Az apoptózis (vagy programozott sejthalál ) az a folyamat, amelynek során a sejtek egy jelre reagálva kiváltják önpusztításukat. Ez a sejthalál egyik lehetséges útja , amely fiziológiai , genetikailag programozott, szükséges a többsejtű szervezetek túléléséhez . A sejtproliferációval állandó egyensúlyban van. A nekrózissal ellentétben nem okoz gyulladást : a plazmamembránok - legalábbis kezdetben - nem pusztulnak el, és a sejt jeleket bocsát ki (főleg a plazmamembránjának külső rétegén mutat ki a foszfatidil-szerin , egy foszfolipid , amely általában a belső rétegét alkotja) ), amely lehetővé teszi fagocitózisát a fehérvérsejtek , különösen a makrofágok által .
Az apoptózist (görögül: apo , „messze” és ptosis , „esés”) John Kerr, Andrew Wyllie és Alastair Currie 1972- ben mutatta be először a szövet elektronmikroszkópos vizsgálata során .
Ezt az apoptózis szót választották a természetes sejthalál jelenségének leírására. Ez a szó egy görög kifejezésből származik, amely "levélhullásra" utal. A koszi Hippokratész (Kr. E. 460-377) a Redukciós eszközök című értekezésében már gyógyszeresen használta a szövet halálának utáni bomlásának ("csontesés") leírására.
Az apoptózis szerepet játszik egy szervezet testének kialakulásában, például az ujjak megjelenésében. Kialakulása kezdetén a kéz egy kesztyűhöz (vagy tenyérhez) hasonlít, majd a jövőbeni ujjak között elhelyezkedő sejtek eltűnnek. Hasonlóképpen, az apoptózis ezen jelenségének köszönhető a farokmellék eltűnése az emberi magzatban. A regressziós farkának a ebihalak során metamorfózis egy béka is köszönhető, hogy az apoptózis.
Szerepet játszik az agy kialakulásában : az embriogenezis nagyon korai szakaszában az agy egy apoptotikus hullámon megy keresztül, amely átalakítja azt. Ezután az idegsejtek véletlenszerű szinaptikus kötéseket alkotnak egymással , és az apoptózis második hulláma kiküszöböli azokat, amelyek nem hoztak létre hasznos kötéseket.
Ennek motoros szerepe is lehet, az elhalt sejtek visszahúzódása a szomszédos szövetek mobilizálásához vezet. Ezt a mechanizmust különösen a Drosophila embrióban írták le.
Válaszul a előfordulását antigén idegen a test, a B-sejtek kezdenek termelni mindegyik antitest különösen rekombinációs véletlenszerűen azok génjei a immunglobulinok ( VDJ rekombináció ). Azok, amelyek inaktív vagy autoimmun antitesteket termelnek , apoptózissal eliminálódnak. Vírusfertőzés esetén a citotoxikus T-limfociták olyan molekulákat termelnek , amelyek mérgezőek a fertőzött sejtekre; apoptózissal pusztulnak el, amikor a fertőzést kordában tartják. Ez a helyzet a HIV-fertőzéssel , de ez az út később káros hatásokat eredményez, mivel a nagy mennyiségben elpusztult LT4 már nem képes szekretálni az interleukinokat a szelekció és a klónikus amplifikáció kezdetén.
A bél sejtek állandó megújulás (egy élettartama csak néhány nap), és vándorolnak az alján a sírkamrák, hogy a tetején a bélbolyhok a vékonybélben , ahol ellátják funkciójukat elnyelni a tápanyagok . Végül a sejt-sejt vagy sejt- extracelluláris mátrix érintkezésének elvesztése miatt egy adott apoptotikus jelenséget, az úgynevezett anoikosist bontják ki és váltják ki .
A acini tejmirigyéből időszak után a szoptatás, és hiányában a fenntartó a szaporodását / differenciálódását jel miatt prolaktin , majd újra felszívódhat, és elveszíti nagyszámú hámsejtek által az apoptózis folyamatát.
Az apoptózis ezekben az izolált (csoportosítatlan) sejtekben nyilvánul meg. Tömörödés és marginalizálódása nukleáris kromatin ( pycnosis ), valamint konvoluciója citoplazmatikus és nukleáris membránokon és kondenzációja a citoplazmában vannak megfigyelt a sejtekben érintett .
