Informacja

Jak białka kaspazy zabijają komórkę?

Jak białka kaspazy zabijają komórkę?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Wikipedia po prostu mówi…

Aktywne kaspazy efektorowe następnie proteolitycznie degradują wiele białek wewnątrzkomórkowych, aby przeprowadzić program śmierci komórki.

No dobrze, ale jakie części komórki rozszczepiają? A co dzieje się z pozostałymi komponentami wewnętrznymi komórki, zwłaszcza z częściami, które nie ulegają rozcięciu?


Kaspaza nie zabija bezpośrednio komórki, ale raczej aktywuje proces znany jako apoptozalub zaprogramowana śmierć komórki. ten zaprogramowany część ma na celu odróżnienie go od innych rodzajów śmierci komórki, takich jak martwica, które są bardziej niespecyficznym procesem śmierci.

Wracając do kaspaz, są to serie proteaz, które mogą aktywować się kaskadowo w odpowiedzi na sygnał proapoptotyczny.

Aby uprościć sprawę, najpierw aktywuje się sygnał proapoptotyczny kaspazy inicjujące, takie jak kaspaza 8, 9, 10 (plus szereg innych białek).

Te z kolei rozszczepiają innych kaspazy efektorowe, które są tymi, którzy skutecznie robią brudna robota: kaspaza 3, 6 i 7.

Teraz wiele rzeczy dzieje się w tym samym czasie (zobacz ten plik PDF z AbCam, aby zorientować się w złożoności systemu).

Na poziomie nuklearnym masz na przykład:

  • aktywacja enzymów rozszczepiających DNA, takich jak CAD (Dnaza aktywowana kaspazą), która normalnie jest nieaktywna z powodu wiązania się z jego inhibitorem I-CAD. Ta ostatnia jest celem kaspaz efektorowych, a jej degradacja powoduje, że CAD wnika do jądra i rozpoczyna fragmentację DNA.

  • rozszczepienie PARP (polimerazy poli(ADP-rybozy)), enzymu jądrowego zaangażowanego w znajdowanie i naprawę pojedynczych pęknięć w DNA.

  • rozszczepianie lamin (przez kaspazy efektorowe + inne proteazy), białka ważne dla tworzenia blaszki jądrowej i stabilności jądra komórkowego

  • rozszczepienie U1, białka jądrowego niezbędnego do obróbki mRNA.

Bardzo złożone zdarzenia zachodzą również na poziomie mitochondriów: tutaj mamy szereg białek należących do rodziny Bcl-2, które kontrolują apoptozę głównie poprzez regulację poziomu Ca2+ w komórce. Istnieje 25 członków tej rodziny, które można podzielić na dwie „strony”: białka proapoptotyczne, takie jak Bax, Bak i BAD oraz białka antyapoptotyczne, takie jak Bcl-2, Bcl-xL i Bcl-w.

Funkcjonowanie białek Blc-2 jest bardzo złożone i nie jestem na bieżąco z ostatnią literaturą, ale upraszczam, zasadniczo dzieje się tak, że gdy równowaga między białkami antyapoptotycznymi i proapoptotycznymi przesuwa się w kierunku proapoptozy. -, jest:

  • uwolnienie cytochromu c z mitochondriów do cytoplazmy, co może aktywować kaspazy efektorowe.
  • indukcja MPTP (Mitochondrial Permeability Transition Pores), białek, które zwiększają przepuszczalność mitochondriów, co powoduje różnego rodzaju problemy, ostatecznie prowadząc do obrzęku mitochondriów i utraty ich funkcji

Różne zdarzenia prowadzą również do wzrostu stężenia wapnia w cytoplazmie, co może na przykład indukować aktywność endonukleazy aktywowanej wapniem lub innych proapoptotycznych białek zależnych od wapnia.

Nie jest to wyczerpująca lista tego, co się dzieje, ale daje wyobrażenie o złożoności systemu.


Apoptoza czy nekroptoza? Decyduje białko kaspazy-8

Dr Doug Green (po lewej) i dr Bart Tummers piszą o białku, które decyduje o losie komórek.

Pośrednik śmierci komórki

Komórki zabijają się celowo przez cały czas. Zwykle jest to dobra rzecz, ponieważ usuwa chore lub niepotrzebne komórki z organizmu i pomaga uniknąć chorób.

Ale śmierć komórki nie jest prostym wydarzeniem. Może to powodować wiele wyzwalaczy, w tym stres, infekcje i sygnały pronowotworowe. A komórki umierają na różne sposoby. Nadmierne obrażenia mogą zabić komórkę, ale komórki mogą również z własnej woli zdecydować się na śmierć. Jest to stymulowane przez sygnały z wewnątrz lub z zewnątrz i regulowane przez wyrafinowane mechanizmy molekularne, w których śmierć jest „zaprogramowana”. Infekcje i sygnały pronowotworowe wytwarzają czynniki zewnętrzne, które mogą zainicjować dwa rodzaje zaprogramowanej śmierci komórki: apoptozę i nekroptozę. Czy iw jaki sposób te czynniki zewnętrzne zabijają komórkę, zależy od zawiłej zależności między zdarzeniami molekularnymi.

Caspase-8: kat, obrońca

Jednym z głównych decydentów jest kaspaza białkowa-8. Kaspaza-8 zyskuje zdolność rozszczepiania innych białek, gdy komórka jest aktywowana przez sygnały zewnętrzne. Następnie przetwarza białko powodujące śmierć komórki, zwane kaspazą-3, a komórka umiera w wyniku apoptozy.

