Apoptóza

Kategorie: Nezařazeno (celkem: 23181 referátů a seminárek)

Informace o referátu:

Příbuzná témata

Vytisknout referátPřidat referát do záložek

Apoptóza

Apoptóza (z řečtiny ????????? apo = z a ptosis = padání) (apoptotická nekróza) je jeden z hlavních (nejčastějších) typů programované bunečné smrti (buněčné suicidium) (programmed cell death, PCD) buňky. Je to proces úmyslné sebevraždy nechtěné buňky v mnohobunečném organismu.

Tento termín (anglicky: apoptosis) používaný v biologii použili poprvé roku 1972 Kerr, Wyllie & Currie (Brit J. Cancer 26:239) pro zřetelně morfologicky odlišnou formu buněčné smrti.

Na rozdíl od nekrózy, což je akutní patologický proces tkáně, apoptóza se uskutečňuje v řízeném procesu, který dává organismu během jeho životního cyklu různé výhody. U apoptózy chybí makroskopické znaky, není zánětlivá reakce a nemění se propustnost plazmatické membrány.

Obsah

Rozdělení

Starší schéma různých cest, které vedou k nekróze:

živá buňka
   |
   +--> onkóza ----->--+
   |                   +---> nekróza
   +--> apoptóza --->--+

Novější rozdělení: (Rozdělení je umělé a proto vždy záleží na používání co nejpřesnější terminologie).

  • buněčná smrt
    • programovaná buněčná smrt (PCD)
      • apoptotická nekróza = apoptóza
      • autofagická nekróza
    • onkotická nekróza
    • další neprozkoumané formy buněčné smrti

Kdy probíhá apoptóza

  • spontální homeostatický systém regulace
    • např. zánik nadbytečných buněk v prenatálním období (u embrya, u plodu)
      • např. v prenatálním období se orgány zakládají jako shluky buněk a duté orgány vznikají tak, že vnitřní buňky zaniknou apoptózou
      • např. diferenciace lidkých prstů při vývoji embrya vyžaduje jejich oddělení a tudíž, aby proběhla mezi prsty apoptóza
    • např. zánik buněk ve tkáních - např. zánik červených krvinek po přibližně 80 dnech.
  • indukovaný děj např. po poškození DNA, které již neumí buňka opravit

Nadměrná nebo nedostatečná apoptóza způsobuje některé významné choroby. Nadměrná apoptóza způsobuje:

Nedostatečná apoptóza způsobuje:

  • buňky dále přežívají a může dojít ke vzniku nádorů nebo autoimunitních chorob (revmatoidní artritida [1])
  • autoimunitní lymfoproliferativní syndrom (Canale-Smithův syndrom)
  • diabetes mellitus typu I
  • Gravesova choroba
  • hypereosinofilní syndrom
  • Hashimotova struma
  • leukémie
  • Lupus erythematodes
  • lymfomy
  • osteoporóza
  • solidní nádory, neoplasie
  • vývojové vady

Průběh apoptózy

Průběh apoptózy.1) Vlevo: zdravá buňka. Vpravo: buňka podléhající apoptóze.2) Apoptotická buňka se zmenšuje.3) Apoptotická buňka se rozpadá na apoptotická tělíska a je fagocytována.4) Apoptotická buňka je rozložena.
Průběh apoptózy.
1) Vlevo: zdravá buňka. Vpravo: buňka podléhající apoptóze.
2) Apoptotická buňka se zmenšuje.
3) Apoptotická buňka se rozpadá na apoptotická tělíska a je fagocytována.
4) Apoptotická buňka je rozložena.

Hlavním smyslem apoptózy je zlikvidovat poškozenou buňku, aby se nemohla již dále množit. Důležité procesy tedy směřují k rozkladu jádra, ve kterém je DNA. Dochází k tzv. jaderné smrti. U apoptźy dojde vždy nejdříve ke fragmentaci DNA a pak se projeví morfologické změny.

Od iniciálního stimulu po apotickou smrt buňky to trvá 12 až 24 hodin. Apoptóza jedné buňky trvá asi půl hodiny. Fagocytóza makrofágy trvá několik hodin.

