Apoptózis

• 2013. 03. 12.
• Előadó: Csala Miklós

p53 fehérje mennyiségének szabályozása

Transzkripciós faktorként, tetramerként kapcsolódik a DNS-hez. Sejtciklust leállító hatásai:

Stressz, DNS károsodás, onkogén hatás, vírusfertőzés aktiválja, gátolja a G₁ és S-ből való továbblépést:

• indukálja a p21 fehérjét, CKI fehérje (ciklin dependens kináz inhibitor) - szinte az összes Cdk-t gátolja, több ponton megakadályozza a G1 és S fázisból való továbblépést.
• p53 represszorként hat ciklin D-re
• p53-tól függetlenül a Cdc25 foszforilációja annak lebontása felé hat

G₂-M átmenetnél gátol:

• p53 indukálja a Gadd45 fehérjét, ami a Cdk1 és a ciklin B komplexbe épülését, szeparálja őket egymástól
• p21-et indukál
• represszió ciklin B-re és Cdk1-re
• 14-3-3-szigma fehérje indukciójával a citoplazmába vonja ki az aktív MPF-et (így nem tud a működési helyén, a magban hatni)

Programozott sejthalál: olyan károsodás, hatás éri a sejtet, hogy el kell pusztulnia, de van erőforrás programozott módon való pusztulásra, ilyen az apoptózis, autofagoszómás programozott sejthalál.

Nekrózis: nem programozott, olyan károsodás éri a sejtet, hogy a halál programot sem tudja lefuttatni.

Funkciók:

• Feleslegessé vált szervek, szövetek eltávolítása (pl. ujjak szétválása, immunrendszer fejlődésekor saját struktúrát felismerő sejtek kiiktatása, felesleges idegsejtek eliminálása a fejlődés során).
• Sérült, veszélyes sejtek eltávolítása (vírusfertőzés, DNS-károsodás)
• Stressz (oxidatív ágensek túltermelése, fehérjeszintézis elmaradása a szükségestől)

Morfológiai eltérések a nekrózisban és az apoptózisban:

Apoptotikus sejt zsugorodik, eltűnnek sejtkapcsolatai, lefűződnek róla hólyagok, kromatinja kondenzál, DNS fragmentálódik („létrásodás”) - piknózis, apoptotikus testeket a fagociták bekebelezik.

• Növekedési faktorok szerepe: sejteknek növekedési faktorokra van szüksége (+stimulus, mint inzulin) a túléléshez - ha nincs ilyen stimulus, apoptózis felé megy el a sejt.
• Stressz
• Onkogén inzultus, replikáció tartós leállása
• DNS károsodás
• Vírusfertőzés
• Halálreceptorok és halálligandok

Kaszpáz kaszkád: iniciátor kaszpázok aktiválódnak először, majd effektor kaszpázok, ezek halál-szubsztrátokat hasítanak, amelyek a morfológiai változásokat kiváltják.

Halál szubsztrátok: kaszpázok aktiválta, végrehajtó fehérjék. Köztük vannak: sejtadhéziós fehérjék, citoszkeletális fehérjék, organellumok szerkezeti fehérjéi (ER, Golgi), DN-ázok gátlófehérjéi, transzlációs fehérjék, citokinek, DNS kötő fehérjék, transzkripciós faktorok, receptorok és jelátviteli fehérjék

Aszpartát-specifikus cisztein-proteázok - célfehérjében aszpartát mellett hasít, aktív centrumában ciszteint találunk. Inaktív zimogén formában, prokaszpázként fordulnak elő élő sejtekben, két helyen való hasítás szükséges ahhoz, hogy aktiválódjanak (prodomén leszakad), dimerizálódás kisebb és nagyobb alegységből.

• Iniciátorok: prokaszpáz beépüléve fehérjekomplexbe átmeneti aktivitást nyerhet, autoaktiválhatja magát.
• Effektorok: csak másik proteáz (ált. kaszpáz) aktiválhatja, általánosan iniciátor, önmagát aktivált kaszpáz.

Humán prokaszpázok egy része apoptotikusak, de vannak köztük gyulladásos reakcióban részt vevők is!

Szerkezetük: iniciátorok rendelkeznek komplexképző doménnel - CARD (caspase-recruitment domain) és DED (death effector domain) domének.

Hasítással aktiválás irreverzibilis - kell aktív enzimet gátló mechanizmus is: IAP (inhibitor of apoptosis protein) fehérjék az aktív kaszpázokat gátolják.

