptosom ak@verar övriga kaspaser. Vägar till apoptos: externa (A) och interna (B, mitokondrier) Houwerzijl et al, Leukemia, 2006 AIF, apoptosis inducing factor; Bid, apoptos-promoting protein, induces Bax; EndoG, endonuclease G; MPT, mitochondrial permeability transition; MOMP, mitochondrial outer membrane permeabilization; ROS, reactive oxygen species. CD; cell death
Apoptosom: en plattform för aktivering av initierande kaspaser Initierande kaspaser klyvs för aktivering Casp-9 Q Bao and Y Shi Drosophila C. elegans Apaf-1: apoptotic protease-activating factor 1; FADD: Fas-associated death domain. Självförstärkande kaskader med kaspasaktivering Kaspaserna sätter igång ett förstörelsemaskineri i form av CAD, ett DNAse-enzym som bryter ner DNA. I normala celler är CAD inaktiverat av inhibitorn icad. Kaspaserna förstör icad, varefter CAD bryter ner cellens DNA.
Kaspas-funktioner i programmed cell death är konserverade i olika organismer S Kumar (Cell Death and Differentiation) Mammals Överlevnadssignaler survival factor Fruit Flies survival factor
Gener som inducerar eller inhiberar apoptos 1. Ced3 (IL1β-converting enzyme, cystin-proteas, caspas) och Ced4 (Apaf1-homolog) inducerar PCD i C. elegans. Ced9 (en Bcl2-homolog) motverkar PCD. 2. BCL familj: Bcl2 lokaliseras i mitokondriala membran Bcl-X och Bax (Bcl-2 associated X-protein). Stimulerar eller inhiberar Cytokrom C-utsöndring. 3. p53: tumörsuppressor, inducerar cellcykel-arrest för reparation av skador i DNA eller apoptos direkt i mitokondrier eller transkribering av apoptos-inducerande gener. 4. c-myc apoptos induceras av c-myc i de celler som är prolifereringshämmade. 5. Fas ( death receptor, APO-1, CD95): aktiveras av Fas-ligand, Fas/TNF som aktiverar kaspas celldöd i immunsystemet. 6. Aktivering av stress-kinaser MAPK/JUNK, p38 7. IAP (Inhibitor of APoptosis) familj: binder prokaspaser eller binder och inaktiverar kaspaser. 8. Överlevnadsfaktorer: tillväxtfaktorer, adhesionsmolekyler via aktivering av PKB/Akt som aktiverar överlevnadssignalen Bcl2. Autofagi under olika betingelser Autofagi i celler som saknar näring Befruktad oocyt Atg5-deficient mice Obefruktad oocyt WT mus m: mitochondria, e: endoplasmatic reticulum Arrow: autophagosome Induction of autophagy after fertilization Accumulation of ubiquitin-pos inclusion bodies in neurons
Olika typer av autofagi Mizushima et al, Nature, 2008, 451, 1069 Autofagi vid olika sjukdomar Mizushima et al, Nature, 2008, 451, 1069