Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Apoptoza komórkowa, czyli szybka powtórka do sesji
Redakcja _, 14.01.2013 , Tagi: apoptoza, śmierć komórki
Apoptoza komórkowa, czyli szybka powtórka do sesji
Apoptoza to jeden z rodzajów programowanej śmierci komórki, dotyczący wyłącznie organizmów zwierzęcych. Proces ten jest niezbędny dla prawidłowego funkcjonowania organizmów, ponieważ bierze udział w eliminacji komórek uszkodzonych, zainfekowanych lub zbędnych. Apoptoza określana jest często jako samobójcza śmierć komórki, jest ona zaprogramowana genetycznie i przebiega według określonego schematu.

W procesie apoptozy można wyróżnić 3 fazy: sygnalizacji, wykonawczą i eliminacji. Faza sygnalizacji polega na uruchomieniu genów indukcji śmierci komórki. Za indukcję śmierci komórki mogą odpowiadać geny sygnalizacji, replikacji, transkrypcji oraz naprawy DNA. Także zmiany poziomu fosforylacji białek z udziałem kinaz białkowych MAP są jednym z wczesnych przejawów PCD. Podczas fazy wykonawczej procesu uruchamiane są różne szlaki związane z aktywacją proteaz, fosfolipaz, fosfataz i nukleaz. Enzymy te prowadzą do degradacji struktur komórkowych. W fazie eliminacji usuwane są pozostałości obumarłej komórki. Powstają także ciała apoptotyczne, które są całkowicie przetwarzane z udziałem lizosomów komórek sąsiadujących z degradowaną komórką lub przez makrofagi. Głównymi enzymami zaangażowanymi w proces apoptozy są kaspazy. Są to specyficzne dla kwasu asparaginowego proteazy cysteinowe produkowane w postaci nieaktywnych prokaspaz. Do ich aktywacji dochodzi na drodze hydrolizy wiązania peptydowego w miejscu kwasu asparaginowego, co skutkuje uruchomieniem proteolitycznej kaskady kaspaz. Ze względu na rolę w procesie wyróżnić można kaspazy inicjatorowe lub wykonawcze. Każda kaspaza opisana jest numerem (np. kaspaza-1). Do kaspaz inicjatorowych zalicza się kaspazy 2, 8, 9 i 10, natomiast do wykonawczych kaspazy 3, 6 i 7. Kaspazy wykonawcze mogą aktywować inne proteazy, trawić docelowe białka (np. laminy jądrowe) oraz aktywować DNAzy powodując ich nieodwracalny rozpad.

Kontrolę nad procesem apoptozy sprawuje rodzina białek Bcl-2, do której zaliczyć można białka antyapoptotyczne, przeciwdziałające procesowi apoptozy (Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w, Mcl-1 etc.) oraz białka proapoptotyczne (Bid, Bak, Bad, Bax, Noxa etc.).

Proces apoptozy jest stymulowany przez białko p53, które poprzez zwiększanie przepuszczalności błony i uwalnianie cytochromu c z mitochondriów, jak również poprzez kontrolę ekspresji białek z rodziny Bcl-2 prowadzi do zapoczątkowania tego procesu. Do tej pory opisano 5 rodzajów szlaków, na drodze których apoptoza może być realizowana. Są to: zewnętrzny (receptorowy) szlak apoptozy, szlak wewnętrzny, pseudoreceptorowy, sfingomielinowo-ceramidowy i indukowany stresem.

Zewnętrzny szlak apoptozy przebiega z udziałem receptora śmierci, znajdującego się w błonie komórkowej. Związanie liganda z receptorem błonowym przekazuje sygnał śmierci do wnętrza komórki, a następnie aktywowana jest prokaspaza-8 lub prokaspaza-10. Aktywacja prokaspaz (wówczas nazywamy je już kaspazami) prowadzi do uruchomienia kaskady kaspaz wykonawczych, a w rezultacie do unicestwienia komórki.

