Apoptozis hakkında bilgiler
APOPTOZİS Yüksek organizmalarda hücre ölümü iki farklı mekanizma ile gerçekleşir. Klasik hücre ölümü nekroz olarak adlandırılır.Şiddetli bir travma, zararlı bir uyarı ile meydana gelir. Genellikle gruplar halinde hücreleri etkiler.Morfolojik olarak ER, mitokondride dilatasyon, plazma membranının iyon transportunun bozulması,hücrelerin şişmesi ve lizisi tipiktir.Nükleer kromatin flokulasyonu, DNAnın nonspesifik klavajı, hücrelerin parçalanması ile hücre içeriği ve lizozomal enzimler eksrasellüler ortama dökülür.Bu enzimlerde komşu hücre ve dokuları zedeleyerek inflamatuar yanıta yol açar.
Hücre ölümünün diğer şekli Apoptosis genellikle tek tek hücreleri etkiler.Birçok fizyolojik ve patolojik koşulda ortaya çıkar ve genellikle inflamatuar yanıt söz konusu değildir. Müllerian kanalın ve interdigital perdelerin regresyonu, B ve T hücrelerin negatif seleksiyonu, self antijenleri tanıyan immunkompetan hücrelerin delesyonu, hormon bağımlı dokuların, hormon yokluğunda involusyonu gibi birçok fizyolojik olayda rol alır.
Apoptosis, hücrelerin öldürülmesinde fizyolojik bir süreçtir.Çok hücreli organizmaların gelişimi, işlevselliğinde çok önemlidir. Bu hücre ölümünün kontrolündeki anormallikler :
--Kanser
--Otoimmun Hastalıklar
--Dejeneratif Hastalıklar oluşumuna neden olur
Organizmanın bütünlüğü ve homeostazisi, hücre çoğalması ve farklılaşması yanısıra, hücre ölümü ile sağlanabilir.
Apoptosis sinyallenmesi ya hücre içinden gelen tetikleyici olaylar yada ölüm reseptörlerinin ligasyonu gibi hücre dışındaki olaylarla olur.Tüm apoptosis sinyalleyici yollar, proteinleri aspartat rezidülerine bölen, sistein proteazlar (Kaspazlar) ile olan ortak hücre yıkımı işleminde birleşir.Doku transglutaminaz aktivitesi ise proteinlerin çapraz bağlanmasına yol açarak intrasellüler yapıların ekstraselüler alana dökülmesine engel olur. Ölü hücrelerin yıkımı ve uzaklaştırılması, komşu hücrelerin fagozitozu ile olur.
Apoptosisdeki Morfolojik Değişiklikler:
Elektron mikroskobunda apoptosis esnasında;
-Kromatin kondansasyonu
-Stoplazmik büzülme
-Plazma membran kabarması
Apoptosis erken safhasında ER, mitokondri, golgide gözlenebilir değişiklikler olmadığı gösterilmiş olmakla beraber son zamanlarda, mitokondri dış membranında şişme, mitokondrial membran aralıgında sitokrom c ve bir oksidoredüktaz ile ilişkili flavoprotein olan Apopitos İndükleyici Faktör salınımı olduğu bildirilmiştir. Apoptosis esnasındaki moleküler degişiklikler arasında ;
-DNA ayrılması
-İç ve dış plazma membran yaprakları arasında PS dağılımının randomizasyonu vardır.
Bu değişiklikler;
-DNA kırılmasında,nukleotitlerin terminal deoksinükleotidil transferaz yolu ile belirlenmesi,
-PS in annexin ile boyanması ,
-Subdiploid DNA içeriği olan hücrenin, DNA ekleyen boyalar ile belirlenmesi ile gösterilebilir.
