აპოპტოზი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                          აპოპტოზი

                   

ეტოპოზიდით დამუშავებული DU145 პროსტატის კიბოს უჯრედი აფეთქდება აპოპტოზური სხეულების კასკადში. ქვეგამოსახულებები ამოღებულია 61-საათიანი დროითი მიკროსკოპის ვიდეოდან, შექმნილი რაოდენობრივი ფაზა-კონტრასტული მიკროსკოპის გამოყენებით. ოპტიკური სისქე არის ფერადი კოდირებული. სისქის მატებასთან ერთად ფერი იცვლება ნაცრისფერიდან ყვითელში, წითელში, იასამნისფერში და ბოლოს შავში.

აპოპტოზი (ძველი ბერძნულიდან: ἀπόπτωσις, რომანიზებული: apóptōsis, lit. 'ჩავარდნა') არის დაპროგრამებული უჯრედის სიკვდილის ფორმა, რომელიც ხდება მრავალუჯრედულ ორგანიზმებში და ზოგიერთ ევკარიოტულ, ერთუჯრედიან მიკროორგანიზმებში, როგორიცაა საფუარი. ბიოქიმიური მოვლენები იწვევს უჯრედების დამახასიათებელ ცვლილებებს (მორფოლოგია) და სიკვდილს. ეს ცვლილებები მოიცავს ბუშტუკებს, უჯრედების შეკუმშვას, ბირთვულ ფრაგმენტაციას, ქრომატინის კონდენსაციას, დნმ-ის ფრაგმენტაციას და mRNA დაშლას. საშუალო ზრდასრული ადამიანი ყოველდღიურად კარგავს 50-დან 70 მილიარდ უჯრედს აპოპტოზის გამო.[a] საშუალო ადამიანის ბავშვისთვის 8-დან 14 წლამდე, ყოველ დღე სავარაუდო დანაკარგი შეადგენს 20-დან 30 მილიარდ უჯრედს.

ნეკროზისგან განსხვავებით, რომელიც არის უჯრედების ტრავმული სიკვდილის ფორმა, რომელიც გამოწვეულია უჯრედების მწვავე დაზიანების შედეგად, აპოპტოზი არის უაღრესად რეგულირებადი და კონტროლირებადი პროცესი, რომელიც ანიჭებს უპირატესობას ორგანიზმის სასიცოცხლო ციკლის განმავლობაში. მაგალითად, განვითარებადი ადამიანის ემბრიონში თითების და ფეხის თითების გამოყოფა ხდება იმის გამო, რომ ციფრებს შორის უჯრედები განიცდიან აპოპტოზს. ნეკროზისგან განსხვავებით, აპოპტოზი აწარმოებს უჯრედის ფრაგმენტებს, რომლებსაც აპოპტოზურ სხეულებს უწოდებენ, რომლებიც ფაგოციტებს შეუძლიათ გადაყლაპონ და ამოიღონ, სანამ უჯრედის შიგთავსი არ დაიღვრება მიმდებარე უჯრედებზე და გამოიწვევს მათ დაზიანებას.

იმის გამო, რომ აპოპტოზი არ შეიძლება შეჩერდეს მისი დაწყებისთანავე, ეს არის უაღრესად რეგულირებადი პროცესი. აპოპტოზი შეიძლება დაიწყოს ორიდან ერთი გზით. შინაგან გზაზე უჯრედი თავს იკლავს, რადგან ის გრძნობს უჯრედულ სტრესს, ხოლო გარეგანი გზაზე უჯრედი კლავს თავს სხვა უჯრედების სიგნალების გამო. სუსტმა გარეგანი სიგნალებმა შესაძლოა ასევე გაააქტიუროს აპოპტოზის შინაგანი გზა. ორივე გზა იწვევს უჯრედების სიკვდილს კასპაზების გააქტიურებით, რომლებიც პროტეაზებია, ან ფერმენტები, რომლებიც ანადგურებენ ცილებს. ორივე გზა ააქტიურებს ინიციატორი კასპაზებს, რომლებიც შემდეგ ააქტიურებენ შემსრულებელ კასპაზებს, რომლებიც შემდეგ კლავს უჯრედს ცილების განურჩევლად დეგრადირებით.

გარდა მისი, როგორც ბიოლოგიური ფენომენის მნიშვნელობისა, დეფექტური აპოპტოზური პროცესები დაკავშირებულია სხვადასხვა დაავადებებში. გადაჭარბებული აპოპტოზი იწვევს ატროფიას, ხოლო არასაკმარისი რაოდენობა იწვევს უჯრედების უკონტროლო პროლიფერაციას, როგორიცაა კიბო. ზოგიერთი ფაქტორი, როგორიცაა Fas რეცეპტორები და კასპაზები, ხელს უწყობს აპოპტოზს, ხოლო Bcl-2 ცილების ოჯახის ზოგიერთი წევრი აფერხებს აპოპტოზს.

აღმოჩენა და ეტიმოლოგია

იხ. ვიდეო - აპოპტოზი

გერმანელმა მეცნიერმა კარლ ვოგტმა პირველად აღწერა აპოპტოზის პრინციპი 1842 წელს. 1885 წელს ანატომისტმა უოლტერ ფლემინგმა უფრო ზუსტი აღწერა დაპროგრამებული უჯრედების სიკვდილის პროცესის შესახებ. თუმცა, ეს თემა მხოლოდ 1965 წელს გაცოცხლდა. ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენებით ქსოვილების შესწავლისას ჯონ კერმა კუინსლენდის უნივერსიტეტში შეძლო აპოპტოზის გარჩევა ტრავმული უჯრედის სიკვდილისგან. ფენომენის აღწერის ნაშრომის გამოქვეყნების შემდეგ, კერი მიიწვიეს ალასტერ კურიში, ისევე როგორც ენდრიუ უაილი, რომელიც იყო კარიეს კურსდამთავრებული  აბერდინის უნივერსიტეტში. 1972 წელს ტრიომ გამოაქვეყნა მნიშვნელოვანი სტატია British Journal of Cancer-ში. კერმა თავდაპირველად გამოიყენა ტერმინი დაპროგრამებული უჯრედის ნეკროზი, მაგრამ სტატიაში უჯრედების ბუნებრივი სიკვდილის პროცესს აპოპტოზი ეწოდა. კერმა, უილიმ და კურიმ აბერდინის უნივერსიტეტის ბერძნული ენის პროფესორ ჯეიმს კორმაკს მიაწერეს ტერმინი აპოპტოზის შეთავაზება. კერმა მიიღო პოლ ერლიხისა და ლუდვიგ დარმშტაედტერის პრემია 2000 წლის 14 მარტს აპოპტოზის აღწერისთვის. მან გაიზიარა პრიზი ბოსტონის ბიოლოგ ჰ.რობერტ ჰორვიცთან.

მრავალი წლის განმავლობაში არც „აპოპტოზი“ და არც „უჯრედების დაპროგრამებული სიკვდილი“ არ იყო ძალიან ციტირებული ტერმინი. ორმა აღმოჩენამ გადაიტანა უჯრედის სიკვდილი ბუნდოვანებიდან კვლევის ძირითად სფეროზე: უჯრედის სიკვდილის კონტროლისა და ეფექტური მექანიზმების პირველი კომპონენტის იდენტიფიცირება და უჯრედების სიკვდილის ანომალიების კავშირი ადამიანის დაავადებასთან, განსაკუთრებით კიბოსთან. ეს მოხდა 1988 წელს, როდესაც აჩვენეს, რომ BCL2, გენი, რომელიც პასუხისმგებელია ფოლიკულურ ლიმფომაზე, კოდირებს პროტეინს, რომელიც აფერხებს უჯრედების სიკვდილს.

2002 წლის ნობელის პრემია მედიცინაში მიენიჭათ სიდნი ბრენერს, ჰ. რობერტ ჰორვიცს და ჯონ სულსტონს აპოპტოზის მაკონტროლებელი გენების იდენტიფიკაციისთვის. გენები გამოვლინდა ნემატოდის C. elegans-ის კვლევებით და ამ გენების ჰომოლოგები ფუნქციონირებენ ადამიანებში აპოპტოზის რეგულირებისთვის.

ჯონ სულსტონმა მიიღო ნობელის პრემია მედიცინაში 2002 წელს აპოპტოზის შესახებ მისი პიონერული კვლევისთვის.

