Transcript
Seminarium 12 Molekularne aspekty śmierci komórki
Autofagia, śmierć martwicza (nekrotyczna) komórek, katastrofa mitotyczna, programowana śmierć komórki (apoptoza), kaspazy – rodzaje, budowa – struktura domenowa, homoaktywacja i heteroaktywacja, kaskada aktywacji kaspaz, szlaki indukowania programowanej śmierci komórki: 1) receptorowy (w tym promowanie przeżycia komórki skutkiem fosforylacji NFkB i pozytywnej ekspresji regulowanej przez ten czynnik transkrypcyjny genów, aktywacja kaspazy 2 poprzez RIP i RAIDD/CRADD), 2) pseudoreceptorowy (udział granzymu B w a) aktywacji kaspazy 3, b) aktywacji Bid, c) inaktywacji DFF45/ICAD/aktywacji endonukleazy DFF40/CAD), 3) mitochondrialny (w tym – łączenie ze ścieżką receptorową na poziomie kaspazy inicjującej, megakanały – ANT, VDAC, BPR, enzymy (heksokinaza, kinaza kreatynowa), białka macierzy - cyklofilina D, apoptosom – udział kofaktorów (cytochromu c, dATP/ATP) w stymulacji autooligomeryzacji Apaf1 i katalitycznej aktywacji kaspazy 9), 4) sfingomielinowo-ceramidowy (sfingomielinaza – obojętna lub kwaśna, sfingomielina, ceramid, fosfolipaza A2, kinazy MAPKs, kinazy stresu SAPK/JNK, CAPK = ceramide activated protein kinase, CAPP = ceramede-activated protein phosphatase), 5) indukowany stresem (sygnał wywołujący, aktywacja kaspazy 12), 6) bez udziału kaspaz (AIF, granzym A, granzym B – aktywacja DFF), p53, (w tym jego fosforylacja, tetrameryzacja, degradacja ubikwitynozależna, struktura domen – 1) domena aktywująca transkrypcję = TAD, 2) domena aktywacyjna 2 = AD2, 3) domena bogata w reszty proliny, ważna dla aktywności apoptotycznej, 4) centralna domena wiązania z DNA = DBD, 5) domena sygnalna, warunkująca jądrową lokalizację p53, 6) domena warunkująca oligomeryzację, 7) domena zaangażowana w regulację wiązania DNA poprzez domenę centralną; mutacje w genie p53 – zespół Li-Fraumeni), Mdm2, ASPP = apoptotic specific regulator of p53, ARF = alternative reading frame (dotyczy alternatywnej ekspresji genu p16 = INK4a), JMY = junction mediating and regulatory protein, p53 cofactor, pRb, Bad, Bax, Bid, tBid, E2F, DISC, FADD, Fas-L, TRADD, TRAIL, Bak (ang. Bcl2 homologous antagonist/killer), Noxa, Apaf(s), DED (domena), i inne hasła zestawione poniżej (dot. apoptozy); Rozwinięcie akronimów opisujących nazwy wskazanych w sylabusie genów/białek uczestniczących w regulacji apoptozy Acinus – ang. apoptosis chromatin condensation inducer in the nucleus, białko jądrowe indukujące apoptotyczną kondensację chromatyny; AIF – ang. apoptosis inducing factor, czynnik indukujący apoptozę, białko uczestniczące w szlaku indukcji apoptozy bez udziału kaspaz, po proteolitycznym uwolnieniu z wewnętrznej błony mitochondrialnej osiąga cytoplazmę, skąd, dzięki domenie NLS (nuclear localization sequence, sekwencja lokalizacji jądra) może być translokowane do jądra komórkowego; Apaf-1/APAF-1 – ang. apoptosis protease activating factor -1, 1 czynnik aktywujący proteazy w apoptozie; cytoplazmatyczne białko wiążące uwolniony z mitochondrium cytochrom c i ATP w oligomerycznym kompleksie apoptosomu, koniecznym dla aktywacji kaspazy 9; ANT – ang. adenine nucleotide translocator, translokaza nukleotydów adeninowych, element megakanałów mitochondrialnych obecny w błonie wewnętrznej mitochondrium; Bad – ang. Bcl-2 antagonist of cell death, jedno z białek proapoptotycznych; Bax – ang. the Bcl-2-associated protein, cytoplazmatyczne białko o aktywności proapoptotycznej, po zmianie konformacji przestrzennej włączane jest w zewnętrzną błonę mitochondrialną, gdzie, wchodząc w kontakt z poryną
