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 1011 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)
Överlevnadssignaler
Mammals
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
m: mitochondria, e: endoplasmatic reticulum
Arrow: autophagosome
Befruktad oocyt
Atg5-deficient mice
Obefruktad oocyt
WT mus
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