ბერძნულად აპოპტოზი ითარგმნება როგორც ხიდან ფოთლების „ჩავარდნა“. კორმაკმა, ბერძნული ენის პროფესორმა, ხელახლა შემოიღო ტერმინი სამედიცინო გამოყენებისთვის, რადგან მას სამედიცინო მნიშვნელობა ჰქონდა ბერძნებისთვის ორი ათასი წლის წინ. ჰიპოკრატემ გამოიყენა ეს ტერმინი "ძვლებიდან ჩამოვარდნას". გალენმა გაავრცელა მისი მნიშვნელობა "ნაწიბურების ჩამოგდებაზე". კორმაკმა უდავოდ იცოდა ამ გამოყენების შესახებ, როდესაც მან შესთავაზა სახელი. კამათი გრძელდება სწორი გამოთქმის შესახებ, მოსაზრება იყოფა მეორე p ჩუმად გამოთქმას (/æpəˈtoʊsɪs/ ap-ə-TOH-sis) და მეორე p გამოთქმას (/eɪpəpˈtoʊsɪs/). ინგლისურად, ბერძნული -pt- თანხმოვანთა მტევნის p ჩვეულებრივ სიტყვის დასაწყისში ჩუმია (მაგ. პტეროდაქტილი, პტოლემე), მაგრამ არტიკულირებულია, როდესაც გამოიყენება ხმოვანთა ფორმებში, როგორც ვერტმფრენში ან მწერების რიგებში: დიპტერა, ლეპიდოპტერა და ა.შ.

ორიგინალურ Kerr, Wyllie & Currie ქაღალდში  არის სქოლიო გამოთქმასთან დაკავშირებით:

ჩვენ ძალიან მადლობელი ვართ აბერდინის უნივერსიტეტის ბერძნული მეცნიერების დეპარტამენტის პროფესორ ჯეიმს კორმაკს ამ ტერმინის შემოთავაზებისთვის. სიტყვა "აპოპტოზი" (ἀπόπτωσις) ბერძნულად გამოიყენება ყვავილებიდან ფურცლების ან ხეებიდან ფოთლების "ჩამოვარდნის" ან "ჩამოვარდნის" აღსაწერად. წარმოშობის მკაფიოდ საჩვენებლად, ჩვენ ვთავაზობთ, რომ ხაზგასმა უნდა იყოს ბოლო შრიფზე, სიტყვის მეორე ნახევარი გამოითქმის როგორც "ptosis" ("p" silent), რომელიც მოდის იგივე ძირიდან "ჩავარდნა" და უკვე გამოიყენება ზედა ქუთუთოს დახრის აღსაწერად.

გააქტიურების მექანიზმები

აპოპტოზური მექანიზმების კონტროლი

აპოპტოზის დაწყება მკაცრად რეგულირდება აქტივაციის მექანიზმებით, რადგან აპოპტოზის დაწყების შემდეგ ის აუცილებლად იწვევს უჯრედის სიკვდილს. აქტივაციის ორი ყველაზე კარგად გაგებული მექანიზმი არის შინაგანი გზა (ასევე უწოდებენ მიტოქონდრიულ გზას) და გარეგანი გზა. შინაგანი გზა გააქტიურებულია უჯრედშიდა სიგნალებით, რომლებიც წარმოიქმნება უჯრედების სტრესის დროს და დამოკიდებულია ცილების გამოყოფაზე მიტოქონდრიის მემბრანული სივრციდან. გარეგანი გზა გააქტიურებულია უჯრედგარე ლიგანდების მიერ, რომლებიც აკავშირებენ უჯრედის ზედაპირის სიკვდილის რეცეპტორებს, რაც იწვევს სიკვდილის გამომწვევი სასიგნალო კომპლექსის (DISC) წარმოქმნას.

უჯრედი იწყებს უჯრედშიდა აპოპტოზურ სიგნალს სტრესის საპასუხოდ,  რამაც შეიძლება გამოიწვიოს უჯრედის სიკვდილი. ბირთვული რეცეპტორების შეკავშირება გლუკოკორტიკოიდებით,  სითბო,  რადიაცია,  საკვები ნივთიერებების ნაკლებობა,  ვირუსული ინფექცია,  ჰიპოქსია,  გაზრდილი უჯრედშიდა კონცენტრაცია თავისუფალი ცხიმოვანი მჟავებით  და უჯრედშიდა კალციუმის კონცენტრაციის გაზრდა, უჯრედშიდა აპოპტოზური სიგნალები დაზიანებული უჯრედის მიერ. რიგი უჯრედული კომპონენტები, როგორიცაა პოლი ADP რიბოზა პოლიმერაზა, ასევე შეიძლება დაეხმაროს აპოპტოზის რეგულირებას. სტრესით გამოწვეული აპოპტოზის ექსპერიმენტულ კვლევებში დაფიქსირდა ერთუჯრედიანი რყევები.

სანამ უჯრედების სიკვდილის პროცესი ფერმენტებით დაჩქარდება, აპოპტოზური სიგნალები უნდა გამოიწვიონ მარეგულირებელი ცილები, რათა დაიწყოს აპოპტოზის გზა. ეს ნაბიჯი საშუალებას აძლევს ამ სიგნალებს გამოიწვიოს უჯრედის სიკვდილი, ან პროცესი შეჩერდეს, თუ უჯრედს აღარ დასჭირდება სიკვდილი. ჩართულია რამდენიმე ცილა, მაგრამ იდენტიფიცირებულია რეგულირების ორი ძირითადი მეთოდი: მიტოქონდრიის ფუნქციონირების მიზანმიმართულობა,  ან სიგნალის უშუალოდ გადაცემა ადაპტერის ცილების მეშვეობით აპოპტოზურ მექანიზმებზე. დაწყების გარეგანი გზა, რომელიც იდენტიფიცირებულია რამდენიმე ტოქსინის კვლევაში, არის კალციუმის კონცენტრაციის ზრდა უჯრედში, რომელიც გამოწვეულია წამლის აქტივობით, რამაც ასევე შეიძლება გამოიწვიოს აპოპტოზი კალციუმთან დამაკავშირებელი პროტეაზა კალპაინის მეშვეობით.

შინაგანი გზა

შინაგანი გზა ასევე ცნობილია როგორც მიტოქონდრიული გზა. მიტოქონდრია აუცილებელია მრავალუჯრედიანი სიცოცხლისთვის. მათ გარეშე უჯრედი წყვეტს აერობული სუნთქვას და სწრაფად კვდება. ეს ფაქტი ქმნის საფუძველს ზოგიერთი აპოპტოზური გზებისთვის. აპოპტოზური ცილები, რომლებიც მიზნად ისახავს მიტოქონდრიებს, გავლენას ახდენს მათზე სხვადასხვა გზით. მათ შეიძლება გამოიწვიონ მიტოქონდრიის შეშუპება მემბრანული ფორების წარმოქმნით, ან შეიძლება გაზარდონ მიტოქონდრიული მემბრანის გამტარიანობა და გამოიწვიონ აპოპტოზური ეფექტორების გაჟონვა. არსებობს ასევე მზარდი მტკიცებულება, რომელიც მიუთითებს იმაზე, რომ აზოტის ოქსიდს შეუძლია გამოიწვიოს აპოპტოზი მიტოქონდრიის მემბრანული პოტენციალის გაფანტვით და, შესაბამისად, უფრო გამტარი გახადოს.

აპოპტოზის დროს ციტოქრომი c გამოიყოფა მიტოქონდრიიდან ცილა Bax-ისა და Bak-ის მოქმედებით. ამ გამოშვების მექანიზმი იდუმალია, მაგრამ, როგორც ჩანს, გამომდინარეობს გარე მემბრანაში ჩასმული Bax/Bak ჰომო- და ჰეტერო-დიმერებიდან Bax/Bak. ციტოქრომის c გამოთავისუფლების შემდეგ ის უკავშირდება აპოპტოზური პროტეაზას გამააქტიურებელ ფაქტორს - 1 (Apaf-1) და ATP-ს, რომლებიც შემდეგ უკავშირდებიან პროკასპაზა-9-ს, რათა შექმნან ცილოვანი კომპლექსი, რომელიც ცნობილია როგორც აპოპტოსომა. აპოპტოსომა არღვევს პროკასპაზას კასპაზა-9-ის აქტიურ ფორმამდე, რომელიც თავის მხრივ ჭრის და ააქტიურებს პროკასპაზას ეფექტურ კასპაზა-3-ში.

მიტოქონდრია ასევე ათავისუფლებს ცილებს, რომლებიც ცნობილია როგორც SMACs (მიტოქონდრიიდან მიღებული კასპაზების მეორე აქტივატორი) უჯრედის ციტოზოლში მიტოქონდრიის მემბრანების გამტარიანობის გაზრდის შემდეგ. SMAC აკავშირებს პროტეინებს, რომლებიც აფერხებენ აპოპტოზს (IAP), რითაც ახდენენ მათ დეაქტივაციას და ხელს უშლიან IAP-ებს პროცესის შეჩერებაში და, შესაბამისად, აპოპტოზის გაგრძელების საშუალებას. IAP ასევე ჩვეულებრივ თრგუნავს ცისტეინის პროტეაზების ჯგუფის აქტივობას, რომელსაც ეწოდება კასპაზები,  რომლებიც ახორციელებენ უჯრედის დეგრადაციას. ამრიგად, ფაქტობრივი დეგრადაციის ფერმენტები შეიძლება ირიბად რეგულირებულად იყოს მიტოქონდრიული გამტარიანობით.[საჭიროა ციტატა]

გარეგანი გზა

სიგნალის გადაცემის გზების მიმოხილვა

შემოთავაზებულია ძუძუმწოვრებში აპოპტოზური მექანიზმების პირდაპირი დაწყების ორი თეორია: TNF გამოწვეული (სიმსივნური ნეკროზის ფაქტორი) მოდელი და Fas-Fas ლიგანდის შუამავალი მოდელი, ორივე მოიცავს TNF რეცეპტორების (TNFR) ოჯახის რეცეპტორებს  დაკავშირებულ გარე სიგნალებთან.