VDAC, pozytywnie reguluje otwieranie megakanałów w miejscu styku obu błon mitochondrialnych (PTPs – ang. permeability transition pores); otwieranie megakanałów w szlaku mitochondrialnym indukowania apoptozy prowadzi do obniżenia potencjału transbłonowego, ograniczenia produkcji ATP, spadku zawartości wewnatrzmitochondrialnej puli związków tiolowych, wzrostu stężenia Ca2+ w macierzy mitochondrialnej, czemu towarzyszy wypływ z przestrzeni międzybłonowej do cytozolu białek promujących apoptozę (cytochrom c, prokaspazy-2, -3, -9, białka Smac/DIABLO, AIF); Bcl-2 – ang. B-cell leukemia/lymphoma 2, produkt protoonkogenu Bcl-2 o aktywności antyapoptotycznej, w szerszym rozumieniu białka rodziny Bcl-2, zarówno o aktywności pro-, jak i antyapoptotycznej; BH 1-4 – ang, Bcl-2 homology 1-4, domeny homologii w rodzinie białek Bcl2, decydują o zdolności do dimeryzacji tych białek, ułatwiając tworzenie homo- i heterodimerów, jak również oddziaływanie z innymi białkami regulującymi apoptozę. W oparciu o występowanie domen homologii i właściwości wynikające z ich budowy, białka rodziny Bcl-2 dzieli się na 3 klasy (podrodziny): I (podrodzina Bcl-2) – białka antyapoptotyczne (w tym białko Bcl-2), w większości zawierające domeny BH 1-4; II (podrodzina Bax) – białka proapoptotyczne pozbawione domeny BH4, bądź zawierające pewne jej motywy (w tym białka Bax, Bak); III (podrodzina BH3) – białka proapoptotyczne zawierajace jedyną domenę homologii BH3 (w tym białka Bad, Bid); Bid – ang. the BH3 interacting-domain death agonist, białko rodziny Bcl-2 o aktywności proapoptotycznej, zawierające w strukturze wyłącznie domenę homologii BH3, współdziałające z białkiem Bax, ułatwia jego wbudowanie w zewnętrzną błonę mitochobdrialną; BPR – ang. benzodiazepine peripheral receptor, obwodowy receptor benzodiazepiny, element megakanałów mitochondrialnych obecny w błonie zewnętrznej mitochondrium, buduje kompleks z udziałem białka VDAC, białek enzymatycznych (kinaza kreatynowa, syntaza kardiolipiny, heksokinaza, kinaza glicerolowa, peroksydaza glutationowa 4, dehydrogeneza/izomeraza 3-beta hydroksy steroidów) i niektórych białek macierzy (cyklofilina D); CAD – ang. caspase –activated Dbase, deoksyrybonukleaza zależna od Mg2+, homolog DFF opisany w komórkach limfoidalnych myszy; CANP – ang. Ca2+-activated neutral proteinase, zależna od Ca2+ obojętna endopeptydaza, kalpaza, enzym proteolityczny uczestniczący, obok kaspaz, w apoptozie; bierze udział w degradacji białek cytoszkieletu, cytokin, enzymów szlaków sygnalizacji komórkowej, ale także w proteolitycznej aktywacji kaspaz (3, 7, 9); CPAN – ang. caspase-activated nuclease, nukleaza aktywowana przez kaspazę, endonukleaza zależna od Mg2+ aktywowana przez kaspazę 3 (patrz też CAD, DFF); DD – ang. death domain, domena śmierci; DED – ang. death effector domain, efektorowa domena śmierci; DFF – ang. defragmentation factor, czynnik defragmentacji DNA, deoksyrybonukleaza, zależna od Mg2+, odpowiedzialna za efektywną fragmentację chromatynowego DNA w komórkach apoptotycznych, dokonuje cięć DNA między nukleosomami; enzym opisany w komórkach HeLa, składa się z dwóch podjednostek – katalitycznej (DFF40/CAD = defragmentation
factor 40 kDa/caspase activated DNase) i regulatorowej DFF45/ICAD = defragmentation factor 45 kDa/inhibitor of caspase activated DNase), podjednostka regulatorowa wobec podjednostki katalitycznej pełni funkcję białka opiekuńczego, zapewniającego właściwe fałdowanie, oraz jej inhibitora; prawidłowa czynność podjednostki katalitycznej DFF/CAD możliwa jest w następstwie proteolitycznej inaktywacji podjednostki regulatorowej tego enzymu, z udziałem kaspaz (lub GrB); DISC – ang. death inducing signalling complex, kompleks inicjujący apoptozę, odpowiednikiem heterokompleksu DISC w szlaku mitochondrialnym jest apoptosom; FADD – ang. Fas-associated death domain, białko adaptorowe z domeną smierci wiążące się z receptorem Fas; Fas-L – ang. Fas-ligand, ligand receptora Fas; GrB – ang. granzyme B, granzym B, proteaza serynowa uczestnicząca w pseudoreceptorowym szlaku indukcji apoptozy, kierowana do uśmiercanej komórki przez limfocyty T i komórki NK, uwalniana jednocześnie z poryną, która umożliwia wnikanie enzymu; w komórce docelowej granzym B, podobnie do kaspaz, dokonuje cięć substratów między resztą kwasu asparaginianowego i resztą kolejnego aminokwasu, przez co może uruchamiać kaskadę kaspaz, inaktywować podjednostkę regulatorową (inhibitorową) jądrowej endonukleazy DFF (DFF45/ICAD), czy dokonywać proteolitycznego cięcia białka Bid, z utworzeniem jego aktywnej pochodnej tBid; Kaspazy – ang. caspases = cysteine-dependent aspartate-directed proteases, rodzina proteaz cysteinowych odgrywających kluczową rolę w szlakach indukowania programowanej śmierci komórki (ale także w regulacji dojrzewania wielu komórek, w tym erytrocytów i mioblastów, czy rozwoju stanu zapalnego); numeracja kaspaz nawiązuje do kolejności w jakiej były one opisywane, kaspazy dzieli się na 3 grupy czynnościowe: 1) aktywatory cytokin związane ze stanami zapalnymi (kaspazy-1, -4, -5, -11, -12, -13, -14), 2) inicjatory (kaspazy-2, -8, -9, -10, [-12]), 3) efektory fazy wykonawczej apoptozy (kaspazy-3, -6, -7); NS – ang. nuclear scaffold, zależna od Ca2+ peptydaza, odpowiedzialna w apoptozie za degradację lamin (białek karioszkieletu, będących głównymi składowymi blaszki jądrowej); PIGs – ang. p53 induced genes, geny których ekspresja zależna jest od białka p53, kodujące białka enzymatyczne (oksydoreduktazy), których produkty (reaktywne formy tlenu) należą do grupy czynników uruchamiających mitochondrialny szlak programowanej śmierci komórki; p53 – ang. protein 53, ale też tumor protein 53 = TP53 (u człowieka produkt genu TP53, 17p13.1), białko o masie cząsteczkowej 53 kDa szacowanej na podstawie jego izolacji w żelu poliakrylamidowym, jego rzeczywista masa, określana na podstawie zawartości reszt aminokwasowych jest nieco mniejsza (43,7 kDa); czynnik transkrypcyjny znany jako supresor nowotworowy, uczestniczący w regulacji cyklu komórkowego (strażnik genomu), w odpowiedzi na uszkodzenie DNA aktywuje białka uczestniczące w jego naprawie, jednocześnie hamując cykl komórkowy w punkcie G1/S, gdy uszkodzenie DNA nie może być naprawione, inicjuje apoptozę, pozytywnie regulując ekspresję genów kodujących białka o aktywności proapoptotycznej; PUMA – ang. the p53 upregulated modulator of apoptosis, białko rodziny Bcl-2 o aktywności proapoptotycznej, wiążąc białka tej rodziny o działaniu
antyapoptotycznym (Bcl-xL, Bcl-2, Mcl-1, Bcl-w, A1), przez co niezdolne są one hamować czynność białek Bax, czy Bak, uczestniczy w regulacji mitochondrialnej ścieżki indukowania apoptozy; Smac/DIABLO – ang. second mitochondrial activator of caspase/direct IAP binding protein with low pI, wtórny mitochondrialny aktywator kaspazy/białko wiążące bezpośrednio IAP o niskim pI, moitochondrialne białko proapoptotyczne uwalniane po otwarciu megakanałów do cytoplazy, gdzie wiąże i inaktywuje białkowe inhibitory kaspaz (IAPs – ang. inhibitor of apoptosis proteins); tBid – ang. truncated Bid, skrócona (aktywna) forma białka Bid; TRADD – ang. TNF-R1 associated death domain, białko adaptorowe z domeną śmierci wiążące się z receptorem TNF-R1; TRAIL – ang. TNF-related apoptosis-indicing ligand, ligand z rodziny TNF indukujący apoptozę; VDAC – ang. voltage-dependent anion channel, poryna obecna w błonie zewnętrznej mitochondrium, wchodząc w kompleksy z białkami rodziny Bcl-2 modyfikuje otwieranie megakanałów;
