KONACNA VERZIJA

Uloga oteenja mitohondrija u apoptozi

UVODApoptoza je proces programirane elijske smrti, za koji je potrebna sinteza enzima i proteina, koji uestvuju u njemu. Programirana elijska smrt je zapisana u


elijskom genomu.Apoptoza se moe indukovati faktorima spoljanje sredine ili unutranjim elijskim faktorima. U nekim sluajevima apoptotini stimulansi su spoljanji signali, kao to su vezivanje liganda za receptore smrti na povrini elije. Ovi ligandi mogu biti solubilni faktori ili se mogu vezivati na povrini elije kao na pr. citotoksini T limfociti. T elije indukuju apoptozu kako kod elija zaraenih virusom(u cilju spreavanja irenja infekcije), tako i kod oteenih elija kako bi se suzbila mogunost nastanka kancerogenih elija(od oteenih elija). Apoptoza se takoe moe indukovati citotoksinim enzimima kao to su granzimi. Aktivacijom receptora pokreu se


mehanizni koji prenose signale od elijske membrane do jedra elije. Najpoznatiji membranski receptori za apoptozu su receptori za faktore nekroze tumora (TNF-tumor necrosis factor-to je citokin koji se stvara u procesu zapaljenja). U drugim sluajevima apoptoza se moe pokrenuti unutranjim putem signalima koji se proizvode usled elijskog stresa. Do elijskog stresa moe doi usled izlaganja radijaciji, ili hemikalijama. Takoe stres moe biti posledica izostanka faktora rasta, poremeaj grupe gena koja regulie elijski ciklus ili zbog oksidativnog stresa izazvanog slobodnim radikalima. U kontroli elijske deobe ukljuen je gen p53, koji se jo zove uvar genoma, on pripada grupi tumor


supresorskih gena (spareava nastanak tumora) i ukoliko doe do oteenja elija ili greaka u procesu elijske deobe moe da zaustavi njihovu deobu u fazi G1, dok se greke ne poprave, a ako se one ne mogu popraviti on pokree apoptozu. Njegovom mutacijom mogu nastati neki tumori. U principu unutranji signali iniciraju apoptozu preko mitohondrija. Mitohondrijalne pore su kompleksi izgraeni od proteina koji reguliu apoptozu i svrstavaju se u dve grupe antagonisti smrti i agonisti smrti. Njihova relativna koliina i meusobni odnos predstavljaju prekida koji ukljuuje ili iskljuuje apoptozu. Relativni odnos razliitih Bcl-2 proteina esto moe odrediti da li je neophodno da se indukuje apoptoza.


Uloga mitohondrija u apoptozi

Mitohondrije, najvei generatori elije, privlae veliku panju u poslednjih nekoliko godina, jer dokazi pokazuju da mitohondrije igraju kljunu ulogu u apoptotinoj smrti elija sisara, oslobaanjem apoptogenih faktora, koji se inae uvaju bezbedno unutar mitohondrija. Smatra se da najranije promene na membranama mitohondrija predstavljaju uvod u apoptozu.




ematski prikaz puteva intramembranskih proteina u aktivaciji apoptoze 1

Proapoptotini signali mogu direktno da promoviu destabilizaciju mitohondrijskih lipida, na taj nain favorizuje se formiranje pora na membrani koje omoguavaju oslobaanje IMS(intermembranskih) proteina. Proapoptotini molekuli Bcl-2 mogu se premestiti iz citosola na spoljanju membranu mitohodrija to rezultuje da IMS-proteini budu puteni u citosol. Proapoptotini signali koji su rezultat poremeaja permaebilnosti mitohodrijske membrane


izazivaju otputanje intermembranskih proteina u citosol. Kada se nau u citosolu intermembranski proteini (IMP) imaju sledee puteve: 1. Kaspazno zavisni put Citohrom C utie na stvaranje konformacije apoptozoma - molekulska platforma za aktivaciju kaspaze 9 koja katalie proteolitiko aktiviranje efektorskih kaspaza koje izazivaju apoptozu.


