Apoptosis and clinical consequences of its dysregulation

Apoptóza je fyziologický proces, při kterém je spotřebovávána energie. Nevyvolává zánětlivou reakci (na rozdíl od nekrózy). Je významná pro embryonální vývoj, při hormon-dependentních cyklech (endometrium, mléčná žláza, prostata) i pro obnovu buněk (střevní epitel apod.). Poruchy regulace apoptózy mohou vést jak k nádorovému bujení, tak k hypotrofiím orgánů (např. ledviny) nebo k vrozeným vývojovým vadám (např. syndaktylie).

Fáze apoptózy
thumb|Cesty aktivace apoptózy thumb|Schéma apoptosomu


 * 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