TNF გზა

TNF-ალფა არის ციტოკინი, რომელიც წარმოიქმნება ძირითადად გააქტიურებული მაკროფაგების მიერ და არის აპოპტოზის მთავარი გარეგანი შუამავალი. ადამიანის სხეულის უჯრედების უმეტესობას აქვს TNF-ალფა-ს ორი რეცეპტორი: TNFR1 და TNFR2. ნაჩვენებია, რომ TNF-alpha-ს შეკავშირება TNFR1-თან იწყებს გზას, რომელიც იწვევს კასპაზის აქტივაციას შუალედური მემბრანის ცილების TNF რეცეპტორებთან ასოცირებული სიკვდილის დომენის (TRADD) და Fas-თან ასოცირებული სიკვდილის დომენის პროტეინის (FADD) მეშვეობით. cIAP1/2 შეუძლია დათრგუნოს TNF-α სიგნალიზაცია TRAF2-თან შეკავშირებით. FLIP აფერხებს კასპაზა-8-ის აქტივაციას. ამ რეცეპტორის შეკავშირებამ ასევე შეიძლება ირიბად გამოიწვიოს ტრანსკრიფციის ფაქტორების გააქტიურება, რომლებიც მონაწილეობენ უჯრედების გადარჩენასა და ანთებით პასუხებში. თუმცა, TNFR1-ის მეშვეობით სიგნალიზაციამ შესაძლოა გამოიწვიოს აპოპტოზი კასპაზის დამოუკიდებელი გზით. TNF-ალფა რეცეპტორების სუპეროჯახი ასევე მოიცავს სიკვდილის რეცეპტორებს (DR), როგორიცაა DR4 და DR5. ეს რეცეპტორები უკავშირდებიან ცილას TRAIL და შუამავლობენ აპოპტოზს. ცნობილია, რომ აპოპტოზი არის კიბოს მიზნობრივი თერაპიის ერთ-ერთი ძირითადი მექანიზმი. ცოტა ხნის წინ შეიქმნა ლუმინესცენტური ირიდიუმის კომპლექსი-პეპტიდური ჰიბრიდები (IPHs), რომლებიც მიბაძავს TRAIL-ს და აკავშირებს სიკვდილის რეცეპტორებს კიბოს უჯრედებზე, რითაც იწვევს მათ აპოპტოზს.

ფას გზა

fas რეცეპტორი (პირველი აპოპტოზის სიგნალი) - (ასევე ცნობილი როგორც Apo-1 ან CD95) არის TNF ოჯახის ტრანსმემბრანული ცილა, რომელიც აკავშირებს Fas ლიგანდს (FasL). Fas-სა და FasL-ს შორის ურთიერთქმედება იწვევს სიკვდილის გამომწვევი სასიგნალო კომპლექსის (DISC) ფორმირებას, რომელიც შეიცავს FADD, კასპაზა-8 და კასპაზა-10. ზოგიერთ ტიპის უჯრედში (ტიპი I) დამუშავებული კასპაზა-8 პირდაპირ ააქტიურებს კასპაზის ოჯახის სხვა წევრებს და იწვევს უჯრედის აპოპტოზის განხორციელებას. სხვა ტიპის უჯრედებში (ტიპი II), Fas-DISC იწყებს უკუკავშირის მარყუჟს, რომელიც მიტოქონდრიიდან პროაპოპტოზური ფაქტორების გათავისუფლებისა და კასპაზა-8-ის გაძლიერებული გააქტიურებისკენ მიისწრაფვის.

საერთო კომპონენტები

ძუძუმწოვრების უჯრედებში TNF-R1 და Fas აქტივაციის შემდეგ  ბალანსი Bcl-2 ოჯახის პროაპოპტოზურ (BAX, [45] BID, BAK ან BAD) და ანტიაპოპტოზურ (Bcl-Xl და Bcl-2) წევრებს შორის. ეს ბალანსი არის პროაპოპტოზური ჰომოდიმერების პროპორცია, რომლებიც წარმოიქმნება მიტოქონდრიის გარე მემბრანაში. პროაპოპტოზური ჰომოდიმერები საჭიროა მიტოქონდრიული მემბრანის გამტარი გახადოს კასპაზის აქტივატორების გასათავისუფლებლად, როგორიცაა ციტოქრომი c და SMAC. პროაპოპტოზური ცილების კონტროლი არააპოპტოზური უჯრედების ნორმალურ უჯრედულ პირობებში არასრულად არის გასაგები, მაგრამ ზოგადად, Bax ან Bak აქტიურდება Bcl-2 ოჯახის ნაწილის BH3-მხოლოდ ცილების გააქტიურებით.

კასპასები

კასპაზები ცენტრალურ როლს ასრულებენ ER აპოპტოზური სიგნალების გადაცემაში. კასპაზები არის ცილები, რომლებიც წარმოადგენენ მაღალ კონსერვაციას, ცისტეინზე დამოკიდებული ასპარტატ-სპეციფიკური პროტეაზებს. არსებობს კასპაზების ორი ტიპი: ინიციატორი კასპაზები (კასპასები 2, 8, 9, 10, 11 და 12) და ეფექტური კასპასები (კასპასები 3, 6 და 7). ინიციატორი კასპაზების გააქტიურება მოითხოვს სპეციფიკურ ოლიგომერულ აქტივატორ ცილას. ეფექტორის კასპაზები შემდეგ აქტიურდებიან ამ აქტიური ინიციატორი კასპაზებით პროტეოლიზური გაყოფის გზით. აქტიური ეფექტორი კასპაზები შემდეგ პროტეოლიზურად ანადგურებენ უჯრედშიდა ცილების მასპინძელს, რათა განახორციელონ უჯრედების სიკვდილის პროგრამა.

კასპასისგან დამოუკიდებელი აპოპტოზური გზა

ასევე არსებობს კასპაზისგან დამოუკიდებელი აპოპტოზური გზა, რომელიც შუამავალია AIF-ით (აპოპტოზის გამომწვევი ფაქტორი).

აპოპტოზის მოდელი ამფიბიებში

ბაყაყი Xenopus laevis ემსახურება როგორც იდეალური მოდელის სისტემას აპოპტოზის მექანიზმების შესასწავლად. სინამდვილეში, იოდი და თიროქსინი ასევე ასტიმულირებს ამფიბიების მეტამორფოზში ლარვის ღრძილების, კუდისა და ფარფლების უჯრედების სანახაობრივ აპოპტოზს და ასტიმულირებს მათი ნერვული სისტემის ევოლუციას და გარდაქმნის წყლის, ვეგეტარიანულ თათს ხმელეთის, ხორცისმჭამელ ბაყაყად,.

აპოპტოზის უარყოფითი რეგულატორები

აპოპტოზის ნეგატიური რეგულაცია აფერხებს უჯრედების სიკვდილის სასიგნალო გზებს, ეხმარება სიმსივნეებს უჯრედების სიკვდილისგან თავის არიდებაში და წამლის წინააღმდეგობის განვითარებაში. ანტი-აპოპტოზურ (Bcl-2) და პრო-აპოპტოზურ (Bax) პროტეინებს შორის თანაფარდობა განსაზღვრავს უჯრედის სიცოცხლეს თუ კვდომას. ცილების მრავალი ოჯახი მოქმედებს როგორც ნეგატიური რეგულატორები, რომლებიც კატეგორიზებულია ანტიაპოპტოზურ ფაქტორებად, როგორიცაა IAP და Bcl-2 პროტეინები ან გადარჩენის ფაქტორები, როგორიცაა cFLIP, BNIP3, FADD, Akt და NF-κB.

პროტეოლიზური კასპაზის კასკადი: უჯრედის მოკვლა

ბევრი გზა და სიგნალი იწვევს აპოპტოზს, მაგრამ ისინი იყრიან თავს ერთ მექანიზმზე, რომელიც რეალურად იწვევს უჯრედის სიკვდილს. მას შემდეგ, რაც უჯრედი მიიღებს სტიმულს, ის განიცდის უჯრედული ორგანელების ორგანიზებულ დეგრადაციას გააქტიურებული პროტეოლიზური კასპაზებით. გარდა უჯრედული ორგანელების განადგურებისა, mRNA სწრაფად და გლობალურად იშლება მექანიზმით, რომელიც ჯერ კიდევ არ არის სრულად დახასიათებული. mRNA დაშლა აპოპტოზის დროს ძალიან ადრეა გამოწვეული.