Inicijalna kaspaza 9 (cepa i aktivira molekule kaspaze) se aktivira polimerizacijom molekula APAF1 (apoptosis protease activating factor 1 (APAF-1)) sa proteinskim kompleksom. APAF1 se nalazi u citosolu kao monomer a njegova aktivacija zavisi od prisustva citohroma C i ATP-a. Citohrom C nadgleda respiraciju koja se odvija u mitohodrijama, a njegova koliina u mitohondrijama zavisi od permeabilnosti mitohondrijske membrane. Usled poremeaja permeabilnosti mitohondrijske membrane Cyt C aktivira prethodno pomenuti APAF1 to indukuje apoptozu. Cyt c----- APAF1---- Inicijalna kaspaza 9---- efektorske kaspaze1

Physiological reviews, article: Mitochondrial Membrane Permeabilization in Cell Death, januar 2007. Preuzeto


2. Kaspazno nezavisni put Faktor koji indukuje apoptozu (AIF) i endonukleaza G premetaju se iz citosola u jedro gde favorizuju fragmentaciju molekula DNK.

3. Indirektni aktivatori apoptoze


Proteini koji se vezuju za proteine inhibitore apoptoze. Endoproteaza i protein koji zahteva visoku temperaturu (high temperature requirement protein Htr A2)A2 se vezuju za IAP (inhibitor of apoptosis protein) i time se indukuje apoptoza.

3.1.2012.



Prikaz transporta molekula kroz membranu mitohondrija2

BCL2 molekuliBCL-2 proteini su familija proteina koji su ukljueni u odgovoru na apoptozu. Neki od ovih proteina (kao to Bcl-2, bcl-w i Bcl-KSL) su anti-apoptotini, dok drugi (kao to su Bad, Bak,


ili ponudu) su pro-apoptotine. Osetljivost elija na apoptotine stimuluse mogu zavisiti od balansa pro-apoptotinih i anti-apoptotinih Bcl-2 proteina. Kada postoji viak proapoptotinih proteina elije su osetljivije na apoptozu, a kada postoji viak anti-apoptotinih proteina elije imaju tendenciju da budu otpornije. Viak pro-apoptotinih Bcl-2 proteina na povrini mitohondrija konformacionu promenu mitohondrijskih pora. Pro-apoptotini BCL-2 proteini se nalaze u citosolu gde deluju kao senzori elijskog oteenja ili stresa. Nakon stresa oni se mogu premesti na povrinu mitohondrija gde se nalaze anti-apoptotini proteini. Ova interakcija izmeu pro-apopoptinih i anti-apoptotinih


proteina remeti normalnu funkciju za borbu protiv apoptotinih Bcl-2 proteina i moe da dovede do stvaranja pora u mitohondrijama i oslobaanja intermembranskih proteina. Ako je uzrok smrti elije oteenje DNK, kljuna je uloga proteina p53, koji je u elijama prisutan u inaktivnom obliku. Oteenja DNK potiu nakupljanjem proteina p53 u eliji, zbog ega dolazi do zaustavljanja elijskog ciklusa u G1-fazi i popravljanja oteene DNK ili do pokretanja apoptoze, ako su ta oteenja nepopravljiva. Protein p53 moe pokrenuti apoptozu tako da poremeti odnos proapoptotskih i antiapoptotskih mitohondrijskih proteina bcl-2 ili da indukuje gene koji poveavaju produkciju reaktivnih spojeva kiseonika, koji su snani aktivatori apoptoze.2

Physiological reviews, article: Mitochondrial Membrane Permeabilization in Cell Death, january 2007.



