Apoptozis Dr. Engin Ulukaya

Transkript

1 Apoptozis Dr. Engin Ulukaya ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI

2 Apoptozis nedir? Siz bu cümleyi okumayı bitirdiğinizde binlerce hücrenizi kaybetmiş olacaksınız.

3 O hücreler sizin sağlıklı kalmanız için intihar ettiler. Cell suicide

4 Yani, fizyolojik şartlar altında öldüler. Physiological cell death

5 Üstelik, ölecekleri önceden programlanmıştı. Programmed cell death

6 Cells are born, live for a given period of time and then die Bowen, 1998 APOPTOSIS --- Physiological cell death --- Cell suicide --- Cell deletion --- Programmed cell death

7 Apoptotik hücreler organizmanın bazı dokularında ve hücrelerinde sürekli olarak oluşmaktadırlar ve bu oluşum ömür boyu devam etmektedir. Bu doku ve hücrelere örnek olarak verilebilecekler aşağıdadır: a. Gözün lensi: Embriyonik dönemde oluşan lens hücreleri gelişimin ileri devrelerinde ölür ve içleri şeffaf bir protein olan kristallin ile dolar. b. İnce barsaklar: İnce barsaklardaki kriptaların tabanlarında yeni oluşan hücreler, kriptaların uçlarına doğru göç ederler ve 3-4 gün süren bu göçün sonunda ölerek, barsak boşluğuna dökülürler.

8 c. Deri: Deri hücreleri derinin bazal tabakasında oluştukdan (stem hücre bölünmesi) sonra derinin en üst tabakasına doğru (stratum korneum) göç ederler. Bu göç esnasında derinin her tabakasında çeşitli farklılaşma özellikleri gösterip en sonunda derinin organizmayı dış etkenlerden (enfeksiyon ajanları, travmatik zedelenmeler vs.) koruyucu ölü tabakasını oluşturmak üzere ölürler. d. Timus: İmmün sistemin çok önemli hücreleri olan T lenfositler timusda olgunlaşırlar. Bu hücrelerin etkisiz olanları veya organizmanın kendi dokularına karşı reaksiyon verme potansiyeli taşıyanları kan dolaşımına girmeden önce apoptozisle ölürler.

9 e. Uterus: Menstruasyon esnasında uterusun iç duvarındaki hücreler ölürler ve menstruasyon kanıyla uzaklaştırılırlar. d. Diğer: Virüslerle enfekte olmuş veya kalıcı DNA hasarı oluşmuş hücreler sıklıkla apoptozisle kendilerini öldürürler (intihar ederler). Bu yolla apoptozise gidemeyen ve genetik olarak değişmiş hücreler ileride kanser gelişimine neden olabilirler. Hepatit C virüsünün core proteininin insan embriyonik böbrek hücre dizelerinde FADD-ilişkili apoptozisi artırdığı rapor edilmiştir.

10 Apoptozis, organizmanın normal işleyişi esnasında görülen ve düzenli olarak sürmesi gereken bir tür hücre ölüm şeklidir.

11

12 Her yerde APOPTOZİS! Sağlıkda Embriyonun gelişimi... Doku homeostazisi... İmmünoloji Hastalıkda Viral infeksiyonlar (+/-)... Nörodejeneratif hastalıklar... Organ transplantasyonları... İnsüline bağımlı tip diyabet... AIDS... Atherosklerozis... Miyokard infarktüsü... Otoimmün hastalıklar... Kanser oluşumu ve tedavisi Hatta Bu ağaçta bile...

13 Apoptozis organizmada doğru bir şekilde işlemelidir. Ölmesi gereken hücrelerimiz zamanında ve gerekli sayıda ölmelidir. Bir şekilde hızlanmış veya yavaşlamış bir apoptozis patolojiktir.

14 Nekrozis (Patolojik hücre ölümü) 1-Hücre ölümü fizyolojik olmayan şartlarda görülür 2-Aşırı doku hasarı görülür 3-İnflamatuar yanıt gelişir Apoptozis (Programlı hücre ölümü) 1-Hücre ölümü fizyolojik şartlarda görülür 2-Doku hasarı yoktur, lokal hücre kaybı (+) 3-İnflamatuar yanıt görülmez

15

16 Biyokimyasal özellikler NEKROZİS *Bozulmuş iyon homeostazisi *ATP gerekmez (pasif süreç) *+4 o C de gerçekleşebilir *DNA rastgele parçalanır (agaroz jel elektroforezinde smear görüntüsü) *Postlitik DNA fragmentasyonu(=ölüm ün geç safhasında) APOPTOZİS *İyi kontrollu, bazı aktivasyonların ve enzimatik basamakların olması *ATP gereklidir (aktif süreç) *+4 o C de gerçekleşmez) *DNA internukleozomal alanlarda 180 kb çiftinin katları olacak şekilde kırılır mono ve oligonukleozomlara ayrılır (agaroz jel elektroforezinde merdiven patterni= apoptozisin en önemli belirteci) *Prelitik DNA fragmentasyonu (=erken evrede gerçekleşir)

17 THE CELL UNDERGOING APOPTOSIS Triggers Modulators Effectors Substrates DEATH 1. Occupation of death receptors. Fas. TNFR1. DR3, 4, 5 2. Granzymes 3. Growth factor depletion 4. Genomic damage. Radiation. Chemotherapy. FADD. TRADD. FLIP. Bcl-2 family. Cytochrome c. p53. Mdm2. Caspases. Many cellular proteins. DNA. Apoptotic body formation. Phagocytosis Dr. E Ulukaya

