Apoptoza

Z BioInf

Apoptoza

Inaczej programowana śmierć komórki, to ściśle regulowany proces fizjologicznego usuwania komórek zbędnych, nieprawidłowych, zainfekowanych lub uszkodzonych komórek z organizmu. Apoptozie towarzyszą charakterystyczne dla tego procesu zmiany morfologiczne i biochemiczne komórki takie jak: obkurczanie komórki, asymetria błony komórkowej przy zachowaniu jej ciągłości, kondensacja chromatyny i cięcie DNA, pęcznienie mitochondriów oraz spadek potencjału błony mitochondrialnej, rozpad komórki na ciałka apoptotyczne, fagocytoza przez komórki sąsiadujące i makrofagi. Schematyczną ilustrację przebiegu apoptozy przedstawia rysunek 1.

Egzekucja apoptozy przebiega z udziałem enzymów proteolitycznych z rodziny kaspaz. Wyróżniamy dwa główne rodzaje apoptozy: apoptozę zewnątrzpochodną i apoptozę wewnątrzpochodną. Apoptoza zewnątrzpochodna jest inicjowana przez cytokiny z rodziny ligandów śmierci, takie jak: TNFa, TRAIL czy FasL. Cytokiny oddziałują na swoiste receptory zlokalizowane w błonie komórkowej, indukując tworzenie kompleksu białek, na który składa się TRADD, FADD i prokaspaza 8, tworząc tzw. kompleks DISC (death-inducing signaling complex). W wyniku autokatalitycznej aktywacji, aktywna kaspaza 8 aktywuje kaspaza wykonawcze (kaspaza 3, 6 i 7). Schematyczną ilustrację szlaku apoptozy indukowanego przez ligandy śmierci przedstawia rysunek 2.

Apoptoza wewnątrzpochodna, inaczej mitochondrialna, jest inicjowana przez m.in. szok termiczny stres oksydacyjny lub uszkodzenie DNA. Na skutek zmiany potencjału błony mitochondrialnej dochodzi do powstania porów uwalniających do cytoplazmy komórki cytochrom c. Cytochrom c łączy się w cytoplazmie z białkami Apaf i prokaspazą 9, tworząc kompleks zwany apoptosomem. Aktywacja kaspazy 9 umożliwia następczą aktywację kaspaz wykonawczych: 3, 6 i 7. Schematyczna ilustracja przebiegu apoptozy wewnątrzpochodnej jest przedstawiona na rysunku 3.

W niektórych typach komórek apoptoza zewnątrzpochodna i wewnątrzpochodna mogą ze sobą współdziałać. Za pośrednictwem aktywnej kaspazy 8, która tnie białko BID, sygnał od cytokin śmierci może być przekazany na drogę mitochondrialną. Białko tBID wraz z innymi białkami z rodziny Bcl-2 (np. Bax) tworzy kanały w błonie mitochondrialnej indukując wypływ cytochromu c i tworzenia apoptosomu. Współdziałanie obu szlaków apoptozy obrazuje rysunek 4.

Literatura

  1. Kroemer G. Mitochondria control of apoptosis: an introduction. Biochem Biophys Res Comm 2003; 9:433-5.
  2. Lavrik IN. Systems biology of apoptosis signaling networks. Curr Opin Biotechnol 2010; 21:551-5.
  3. Movassagh M, Foo RS. Simplified apoptotic cascades. Heart Fail Rev 2008; 13:111-9.
  4. Schultz DR, Harrington WJ Jr. Apoptosis: programmed cell death at a molecular level. Semin Arthritis Rheum 2003; 32:345-69.
  5. Mignotte B, Vayssiere JL. Mitochondria and apoptosis. Eur J Biochem 1998; 15:1-15.
Osobiste