Put aktivacije putem proapoptotskih proteina3

KaspazeKaspaze su proteolitiki enzimi (citoplazmatske cisteinil-aspartatno specifine endoproteaze) koji podstiu apoptozu. U citoplazmi elije nalaze se u obliku proenzima, a mogu


biti aktivirane autokatalitiki ili drugom kaspazom. Svoju potpunu proteolitiku aktivnost postiu kao tetrameri koji nastaju nakon dvostrukog cepanja. Postepena razgradnja u kojoj jedna kaspaza moe aktivirati druge kaspaze, ali i samu sebe, pojaava apoptotski signalni put i dovodi do vrlo brze smrti elije. Inhibitori kaspaza zaustavljaju apoptozu. Danas je poznato 14 lanova familije kaspaza koje se oznaavaju rednim brojevima od 1 do 14, pri emu prokaspaze 2, 8, 9 i 10 ubrajamo u pokretake, a prokaspaze 3, 6 i 7 u izvrne kaspaze. U receptorskom putu prva se aktivira kaspaza 8, a u mitohondrijskom kaspaza 9.


Navedene kaspaze aktiviraju kaspazu 3 (poznatu kao CPP32, Yama i apopain) koja aktivira endonukleazu CAD (engl. caspase activated DNase). U toku apoptoze kaspaza 3 je odgovorna, ili delom ili u potpunosti, za postepenu razgradnju velikog broja proteina u eliji, fragmentaciju DNK i zgunjavanju hromatina.

3

http://www.sgul.ac.uk/depts/immunology/~dash/apoptosis/mito.htm preuzeto 25.12.2011.



Putevi aktivacije kaspaza4

Molekulski put aktivacije apoptoze usled modanog udaraModani udar dovodi do aktivacije programa elijske smrti, koji je uslovljen aktivacijom poli (ADP-riboze) polimeraze-1 (PARP1) i kulminira elijskom smru u kojoj posreduje faktor


koji uzrokuje apoptozu (apoptozni faktor, AIF). Poli (ADP-riboza) -(PAR)- polimer je signal smrti na ovom putu. U ovom obliku elijske smrti, koja se javlja u mnogim sistemima organa tokom ishemije i reperfuzije, PAR polimer se premeta iz nukleusa u citoplazmu i mitohondrije. Ovo dovodi do oslobaanja AIF iz mitohondija, dejstvo koje se inhibira poli (ADPriboza) glikohidrolazom (PARG), enzimom koji razgrauje PAR polimer ispitivano delovanje kalcijumzavisne proteaze, kalpaina I, na oslobaanje AIF. Uloga kalpaina u medijaciji oteenja neurona je kontroverzna


Kalpain I cepa N-terminalni fragment od AIF, to vodi do njegovog oslobaanja iz HSP10 u mitohondrije, to zatim moda ini AIF raspoloivim za oslobaanje iz mitohondrija. Kalpastatin, inhibitor aktivnosti kalpaina obezbeuje neuroprotekciju, to dalje potkrepljuje da kalpain ima ulogu u oslobaanju AIF i daljem neuronskom oteenju nakon modanog udara. Jo jedan faktor u domenu oslobaanja AIF kod modanog udara je ciklofilin A, protein koji ima visoku ekspresiju u citoplazmi i nuklusu neurona. Ciklofilin A je ispitivan u raznim modelima elijske smrti a u Rice-Vannucci modelu eksperimentalnog IMU kod mieva starih 9 dana, deficijencija ciklofilina A imala je neuroprotektivno dejstvo a AIF nije translocirao u4

Apoptosis: controlled demolition at the cellular level, Rebecca C. Taylor, Sean P. Cullen and Seamus J. Martin,


nukleus. Ovi podaci ukazuju na to da je ciklofilin A moda u fizikoj sinergiji sa AIF nakon ishemije ali ne i u normalnim fiziolokim uslovima. BNIP3 pripada grupi sve vee porodice mitohondrijskih signala smrti pod normalnim fiziolokim uslovima, ali ekspresiju proteina BNIP3 izaziva hipoksija. Nakon 90 minuta okluzije ACM kod pacova, nivo BNIP3 je povien 48 sati nakon reperfuzije fokalne ishemije u isheminom tkiva ali ne i u neisheminom tkivu. Redukcija BNIP3 ekspresije kod primarnih kortikalnih kultura odlae neuronsku smrt nakon hipoksije; ali nije ispitana uloga BNIP3 kod deprivacije kiseonika-glukoze, koja se ee koristi in vitro kao model za okluziju ACM. Mogue je daPublished online 12 December 2007.


