Apoptosis and clinical consequences of disorders of its regulation

Apoptosis is a physiological processin which energy is consumed. It does not cause an inflammatory reaction (unlike necrosis). It is important for embryonic development, hormone-dependent cycles (endometrium, mammary gland, prostate) and cell renewal (intestinal epithelium, etc.). Disorders in the regulation of apoptosis can lead to tumours, hypotrophy of organs (e.g. kidney) or congenital malformations (e.g. syndactyly).

Stages of apoptosis



 * 1) Signál pro apoptózu - rozhodnutí zemřít,
 * 2) exekuce apoptózy,
 * 3) degradace apoptotických tělísek fagocytózou.

Signál pro apoptózu

 * Může přicházet zevní nebo vnitřní cestou,
 * zevní cesta - nedostatek růstových faktorů, cytotoxické cytokiny (FasL, TNF), morfogeny, glukokortikoidy atd.,
 * vnitřní cesta - signály vychází především z mitochondrií, řízeno rodinou genů Bcl-2 (gen bax a bcl-2).


 * Signály pro přežití


 * Růstové faktory, cytokiny, hormony, virový protein p53.


 * Signály pro apoptózu


 * Morfogeny, viry, glukokortikoidy, genotoxické vlivy, cytotoxické cytokiny (TNF, FasL), T-lymfocyty a NK-buňky (granzym B, perforiny).


 * Geny - supresory apoptózy


 * Bcl-2, bag, Rb.


 * Geny - induktory apoptózy


 * bax, bak, bad, TP53.

Exekuce apoptózy

 * Signály pro apoptózu kaskádovitě aktivují ICE (kaspázy), což vyvolá vlastní exekuci apoptózy,
 * kondenzace chromatinu a jeho agregace v periferii jádra, štěpení DNA mezi nukleosomy (fragmenty jsou 180 až 200 bp dlouhé),
 * zvětšuje se ER, vytváří kapsy a spojuje se s cytoplazmatickou membránou,
 * vznikají vakuoly a agregují se filamenta,
 * praskají mitochondrie a uvolňují cytochrom C,
 * na konec vznikají apoptotická tělíska.

Fagocytóza apoptotických tělísek

 * Pohlcení makrofágy a okolními buňkami.

Geny a proteiny související s apoptózou
Gen Rb produkuje protein p105, který je v G1 kontrolním bodě na nejméně 10 místech fosforylován komplexy cyklin/cdk (cyklin D/cdk 4, 6 a cyklin E/ ckd2), čímž se mění jeho schopnost asociovat s proteinem E2F, který vytváří heterodimerní komplexy s DP1. E2F a DP1 jsou transkripční faktory, které indukují expresi genů nutných k rozvoji S-fáze (např. DNA-polymeráza, thymidinkinázy, dihydrofolátreduktázy, c-myc, c-myb a cdc2). To znamená, že gen Rb je nezbytný pro rozvoj S-fáze a suprimuje apoptózu. Mutace genu Rb vyvolávají retinoblastom, nádory kostí, prsou, plic, prostaty nebo močového měchýře.

Gen TP53 je tumor supresorový gen, jehož klíčová úloha také spočívá v regulaci G1 kontrolního bodu. Produkt genu TP53, protein p53, je transkripční faktor, který aktivuje expresi genů pro faktory inhibující proliferaci buněk. Jedním z nich je protein p21, který zastaví rozvoj cyklu buněčného dělení, takže může dojít k reparaci DNA. Pokud je poškození DNA nereparovatelné, podílí se p53 na indukci apoptózy. Mutace TP53 jsou přítomné u 50% nádorů, vrozená mutace tohoto genu vede ke vzniku Li Fraumeni syndromu.

Bcl-2 a bax jsou geny, jejichž produkty vytvářejí jak homodiméry, tak spolu heterodiméry. Bcl-2 apoptózu suprimuje, bax indukuje. Heterodiméry Bcl-2-bax nedělají nic. Podle toho, zda převažuje množství homodimerů bax-bax nebo bcl2-bcl-2 k apoptóze dojde nebo nedojde.

Protein p35 je kódován některými viry. Inhibuje apoptózu, aby vir mohl v hostitelské buňce dále žít a šířit se. Protein p35 je štěpen kaspázami místo dalších jejich substrátů, a tím jim znemožňuje účinnou indukci apoptózy.

Buňky také potřebují ke svému životu stimulaci faktory pro přežití (hormony, cytokiny, růstové faktory). Pokud jimi nejsou stimulovány, vede to k apoptóze. Patří sem například PDGF, FGF, HGF, IGF atd.

Fas receptor je transmembránový receptor, který se řadí do rodiny TNF. Přenos signálu z něj je prostřednictvím kaspáz. FasL je transmembránový protein, který ale může být z membrány alternativně odštěpen. FasL exprimují T-lymfocyty, makrofágy a NK-buňky. Fas indukovaná apoptóza je důsledkem kontaktu mezi Fas receptorem a FasL (ligand). Tento druh apoptózy se podílí na selekci T-lymfocytů v periferní krvi, cytotoxickém efektu T-buněk a NK-buněk a na ukončení imunitní odpovědi (umírání klonů imunitních buněk).

Kaspázy jsou proteázy, které se podílejí na různých cestách indukce apoptózy. Dosud jich bylo popsáno 11. Jsou syntetizovány jako prekurzory a mohou být aktivovány např. prostřednictvím Fas receptorů nebo TNF receptorů atd. Po aktivaci dochází ke kaskádovité aktivaci kaspáz (podobné jako např. u hemokoagulační reakci), která vede až k exekuci apoptózy.

Související články

 * Apoptóza
 * Kaspázy
 * Poruchy signalizace apoptózy v nádorových buňkách