Apoptosisdeki Major Oyuncular:
1-Kaspazlar
2-Kaspazların başlatıcı etkinliğini kontrol eden Adaptor Proteinler
3-TNF-R
4-Bcl-2 proteinleri
KASPAZLAR:
İnisiatör K. Efektör K. Cytokin Maturasyon
Ced-3 C-3 C-1 C-13
C-2 C-6 C-4 C-14
C-9 C-7 C-5
C-10 C-11
C-8 C-12
Bir grup sistein proteaz enzimidir. Apoptosis için gereklidir. Kaynağına yada ölüm uyaranına bakılmaksızın apoptosise giden tüm hücrelerde sistein proteaz aktivitesi tespit edilir. Basulovirus protein P35, tüm kaspazların potent inhibitörüdür.
Kaspazlar, apoptosisin son devresindeki hücresel substratların degradasyonundan sorumlu olduğu gibi apoptosisin başlatılmasında da kritik önemi vardır.Memelilerde en az 14 kaspaz vardır.Bunlar tetrapeptit motifleri tanır ve substratı, bir aspartat rezidüsünün karboksil tarafından ayırır.
Kaspazlar, düşük intrensik etkinlik gösteren zimojenler olarak sentezlenir.Aktif enzim, 20kD luk subünite ilaveten 10kD luk subünit bulunan bir heterotetramerdir.
Kaspaz 8 ve Kaspaz 9, baslatıcı kaspazlardır ve efektör kaspazların aktivasyonunu başlatır.Bazı kaspazlar ise self processingdir.
Efektör kaspazlar;-DNA onarım enzimleri
-Lamin
-Gelsolin
-MDM2(P53inhibitörü)
-Protein Kinaz Cd , gibi yaşamsal proteinleri ayırmakta ve inaktive etmektedir.Kaspaz yollu proteoliz ile aktive olan enzimlerde vardır.Kaspaz yolu ile aktifleşen DNAase (CAD) normalde bir inhibitöre İCAD(DNA fragmantasyon faktör) a bağlanarak inaktive olmaktadır.Apoptosis esnasında İCAD kaspazlar tarafından ayrılmakta ve bu durum karekteristik internükleozomal DNA ayrılması oluşturur. Aktif endonükleazın salınmasına yol açar.
ADAPTÖR PROTEİNLER:
Adaptor proteinler: Apaf-1
Ced-4
RAIDD
FADD/MORT1
RIP
FLIP1
-Hücre ölüm efektörleri,
-Hücre ölüm regülatörleri,
-Ölüm reseptörleri,
-Bcl-2 gen ailesi , arasındaki bağlantıyı kurarlar.
Kaspazlar, TNF-Rleri ve Adaptör Proteinler arasındaki bağlantılar, ölümsahası(DD), ölüm effektör sahası(DED) ve Kaspaz Toplama sahası(CARD) olarak bilinen alanlar arasındaki homotipik etkilesimler yolu ile sağlanmaktadır. DD içeren bir TNF-R üyesinin adaptör proteini çapraz bağlanmasından sonra TNF-R’nin DD ile adaptör proteinin DD i arasındaki homotipik etkileşimler, kaspaz agregasyonuna ve aktivasyonuna izin verir. Kaspaz toplanması ve birikimi adaptör proteinlerde bulunan başka bir alan olan DED yolu ile de olur. DEDler FADD ve Kaspas 8 de de vardır. Bu nedenle CD95in çapraz bağlanması prokaspaz 8, agregasyonu ve FADD yolu ile aktiflenmesi sonucunu doğurabilir.
DR ®FADD®Kaspas 8, sinyallenmesi , FLİP molekülleri ile bloke edilebilir. FLİP molekülleri prokaspaz 8 in toplanması ve aktiflenmesini önlemektedir. FLİP in, FLİPL ve FLİPS şekilleri vardır. FLİPL daha yaygındır ve prokaspaz 8 e çok benzer.FLİPS ise sadece iki DED içerir.
Bütün kaspazlar TNF-R çapraz bağlanma yolu ile aktive olmadığı gibi bütün başlatıcı kaspazlar DED içermezler. Memeli prokaspaz 9 ve prokaspaz 2 ve C.elegans Ced-3 ü aynı zamanda kendi spesifik adaptörü olan Apaf-1 ve Ced-4 te bulunan CARD ler içerir. Kaspaz 8, CD95 yoluyla aktive olurken, Kaspaz 9 Apaf-1 ile aktive olur ve Bcl-2 proapopitotik üyeleri ile kontrol edilir.