Szlak wewnętrzny związany jest z mitochondriami. Do jego aktywacji może dojść poprzez wzrost stężenia reaktywnych form tlenu i powstania stresu oksydacyjnego w komórce, jak również na skutek uszkodzeń DNA, zaburzeń transportu elektronów czy też wzrostu stężenia jonów wapnia w cytoplazmie. Sygnał śmierci przekazywany jest z błonowego receptora śmierci do mitochondriom. Otwarcie pewnego rodzaju kanałów w błonie mitochondrialnej prowadzi do uwolnienia cytochromu c, który w kompleksie z czynnikiem Apaf-1, znajdującym się w cytoplazmie, oraz prokaspaza-9 tworzą apoptosom. Aktywacja apoptosomu prowadzi do uruchomienia kaskady kaspaz wykonawczych oraz śmierć komórki.

Szlak pseudoreceptorowy został zaobserwowany w cytotoksycznych limfocytach T oraz w komórkach NK. Jest on wywoływany poprzez wzrost stężenia reaktywnych form tlenu, jak również zaburzeniami potencjału błonowego mitochondriów. W szlaku tym bierze udział granzym B, który przedostał się do komórki na drodze endocytozy. Przeprowadzając w komórce szereg reakcji litycznych prowadzi do indukcji śmierci z udziałem mitochondriom. Można zatem powiedzieć, że szlak wewnętrzny i szlak pseudoreceptorowy realizowane są na podobnej drodze, a jedyną różnicą jest sposób indukcji procesu eliminującego komórkę.

Szlak sfingomielinowo-ceramidowy może zostać zaindukowany przez promieniowanie jonizujące lub np. infekcje wirusowe. Po połączeniu się liganda do receptora aktywowany zostaje enzym – sfingomielinaza – który powoduje rozkład sfingomieliny. Powstaje wówczas ceramid, który pełniąc rolę lipidowego wtórnego przekaźnika sygnału śmierci będzie prowadził do degradacji komórki.

Szlak indukowany stresem związany jest z retikulum endoplazmatycznym (ER), rybosomami i kaspazą-12. Jego indukcja zachodzi wówczas, gdy zostanie zaburzona homeostaza związana z nagromadzeniem się jonów wapnia oraz nieprawidłowych białek w ER. Dochodzi następnie do przekazania sygnału na mitochondriom i, tak jak w przypadku szlaku wewnętrznego oraz pseudoreceptorowego, aktywowania szlaku eliminacji komórki związanego właśnie z tym organellum.

Komórka apoptotyczne charakteryzuje się fragmentacją jądrowego DNA, zwiększoną zawartością jonów wapnia w cytoplazmie, kondensacją cytoplazmy i jej fragmentacją, nadaktywnością enzymów litycznych (tych z grupy kaspaz jak również proteaz, nukleaz itp.), puchnięciem komórki i w rezultacie powstawaniem ciał apoptotycznych.

 

 

Schemat przebiegu apoptozy na drodze różnych szlaków

 

 

 

Anna Byczkowska

 

Źródła

Źródła:

M. Baś, A. Cywińska, J. Sokołowska, M. Krzyżowska. Apoptoza – programowana śmierć komórki. Część III. Rola apoptozy w procesach fizjologicznych i patologicznych. Życie Weterynaryjne (2004), 79 (12): 671-675

J. Woodcock. Sphingosine and ceramide signalling in apoptosis. Australian Biochemist (2006) 37 (1): 14-17

J. Stiban, L. Caputo, M. Colombini. Ceramide synthesis in the endoplasmic reticulum can

permeabilize mitochondria to proapoptotic proteins. Journal of Lipid Research (2008) 49: 625-634

S-Y Jeong, D-W Seol. The role of mitochondria in apoptosis. BMB Reports (2008) 11-22

H. Okada, T. W. Mak. Pathways of apoptotic and non-apoptotic death in tumour cells. Nature Reviews (2004) 4: 592-603

C. Collazo, O. Chacón, O. Borrás. Programmed cell death in plants resembles apoptosis of animals. Biotecnología Aplicada (2006) 23: 1-10

KOMENTARZE
news

<Marzec 2020>

pnwtśrczptsbnd
24
25
26
29
2
5
6
7
8
9
10
PHARM Connect Congress 2020
2020-03-10 do 2020-03-11
11
12
13
14
15
16
17
Targi EuroLab i CrimeLab 2020
2020-03-17 do 2020-03-19
18
19
22
23
24
27
28
41. Kongres i Targi LNE
2020-03-28 do 2020-03-29
29
30
31
1
4
5
Newsletter