HÜCRE ÖLÜMÜ Prof.Dr. T. Ulutin
HÜCRE ÖLÜM TİPLERİ 1- Nekrotik hücre ölümü (Hasar yolu ile ölüm) 2- Apoptotik hücre ölümü (Programlı hücre ölümü) 3- Otofajik hücre ölümü
1. Hasar yolu ile ölüm ; NEKROZ (mekanik hasar,oksijen yokluğu,toksik maddeler etkisi ile) Endoplazmik retikulumda, Golgi kompleksinde ve mitokondriyumlarda şişme gözlenir. Hücre membranının su ve iyon transportu bozulur. Hücre şişer ve lizise uğrar. Nükleer kromatin dağılır. Özgün olmayan tarzda,rasgele DNA kırıkları olur. Dokuda enflamasyon oluşurur.
2. Hücre intiharı (programlı hücre ölümü); APOPTOZ Fizyolojik veya patolojik koşullarda gözlenir Hücre küçülür, sitoplazma yoğunlaşır, büzülür Komşu hücreler ile bağlantılar kopar Hücre içi Ca+2 konsantrasyonu artar Hücre iskeleti elementleri parçalanır Nükleusta kromatin yoğunlaşır piknotik görüntü ortaya çıkar DNA, 180-200 bç veya katları şeklinde nukleozomal bölgelerden kırılır. Enflamasyon gözlenmez.
HÜCRE NEDEN APOPTOZU SEÇER? FİZYOLOJİK Embriyonun Gelişimi Doku Modellenmesi İmmun Hücre Seleksiyonu PATOLOJİK Kronik viral hastalıklar Nörodejeneratif hastalıklar Tip I Diyabet Ateroskleroz Miyokard Enfarktüsü Reperfüzyon hasarı AIDS Kanser
HÜCRE NEDEN APOPTOZU SEÇER? 1. Gelişim sürecindeki organizasyonun tamamlanması için; Metamorfoz sırasında kurbağanın kuyruğunun ortadan kalkması Fetusta parmaklar arasındaki perdenin kaldırılması Menstürasyon ile endometriyal hücre yıkımı
2. Organizma için zararlı bazı hücrelerin ortadan kaldırılması için Virus ile enfekte olmus hücreler; sitotoksik T hücreleri ile immun sistem hücreleri; hüresel bağışıklık sistemleri DNA hasarı olan hücreler; p53 yolu Kanser hücreleri; kemoterapi ajanları ile
Apoptozun fazları Uyarılma fazı İşlem fazı Ortadan kaldırılma fazı
Apoptoz işlem lem adımlar mları Hücre içinden veya dışından gelen ölüm sinyalinin alınması Proteazların (Kaspaz) aktivasyonu Aktifleşen kaspazların hedef proteinleri yıkması, hücre içi yapısal ve biyokimyasal değişimler Apoptotik cisimlerin oluşumu Apoptotik cisimlerin fagositozu
Hücre apoptoza nasıl l karar verir? 1-Pozitif uyaranların kesilmesi ile 2-Negatif uyaranların alınması ile Hücre yüzey reseptörlerine bağlanan moleküller TNF Limfotoksin Fas ligandı (FasL) DNA hasarına neden olan faktörler UV x-ışınları kemoterapi ajanları serbest radikaller
APOPTOZ MEKANİZMALARI APOPTOZ MEKANİZMALARI 1- Hücre yüzeyindeki reseptörlere bağlanan ölüm aktivatörleri tarafından tetiklenen apoptoz; Ölüm reseptörleri yolu 2- Hücre içinde oluşturulan sinyaller ile tetiklenen apoptoz; mitokondriyon yolu
Ölüm m Reseptörleri Yolu Ölüm m reseptörü + Ligandı Fas / Apo-1/ CD95 +FasL TNFR + TNF TRAILR + TRAIL / Apo2L TRAILR-1 / DR4 TRAILR-2 / DR5
Fas (CD95); Fas ligand (FasL) İmmun yanıt sonrası aktif T hücrelerinin, Virus ile enfekte olmuş hücrelerin, Patolojik hasarlı hücrelerin, ortadan kaldırılmasında bu mekanizma çalışır
Mitokondriyon yolunu uyaran sinyaller Radyasyon, UV Hücre içi reaktif oksijen radikallerinde artış ATP/ADP ve NADPH ın azalması Hipoksi, Ca iyon artışı Büyüme faktör eksikliği Antikanser ilaçları DNA hasarlarına neden olan uyaranlar
Ölüm uyaranları ile mitokondriyondan salınan faktörler; Sitokrom-c (Sit-c; Liu et al. 1996 ), AIF (Apoptoz indükleyici faktör. Susin et al. 1999), Smac/DIABLO ( Du et al. 2000 ; Verhagen et al. 2000), Endonukleaz G (Li et al. 2001 ).