Fáze apoptózy

  • začátek iniciace apoptózy
  • aktivace signálních cest
  • aktivace genové transkripce
    • působení systémů zachycujících apoptický signál, např. protein p53 (vytváří ho antionkogen p53)
  • vlastní systém apoptózy
    • proteiny se zesíťují transglutaminázami
    • aktivují se cysteinové proteasy (kaspázy) (působení skupiny cysteinových proteáz)
      • interleukin cleaving enzyme a jeho substrát apopain a apoppain má zase jako substrát poly(ADP-ribosa)polymerasa
    • aktivují se jaderné endonukleasy
      • fragmentace DNA je internukleozomální, tzn. že DNA je rozštěpena v internukleozomálních oblastech na dvouvláknové molekuly o velikosti asi 185 párů bází případně větší části.
  • smrt buňky

Morfologické změny

  • Cytoplazma kondenzuje.
  • Buňka se zmenší (shrinkage necrosis).
  • Ztráta mezibuněčného kontaktu.
  • Jádro se svraští (změní se na pyknotické jádro, pyknóza, karyopyknóza).
  • Jadérko se kondenzuje, kondenzace chromatinu.
  • Rozpad chromatinu, rozpad jádra (karyorexe, karyorhexe).
  • Buňka je fagocytována. Fagocytóza apoptických buněk je konstantní. Provádějí ji makrofágy. Lysozomální apoptické tělísko je fagocytováno histiocyty.
  • Nebo: Na buněčné membráně vzniknou buněčné zářezy --> rozpad buňky na apoptotická tělíska (apoptosomy), která jsou potom fagocytována.

Apoptózu podporují (proapoptické faktory)

charakteristické rysy indukující apoptózu:

  • vývoj organismu
  • genetická kontrola

vnější vlivy schopné způsobit (vyvolávající) apoptózu:

  • stres: tepelný šok (hypertermie), nefyziologická vlhkost, hypoxie
  • poškození DNA a buňky
  • volné radikály
  • chemoterapie
  • toxiny a toxické látky, např. H2O2, azid sodný
  • NO
  • hormony (steroidy)
  • cytostaika (TNF?, TGF beta)
  • (Fas-L, Reaper) (??? asi také patří mezi cytostatika)
  • ozáření (radiace), např. rentgenové záření, ionizující záření
  • virová infekce, bakteriální infekce
  • interakce buněk
    • ztráta kontaktu s okolními buňkami
    • různé imunitní pochody: interakce s cytotoxickými buňkami (TC lymfocyt) (když se naváže povrchový receptor s příslušným ligandem z jedné buňky na druhou)
  • růstové faktory (hormony a další regulační faktory), apoptózu indukuje jejich nadbytek i nedostatek
    • glukokortikoidy
    • cytokiny (cytokiny aktivují sfingomyelinový cyklus, produktem je ceramid, který blokuje buněčný cyklus a podporuje apoptózu)

vnitřní faktory podporující apoptózu

  • Ca2+
  • specifické molekuly, které se vážou na určité receptory
    • TNF receptor
    • např. cytokin (v tomto případě obecně FAS-ligand (FASL)) se naváže na trimer FAS receptoru. Trimer FAS se spojí s FADD (= Fas-associated death domain), FADD způsobí změnu procaspázy na caspázu.

geny:

  • podrodina Bax:
    • onkogen bax (= bcl-2 associated X protein)
    • gen bak (= bcl-2 homologous anthagonist/killer)
    • gen bok/Mtd
  • podrodina BH3:
    • gen bik (= bcl-2 interacting killer) /Blk/Nbk
    • gen hrk/DP5
    • BNIP3
    • gen bimL/Bod
    • gen bad
    • gen bid
    • gen Egl-1
  • gen bag, bag-1 (= bcl-2 associated athanogene-1)
  • protein Bcl-G
  • protein Bfk
  • protein Bmf
  • onkogen bcl-xS
  • gen Diva
  • gen p53
  • gen c-jun
  • protein Noxa
  • protein Puma/Bbc3

Apoptózu blokují (antiapoptické faktory)

  • uplatňují se geny genové rodiny bcl-2, podrodina Bcl-2:
  • gen Rb (= retinoblastoma gene product)
  • gen brag-1
  • gen boo
  • protein Sonic hedgehog (SSH) - význam ve vývoji struny hřbetní (chorda dorsalis)

Jak makrofágy najdou apoptotickou buňku

Vyhledání apoptotických buněk makrofágy je velmi rychlé a efektivní. Apoptotická buňka má totiž na vnější straně specifické proteiny, které makrofág najde a buňku zfagocytuje.