უჯრედი, რომელიც განიცდის აპოპტოზს, აჩვენებს დამახასიათებელი მორფოლოგიური ცვლილებების სერიას. ადრეული ცვლილებები მოიცავს:

უჯრედის შეკუმშვა და დამრგვალება ხდება ლამელიპოდიის შეკუმშვისა და კასპაზებით ცილოვანი ციტოჩონჩხის დაშლის გამო.

ციტოპლაზმა მკვრივი ჩანს, ხოლო ორგანელები მჭიდროდ შეფუთული.

ქრომატინი განიცდის კონდენსაციას კომპაქტურ ლაქებად ბირთვული კონვერტის წინააღმდეგ (ასევე ცნობილია როგორც პერინუკლეარული კონვერტი) პროცესში, რომელიც ცნობილია როგორც პიკნოზი, აპოპტოზის დამახასიათებელი ნიშანი.

ბირთვული გარსი ხდება წყვეტილი და მის შიგნით არსებული დნმ ფრაგმენტირებული პროცესია, რომელსაც ეწოდება კარიორექსისი. ბირთვი იშლება რამდენიმე დისკრეტულ ქრომატინის სხეულად ან ნუკლეოსომურ ერთეულებად დნმ-ის დეგრადაციის გამო.

აპოპტოზი სწრაფად პროგრესირებს და მისი პროდუქტები სწრაფად იშლება, რაც ართულებს კლასიკურ ჰისტოლოგიურ მონაკვეთებზე გამოვლენას ან ვიზუალიზაციას. კარიორექსიის დროს, ენდონუკლეაზას გააქტიურება ტოვებს დნმ-ის მოკლე ფრაგმენტებს, რომლებიც რეგულარულად არიან დაშორებული ზომით. ისინი ელექტროფორეზის შემდეგ აგარ გელზე დამახასიათებელ „კიბეიან“ იერს ანიჭებენ. დნმ-ის კიბეების ტესტები განასხვავებს აპოპტოზს იშემიური ან ტოქსიკური უჯრედების სიკვდილისგან.

აპოპტოზური უჯრედის დაშლა

სხვადასხვა ეტაპები აპოპტოზური უჯრედების დაშლაში

სანამ აპოპტოზური უჯრედი განადგურდება, მიმდინარეობს დაშლის პროცესი. არსებობს სამი აღიარებული ნაბიჯი აპოპტოზური უჯრედების დაშლაში:

მემბრანის ბუშტუკები: უჯრედის მემბრანა აჩვენებს არარეგულარულ კვირტებს, რომლებიც ცნობილია როგორც ბუშტუკები. თავდაპირველად ეს არის უფრო მცირე ზედაპირის ბუშტუკები. მოგვიანებით ისინი შეიძლება გადაიზარდოს უფრო დიდ ე.წ. დინამიურ მემბრანულ ბუშტებად. აპოპტოზური უჯრედის მემბრანის ბზარების მნიშვნელოვანი რეგულატორია ROCK1 (rho ასოცირებული ხვეული კოჭის შემცველი ცილა კინაზა 1).

მემბრანული გამონაზარდების ფორმირება: ზოგიერთ უჯრედულ ტიპს, კონკრეტულ პირობებში, შეიძლება განუვითარდეს უჯრედის მემბრანის გრძელი, თხელი გაფართოება, რომელსაც ეწოდება მემბრანის გამონაყარი. აღწერილია სამი ტიპი: მიკროტუბულური წვერები, აპოპტოპოდია (სიკვდილის ტერფები) და მძივებიანი აპოპტოპოდია (ამ უკანასკნელს აქვს მძივები ძაფზე). პანექსინი 1 წარმოადგენს მემბრანული არხების მნიშვნელოვან კომპონენტს, რომელიც მონაწილეობს აპოპტოპოდიისა და მძივი აპოპტოპოდიის ფორმირებაში.

ფრაგმენტაცია: უჯრედი იშლება მრავალ ვეზიკულად, რომელსაც ეწოდება აპოპტოზური სხეულები, რომლებიც განიცდიან ფაგოციტოზს. პლაზმური მემბრანის გამონაყარი შეიძლება დაეხმაროს აპოპტოზური სხეულების ფაგოციტებთან დაახლოებას.

მკვდარი უჯრედების მოცილება

მეზობელი ფაგოციტური უჯრედების მიერ მკვდარი უჯრედების მოცილებას ეფეროციტოზი ეწოდა. მომაკვდავი უჯრედები, რომლებიც გადიან აპოპტოზის ბოლო ეტაპებს, აჩვენებენ ფაგოციტოზურ მოლეკულებს, როგორიცაა ფოსფატიდილსერინი, მათი უჯრედის ზედაპირზე. ფოსფატიდილსერინი ჩვეულებრივ გვხვდება პლაზმური მემბრანის შიდა ფურცლის ზედაპირზე, მაგრამ აპოპტოზის დროს გადანაწილდება უჯრედგარე ზედაპირზე პროტეინის მიერ, რომელიც ცნობილია როგორც სკრამბლაზა. ეს მოლეკულები აღნიშნავენ უჯრედს ფაგოციტოზისთვის შესაბამისი რეცეპტორების მქონე უჯრედებით, როგორიცაა მაკროფაგები. მომაკვდავი უჯრედების მოცილება ფაგოციტების მიერ ხდება მოწესრიგებული წესით ანთებითი პასუხის გამოწვევის გარეშე. აპოპტოზის დროს უჯრედული რნმ და დნმ გამოიყოფა ერთმანეთისგან და დალაგებულია სხვადასხვა აპოპტოზურ სხეულებად; რნმ-ის გამოყოფა იწყება ბირთვული სეგრეგაციის სახით.

ბილიკის ნოკ-აუტები

აპოპტოზის ბილიკებში მრავალი დარტყმა გაკეთდა თითოეული ცილის ფუნქციის შესამოწმებლად. ახალი ფენოტიპის დასადგენად რამდენიმე კასპაზა, გარდა APAF1-ისა და FADD-ისა, განიცადა მუტაცია. სიმსივნის ნეკროზის ფაქტორის (TNF) ნოკაუტის შესაქმნელად, გენიდან ამოიღეს ეგზონი, რომელიც შეიცავს ნუკლეოტიდებს 3704-5364. ეს ეგზონი აკოდირებს სექსუალურ TNF დომენის ნაწილს, ისევე როგორც ლიდერის თანმიმდევრობას, რომელიც არის უაღრესად კონსერვაირებული რეგიონი, რომელიც აუცილებელია სათანადო უჯრედშიდა დამუშავებისთვის. TNF-/- თაგვები ნორმალურად ვითარდება და არ აქვთ უხეში სტრუქტურული ან მორფოლოგიური დარღვევები. თუმცა, იმუნიზაციისას SRBC (ცხვრის სისხლის წითელი უჯრედები), ამ თაგვებმა აჩვენეს ანტისხეულების პასუხის მომწიფების დეფიციტი; მათ შეძლეს IgM-ის ნორმალური დონის გენერირება, მაგრამ ვერ განავითარეს სპეციფიკური IgG დონე. Apaf-1 არის ცილა, რომელიც აქცევს კასპაზა 9-ს დაშლის გზით, რათა დაიწყოს კასპაზის კასკადი, რომელიც იწვევს აპოპტოზს. ვინაიდან APAF-1 გენის -/- მუტაცია ემბრიონული ლეტალურია, გენის ხაფანგის სტრატეგია გამოიყენეს APAF-1 -/- თაგვის გენერირებისთვის. ეს ანალიზი გამოიყენება გენის ფუნქციის დარღვევისთვის გენის ინტრაგენური შერწყმის შექმნით. როდესაც APAF-1 გენის ხაფანგი შედის უჯრედებში, ხდება მრავალი მორფოლოგიური ცვლილება, როგორიცაა spina bifida, ციფრული ქსელების მდგრადობა და ღია ტვინი. გარდა ამისა, ემბრიონის 12.5 დღის შემდეგ, ემბრიონის ტვინმა აჩვენა რამდენიმე სტრუქტურული ცვლილება. APAF-1 უჯრედები დაცულია აპოპტოზის სტიმულისგან, როგორიცაა დასხივება. BAX-1 ნოკაუტ თაგვი ავლენს წინა ტვინის ნორმალურ ფორმირებას და შემცირებულ დაპროგრამებულ უჯრედულ სიკვდილს ზოგიერთ ნეირონულ პოპულაციაში და ზურგის ტვინში, რაც იწვევს საავტომობილო ნეირონების ზრდას.

