Poruchy signalizace apoptózy v nádorových buňkách
Jednou ze základních funkcí apoptosy je zabránění zhoubného bujení tkání. Apoptóza je součástí tkáňové homeostázy – vyvážený vznik i zánik buněk. Nadměrná apoptóza vede k hypotrofii tkáně (např u ischemie). Snížený zánik (stejně jako zvýšená replikace buněk) vede k nádorové transformaci. Všechny transformované buňky musely během své transformace potlačit apoptosu.
Apoptosa je spouštěna dvěma způsoby vnitřní a vnější drahou. V některých buňkách musí být aktivovány obě (zejména zevní, která aktivuje následně tu vnitřní), v jiných stačí pouze vnitřní. Obě dráhy se sejdou aktivováním exekutivních kaspas 3,7 a 6 a pak proběhne apoptosa.
Obsah |
upravit Vnější dráha
Začíná navázáním DR L (Death receptor ligand) na DeathReceptor, potažmo Fas L na Fas receptor a následnou trimerizací těchto receptorů (ligand se tam vezme buď díky apoptozu spouštějící buňce anebo apokrinní sekrecí, mezi apoptozu spoštějící faktory dále patří cytokiny, růstové faktory, hormony, toxiny). Přes protein FADD se k těmto receptorům váže homodimer iniciátorové prokaspásy 8 nebo 10, které se po aktivaci DR proteolyticky aktivují na aktivní homodimer kaspas. Celý tento komplex se nazývá DISC (Death Cell initializing signaling complex). Homodimer kaspas má 2 úlohy: Aktivovat exekutivní prokaspasy 3,7 a štěpit Bid protein na t-Bid protein. Kaspasa 3 pak ještě štěpí prokaspasu 6. Kaspasy 3,6,7 jsou exekutorové proteasy vlastní apoptosy.
upravit Vnitřní dráha
Neboli mitochondriální. Díky změně propustnosti vnitřní mitochondriální membrány se uvolňuje cytochrom C do cytosolu, kde se navazuje na inaktivní Apaf-1 protein a mění tak jeho konformaci, po navázání ATP se komplex Apaf-1*cyt c*ATP sdružuje do pentametru, který je schopen navázat prokaspasu 9, která se po navázání mění na aktivní kaspasu 9. Celý složitý komplex se nazývá apoptosom. Tento apoptosom je schopen přeměnit prokaspasy 3,7 na kaspasu atd.… Změna propustnosti mitochondriální membrány je regulována rodinou Bcl proteinů. Proapoptotické Bax, Bak tvoří homodimery nebo heterodimery, které znamenají propustnost vnitřní mitochondriální membrány. Ta by však měla ve zdravé buňce být nepropustná a proto existují anti-apoptotické proteiny Bcl-2, Bcl-xl, které s Bak, Bax tvoří heterodimery Bax/Bcl-2 a tyto jsou nepropustné. Zvýšené hladiny Bcl-2 byly nalezeny prvně u B lymfomu(B-Cell Lymphoma). Vnitřní dráha je indukována nedostatkem O2 a živin; virovou infekcí, glukokortikoidy, teplem, radiací (poškození DNA či mitochondrií)
upravit Celý proces signalisace může být zastaven na několika místech
upravit Ztráta aktivačního signálu
Může docházet buď ke snížením exprese DR anebo jsou syntetizovány nefunkční, jako tzv. decoy receptory. Těmto chybí cytosolová doména DD, takže se nemůže navázat ani FADD a aktivace DISCu je tak znemožněna.
upravit Signální přesmyk
TRADD (Tumor necrosis factor Receptor Asociated Dech Domain) nenaváže požadovaný FADD (Fas Asociated Dech Domain), který je schopen vázat prokaspasu 8. Namísto toho se TRADD naváže na TRAF (TNF Receptor asociated factor), který přes kaskádu několika kináz exprimuje transkripční faktor NFkB. Účinek NFkB spočívá v aktivaci antiapoptotických faktorů XIAP, FLIP i Bcl-2. Existují domněnky, že negativně ovlivňuje vlastní průběh apoptosy.
upravit Inaktivace DISCU proteiny FLIP
Protein FLIP má velmi podobnou strukturu prokaspase 8, obsahuje doménu DED, kterou se naváže na FAD protein a zabere místo jedné nebo dvěma prokaspasam 8 v DISCU. Homodimery se tedy nemohou tvořit ani se proteolyticky aktivovat. Tato inhibice je přímo úměrná koncentraci proteinu FLIP. Není na místě hned propadat zoufalství, i při nedostatečné aktivaci kaspasy 8, tato dokáže alespoň štěpit proteiny v okolí DISCu, např. protein Bid. Tento pak jako tBID eliminuje protein Bcl-2 a tím způsobí únik cyt c z mitochondrií.