18 Apoptozisin İNDÜKLENMESİ 1. Hücre yüzey ölüm reseptörlerinin aktivasyonu 2. Granzimlerin hücre ile etkileşime girmesi 3. Büyüme faktörlerinin eksikliği 4. Hücre DNA sının hasarlanması

19 Apoptozisin indüklenmesi 1 (Hücre yüzeyindeki ölüm reseptörlerinin aktivasyonuyla)

20 Apoptozisin indüklenmesi 2 (Hücre yüzeyinde perforin kanallarının oluşumu yoluyla granzimlerin hücreye girişiyle)

21 Apoptozisin indüklenmesi 3 (Büyüme faktörlerinin eksikliği) a. Serum starvation p53 indüksiyonuna yol açarak apoptozisi başlatır. b. Bad fosforillenemez, böylece aktifleşir ve Sit. c nin salıverilmesine yol açar

22 Apoptozisin indüklenmesi 4 (Hücre DNA sının hasarlanmasıyla) DNA hasarı p53 artışı* Hücre siklusu durur Tamir tamamlanır * Bax (+Fas, DR5) indüksiyonu

23 Sözü edilen pathway lerin - Ölüm reseptörleri -Granzimler - Genomik hasar Buluştuğu ortak nokta MİTOKONDRİDİR. Bu yüzden...

24 Apoptotik süreçde KRİTİK (Geri dönülemez) AŞAMA Mitokondrinin aktivasyonudur!!! Mitokondrinin Central Executioner olarak rol aldığı düşünülmektedir. Green and Reed, 1998

25 Mitokondrinin aktivasyonu nasıl gerçekleşir?

26 Bcl-2 Ailesi Anti-apoptotik - Bcl-2 - Bcl-X L Pro-apoptotik -Bax -Bcl-X S - Bak - Bad - Bid

27 Bcl-2 Ailesi: Bcl-2 ailesi birbirine zıt etkileri olan iki grupdan oluşur. Bu gruplardan biri pro-apoptotik, apoptozisi indükleyici, etkiye sahiptir. Diğeri ise anti-apoptotik, apoptozisi baskılayıcı, etkiye sahiptir. Pro-apoptotik olanlar, sitokrom c nin mitokondriden sitoplazmaya salıverilmesini indüklerler. Anti-apoptotikler ise sitokrom c salıverilmesini baskılarlar. Bu iki zıt etkili grubun işleyişi yapılarında bulunan iki bölgeye (hidrofobik cep ve amfipatik α-heliks) bağlıdır. Yapılarındaki BH1, BH2, ve BH3 bölgeleri hidrofobik cep i oluşturur. Amfipatik α-heliks, BH3 bölgesinde yer alır. Hidrofobik cep sayesinde bir diğer bcl-2 ailesi üyesinin BH3 bölgesine bağlanırlar. Pro-apoptotik üyeler kendi içinde iki alt gruba ayrılırlar. Bu alt grublardan biri yapılarında her üç bölgeyi (BH1, BH2, BH3) de içeren üyelerden (örn., Bax, Bak), diğeri ise sadece BH3 bölgesini içeren üyelerden (Bid, Bad, Bim) oluşur.

28 Anti-apoptotik üyelerde ayrıca BH4 bölgesi bulunur. Bu bölgenin, apoptozisin diğer hücresel yollarla pathway ilişkisini kurduğu düşünülmektedir. Anti-apoptotik üyeler, doğal olarak intrinsic sitokrom c nin salıverilmesini baskılama özelliğine sahiptir. Bu durumda, proapoptotik üyelerin anti-apoptotik üyelerle bağlanması halinde bu inhibitör etki ortadan kalkar ve sitokrom c salıverilmesi gerçekleşir. Bu yüzden, pro ve anti-apoptotik üyelerin dengesi yaşam ile ölüm arasındaki seçeneği belirler. Anti-apoptotik üyelerin aşırı ekspresyonlarının apoptozisi baskıladığı oysa proapoptotik üyelerin aşırı ekspresyonunun ise hücreleri öldürdüğü görülmektedir.

29 Sitokrom c nin salıverilmesinde Bax ın rolü Bad Bcl-X L Bad Bcl-2 Bcl-X L Bax CELL SURVIVAL Bcl-2 Bax Bax Bax CELL DEATH E Ulukaya

30 Mitokondrinin aktivasyonu sonucu: Sitokrom c sitoplazmaya geçer, ve kaspaz sistemini aktifleştirir

31 Kaspazlar, sistein proteazlardır ve aspartik asitten sonraki peptid bağını kırarlar. Hücrede inaktif (zimojen) olarak bulunurlar ve proteolitik olarak birbirlerini aktifleştirirler. Böylece bir kaskad şeklinde işlerler. Apoptozisde hücreyi parçalayan yani apoptotik morfolojinin oluşumunu sağlayan etkenler effectors olarak bilinirler.

32

33

34 KASPAZLARIN SUBSTRATLARI... PARP... DNA-PK... prb... Lamins... NuMA... Fodrin... β-aktin... Mdm2... Cyclin A2... Presenilin... Others

35

36

37

38

39

40

41 Apoptosis can be defective in cancer. There is no doubt that carcinogenesis as well as cancer treatment will greatly benefit from the better understanding of apoptosis in future.

42