კასპაზის პროტეინები აპოპტოზის გზის განუყოფელი ნაწილია, ასე რომ, აქედან გამომდინარეობს, რომ დარტყმებს განსხვავებული საზიანო შედეგები აქვს. კასპაზა 9-ის ნოკაუტი იწვევს ტვინის მძიმე მანკს . კასპაზა 8-ის ნოკაუტი იწვევს გულის უკმარისობას და, შესაბამისად, ემბრიონულ ლეტალობას . თუმცა, cre-lox ტექნოლოგიის გამოყენებით, შეიქმნა კასპაზა 8 ნოკაუტი, რომელიც ავლენს პერიფერიული T უჯრედების ზრდას, T უჯრედების პასუხის დაქვეითებას და ნერვული მილის დახურვის დეფექტს [საჭიროა ციტატა]. აღმოჩნდა, რომ ეს თაგვები მდგრადნი არიან აპოპტოზის მიმართ, რომელიც შუამავლებულია CD95, TNFR და ა.შ., მაგრამ არა რეზისტენტული აპოპტოზის მიმართ, რომელიც გამოწვეულია UV დასხივებით, ქიმიოთერაპიული საშუალებებით და სხვა სტიმულებით. დაბოლოს, კასპაზა 3-ის ნოკაუტს ახასიათებდა თავის ტვინში ექტოპიური უჯრედული მასები და პათოლოგიური აპოპტოზური ნიშნები, როგორიცაა მემბრანის ბზარი ან ბირთვული ფრაგმენტაცია. ამ KO თაგვების გამორჩეული თვისება ის არის, რომ მათ აქვთ ძალიან შეზღუდული ფენოტიპი: Casp3, 9, APAF-1 KO თაგვებს აქვთ ნერვული ქსოვილის დეფორმაცია და FADD და Casp 8 KO აჩვენებდნენ გულის დეფექტურ განვითარებას, თუმცა, ორივე ტიპის KO-ში სხვა ორგანოები ნორმალურად განვითარდა და ზოგიერთი უჯრედის ტიპი ჯერ კიდევ მგრძნობიარე იყო აპოპტოზური სტიმულირების საჭიროების მიმართ.

აპოპტოზური ნეკროზული უჯრედებისგან განასხვავების მეთოდები

გრძელვადიანი ცოცხალი უჯრედების ვიზუალიზაცია (12 სთ) მრავალბირთვიანი თაგვის პრე-ადიპოციტი, რომელიც ცდილობს გაიაროს მიტოზი. გენეტიკური მასალის სიჭარბის გამო უჯრედი ვერ მრავლდება და კვდება აპოპტოზით.

ეტიკეტების გარეშე ცოცხალი უჯრედების გამოსახულება, დროითი მიკროსკოპია, ნაკადის ფტოროციტომეტრია და გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპია შეიძლება გამოყენებულ იქნას აპოპტოზური და ნეკროზული უჯრედების შესადარებლად. ასევე არსებობს უჯრედის ზედაპირის მარკერების ანალიზის სხვადასხვა ბიოქიმიური ტექნიკა (ფოსფატიდილსერინის ექსპოზიცია უჯრედის გამტარიანობის წინააღმდეგ ნაკადის ციტომეტრიით), უჯრედული მარკერები, როგორიცაა დნმ-ის ფრაგმენტაცია (ნაკადის ციტომეტრია),  კასპაზის აქტივაცია, Bid გაყოფა და ციტოქრომის c გამოყოფა (Western). სუპერნატანტის სკრინინგს კასპაზების, HMGB1 და ციტოკერატინ 18-ის გამოყოფისთვის შეუძლია პირველადი იდენტიფიცირება მეორადი ნეკროზული უჯრედებისგან. თუმცა, ნეკროზული უჯრედების სიკვდილის მკაფიო ზედაპირი ან ბიოქიმიური მარკერები ჯერ არ არის გამოვლენილი და ხელმისაწვდომია მხოლოდ უარყოფითი მარკერები. ეს მოიცავს აპოპტოზური მარკერების არარსებობას (კასპაზის გააქტიურება, ციტოქრომის c გამოთავისუფლება და ოლიგონუკლეოსომური დნმ-ის ფრაგმენტაცია) და უჯრედების სიკვდილის მარკერების დიფერენციალურ კინეტიკას (ფოსფატიდილსერინის ექსპოზიცია და უჯრედის მემბრანის გამტარიანობა). ტექნიკის შერჩევა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნეკროპტოზური უჯრედებისგან აპოპტოზის გასარჩევად, შეიძლება მოიძებნოს ამ ცნობებში.

გავლენა დაავადებაზე

თაგვის ღვიძლის განყოფილება, რომელიც აჩვენებს რამდენიმე აპოპტოზურ უჯრედს, რომელიც მითითებულია ისრებით

დეფექტური გზები

აპოპტოზური გზების მრავალი განსხვავებული ტიპი შეიცავს უამრავ სხვადასხვა ბიოქიმიურ კომპონენტს, რომელთაგან ბევრი ჯერ კიდევ არ არის გასაგები. ვინაიდან გზა მეტ-ნაკლებად თანმიმდევრული ხასიათისაა, ერთი კომპონენტის ამოღება ან შეცვლა იწვევს ეფექტს მეორეში. ცოცხალ ორგანიზმში ამან შეიძლება გამოიწვიოს დამღუპველი შედეგები, ხშირად დაავადების ან აშლილობის სახით. ყველა დაავადების განხილვა, რომელიც გამოწვეულია სხვადასხვა აპოპტოზური გზების მოდიფიკაციით, არაპრაქტიკული იქნება, მაგრამ თითოეული მათგანის კონცეფცია ერთი და იგივეა: გზის ნორმალური ფუნქციონირება დაირღვა ისე, რომ დაირღვეს უჯრედის ნორმალური აპოპტოზის უნარი. ეს იწვევს უჯრედს, რომელიც ცხოვრობს „გამოყენების თარიღის“ მიღმა და შეუძლია გაამრავლოს და გადასცეს ნებისმიერი გაუმართავი მექანიზმი თავის შთამომავლებს, რაც ზრდის უჯრედის კიბოს ან დაავადების ალბათობას.

თაგვის ღვიძლის ნაწილი შეღებილია უჯრედების აპოპტოზის საჩვენებლად (ნარინჯისფერი)

ამ კონცეფციის ახლახან აღწერილი მაგალითი მოქმედებაში ჩანს ფილტვის კიბოს განვითარებაში, სახელწოდებით NCI-H460. აპოპტოზის პროტეინის X-დაკავშირებული ინჰიბიტორი (XIAP) ზედმეტად გამოხატულია H460 უჯრედული ხაზის უჯრედებში. XIAP-ები უკავშირდებიან კასპაზა-9-ის დამუშავებულ ფორმას და თრგუნავენ აპოპტოზური აქტივატორის ციტოქრომ c-ის აქტივობას, ამიტომ გადაჭარბებული გამოხატვა იწვევს პროაპოპტოზური აგონისტების რაოდენობის შემცირებას. შედეგად, ანტი-აპოპტოზური და პროაპოპტოზური ეფექტორების ბალანსი ირღვევა პირველის სასარგებლოდ და დაზიანებული უჯრედები განაგრძობენ რეპლიკაციას, მიუხედავად იმისა, რომ მიმართულია სიკვდილისკენ. კიბოს უჯრედებში აპოპტოზის რეგულირების დეფექტები ხშირად ხდება ტრანსკრიპციის ფაქტორების კონტროლის დონეზე. როგორც კონკრეტული მაგალითი, მოლეკულების დეფექტები, რომლებიც აკონტროლებენ ტრანსკრიპციის NF-κB ფაქტორს კიბოს დროს, ცვლის ტრანსკრიპციული რეგულირების რეჟიმს და პასუხს აპოპტოზურ სიგნალებზე, რათა შემცირდეს დამოკიდებულება ქსოვილზე, რომელსაც ეკუთვნის უჯრედი. გარე გადარჩენის სიგნალებისგან დამოუკიდებლობის ამ ხარისხმა შეიძლება გამოიწვიოს კიბოს მეტასტაზირება.

p53-ის დისრეგულაცია

ახალშობილთა კარდიომიოციტების ულტრასტრუქტურა ანოქსია-რეოქსიგენაციის შემდეგ

ამ კონცეფციის ახლახან აღწერილი მაგალითი მოქმედებაში ჩანს ფილტვის კიბოს განვითარებაში, სახელწოდებით NCI-H460. აპოპტოზის პროტეინის X-დაკავშირებული ინჰიბიტორი (XIAP) ზედმეტად გამოხატულია H460 უჯრედული ხაზის უჯრედებში. XIAP-ები უკავშირდებიან კასპაზა-9-ის დამუშავებულ ფორმას და თრგუნავენ აპოპტოზური აქტივატორის ციტოქრომ c-ის აქტივობას, ამიტომ გადაჭარბებული გამოხატვა იწვევს პროაპოპტოზური აგონისტების რაოდენობის შემცირებას. შედეგად, ანტი-აპოპტოზური და პროაპოპტოზური ეფექტორების ბალანსი ირღვევა პირველის სასარგებლოდ და დაზიანებული უჯრედები განაგრძობენ რეპლიკაციას, მიუხედავად იმისა, რომ მიმართულია სიკვდილისკენ. კიბოს უჯრედებში აპოპტოზის რეგულირების დეფექტები ხშირად ხდება ტრანსკრიპციის ფაქტორების კონტროლის დონეზე. როგორც კონკრეტული მაგალითი, მოლეკულების დეფექტები, რომლებიც აკონტროლებენ ტრანსკრიპციის NF-κB ფაქტორს კიბოს დროს, ცვლის ტრანსკრიპციული რეგულირების რეჟიმს და პასუხს აპოპტოზურ სიგნალებზე, რათა შემცირდეს დამოკიდებულება ქსოვილზე, რომელსაც ეკუთვნის უჯრედი. გარე გადარჩენის სიგნალებისგან დამოუკიდებლობის ამ ხარისხმა შეიძლება გამოიწვიოს კიბოს მეტასტაზირება.