TNF-R AİLESİ:
TNF-R1
CD95
DR3
CAR1
DR4
DR5
NGFRp75
TNF-R üyelerinin pleotropik etkisi vardır. Hücre tipine ve aldığı sinyallere göre proliferasyon ,canlı kalma, farklılaşma yada ölümü tetikleyebilir. Bu reseptörler, TNF ligant ailesine ait ligantlar tarafından aktive edilir. Bu bağlar memrana bağlanmış trimerler olarak sentezlenir, sinyalleme için çok miktarda çapraz bağlanma gerekir.
TRAİL/APO-21(TNF ile ilgili apoptosis başlatıcı ligant), Apoptosisi transforme hücrelerde başlatır ve diğer ligantlara kıyasla dokularda daha yaygındır. TRAİL in 4 reseptörü tanımlanmıştır: DR4 , DR5 , DCR1 ,DCR2 . Fakat sadece DR4 ,DR5 apoptosisi başlatır. Diğerleri, intrasellüler ve transmemran bölgeleri yada DD bölgeleri içermediginden apoptosisi başlatamazlar. Bu reseptörler tuzak vazifesi görür. Akciğer ve kolon kanserinde Fasl (DCR3) ye karşı bir tuzak reseptörün çok fazla olduğu gösterilmiştir.
Spesifik kaspaz inhibitörleri ve kaspaz eksikliği olan mice’ların fibroblastlarında yapılan deneylerde, kaspaz 8 in , DR4 , DR5 ve DR3 ile oluşan apoptosis için şart olduğunu göstermiştir.
BcL-2 ÜYELERİ:
Antiapoptotik Proapoptotik
Bcl-2 Bax
Bcl-xl Bod
Boo Bcl-xs
Bcl-w Bid
A1 Bim
Mcl-1 Blk
Bak
Antiapoptotik Bcl-2 üyeleri, a.a sıraları en az üç dört bölgede benzerlik gösterir. Bcl-2 ye benzerlik gösterirler. Proapoptotik Bcl-2 lerin hepsinde BH3 bölgesi vardır. Antiapoptotiklerde bu bölge yoktur.
Bcl-2 proteinlerinin, transmembran bir C terminali vardır. Bu alan nükleer membran, mitekondri dış membranı, ER membrannın sitozolik tarafında yer alır. Bunlar etkileşim bölgeleridir. Bu bölgeler bazılarında sabit iken bazılarında degişebilir. Örneğin, Bax sitozolik bir proteindir, apoptosisde mitokondrial membrana redistribsiyonu olur. Antiapoptotik Bcl-2 üyeleri kaspaz aktivasyonunu önleyerek antiapoptotik etki gösterirler. Proapoptotik Bcl-2ler sinyalleri adaptör proteinlerde yoğunlaştırır, adaptör proteinler ölüm teşvik edici protein kompleksi Apoptosom un tam bileşimidir.
Memelilerde,efektör kaspazlarin aktivasyonu iki farklı mekanizma ile olur; 1-Hücre içinde stresle ortaya çıkan sinyallerle başlar.
-Timosit ve embriyonik fibroblastlarda,
-DNA hasarında,
-Steroid,Strausporin tedavisinde,
-Büyüme faktörü yoksunluğunda, oluşan apoptosisler genelde böyledir.
Burada Apaf-1 ve Kaspaz 9, Kaspaz 3, gereklidir. Bcl-2 antiapoptotik proteinleriyle bloke edilir. Bu ölümler ihmal ölümleri olarak bilinir. 2-Apoptotik sinyallerle, CD95 ve TNF-R yoluyla apoptosis. FADD ve Kaspaz 8 gereklidir. Bcl-2 apoptotik proteinlerle bloke edilemez. Özellikle lenfositlerdeki apoptosis bu yolla olur.
