Apoptoosiprosessin mekanismi

Apoptoosiprosessi voidaan karkeasti jakaa seuraaviin vaiheisiin:

Apoptoosisignaalin vastaanottaminen → apoptoosia säätelevien molekyylien välinen vuorovaikutus → proteolyyttisen entsyymin (kaspaasin) aktivointi → jatkuvaan reaktioprosessiin siirtyminen

Käynnistysvaihe

Apoptoosin alkaminen on sarjan ohjauskytkimien avaamista tai sulkemista solussa sen jälkeen, kun solu tuntee vastaavan signaaliärsykkeen. Erilaiset ulkoiset tekijät aloittavat apoptoosin eri tavoin, mikä johtaa erilaiseen signaalinsiirtoon. Objektiivisesti katsottuna signaalinsiirtojärjestelmän ymmärtäminen solun apoptoosin prosessissa on vielä epätäydellinen. Selkeämmät reitit ovat:

1) Soluapoptoosin kalvoreseptorireitti: erilaiset ulkoiset tekijät ovat solun apoptoosin alullepanijoita. Ne voivat välittää apoptoosisignaaleja erilaisten signaalinsiirtojärjestelmien kautta ja aiheuttaa solujen apoptoosia. Otetaan esimerkiksi Fas FasL:

Fas on transmembraaniproteiini, joka kuuluu tuumorinekroositekijäreseptorien superperheeseen. Se voi aloittaa apoptoosisignaalin transduktion ja aiheuttaa solujen apoptoosia sitoutumalla FasL:ään. Sen aktivointi sisältää sarjan vaiheita: ensin ligandi indusoi reseptorin trimerisoitumisen ja muodostaa sitten apoptoosia indusoivan kompleksin solukalvolle, joka sisältää Fas-sukuisen proteiinin FADD kuolemadomeenin kanssa. Fas, joka tunnetaan myös nimellä CD95, on reseptorimolekyyli, joka koostuu 325 aminohaposta. Kun Fas sitoutuu ligandiin FasL, se voi käynnistää tappavan signaalitransduktion Fas-molekyylien kautta, mikä lopulta aiheuttaa sarjan tyypillisiä muutoksia soluissa ja solukuolemaa. Yleisesti ilmentyvänä reseptorimolekyylinä Fas voi ilmaantua monenlaisten solujen pinnalle, mutta FasL:n ilmentymisellä on omat ominaisuutensa. Se esiintyy yleensä vain aktivoiduissa T-soluissa ja NK-soluissa. Siksi aktivoidut tappaja-immuunisolut voivat tehokkaimmin tappaa kohdesoluja apoptoosin kautta. Fas-molekyylin intrasellulaarisella segmentillä on erityinen kuolemadomeeni (DD). Trimeerisen Fas:n ja FasL:n yhdistämisen jälkeen kolmen Fas-molekyylin kuolemadomeenit ryhmittyvät, mikä houkuttelee toisen proteiinin FADD:n, jolla on sama kuolemadomeeni sytoplasmassa. FADD on kuolemasignaalin transkription yhteys, joka koostuu kahdesta osasta: C-terminaalista (DD-domeeni) ja N-päätteestä (DED). DD-domeeni on vastuussa sitoutumisesta DD-domeeniin Fas-molekyylin intrasellulaarisessa segmentissä. Proteiini yhdistää sitten toisen myöhemmän komponentin DED:hen DED:n kanssa, mikä saa N-segmentin DED:n ristiin välittömästi inaktiivisen kaspaasi 8 -tsymogeenin kanssa, polymeroimalla useita kaspaasi 8 -molekyylejä. Kaspaasi 8 -molekyyli muunnetaan sitten yksiketjuisesta tsymogeenista aktiiviseksi kaksiketjuiseksi proteiiniksi, mikä aiheuttaa myöhemmän kaskadireaktion, nimittäin kaspaasit. Jälkimmäinen aktivoituu tsymogeenina, mikä aiheuttaa seuraavan kaskadireaktion. Apoptoosi tapahtuu. Siksi TNF:n indusoima apoptoosipolku on samanlainen kuin tämä

2) Sytokromi C:n vapautumisen ja kaspaasien aktivoitumisen biokemialliset reitit

Mitokondriot ovat soluelämän toiminnan ohjauskeskus. Ne eivät ole vain solun hengitysketjun ja oksidatiivisen fosforylaation keskus, vaan myös solun apoptoosin säätelyn keskus. Tulokset osoittivat, että sytokromi C:n vapautuminen mitokondrioista oli apoptoosin avainvaihe. Sytoplasmaan vapautuva sytokromi C voi yhdistyä apoptoosiin liittyvän tekijän 1:n (Apaf-1) kanssa dATP:n läsnä ollessa muodostaen polymeerin ja edistää kaspaasin -9 yhdistymistä sen kanssa muodostaen apoptoottisia kappaleita. Kaspaasi-9 aktivoituu, ja aktivoitu kaspaasi-9 voi aktivoida muita kaspaaseja, kuten kaspaaseja-3, indusoimaan apoptoosia. Lisäksi mitokondrioista vapautuu myös apoptoosia indusoivia tekijöitä, kuten AIF, jotka osallistuvat kaspaasin aktivoitumiseen. Voidaan nähdä, että apoptoottisten kappaleiden relevantit komponentit esiintyvät normaaleiden solujen eri osissa. Apoptoosia edistävät tekijät voivat indusoida sytokromi C:n vapautumista ja apoptoottisten kappaleiden muodostumista. Ilmeisesti sytokromi C:n vapautumisen säätely mitokondrioista on avainkysymys apoptoosin molekyylimekanismin tutkimuksessa. Useimmat apoptoosia stimuloivat tekijät aktivoivat apoptoosin reitin mitokondrioiden läpi. Uskotaan, että sytokromi C vapautuu myös mitokondrioista reseptorivälitteisen apoptoosin kautta. Esimerkiksi Fas:lle reagoivissa soluissa tyypin 1 solu (tyyppi 1) sisältää riittävästi kaspaasia 8, jonka kuolemanreseptori voi aktivoida apoptoosin aiheuttamiseksi. Bcl-2:n yli-ilmentyminen näissä soluissa ei estä Fas-indusoitua apoptoosia. Toisentyyppisissä soluissa (tyyppi2 2), kuten hepatosyyteissä, Fas-reseptorin välittämä kaspaasi 8:n aktivaatio ei voi saavuttaa kovin korkeaa tasoa. Siksi apoptoottista signaalia tällaisissa soluissa on vahvistettava apoptoottisella mitokondrioreitillä, ja Bid, Bcl-2-perheen proteiini, joka sisältää vain BH3-domeenin, on lähettiläs, joka välittää apoptoottisen signaalin kystolyysientsyymistä 8 mitokondrioihin. .