A membránok integritása megmarad az apoptotikus folyamat során, elkerülve ezzel a gyulladásos reakciókat. Az apoptotikus testeket a membránok konvolúciójából származó membránburok védi.
Az apoptózis extrinsin ( transzmembrán receptorok által aktivált ) vagy belső ( mitokondriumon keresztüli ) indukálásakor a haldokló sejt kidudorodásokat, böfögéseket vagy buborékokat generálhat a test felszínén, ezt az eljárást apoptotikus membrán felbomlásának nevezik. Az apoptotikus membrántisztítást tekintjük az apoptotikus sejtek szétszerelésének első lépésének (1. lépés), amely apró felületi buborékként jelenhet meg az apoptózis korai szakaszában, vagy később nagy dinamikus membránbuborékként. A nagy dinamikus membránbuborékok kialakulása megkönnyítheti az organellumok , például a sejt szétaprózódását az apoptózis előrehaladása során. Az apoptotikus membránok vérzését számos molekuláris tényező szabályozza, különös tekintettel a kaszpáz által aktivált spirális tekercset ( ROCK1 (en) ) tartalmazó Rho-családba tartozó kis GTPáz- faktor protein-kináz-1-re .
2. lépés: apoptotikus membrán protuberanciák kialakulásaAz apoptotikus membrán túlcsordulása után egy sejt további morfológiai változásokon megy keresztül, hogy különféle vékony apoptotikus membránnyúlványokat hozzon létre, beleértve a mikrotubulus tüskéket , az "apoptopodákat" és a "gyöngyös apoptopodákat". Ezen apoptotikus membránnyúlványok kialakulása gyakran a sejttípustól függ, és az apoptotikus sejtek szétszerelésének második lépését (2. lépés) jelenti (1. ábra). Például mikrotubulus-tüskéket figyeltek meg apoptotikus laphámsejteken . Mechanikailag a mikrotubulus tüskék képződése függ a mikrotubulusok polimerizációjától és a mikrotubulus hálózat kiépülésétől. A mikrotubulus tüskék kialakulása megkönnyíti a membránbuborékok szétválasztását, valamint a magtartalom eloszlását a membránbuborékokban. Nemrégiben egy másik kevésbé merev, húrszerű apoptotikus membránnyúlványt, az úgynevezett "apoptopodákat" ("halállábak") azonosítottak az apoptotikus T-sejteken , timocitákon és fibroblasztokon . A mikrotubulus tüskékhez hasonlóan az apoptopodák képződése is kiválthatja a bleb elválasztását a membrántól. Ezenkívül az apoptotikus monociták egy másik típusú apoptotikus membránnyúlványt generálhatnak, az úgynevezett gyöngyházi apoptopodát, amely úgy néz ki, mint egy "gyöngy a láncon". A gyöngyházi apoptopódák kialakulása egy apoptopodaszerű kiemelkedés keletkezésével és megnyúlásával kezdődik, amely szegmentálódik és gyöngylánc formáját ölti. Jelenleg a gyöngyházi apoptopodák és apoptopodák képződésének egyetlen ismert molekuláris szabályozója a PANX1 (en) kaszpáz által aktivált membráncsatorna (pannexin 1).
3. lépés: sejtdarabolásVégül a membránhoz kötött egyedi apoptotikus testek felszabadulása (általában körülbelül 1-5 mikron átmérőjűnek tekinthető) jelenti az apoptotikus sejtek szétszerelésének utolsó lépését (3. lépés). Bár a végső fragmentációs folyamat mögött álló mechanizmus nincs pontosan meghatározva, az apoptotikus testek különféle típusú apoptotikus membránnyúlványoktól való disszociációja nyírófeszültséget igényelhet, vagy akár kölcsönhatásba léphet a szomszédos sejtekkel. Meg kell jegyezni, hogy az apoptózisos testek mellett az 1 mikronnál kisebb átmérőjű membránhólyagok is felszabadulnak az apoptózis során.