Aynı hücrede TNF-R ve Bcl-2 tarafından kontrol edilen yolların aynı anda bulundugu gösterilmiştir ve muhtemelen aralarında bir bağlantı olduğu tespit edilmiştir.
Hücre extraktları ile yapılan çalışmalar, Holocytochrom c, dATP, ATP nin Apaf-1 ile olan Kaspaz 9 aktivasyonunu ilerlettiğini göstrmiştir. Ek larak, Holocytochrom c nin, apoptos altındaki hücrelerde mitekondriden stoplazmaya göç ettiği gösterilmiştir.
Apoptosis boyunca hücre ölümü bir çok dokuda, hücre diferansiasyonunun farklı aşamasında meydana gelebilir. Apoptosisdeki anormallikler hastalıkların oluşumunda rol alabilir. Antiapoptotik Bcl-2 ekspresyonu fazla olan miceların tümörogenezise eğilimli olduğu gösterilmiştir. Tek başına Bcl-2 daha az onkojendir fakat l-myc ve pim 1 ile sinerjik etki gösterir. Bcl-2 fazla ekspresyonu neoplastik transformasyonda hücrelerin yaşam süresini uzatmada rol alır ve onkojenik kazanılmış mutasyonları kolaylaştırır. Bcl-2 proapoptotik üyeleri tümör supressör gibi görev yapar.
Kemoteropatikler ve radyasyon terapisi tm hücrelerinin apoptosisini teşvik eder. Çalışmalar Kaspaz 8 ve Kaspaz 1 dışındaki kaspazların ilaçla teşvik edilmiş apoptosis için esansiyel uyaranlar olduğunu göstermiştir. Kaspaz 8 i olmayan mice ların kemoterapiye ve radyoterapiye daha duyarlı olduğu Kaspaz 9 u olmayanların da yüksek derecede dirençli olduğu gösterilmiştir.
Hücrelerin uygunsuz hayatta kalışları sadece tümörogenezis için geçerli değildir. Bağışıklık sistemi yanıtı hızlı hücre proliferasyonu ile karekterize edilir. Anormal şekilde uzatılmış aktive lenfosit yaşamı, etkin lenfokin üretimi ve bulundukları ortama korkunç zararları ile sonuçlanır. Transgenik mice’ların B lenfositlerinde Bcl-2 nin fazla ekspresyonu veya Bim in olmaması, uzamış humoral yanıt ve plazma hücrelerinin patolojik birikimine yol açar(SLE).
Apoptosis viruslara ve intersellüler diğer patojenlere karşı savunma mekanizması olarak kullanılır. Bu patojenlerin bir çoğu yaşadıkları hücre ölümüne karşı engelleyici mekanizmalar geliştirmişlerdir. Örn:Adenovirus Protein E1B55 viral replikasyonu sağlarken, hücreninde apoptosisini aktive eder. Bu Apoptosis de iki Adenovirus proteini E1B55(P53homoloğu), E1B19 (Bcl homoloğu) ile bloke edilebilir. Bcl –2 homologlarına ilaveten virusler daha değişik inhibitörler kazanmıştır.
Adenovirus®E3-14.7 Kaspaz 8 i inhibe eder.
Compox V.®Crm-A Kaspaz 1 ve 8 inhibe eder. İL-1,İNFg,İNFb üretimini inhibe eder.CD95, TNF-R1 tarafından saglanan apoptosisi engeller.
Pox V.®TNF-R homologlarını kodlar , TNF ve lenfotoksinlerin yaptığı olayları nötralize eder.
Basulovirus ®P35 , bütün kaspazları inhibe eder.
Herpes V.8®Bcl-2 homoloğu ORF-16 ve vFLİP ORF-71(prokaspaz 8 inhibisyonu).
Bircok virus hem Bcl-2 hem de reseptör aracılı apoptosisi engelleyebilir.
Hazırlayan: Dr.Birşen Bilgici