Proteiny (Eat-me signals) na apoptotické buňce (Lauber K. et al.):

  • Fosfatidylserin se z vnitřní strany cytoplazmatické membrány přesmykne na vnější stranu a na něj se vážou některé z těchto proteinů.
  • ABC1 = ATP binding-cassette-transporter 1
  • AnxI = Annexin I
  • ?2-GPI = ?2-glycoprotein-I
  • C1q = complement protein C1q
  • C3b/bi = complement protein C3b/bi
  • Gas6 = growth arrest-specific 6
  • ICAM-3 = intercellular adhesion molecule 3
  • MBL = mannose binding lectin
  • MFG-E8 = milk-fat-globule-EGF-factor 8
  • OxLDL = oxidized low-density lipoprotein particle
  • SP-A/D = lung surfactant protein A or D
  • TSP-1 = thrombospondin-1
  • vitronektin (vitronectin, S-protein, protein S, zkratka: Prot S)[2]

Receptory na makrofágu:

  • CD14 = lipopolysaccharide receptor CD14
  • CD91 = calreticulin/heat shock protein receptor; (CRT = calreticulin)
  • CR3 = complement receptor 3
  • CR4 = complement receptor 4
  • LOX1 = lectin-like oxidized low-density lipoprotein particle receptor 1
  • Mer = receptor-tyrosin-kinase (exprimuje se v monocytech a ve tkáních epiteliálního a rozmnožovacího původu)
  • SR-A = class A macrophage scavenger receptor
  • předpokládal se význam PS-receptor = phosphatidylserine receptor[3], ale normální apoptóza funguje i bez PS-receptoru[4]

(Snadnou fagocytózu dále způsobuje asi tohle: z povrchových glykoproteinů se ztratí (?) sialová kyselina.)

Apoptóza u hlístice

  • Apoptóza byla nejdříve prozkoumána na modelovém orgranismu hlístice Caenorhabditis elegans. Geny se u této hlístice uplatňují v tomto pořadí:
    • geny ced (= Caenorhabditis elegans cell death genes)
      • regulační geny
        • ced-9
      • iniciační geny
        • ced-3
        • ced-4
        • ced-1, ced-2, ced-5, ced-6, ced-7, ced-8, ced-10
    • geny nuc - nuclease genes
      • nuc-1 - gen kódující nukleasu způsobující degradaci DNA.

Těmto genům odpovídají u savců na základě sekvenční homologie jiné geny. Např. genu ced-9 odpovídá gen bcl-2.

Další podrobnosti

  • DNA je pravděpodobně štěpena nějakou Ca2+-Mg2+dependentní endonukleázou. Proti tomuto štěpení působí ionty zinku.

Metody detekce apoptózy

  • Nejspolehlivější metodou detekce apoptózy je pozorování fragmentace DNA pomocí elektronového mikroskopu.
  • TUNEL (TdT-mediated dUTP-biotin nick end labelling, TUNEL assay) - enzymem terminální deoxynukleotidyl-transferasa (TdT) se naváže na 3'OH konce DNA označený dUTP. (Biotinylovaný dUTP se detekuje pomocí streptavidin-peroxidasy a zvizualizuje pomocí DAB. Když je dUTP označený fluoresceinem, detekuje se pomocí konjugátu alkalické fosfatázy a antifluoresceionové protilátky a zvizualizuje pomocí NBT/BCIP.) Metoda značí buňky na začátku a ve střední fázi apoptózy. Detekuje ale také nekrotické buňky. Používá se na tkáňové řezy.
  • ISNTA (in situ nick translation assay) - syntetizuje DNA v místech zlomů pomocí DNA-polymerasy. Takto syntetizované úseky se označí pomocí biotinylovaného dUTP. Metoda označuje buňky v pozdní fázi apoptózy a čím pozdější fáze (čím více zlomů), tím je buňka označena intenzivněji. Používá se na tkáňové řezy i na buněčné kultury.
  • Detekce kaspázy.

Výzkum apoptózy v současnosti

  • Apoptóza je v současnosti velmi internzivně zkoumána. Počet publikací o apoptóze roste geometrickou řadou [2] a roku 2005 je o apoptóze více než 100 000 vědeckých článků.
  • Roku 2002 dostali Sydney Brenner, H. Robert Horvitz a John E. Sulston Nobelovu cenu za fyzilogii a lékařství za výzkum v oblasti genetická regulace vývoje orgánů a programovaná bunečná smrt.