Javasolták az apoptotikus testek felszabadulását a haldokló sejtekből, hogy megkönnyítsék a sejtek közötti kommunikációt az apoptotikus testekben / jelen lévő fehérjék , mikroRNS-ek és DNS révén . Azt is felvetették, hogy az apoptotikus sejtek szétszerelése megkönnyítheti az elhalt sejtek eltávolítását, mivel hatékonyabbnak bizonyulhat, ha a fagocita sejtek kisebb sejtfragmentákat (azaz apoptotikus testeket) nyelnek el, mintsem apoptotikus sejteket egészében.
Az apoptózis mechanizmusát az aktiválás két fő útja szabályozza:
Ez a két út az úgynevezett effektor cisztein proteázok ( kaszpázok ) aktiválásához vezet . Ezek felelősek több molekula, például bizonyos szerkezeti fehérjék hasításáért, amelyek jellegzetes morfológiai és biokémiai jelenségeket eredményeznek, amelyek a sejt szétszerelésével végződnek: a foszfatidil-szerin expozíciója a sejtmembrán felületén , a replikáció leállítása, a mag töredezése és a citoszkeletont, ami apoptotikus testek képződését eredményezi, amelyeket a környező sejtek fagocitálnak .
Ahogy a neve is mutatja, az apoptózis külső útját a sejten kívüli jel váltja ki. Például ezt az utat járjuk be, amikor egy citotoxikus T-limfocita kiváltja egy nem kívánt sejt halálát. Ebben az esetben egy egyszerű membrán-membrán érintkezés révén az immunsejt indukálja a Fas-receptorok aktiválódását és a célsejt apoptózisát. A FasR által kiváltott mechanizmusok kiterjeszthetők más halálreceptorok, például a DR4 / TRAIL-R1 és a DR5 / TRAIL-R2 mechanizmusaira is . A FasR ligandum általi aktiválása a FADD (Fas Associated Death Domain) adaptormolekulákból és a -8 és -10 iniciátor prokaszpázokból álló DISC (Death-Inducing Signal Complex) nevű komplex toborzását idézi elő . A FADD a saját halálozási tartományán (DD) keresztül kötődik a Fas receptorok DD-jéhez, homotípusos elektrosztatikus kötésekkel. A FADD tartalmaz egy Death Effector domént (DED) is, amely hidrofób homotípusos kötések révén lehetővé teszi az iniciátor kaszpázok toborzását. Ennek a komplexnek a kialakulása a közelség hatására a -8 és -10 kaszpázok autokleaválásához vezet, amelyek aztán aktív dimer formában kerülnek a citoszolba. Ez lehetővé teszi az effektor kaszpák , köztük a kaszpáz-3 szekvenciális aktiválását . A -8 és -10 iniciátor kaszpázok a Bid fehérje hasításán keresztül aktiválhatják a belső utat, és így felerősíthetik az apoptotikus jelet. Az úgynevezett „1-es típusú” sejtek esetében az apoptózis kiváltása nem függ az intrinsic útvonaltól. Ezzel ellentétben, az úgynevezett „2-es típusú” sejtekben az intrinsic út aktiválása szükséges az apoptózishoz, és blokkolása a sejtek Fas-rezisztenciáját eredményezi.