p53-ის დისრეგულაცია

სიმსივნის სუპრესორული ცილა p53 გროვდება, როდესაც დნმ ზიანდება ბიოქიმიური ფაქტორების ჯაჭვის გამო. ამ გზის ნაწილი მოიცავს ალფა-ინტერფერონს და ბეტა-ინტერფერონს, რომლებიც იწვევენ p53 გენის ტრანსკრიფციას, რაც იწვევს p53 ცილის დონის ზრდას და კიბოს უჯრედების აპოპტოზის გაძლიერებას. p53 ხელს უშლის უჯრედის გამრავლებას უჯრედის ციკლის შეჩერებით G1-ზე, ანუ ინტერფაზაზე, რათა უჯრედს დრო მისცეს გამოსწორებისთვის; თუმცა, ის გამოიწვევს აპოპტოზს, თუ დაზიანება ფართოა და აღდგენის მცდელობები წარუმატებელი იქნება. p53 ან ინტერფერონის გენების რეგულირების ნებისმიერი დარღვევა გამოიწვევს აპოპტოზის დარღვევას და სიმსივნეების შესაძლო წარმოქმნას.

ინჰიბირება

აპოპტოზის დათრგუნვამ შეიძლება გამოიწვიოს რიგი კიბო, ანთებითი დაავადებები და ვირუსული ინფექციები. თავდაპირველად ითვლებოდა, რომ უჯრედების ასოცირებული დაგროვება გამოწვეული იყო უჯრედების პროლიფერაციის ზრდით, მაგრამ ახლა ცნობილია, რომ ეს ასევე გამოწვეულია უჯრედების სიკვდილის შემცირებით. ამ დაავადებებიდან ყველაზე გავრცელებულია კიბო, უჯრედების გადაჭარბებული პროლიფერაციის დაავადება, რომელიც ხშირად ხასიათდება IAP ოჯახის წევრების გადაჭარბებული გამოხატულებით. შედეგად, ავთვისებიანი უჯრედები განიცდიან არანორმალურ პასუხს აპოპტოზის ინდუქციაზე: ციკლის მარეგულირებელი გენები (როგორიცაა p53, ras ან c-myc) მუტაციას ან ინაქტივაციას განიცდის დაავადებულ უჯრედებში და შემდგომი გენები (როგორიცაა bcl-2) ასევე ცვლის მათ ექსპრესიას სიმსივნეებში. ზოგიერთი აპოპტოზური ფაქტორი სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია მიტოქონდრიული სუნთქვის დროს მაგ. ციტოქრომი C. კიბოს უჯრედებში აპოპტოზის პათოლოგიური ინაქტივაცია დაკავშირებულია რესპირატორული მეტაბოლიზმის ხშირ ცვლილებებთან გლიკოლიზისკენ (დაკვირვება, რომელიც ცნობილია როგორც "ვარბურგის ჰიპოთეზა".

HeLa უჯრედი

HeLa[b] უჯრედებში აპოპტოზი ინჰიბირებულია უჯრედის მიერ წარმოებული ცილებით; ეს ინჰიბიტორული პროტეინები მიზნად ისახავს რეტინობლასტომის სიმსივნის დამთრგუნველ ცილებს.[93] ეს სიმსივნის დამთრგუნველი პროტეინები არეგულირებს უჯრედულ ციკლს, მაგრამ ხდება არააქტიური ინჰიბიტორულ ცილასთან შეკავშირებისას. HPV E6 და E7 არის ინჰიბიტორული პროტეინები, რომლებიც გამოხატულია ადამიანის პაპილომავირუსით, HPV პასუხისმგებელია საშვილოსნოს ყელის სიმსივნის ფორმირებაზე, საიდანაც წარმოიქმნება HeLa უჯრედები. HPV E6 იწვევს p53, რომელიც არეგულირებს უჯრედულ ციკლს, ხდება არააქტიური. HPV E7 უკავშირდება რეტინობლასტომის სიმსივნის ჩახშობის პროტეინებს და ზღუდავს მის უნარს გააკონტროლოს უჯრედების გაყოფა. ეს ორი ინჰიბიტორული ცილა ნაწილობრივ პასუხისმგებელია HeLa უჯრედების უკვდავებაზე აპოპტოზის წარმოქმნის ინჰიბირებით.

მკურნალობა

დამატებითი ინფორმაცია კლინიკური პათოლოგიის ტესტის შესახებ, რომელიც ზომავს აპოპტოზს: MiCK ანალიზი

სიგნალიზაციასთან დაკავშირებული დაავადებების პოტენციური სიკვდილის მკურნალობის ძირითადი მეთოდი მოიცავს დაავადებულ უჯრედებში აპოპტოზის მგრძნობელობის გაზრდას ან შემცირებას, იმისდა მიხედვით, არის თუ არა დაავადება გამოწვეული აპოპტოზის ინჰიბიციით ან ჭარბი. მაგალითად, მკურნალობა მიზნად ისახავს აპოპტოზის აღდგენას უჯრედების დეფიციტური სიკვდილის მქონე დაავადებების სამკურნალოდ და აპოპტოზური ზღურბლის გაზრდას უჯრედების გადაჭარბებული სიკვდილით გამოწვეული დაავადებების სამკურნალოდ. აპოპტოზის სტიმულირებისთვის, შეიძლება გაიზარდოს სიკვდილის რეცეპტორების ლიგანდების რაოდენობა (როგორიცაა TNF ან TRAIL), ანტაგონიზაცია მოახდინოს ანტიაპოპტოზურ Bcl-2 გზაზე, ან შემოიტანოს Smac მიმეტიკები ინჰიბიტორის ინჰიბირებისთვის (IAPs).[52] ისეთი აგენტების დამატება, როგორიცაა ჰერცეპტინი, ირესა ან გლივეკი, მოქმედებს უჯრედების ციკლის შეჩერებაზე და იწვევს აპოპტოზის აქტივაციას ზრდისა და გადარჩენის სიგნალის შემდგომი ზევით ბლოკირების გზით. საბოლოოდ, p53-MDM2 კომპლექსების დამატება ანაცვლებს p53-ს და ააქტიურებს p53 გზას, რაც იწვევს უჯრედული ციკლის გაჩერებას და აპოპტოზს. მრავალი განსხვავებული მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას აპოპტოზის სტიმულირებისთვის ან დასათრგუნავად სიკვდილის სასიგნალო გზის გასწვრივ სხვადასხვა ადგილას.

აპოპტოზი არის მრავალსაფეხურიანი, მრავალგზის უჯრედული სიკვდილის პროგრამა, რომელიც თანდაყოლილია სხეულის ყველა უჯრედში. კიბოს დროს, აპოპტოზის უჯრედების გაყოფის თანაფარდობა იცვლება. კიბოს მკურნალობა ქიმიოთერაპიით და დასხივებით კლავს სამიზნე უჯრედებს, ძირითადად, აპოპტოზის ინდუცირებით.