upravit Inhibitory Kaspas
IAP (Inhibitors of Apoptosis Proteins) přímou vazbou na aktivní místa prokaspas zabraňují jejich aktivaci na kaspasy. Jsou to například HIAP, XIAP, SURVIVIN, LIVIN. Zvýšená axprese SURVIVINu byla prokázána u mnoha typu nádorů.
upravit Poruchy mitochondriální signalizace spojená s tumor supresorovým p53
Při poškození DNA dochází k transkripci p53 jehož produkt je transkripční faktor TP53. TP53 má klíčovou roli v potlačení nádorových procesů. Zaprvé expresí p21, GADD45 staví buněčný cyklus. Zadruhé zvýšením exprese Bax, PUMA a potlačením Bcl-2 výrazně napomáhá k uvolnění cytochromu c a dalších proapoptických faktorů z mitochondrií. (Pozměnění poměru Bax/Bcl-2) Dalším proapoptickým účinkem je upregulace FAS, DR5 nebo Apaf 1.
| Funkce proapoptotických faktorů uvolněných z mitochondrií | |
|---|---|
| faktor | funkce |
| Cytochrom C | aktivace apoptosomu (viz výše) |
| SMAC/DIABLO | Představuje další propojení vnější a vnitřní dráhy tím, že inaktivuje XIAP, který by rád inhiboval kaspasu 3, tato interakce má velký význam, neboť kaspasa 3 pozitivní zpětnou vazbu dále štěpí XIAP. |
| Endonukleasa G | štěpí DNA při na kaspasách nezávislé apoptose |
| HtrA2 | je hlavním IAP antagonisou, brání tak inaktivaci kaspas |
| AIF | Apoptosis Inducing Factor působí při na kaspasách nezávislé apoptose, po uvolnění z mitochondrií indukuje kondensaci chromatinu a fragmentaci DNA. |
upravit Další možnosti ovlivnění apoptosy představují
Bodovou mutací Ras genu může dojít (přes MAP kinázy) k nadměrné aktivaci Akt kinasy. Tato je všeobecně spojována s přežitím buňky. Zeslabuje vnitřní aktivaci apoptosy fosforylací kaspasy 9, fosforylací Bad (fosforylace u těchto proteinů znamená inaktivaci). Také inaktivuje Fas L. Také přes IKK kinasu pozitivně ovlivňuje NFkB.
Signalizace apoptosy je velmi komplikovaný proces, regulovaný mnoha proteiny. Naštěstí existuje spousta "sychrů", které v případě selhání prvního mohou zaskočit, ať už se jedná o vnitřní a vnější aktivaci a jejich vzájemné propojení nebo o caspase independent (na kaspasách nezávislé) apoptose. Nádorový proces je mnohonásobný a jediná mutace dozajista nestačí k potlačení apoptosy. Přesto je třeba mít na paměti gen p53 a Bcl rodinu proteinů, jejichž defekty mohou být z hlediska onkogeneze fatální.
upravit Odkazy
upravit Související články
upravit Zdroj
- VERMACH, Petr. Vypracované otázky ke zkoušce z patobiochemie. 2010.
upravit Použitá literatura
- KALOUSOVÁ, Marta, et al. Patobiochemie ve schématech. 1. vydání. Praha : GRADA, 2006. 200 s. ISBN 978-80-247-3069-1.
- DVORSKÁ, M, D DRIÁK a I ŠVANDOVÁ. Apoptóza v gynekologii a porodnictví : Část I, patofyziologie apoptózy [online]. Časopis ženských lékařů Gynekolog, ©2008. [cit. 2011-01-12]. <http://www.gyne.cz/clanky/2008/408cl1.htm>.
- FULDA, Simone a Debatin KLAUS-MICHAEL. Caspase Activation in Cancer Therapy : Pathways of Caspase Activation [online]. ©2010. [cit. 2011-01-12]. <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK6027/>.
- Wikipedia. Apoptosis [online]. [cit. 2010-11-21]. <http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Apoptosis&oldid=391050559>.
upravit Externí odkazy
- E-learningový materiál (pouze členové akademické obce 1. LF UK)