Další termíny související s apoptózou

(Seznam zkratek a termínů, které nejsou uvedené v textu.)

  • AIF = apoptosis inducing factor
  • Apaf = apoptosis protease activating factor
  • CAD = Caspase - activated DNase
  • cdc2 = p34cdc2 protein kinase
  • cdk = cyclin-dependent kinase
  • crm = cytokine response modifier
  • crm A = cytokine response modifier A
  • Daxx = death domain associated protein
  • DcR1 = decoy receptor 1
  • DD = death domain
  • DED = death effector domain
  • DISC = death inducing signaling complex
  • DR = death receptor
  • FAP-1 = Fas-associated phosphatase-1
  • FLICE = FADD-like ICE/MORT-1 associated Ced3 homologue
  • FLIP = FLICE-inhibitory protein
  • GADD = growth arrest and DNA damage inducible
  • HIAP = human inhibitor of apoptosis protein
  • ICAD = inhibitor od CAD
  • ICE = interleukin-1? converting enzyme
  • Ich-1 = Ice, Ced-3 homolog-1
  • JNK = jun N-terminal kinase
  • Mch-2 = mammalian Ced-3 homologue-2
  • mdm2 = murine double minute-2
  • Nedd2 = neural precursor cell-expressed, developmentaly down-regulated gene 2
  • NF-?B = nuclear factor kappa B
  • NGFR = nerve growth factor receptor
  • PARP = poly ADP-ribose polymerase
  • PCNA = proliferating cell nuclear antigen
  • RAIDD = RIP associated ICH-1/CED-3 homologous protein with a death domain
  • RIP = receptor interacting protein
  • sFAS = soluble Fas
  • TNFR = tumor necrosis factor receptor
  • TRADD = TNFR1-associated death domain protein
  • TRAF = TNF receptor associated factor
  • TRAF2 = TNF receptor associated factor 2
  • TRAIL = TNF-related apoptosis inducing ligand

Reference

  • Adams, J. M. & Cory, S. (1998) The Bcl-2 protein family: arbiters of cell survival. Science, 281: 1322-1326.
  • Chaloupka J. (1996) Programovaná smrt buňky. - Biologické listy, 61(3-4): 2479-271.
  • Kohlíková E. et al. (2003) Cytopatologie, patobiochemie a patofyziologie. - Praha, (strany 31-33).
  • Kolář, Z (1997) Úvod do molekulární patologie a onkologie. - Vydavatelství Univerzity Palackého, Olomouc, 61 pp.
  • Lauber, K., Blumenthal, S.G., Waibel, M., Wesselborg, S. (2004) Clearance of apoptotic cells: Getting rid of the corpses. - Molecular Cell, 14(3): 277-287.
  • Saikumar, P., Dong, Z., Mikhailov, V., Denton, M., Weinberg, J.M. & Venkatachalam, M.A. (1999) Apoptosis: definition, mechanisms, and relevance to disease. - Am. J. Med., 107(5): 489-506.
  • * říjen 2005 apoptóza na stránkách firmy Roche - v levém menu např.: signální dráhy.

Reference odkazované v článku

  1. ? Huang, D.C.S., Cory, S., Strasser, A.: Bcl-2, Bcl-xL and adenovirus protein E1B19kD are functionally equivalent in their ability to inhibit cell death. (1997) Oncogene, 14 pp. 405-414
  2. ? http://www.promega.com/tbs/9pig538/9pig538.html
  3. ? http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=pubmed&dopt=Abstract&list_uids=14645835
  4. ? http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=pubmed&dopt=Abstract&list_uids=15345036&query_hl=22

Vytisknout referátPřidat referát do záložek

Nový příspěvek


Ochrana proti spamu. Kolik je 2x4?


Na-mobil.cz

Spřátelené weby

Přidat stránku k oblíbeným

Nejnovější v diskusi

Diskusní fórum »

TIP: Chcete zkrátit dlouho chvíli sobě nebo blízkému?
Klikněte na Puzzle-prodej.cz a vyberte si z 5000 motivů skladem!
TIP: Hračky a hry za dobré ceny?
Klikněte na Hračky obchod.cz a vyberte si z tisícovky hraček skladem!