APOPTOS
Programmerad celldöd
Håkan Billig
2014
[email protected]
1
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
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
C elegans
Bildar 1090 celler varav 131 försvinner och
dör på ett “programmerat” och förutsägbart
sätt under utvecklingen
4
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) 180-200 bp
5
Morfologiska förändringar
Tidsförlopp
Apoptotiska celler i muslever
6
“Apoptos, vad annars….”
“Ja, men inte alltid bara…”
7
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
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
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
bcl-2 familjen (ced9)
• Flera gener kodar för Bcl-2 relaterade gener
Förhindrar apoptos exv:
Bcl-2
Bcl-Xl
EIB-19K
CED-9
Inducerar apoptos exv:
BAX
Bcl-Xs
BAK
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
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
Andra vägar att aktivera
apoptos
Killing using FAS
by immune cells
14
Apoptos inducering
15
cellular recognition of apoptosis
used for phagocytosis
16
4) Reglering av apoptos exempel
Proliferation-apoptos
sjukdomar:
• degenerativa “för mycket”
• proliferativa “för lite”
17
caspaser
18
19
varför leta ?
därför!
20
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
http://www.youtube.com/watch?v=9KTDz-ZisZ0
http://www.youtube.com/watch?v=witLM--V2v8
21