ჰიპერაქტიური აპოპტოზი

მეორე მხრივ, უჯრედების სიკვდილზე კონტროლის დაკარგვამ (რაც ჭარბი აპოპტოზის შედეგია) შეიძლება გამოიწვიოს ნეიროდეგენერაციული დაავადებები, ჰემატოლოგიური დაავადებები და ქსოვილების დაზიანება. ნეირონები, რომლებიც ეყრდნობიან მიტოქონდრიულ სუნთქვას, განიცდიან აპოპტოზს ნეიროდეგენერაციულ დაავადებებში, როგორიცაა ალცჰეიმერი და პარკინსონი. (დაკვირვება, რომელიც ცნობილია როგორც "ინვერსიული ვარბურგის ჰიპოთეზა"). უფრო მეტიც, არსებობს ინვერსიული ეპიდემიოლოგიური თანმხლები დაავადება ნეიროდეგენერაციულ დაავადებებსა და კიბოს შორის. აივ-ის პროგრესირება პირდაპირ კავშირშია ჭარბ, დაურეგულირებელ აპოპტოზთან. ჯანმრთელ ადამიანში CD4+ ლიმფოციტების რაოდენობა დაბალანსებულია ძვლის ტვინის მიერ წარმოქმნილ უჯრედებთან; თუმცა, აივ-დადებით პაციენტებში ეს ბალანსი იკარგება ძვლის ტვინის უუნარობის გამო CD4+ უჯრედების რეგენერაციაში. აივ-ის შემთხვევაში, CD4+ ლიმფოციტები იღუპებიან დაჩქარებული სიჩქარით უკონტროლო აპოპტოზის გამო, სტიმულირებისას. მოლეკულურ დონეზე ჰიპერაქტიური აპოპტოზი შეიძლება გამოწვეული იყოს სასიგნალო გზების დეფექტებით, რომლებიც არეგულირებენ Bcl-2 ოჯახის ცილებს. აპოპტოზური ცილების გაზრდილი ექსპრესია, როგორიცაა BIM, ან მათი დაქვეითებული პროტეოლიზი, იწვევს უჯრედების სიკვდილს და შეიძლება გამოიწვიოს რიგი პათოლოგიები, ეს დამოკიდებულია უჯრედებზე, სადაც ხდება BIM-ის გადაჭარბებული აქტივობა. კიბოს უჯრედებს შეუძლიათ თავი დააღწიონ აპოპტოზს მექანიზმების მეშვეობით, რომლებიც თრგუნავენ BIM-ის ექსპრესიას ან BIM-ის გაზრდილი პროტეოლიზის საშუალებით.

მკურნალობა

მკურნალობა, რომელიც მიზნად ისახავს დათრგუნოს სამუშაოები კონკრეტული კასპაზების ბლოკირებისთვის. და ბოლოს, Akt პროტეინ კინაზა ხელს უწყობს უჯრედების გადარჩენას ორი გზით. Akt აფერხებს და აინჰიბირებს Bad-ს (Bcl-2 ოჯახის წევრი), რის შედეგადაც Bad ურთიერთქმედებს 14-3-3 სკაფოლდთან, რის შედეგადაც ხდება Bcl დისოციაცია და, შესაბამისად, უჯრედების გადარჩენა. Akt ასევე ააქტიურებს IKKα, რაც იწვევს NF-κB გააქტიურებას და უჯრედების გადარჩენას. აქტიური NF-κB იწვევს ანტი-აპოპტოზური გენების გამოხატვას, როგორიცაა Bcl-2, რაც იწვევს აპოპტოზის ინჰიბირებას. აღმოჩნდა, რომ NF-κB ასრულებს როგორც ანტიაპოპტოზურ, ასევე პროაპოპტოზურ როლს, გამოყენებული სტიმულისა და უჯრედის ტიპის მიხედვით.

აივ პროგრესირება

ადამიანის იმუნოდეფიციტის ვირუსის ინფექციის პროგრესირება შიდსში, უპირველეს ყოვლისა, განპირობებულია CD4+ T- დამხმარე ლიმფოციტების დაქვეითებით ისე, რომ ძალზე სწრაფია სხეულის ძვლის ტვინმა უჯრედების შევსება, რაც იწვევს იმუნური სისტემის დაქვეითებას. ერთ-ერთი მექანიზმი, რომლითაც T-დამხმარე უჯრედები იშლება, არის აპოპტოზი, რომელიც გამოწვეულია ბიოქიმიური გზების სერიიდან:

აივ-ის ფერმენტები დეაქტივირებენ ანტი-აპოპტოზურ Bcl-2-ს. ეს პირდაპირ არ იწვევს უჯრედის სიკვდილს, მაგრამ უჯრედს აპოპტოზისთვის უბიძგებს შესაბამისი სიგნალის მიღების შემთხვევაში. პარალელურად, ეს ფერმენტები ააქტიურებენ პროაპოპტოზურ პროკასპაზა-8-ს, რომელიც პირდაპირ ააქტიურებს აპოპტოზის მიტოქონდრიულ მოვლენებს.

აივ-მა შეიძლება გაზარდოს უჯრედული ცილების დონე, რაც იწვევს Fas-ის შუამავლობით აპოპტოზს.

აივ ცილები ამცირებს CD4 გლიკოპროტეინის მარკერის რაოდენობას უჯრედულ მემბრანაზე.

გამოთავისუფლებულ ვირუსულ ნაწილაკებს და ცილებს, რომლებიც იმყოფება უჯრედგარე სითხეში, შეუძლიათ გამოიწვიონ აპოპტოზი ახლომდებარე "მომხილველ" T დამხმარე უჯრედებში.

აივ ამცირებს მოლეკულების გამომუშავებას, რომლებიც მონაწილეობენ უჯრედის აპოპტოზის მარკირებაში, რაც ვირუსს აძლევს დროს რეპლიკაციისთვის და განაგრძობს აპოპტოზური აგენტებისა და ვირიონების გამოთავისუფლებას მიმდებარე ქსოვილში.

ინფიცირებულმა CD4+ უჯრედმა შეიძლება ასევე მიიღოს სიკვდილის სიგნალი ციტოტოქსიური T უჯრედიდან.

უჯრედები ასევე შეიძლება დაიღუპოს ვირუსული ინფექციების პირდაპირი შედეგებით. აივ-1-ის ექსპრესია იწვევს ტუბულარული უჯრედების G2/M გაჩერებას და აპოპტოზს. პროგრესირება აივ-დან შიდსამდე არ არის მყისიერი ან თუნდაც აუცილებლად სწრაფი; აივ-ის ციტოტოქსიური აქტივობა CD4+ ლიმფოციტების მიმართ კლასიფიცირდება როგორც შიდსი, როდესაც მოცემული პაციენტის CD4+ უჯრედების რაოდენობა დაეცემა 200-ზე დაბლა.

იაპონიის კუმამოტოს უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შეიმუშავეს ახალი მეთოდი აივ-ის აღმოსაფხვრელად ვირუსული რეზერვუარის უჯრედებში, სახელწოდებით "ჩაკეტვა და აპოპტოზი". სინთეზირებული ნაერთის ჰეპტანოილფოსფატიდილ L-ინოზიტოლ პენტაკისფოფატის (ან L-Hippo) გამოყენებით აივ ცილა PR55Gag-თან ძლიერად დასაკავშირებლად, მათ შეძლეს ვირუსული კვირტის ჩახშობა. ვირუსული ბუჩქების ჩახშობის გზით, მკვლევარებმა შეძლეს უჯრედში აივ ვირუსის დაჭერა და უჯრედის აპოპტოზის (უჯრედების ბუნებრივი სიკვდილი) გატარების საშუალება. ასოცირებულმა პროფესორმა მიკაკო ფუჯიტამ განაცხადა, რომ ეს მიდგომა ჯერ არ არის ხელმისაწვდომი აივ-ით დაავადებულთათვის, რადგან მკვლევარმა ჯგუფმა უნდა ჩაატაროს შემდგომი კვლევა იმ მედიკამენტური თერაპიის კომბინირების შესახებ, რომელიც ამჟამად არსებობს ამ "ჩაკეტვა და აპოპტოზის" მიდგომასთან, რათა გამოიწვიოს აივ-ისგან სრული გამოჯანმრთელება.

ვირუსული ინფექცია

აპოპტოზის ვირუსული ინდუქცია ხდება მაშინ, როდესაც ცოცხალი ორგანიზმის ერთი ან რამდენიმე უჯრედი ინფიცირებულია ვირუსით, რაც იწვევს უჯრედების სიკვდილს. უჯრედების სიკვდილი ორგანიზმებში აუცილებელია უჯრედების ნორმალური განვითარებისა და უჯრედული ციკლის მომწიფებისთვის. ის ასევე მნიშვნელოვანია უჯრედების რეგულარული ფუნქციებისა და საქმიანობის შესანარჩუნებლად.

ვირუსებს შეუძლიათ გამოიწვიონ ინფიცირებული უჯრედების აპოპტოზი მთელი რიგი მექანიზმების მეშვეობით, მათ შორის:

რეცეპტორის შეკვრა

პროტეინ კინაზა R (PKR) გააქტიურება

ურთიერთქმედება p53-თან

ვირუსული ცილების გამოხატულება დაწყვილებული MH-თანC პროტეინები ინფიცირებული უჯრედის ზედაპირზე, რაც საშუალებას იძლევა ამოიცნონ იმუნური სისტემის უჯრედები (როგორიცაა ბუნებრივი მკვლელი და ციტოტოქსიური T უჯრედები), რომლებიც შემდეგ იწვევენ ინფიცირებულ უჯრედს აპოპტოზისკენ.