Az extrinsic útvonallal szemben az apoptózis belső útját (vagy mitokondriális útvonalát) általában a sejten belüli jelek indukálják. Például ezt az utat a p53 aktiválása váltja ki kiterjedt DNS-károsodás során. Ennek az útnak az aktiválása főként a mitokondriális membrán permeabilitási átmeneti pórusainak kialakulásán alapul , a PTPC (Permeabilitási átmeneti póruskomplexum), a mitokondriális belső membrán multiprotein komplexének megnyitásával . Ezek a pórusok oligo-fehérje csatornák kialakítva szintjén a külső membrán által porin (vagy VDAC: feszültségfüggő Anion Channel) és a belső membrán által az ANT (adenin-nukleotid-transzlokátor). Ezt az aktivációs fázist a mitokondriális transzmembrán potenciál csökkenése kíséri (Delta Psi m), majd a mitokondriális mátrix duzzanata, az aerob energia-anyagcsere megszakadása és az oxidatív stressz következik . A modellek szerint a mitokondrium repedése vagy megnyílása van, ami lehetővé teszi a normálisan mitokondriális pro-apoptotikus molekulák, például a citokróm c , Smac / DIABLO, OMI / HtrA2, endonukleáz-G, valamint az apoptózis citoszolba történő felszabadulását. Indukáló tényező (AIF). A mitokondriális membrán permeabilizációs fázisa még nem teljesen ismert. Ennek ellenére leírják, hogy a Bcl-2 család pro- és anti-apoptotikus tagjai közötti komplex és dinamikus kölcsönhatások ellenőrzése alatt áll . Az anti-apoptotikus tagok ( Bcl-2 , Bcl-xL, Mcl-1) heterodimert alkotnak a pro-apoptotikus tagokkal, Bax -szal és Bak -szal , ellensúlyozzák aktivitásukat és lehetővé teszik a mitokondrium stabilitását. Amikor a mitokondrium aktiválódik, például a FasR aktiválása során és a Bid közvetítésével , ez utóbbi kölcsönhatásba lép és közvetlenül aktiválja Baxot és Bakot. Ez előidézi a Bax, Bak és a Bcl-2 család anti-apoptotikus tagjai közötti kölcsönhatás elvesztését, oligomerizációjukat, a pórusok képződését és a mitokondriális fehérjék felszabadulását. Amint citoszolossá válnak, a mitokondriális pro-apoptotikus faktoroknak konkrét célpontok és hatások lesznek. A citokróm c citoszol csatlakozik APAF1 és prokaszpáz-9 komplexet képez nevű apoptosome . A Caspase-9 ezen a komplexen belül aktiválódik, és képes aktiválni az effektor kaszpázokat, például a kaszpáz-3-t. A prokaszpáz-9 nagyobb affinitással rendelkezik az apoptoszóma iránt, mint az aktív kaszpáz-9, amely lehetővé teszi a prokaszpáz-9 rotációját / aktiválását egyetlen apoptoszómán belül. A Smac / DIABLO és az OMI / HtrA2 megcélozza és gátolja az IAP (apoptózis gátló) család fehérjéit , ezzel elősegítve a kaszpázok aktivitását. Az AIF-faktort elosztják a citoszolban, majd a sejtmagban , hogy apoptózissal halált idézzenek elő, amelynek sajátossága, hogy független a kaszpázoktól és nem igényel más közvetítőt.
Az apoptózis során a DNS-t nagyon specifikusan emésztik olyan fragmentumokba, amelyek 180 bázispár nagyságrendű többszörösei , ami a DNS-fragmensek "létra" nagyon jellegzetes eloszlását eredményezi, amikor elektroforézissel elválasztjuk méretük szerint. Ez a méret két egymást követő nukleoszóma közötti távolságra utal. Ezt az emésztést a CAD (Caspase Activated DNase) fehérjék biztosítják, amelyek általában inaktív formában léteznek egy ICAD (Caspase Activated DNase Inhibitor) kapcsán. Ez az ICAD elrejti a CAD NLS szekvenciáját, és ennek az asszociációnak egy kaszpázzal történő hasítása lehetővé teszi a CAD fehérje bejutását a sejtmagba, amely a DNS-t hasító DNS szerepét tölti be. DNS-fragmentációt használnak a sejtek apoptózisának detektálására egy szövetben, a TUNEL technika (Terminal Transferase dUTP Nick End Labeling) alkalmazásával.
Úgy tűnik, hogy a poszt- ischaemiás szívsejtekben az apoptózis egyik mechanizmusa a sejtfehérjék peroxinitritfelesleg általi nitrálásából áll . Ezek a peroxinitritek apoptózist is kiváltanak monocitákban és T-limfocitákban.
Például, amikor a sejtek nem kapnak folyamatosan szomszédaiktól olyan üzeneteket, amelyek gátolják önpusztításukat, spontán eltűnnek.
A rákos sejtek általában olyan sejtek, amelyekben ez a mechanizmus már nem működik. Túlélik és szaporodnak a sejt élete során előforduló genetikai rendellenességek ellenére, amikor általában apoptózissal kellett volna megsemmisíteni őket.
Az apoptózis mechanizmusának újraaktiválását azonban patkány rákos sejtekben sikerült elérni.
Néhány kórokozó megakadályozza az apoptózis indukcióját, például a HHV8 ( a Kaposi-szarkómáért felelős herpeszvírus ), amely a v-FLIP fehérjét kódolja, megakadályozva a halálreceptorok által kiváltott apoptózist.
