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