ცნობილია, რომ ძაღლების ჭირის ვირუსი (CDV) იწვევს აპოპტოზს ცენტრალურ ნერვულ სისტემაში და ინფიცირებული ძაღლების ლიმფურ ქსოვილში in vivo და in vitro. CDV-ით გამოწვეული აპოპტოზი, როგორც წესი, გამოწვეულია გარეგანი გზის მეშვეობით, რომელიც ააქტიურებს კასპაზებს, რომლებიც არღვევენ უჯრედულ ფუნქციას და საბოლოოდ იწვევს უჯრედების სიკვდილს. ნორმალურ უჯრედებში CDV ჯერ ააქტიურებს კასპაზა-8-ს, რომელიც მუშაობს როგორც ინიციატორი ცილა, რასაც მოჰყვება შემსრულებელი ცილა კასპაზა-3. თუმცა, აპოპტოზი, რომელიც გამოწვეულია CDV-ით HeLa უჯრედებში, არ მოიცავს ინიციატორი ცილა კასპაზა-8. CDV-ით გამოწვეული HeLa უჯრედის აპოპტოზი განსხვავებულ მექანიზმს მიჰყვება, ვიდრე ვერო უჯრედების ხაზებში. კასპაზის კასკადის ეს ცვლილება ვარაუდობს, რომ CDV იწვევს აპოპტოზს შინაგანი გზის მეშვეობით, რაც გამორიცხავს ინიციატორი კასპაზა-8-ის საჭიროებას. სანაცვლოდ, შემსრულებელი ცილა გააქტიურებულია ვირუსული ინფექციით გამოწვეული შინაგანი სტიმულებით და არა კასპაზის კასკადით.

Oropouche ვირუსი (OROV) გვხვდება Bunyaviridae-ს ოჯახში. Bunyaviridae-ს მიერ გამოწვეული აპოპტოზის შესწავლა დაიწყო 1996 წელს, როდესაც დაფიქსირდა, რომ აპოპტოზი გამოწვეული იყო La Crosse ვირუსით ჩვილი ზაზუნების თირკმლის უჯრედებში და ბავშვის თაგვების ტვინში.

OROV არის დაავადება, რომელიც გადაეცემა ადამიანებს შორის ნაკბენის საშუალებით (Culicoides paraensis). მას მოიხსენიებენ, როგორც ზოონოზურ არბოვირუსს და იწვევს ფებრილურ დაავადებას, რომელსაც ახასიათებს უეცარი ცხელება, რომელიც ცნობილია როგორც ოროპუშის ცხელება.

Oropouche ვირუსი ასევე იწვევს კულტივირებული უჯრედების დარღვევას - უჯრედებს, რომლებიც კულტივირებულია განსხვავებულ და სპეციფიკურ პირობებში. ამის მაგალითი ჩანს HeLa უჯრედებში, სადაც უჯრედები იწყებენ დეგენერაციას ინფიცირებიდან მალევე.

გელის ელექტროფორეზის გამოყენებით, შეიძლება აღინიშნოს, რომ OROV იწვევს დნმ-ის ფრაგმენტაციას HeLa უჯრედებში. მისი ინტერპრეტაცია შესაძლებელია Sub/G1 უჯრედების პოპულაციის უჯრედების დათვლით, გაზომვით და ანალიზით. როდესაც HeLA უჯრედები ინფიცირდება OROV-ით, ციტოქრომი C გამოიყოფა მიტოქონდრიის მემბრანიდან, უჯრედების ციტოზოლში. ამ ტიპის ურთიერთქმედება აჩვენებს, რომ აპოპტოზი აქტიურდება შინაგანი გზის მეშვეობით.

იმისათვის, რომ აპოპტოზი მოხდეს OROV-ში, აუცილებელია ვირუსის ამოღება, ვირუსის ინტერნალიზაცია, უჯრედების რეპლიკაციასთან ერთად. ზოგიერთ ვირუსში აპოპტოზი აქტიურდება უჯრედგარე სტიმულით. თუმცა, კვლევებმა აჩვენა, რომ OROV ინფექცია იწვევს აპოპტოზის გააქტიურებას უჯრედშიდა სტიმულის მეშვეობით და მოიცავს მიტოქონდრიას.

ბევრი ვირუსი აკოდირებს ცილებს, რომლებსაც შეუძლიათ აპოპტოზის დათრგუნვა. რამდენიმე ვირუსი კოდირებს Bcl-2-ის ვირუსულ ჰომოლოგებს. ამ ჰომოლოგებს შეუძლიათ დათრგუნონ პროაპოპტოზური ცილები, როგორიცაა BAX და BAK, რომლებიც აუცილებელია აპოპტოზის გასააქტიურებლად. ვირუსული Bcl-2 ცილების მაგალითებია ეპშტეინ-ბარის ვირუსის BHRF1 ცილა და ადენოვირუსის E1B 19K ცილა. ზოგიერთი ვირუსი გამოხატავს კასპაზის ინჰიბიტორებს, რომლებიც აფერხებენ კასპაზის აქტივობას და მაგალითად არის ძროხის ვირუსების CrmA ცილა. მიუხედავად იმისა, რომ უამრავ ვირუსს შეუძლია დაბლოკოს TNF და Fas-ის ეფექტი. მაგალითად, მიქსომა ვირუსების M-T2 პროტეინს შეუძლია დააკავშიროს TNF, რაც ხელს უშლის მას TNF რეცეპტორთან შეკავშირებას და რეაქციის გამოწვევას. გარდა ამისა, ბევრი ვირუსი გამოხატავს p53 ინჰიბიტორებს, რომლებსაც შეუძლიათ p53-ის დაკავშირება და მისი ტრანსკრიპციული ტრანსაქტივაციის აქტივობის დათრგუნვა. შედეგად, p53-ს არ შეუძლია აპოპტოზის გამოწვევა, ვინაიდან მას არ შეუძლია გამოიწვიოს პროაპოპტოზური ცილების ექსპრესია. ადენოვირუსის E1B-55K ცილა და B ჰეპატიტის ვირუსის HBx ცილა არის ვირუსული ცილების მაგალითები, რომლებსაც შეუძლიათ ასეთი ფუნქციის შესრულება.

ვირუსები შეიძლება დარჩეს ხელუხლებელი აპოპტოზისგან, განსაკუთრებით ინფექციის ბოლო ეტაპებზე. მათი ექსპორტი შესაძლებელია აპოპტოზურ სხეულებში, რომლებიც იშლება მომაკვდავი უჯრედის ზედაპირიდან და ის ფაქტი, რომ ისინი ფაგოციტებით არის შთანთქმული, ხელს უშლის მასპინძლის რეაქციის დაწყებას. ეს ხელს უწყობს ვირუსის გავრცელებას. პრიონებმა შეიძლება გამოიწვიონ აპოპტოზი ნეირონებში.

მცენარეები

მცენარეებში უჯრედების დაპროგრამებულ სიკვდილს აქვს მრავალი მოლეკულური მსგავსება ცხოველთა აპოპტოზისთან, მაგრამ მას ასევე აქვს განსხვავებები, მათ შორის აღსანიშნავია უჯრედის კედლის არსებობა და იმუნური სისტემის ნაკლებობა, რომელიც შლის მკვდარი უჯრედის ნაწილებს. იმუნური პასუხის ნაცვლად, მომაკვდავი უჯრედი ასინთეზირებს ნივთიერებებს, რათა დაიშალოს და ათავსებს მათ ვაკუოლში, რომელიც იშლება უჯრედის სიკვდილის დროს. გარდა ამისა, მცენარეები არ შეიცავს ფაგოციტურ უჯრედებს, რომლებიც აუცილებელია აპოპტოზური სხეულების დაშლისა და მოცილების პროცესში. ემსგავსება თუ არა მთელი ეს პროცესი ცხოველთა აპოპტოზს საკმარისად საკმარისად იმისთვის, რომ მოხდეს სახელის აპოპტოზის გამოყენება (უფრო ზოგადი დაპროგრამებული უჯრედის სიკვდილისგან განსხვავებით) გაურკვეველია.

კასპაზის დამოუკიდებელი აპოპტოზი

კასპაზების დახასიათებამ დაუშვა კასპაზის ინჰიბიტორების გამომუშავება, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას განსასაზღვრადუნდა დადგინდეს, მოიცავს თუ არა უჯრედული პროცესი აქტიურ კასპაზებს. ამ ინჰიბიტორების გამოყენებით აღმოჩნდა, რომ უჯრედები შეიძლება მოკვდნენ აპოპტოზის მსგავსი მორფოლოგიის გამოვლენისას კასპაზის აქტივაციის გარეშე. მოგვიანებით კვლევებმა ეს ფენომენი დაუკავშირა მიტოქონდრიიდან AIF-ის (აპოპტოზის გამომწვევი ფაქტორი) გამოყოფას და მის ბირთვში გადატანას მისი NLS-ის (ბირთვული ლოკალიზაციის სიგნალის) შუამავლობით. მიტოქონდრიის შიგნით, AIF მიმაგრებულია შიდა მემბრანაზე. გათავისუფლების მიზნით, ცილა იშლება კალციუმზე დამოკიდებული კალპაინის პროტეაზას მიერ.

იხ.ვიდეო - Apoptotic Pathways  - Genentech BioOncology is currently conducting research on how Apoptosis plays a central role in normal development and tissue homeostasis. Learn more about how this vital cellular process is regulated through cell intrinsic and cell extrinsic pathways.