Hücre içi reaktif oksijen radikallerindeki artış ATP/ADP, NADPH ın azalması Bcl-2 transkripsiyon veya translasyonundaki hatalar hücre DNA hasarları ile uyarılan hücrelerde mitokondriyon membran permeabilitesi bozulur *Sitokrom-c mitokondriyon membranından sitoplazmaya geçer *Apaf-1 (apoptoz aktive edici faktör) ve kaspaz-9 ile birleşerek bir kompleks oluşturur *Sitokrom -c + Apaf -1 + kaspaz -9 Kompleksi : APOPTOZOM diger kaspazları aktive ederek hücreyi ölüme götürürler
Bcl-2 ailesi Mitokondriyon yolunun esas düzenleyici proteinleri Mitokondriyon- ER- Nukleus membranına bağlı proteinler Apoptozu ilerletenler (Ölüm aktivatörleri) Bax, Bak, Bad, Bid, Bim, BclXs,Noxa, Puma Apoptozu engelleyenler (Yaşam aktivatörleri) Bcl-2, BclXL, Mcl-1
Apoptozda Bcl-2 ailesinin işlevleri Por oluşumu (mitokondriyondan sit-c ve diğer moleküllerin kaçışı) Heterodimerizasyon (apoptozu uyaran ve engelleyen proteinler arasında) Kaspazların doğrudan etkisi Mitokondriyon proteinleri ile etkileşim (por oluşturmak, mitokondriyon homeostazına katılmak) Oligomerizasyon (zayıf seçici iyon kanalları oluşturmak)
Bcl-2 (B cell Lymphoma/leukemia-2) Mitokondrium, ER ve Nukleus membranına yerleşik Antioksidan etki yolunda iş görür (lipid peroksidasyonunu engeller ) Bcl -2 eksikliğinin gözlendiği durumlar; *Polikistik böbrek hastalıkları, *Saç pigmentasyon anomalisi, *IDDM, *Normal embriyo gelisiminde
Apoptozda gözlenen sitoplazmik olaylar zincirine Kaspaz ailesine ait enzimler (diğer adı ile sistein proteazları) ayrıca transglutaminazlar (TG) katılır. TG lar hücre tomurcuklanmasında nda rol alırlar ( sitozolik proteinler arasında glutamil -lizin bağlar larının n kurulmasında işi görerek apoptotik cisimlerin ortaya çıkmasında rol alırlar) hücre içi i i kalsiyum iyonlarındaki ndaki artış ile aktifleşen en enzimler örnegin kaspazlar hücre iskeletinin yıkılmasında etkendirler. bir diğer aktiflenen enzim sistemide DNA kırılmalarına neden olan endonukleazlardır.
Kazpaz ailesi; proteinleri Asp bölgesinden keserler ilk üyesi IL -1 β (Interleukin Converting -Enzyme =ICE) proteolitik şelale oluştururlar Sitoplazmik proteinlerin yıkımı Nuklear DNA yıkımı (Ca+2 e bağlı endonukleazlar ile oligonukleozom parçalar - DNA kırıkları)
Kaspazların işlevlerine göre sınıflandırılması 1. Başlat latıcı kaspazlar ( kaspaz 2, 8, 9 ve 10 ) 2. Etkili (efekt( efektör) kaspazlar ( kaspaz 3, 6 ve 7 ) 3. Enflamatuvar kaspazlar ( kaspaz 1, 4, 5, 11, 12, 131 3 ve 14 )
Kaspazların Substratları Hücre döngd ngüsü kontrolündeki ndeki proteinler Sitoiskelet proteileri Sitokin öncüleri Sinyal iletimindeki proteinler DNA metabolizmasına katılan proteinler RNA metabolizmasına katılan proteinler Transkripsiyon faktörleri
Apoptozda morfolojik değişiklikler. Sitoplazma yoğunluğu artar, hücre boyutu küçülür. Hücre membranı kıvrıntılı bir şekil alır. Hücre yüzeyindeki özel yüzey farklılaşaları (mikrovilli gibi )ortadan kalkar, Komşu hücreler ile bağlantılar kopar. Hücre organalleri yapısal bütünlüklerini (morfolojik ) olarak korurlar. Nukleus küçülür.kromatin yoğunlaşor,piknotik görüntü alır.dna internukleozomal alanlardan kırılır, Endonuklear aktivitesi ile 180-200 baz çifti veya katları şeklinde ortaya çıkan DNA parçaları jel elektroforezinde tipik merdiven bant şekli ortaya çıkar.nukleus parçalara ayrılır. Hücre sitoplazması bir parça nukleus kırıntısınıda alarak tomurcuklanır. Apoptotik cisimler ortaya çıkar. Oluşan apaptotik cisimler makrofajlar veya komşu hücreler tarafından fagosite edilirler. Bu nedenle apoptotik hücre ölümünde enflamasyon gözlenmez.
Apoptotik ve nekrotik ölüm arasındaki farklar 1- Apoptoz fizyolojik koşullarda veya bazen patolojik koşullarda gözlenen programlı hücre ölümüdür. Nekroz her zaman patolojik koşullarda,hücre hasarı sonucu ortaya çıkan ölüm şeklidir. 2- Apoptozda hücre büzülmesi ve küçülmesi gözlenirken Nekrozda hücre şişer ve boyutu artar. 3- Apoptozda hücre sitoplazmasının yoğunluğu artar,hücre organelleri normal görünümlerini korurlar. Nekrozda sitoplazma sulanır,organeller su alarak şişer (Organellerde özellikle ER ve Golgide dilatasyonlar belirgindir.) 4- Apoptozda hücre membranı yüzey farklılaşmalarını kaybeder,büzülür ve kıvrıntılı görüntü alır. Nekrozda hücre zarı ve organel membranlarında parçalanma gözlenir.