BNIP3 posreduje u translokaciji EndoG iz mitohondrija . Meutim EndoG antitela nisu detaljnije odreena. Teko je shvatiti kako jedan matriks protein, kao to je EndoG moe imati specifian mehanizam oslobaanja koji ukljuuje BNIP3, ili do translokacije dolazi nakon pucanja membrane mitohondrija.Veruje se da je elijska smrt uslovljena PARP1-om posledica, barem delom, smanjenja nivoa NAD+. I genotoksini stres i deprivacija nutrijenata aktiviraju PARP1 i rezultiraju pranjenjem NAD+. Ali, nivo NAD+ u mitohondrijama se ne smanjuje nakon ovih stresora. Nampt, enzim koji uestvuje u biogenezi NAD+ titi elije od smrti usled genotoksinog stresa, to je posredovano regulacijom mitohondrijskog nivoa NAD+. Pored toga, pokazano je da Nampt


inihibira translokaciju AIF u nukleus nakon genotoksinog stresa. Ove studije istiu vanost ispitivanja subcelularnih nivoa NAD+ nasuprot ukupnim nivoima na


eksperimentalnim modelima modanog udara. Bie zanimljivo utvrditi da li Nampt igra ulogu u


apoptozi nakon ishemije i reperfuzije i da li ima neuroprotektivno dejstvo kod modanog udara.5

Bolesti uzrokovane disfunkcijom mitohodrijaMitohondrije poseduju sopstvenu DNK, koja pored toga to kodiramitohondrijalnu RNK, n osi gene za strukturne proteine koji sumitohondrijalnne enzimske subjedinice. Mutacije u okviru ovih gena izazivaju bolesti . Identifikovano je 60 mitohondrijalnih oboljenja. Nasleuju se preko


mitohondrijalne DNK majke , citoplazmatskim putem. Karakteristino za ova oboljenja je da imaju ozbiljnu kliniku sliku, da nisu esta , prenose se sa majke na decu bez obzira na pol, a sa mukaraca se ne prenose na potomstvo. Neke od mitohondrijalnih bolesti su: Leberova nasledna optika neuropatija (LHON), Alchajmerova bolest (i multifaktorijalno), streptomicinska ototoksinost, gluvoa izazvana aminoglukozidima,


diabetes , Parkinsonova bolest (moe biti izazvana i na druge naine)

Mito-bolesti obino izazivaju ozbiljne, esto po ivot opasne poremeaje koji dovode do invalidnosti. Poto su nervne i miine elije najvei potroai energije u organizmu, mitohondrijalne bolesti su najee neuromiine bolesti. Ali tu nije kraj, esto ugroavaju normalnu funkciju srca, bubrega, jetre, creva, pankreasa... Deca i mladi sa ovim bolestima su veoma bolesni, i podloni su progresivnom starenju, u stvari imaju sindrom ubrzanog starenja.5

Advances in Neuronal Cell Death 2007. Maged M. Harraz, Ted M. Dawson, and Valina L.


Dawson;39:286-288 preuzeto 26.12.2011.


Literatura-Mitochondria and cell death. Edited to VV Brown, DG Nicholls, CE Cooper. Postedon Biochemical Society by Portland Press, London, United Kingdom: 1999,, str. 225.


-Physiological reviews, article: Mitochondrial Membrane Permeabilization in Cell Death, january 2007. -http://www.sgul.ac.uk/depts/immunology/~dash/apoptosis/mito.htm -wikipedia - Apoptosis: controlled demolition at the cellular level, Rebecca C. Taylor, Sean P. Cullen and Seamus J. Martin, Published online 12 December 2007. - Advances in Neuronal Cell Death 2007. Maged M. Harraz, Ted M. Dawson, and Valina L. Dawson;39:286-288


Documents

KONACNA VERZIJA