Bizonyos neurodegeneratív betegségek, például a tauopathiák is olyan betegségek, amelyekben apoptotikus mechanizmusok vesznek részt, ami a patogenikus tau-protein túléléséhez vezet, amely aztán rendellenesen felhalmozódhat az idegsejt haláláig. Ez a helyzet a progresszív szupranukleáris bénulás , az Alzheimer-kór stb.
A legújabb kutatások azt mutatják, hogy az AIDS mint betegség kialakulása összefügg az apoptózis idő előtti kiváltásával az immunválaszt kezelő limfocitákban, ami lehetővé teszi az alkalmas betegségek és fertőzések kialakulását. Ez nem kérdőjelezi meg a HIV vírus aktív szerepét, mint a betegség tényleges okát, bár a limfociták jól felismerik és elpusztítják.
Ugyanakkor a vírus blokkolása a limfociták által termelt antitestek hatására a vírus teljes pusztulása előtt kémiai védekező reakciót termel, amelynek célja az összes szomszédos limfocita hatalmas apoptózisának előidézése, vagy akár a makrofágok előállítása (ami az antitestek által semlegesített vírust az apoptózist okozó kémiai üzenettel egyidejűleg felszívja) ezt a kémiai választ, amely "távolról" sok más szomszédos limfocita öngyilkosságát okozná, annak ellenére, hogy soha nem voltak közvetlen kapcsolatban a HIV-vel. Más szavakkal, a HIV súlyosbítja az immunrendszer válaszát önmagával szemben. Ez akkor egy „hógolyó” hatás, ahol a morfológiai rendszert egy kontrollálatlan válasz tereli el a funkcióitól, hasonlóan más önindukált jelenségekhez, például az allergiához (amely szintén külső kiváltó tényezőhöz kapcsolódik).
Ennek a reakciónak az előidézésével a HIV kópiáinak egy része így elkerülheti a T-limfociták hatását, amelyek nagy része apoptózis után csak néhány közülük semlegesített számos szomszédos vírust. Ez azt is megmagyarázná, hogy a vírus immunrendszer általi teljes felszámolása miért nem lehetséges az apoptózis jelenségére nem érzékeny külső segítség nélkül (olyan antiretrovirális gyógyszerek nyújtanak segítséget, amelyek kifejezetten a HIV-t támadják meg, hogy elkerüljék, hogy a limfociták gondoskodjanak róla. szomszédaik apoptózisának aktiválása a makrofágok kiküszöbölésének későbbi intézkedésével).
Az apoptózis kémiai mechanizmusainak megértése így leküzdheti az immunrendszer ezen belső törékenységét, és ezáltal lehetővé teheti egy adott típusú vakcina kifejlesztését, amelynek nem célja a HIV elleni immunválasz aktivizálása (mivel ez megtörténik). Természetesen és sokakat termel antitestek), hanem a semlegesítésükért (és más fertőzésforrások semlegesítéséért) felelős CD4 T-limfociták apoptózisának idő előtti megkezdésének blokkolására. Az AIDS esetében nem tudjuk pontosan, melyik limfocita rendelkezik ezzel a törékenységgel (csak más típusú sejtekre veszélyes, de közvetlenül önmagára nem), de azt gondolhatjuk, hogy a makrofágok szintjén helyezkedik el, amelyek felelősek az antitestek.
Ugyanezen makrofágok (a test szemetesdobozai, amelyek mérgező termékek és vegyi anyagok halmát képesek előidézni, és amelyeket önmagukban nehezen lehet külön elkülöníteni) ilyen időben történő viselkedése a test egyéb súlyosbodott reakcióiban is szerepet játszik, például bizonyos allergiákban (ahol ez a reakció, amely nagyrészt önfenntartó, más típusú sejtekre irányul, mint az immun limfociták), és más típusú degeneratív betegségekre is gyanús (amelyeknek külső kiváltó tényezője is van, nem feltétlenül fertőző), vagy bizonyos fokozott reakciók stressz (pl. égési sérülések meghosszabbítása).
Az orrszármazékokban az apoptózis a növényi immunitás egyik fő folyamata, abiotikus stresszekre reagálva figyelhető meg , és a gametofita fejlődésének kulcsfontosságú részének számít .