Iniciátor kaszpázok önmagukat aktiválni a következő komplexekben tudják:

• Apoptoszóma: fehérjekomplex („a halál kereke”), közepén CARD domének illeszkednek prokaszpáz 9-ből egymáshoz, autoaktiváció.
• DISC (death inducing signal complex): halálligand a memránon kívülről, halálreceptor (homotrimer a membránon keresztül) FADD-dal, az pedig DED doménon keresztül egy prokaszpázzal (8 vagy 10) képez komplexet - autoaktiváció.
• PIDD-oszóma: p53 indukált komplex DD doménnel (PIDD fehérjéből származik p53-as hasítás után), RAIDD fehérje kapcsolódik, hozzá prokaszpáz 2 kapcsolódhat, autoaktiváció.

Bax fehérjékből csatorna jön létre a mitokondrium membránjában, amely már fehérjékre is átjárható lesz - intermembrán térből fehérjék szabadulnak ki. Felszabadult apoptoszóma prokaszpázt aktivál, illetve egyes fehérjék a DNS-ben hoznak létre változást.

Kulcsmomentum: Bax-Bax pórus kialakulása - szabályozó: Bcl-2 fehérjecsalád, bennük BH és esetleg transzmembrán domének találhatók.

• Proapoptotikus: csak BH3 domén - szolubilisek, gátolják az antiapoptotikus fehérjéket vagy aktiválják a proapoptotikusakat.
• Proapoptotikus: multidomén - BAK-BAX fehérjék egymáshoz igen hasonlóak, pórust alakítanának ki oligomerizációval, de az antiapoptotikus BCL-X_L és BCL-2 megakadályozzák ezt a BAK-BAX fehérjékhez való kötődéssel
• Antiapoptotikus: multidomén fehérjék

1. Túlélési stimulus megszűnik: Bad nevű proapoptotikus csak BH3 domén fehérjét aktiválja,
2. Halálligand Bid-et aktivál,
3. p53 (DNS károsodás, vírusfertőzés, onkogén hatás) Bid, Noxa és Puma fehérjék megjelenését indukálja,
4. ER stressz Bim csak BH3 doménnel rendelkező proapoptotikus fehérje megjelenését eredményezi.

Ezek a proapoptotikus fehérjék kivonják a gátló hatású Bcl-2-t, Bcl-X_L-t, így már kialakulhat a pórus. Kiaszabadul az intermembrán térből a citokróm c - elektronszállító, de az Apaf1-gyel való kötés hatására kialakítják az apoptoszómát oligomerizációval (dATP szükséges hozzá - energiaigény!), prokaszpáz 9-et kötnek, elindul az apoptózis. Smac, Omi fehérjék a kaszpáz inhibitorokat gátolják - kaszpáz kaszkád két irányú támogatása.

DNS-t manipuláló fehérjék: AIF, EndoG - kromatint kondenzálnak és DNS-t hasítanak.

Túlélési jel: inzulin receptoron át Bad és kaszpáz 9 foszforilációs gátlása, sejtadhéziós fehérjék túlélési szignáljai.

Halálreceptor trimer a membránon a ligandját kötve képes lesz FADD-ot kötni - DISC komplex kialakul, kaszpáz 8 aktiváció - kaszkád. Bid fehérje aktiválásával a mitokondriális út is belép.

Halálreceptorok: TNFR1 [TNFalfa] (tumor nekrózis faktor), Fas [FasL], TRAILR 1/2 [TRAILRL]

p53 aktiváció - PIDD-oszóma apoptózist elindít, Bid aktivációval mitokondriális utat aktivál. Összességében a p53 az apoptózis minden mechanizmusát elindítja:

• Indukálja a halál-receptorokat
• Indukálja a BAX fehérjét (pórusképzés, mitokondriális út!)
• Indukálja a Pumát és Noxát (csak BH3 doménű proapoptotikus fehérjék)
• Bid indukció
• PIDD indukció
• Apaf1 indukció (citokróm c mellett kaszpáz 9 aktivációhoz kell)

Ölősejt-mechanizmus: Granzim B proteáz sejtbe való injektálása - egymaga prokaszpázokat és halál-szubsztrátokat aktivál és véghez viszi az apoptózist. - Daganatos sejt vélhetően a granzim B bejuttatásához szükséges fehérjét sem expresszálja - nem fog apoptotizálni.