Jednak kaspaza-8 może również chronić komórki przed śmiercią. W tym celu opiera się na ekspresji białka cFLIPL. W skomplikowany sposób, ekspresja cFLIPL jest indukowana przez te same sygnały zewnątrzkomórkowe, które rządzą śmiercią. Wyrażony cFLIPL zatrzymuje zdolność kaspazy-8 do indukowania apoptozy i życia komórki. Sygnały zewnątrzkomórkowe indukują trzecią aktywację zdarzenia białek RIPK1, RIPK3 i MLKL. Powoduje to śmierć komórki przez nekroptozę.

Komórki, które umierają przez apoptozę „bądź” tuż przed śmiercią.

Komórki umierające przez nekroptozę gromadzą się i „wyskakują”, uwalniając swoją zawartość w otaczającym środowisku.

cFLIPL kieruje kaspazą-8 do rozszczepienia RIPK1 i RIPK3, co zatrzymuje nekroptozę. Ekspresja cFLIPL chroni zatem komórkę zarówno przed apoptotyczną, jak i nekroptotyczną śmiercią komórkową, a jednocześnie umożliwia ekspresję czynników wywołujących stan zapalny.

Komórki, które umierają w wyniku apoptozy „pęcherzyki” tuż przed śmiercią.

Komórki umierające przez nekroptozę gromadzą się i „wyskakują”, uwalniając swoją zawartość w otaczającym środowisku.

Co wisi na włosku?

Wybrany rodzaj śmierci może mieć duży wpływ na odpowiedź immunologiczną organizmu na raka i choroby zapalne. Apoptoza jest na ogół cichym trybem śmierci komórki, otaczające komórki lub układ odpornościowy nie są zaniepokojone. Ale komórki nekroptotyczne mogą zaalarmować otaczające komórki, a to może prowadzić do masywnego stanu zapalnego.

Dlaczego komórki mają tę równowagę? Dlaczego cFLIPL i kaspaza-8 są ważne? Niektóre patogeny mogą zakłócać ekspresję cFLIPL. Może to aktywować kaspazę-8, a komórka umiera w wyniku apoptozy. Inne patogeny zakłócają funkcję kaspazy-8. Kaspaza-8 nie może już blokować RIPK1 i RIPK3, a równowaga przechyla się w kierunku nekroptozy. To zabija zakażoną komórkę, zabierając „dom” patogenu, ostrzega otaczające komórki i stymuluje przyciąganie komórek odpornościowych, które mogą tworzyć obronę przed patogenem. Jak na razie dobrze. Ale co się dzieje, gdy patogeny zakłócają nekroptozę? Czy ciało pozostaje zakażone? Na szczęście nie.

Komórki mają inne sposoby sygnalizowania układowi odpornościowemu infekcji. A układ odpornościowy usunie infekcję. Jednakże, gdy nowotwory eliminują ekspresję RIPK3, są również chronione przed nekroptozą. Komórki odpornościowe są wytrenowane, aby nie atakować komórek pochodzących z organizmu, więc komórki rakowe nie zostaną usunięte przez układ odpornościowy. Wiele typów raka wykorzystuje tę strategię zmniejszania ekspresji RIPK3, aby uniknąć nekroptozy. Opcją może być zahamowanie ekspresji cFLIPL, tak aby komórki rakowe mogły umrzeć w wyniku apoptozy. Niestety daje to poważne skutki uboczne, ponieważ dotyczy to również zdrowych komórek. Należy zatem opracować inne strategie. A to wymaga jeszcze głębszego zrozumienia, w jaki sposób regulowane są te skomplikowane mechanizmy molekularne. Identyfikacja innych cząsteczek, interakcji lub terapii może prowadzić do opracowania innowacyjnej strategii leczenia raka.

W niedawnym artykule przeglądowym w Recenzje immunologiczne, przyjrzymy się bliżej złożonemu współzależności między kaspazą-8, FADD i cFLIP w różnych typach śmierci komórkowej i zapaleniu. Przeczytaj artykuł przeglądowy.

O autorze

Dr Douglas Green jest przewodniczącym Wydziału Immunologii, współkierownikiem Programu Biologii Nowotworów i Katedry Immunologii Petera C. Doherty Endowed w St. Jude Children’s Research Hospital, a ostatnio został wybrany do Narodowej Akademii Nauk. Zobacz pełną biografię.

Powiązane posty

Dla rosnącej liczby dzieci, które przeżyły raka, pięcioletnie przeżycie to dopiero początek

Markery odpornościowe dostarczają wskazówek dotyczących wytwarzania przeciwciał w odpowiedzi na grypę

Czego dowiedzieliśmy się o ubytku słuchu i funkcjach poznawczych u dzieci


Kaspazy

Wstęp

Kaspazy definiują klasę proteaz cysteinylowych należących do rodziny C14 według klasyfikacji Barrett i Rawlings Barrett (1997). Enzymy te mają absolutne zapotrzebowanie na resztę kwasu asparaginowego w pozycji P1 wiązania scissile. Jak dotąd rodzina genów kaspaz zawiera 11 ludzkich członków, których można podzielić na trzy grupy. Grupa 1 (kaspazy 1, 4 i 5) składa się z enzymów biorących udział w regulacji stanu zapalnego. Grupa 2 (kaspazy 2, 3 i 7) oraz grupa 3 (kaspazy 6, 8, 9 i 10) składają się z kaspaz regulujących apoptozę. Kaspazy 11 i 12 są białkami mysimi, których kaspazy 5 i 4 mogą być ludzkimi odpowiednikami. Najnowszy dodatek do ludzkich kaspaz, kaspaza-14, wydaje się nie być zaangażowany w regulację apoptozy lub zapalenia, ale może odgrywać rolę w różnicowaniu komórek Eckhart i wsp. (2000). Kaspaza-13, początkowo mylona z ludzkim białkiem Koenig i wsp. (2001), najprawdopodobniej odpowiada bydlęcej ortologowi ludzkiej kaspazy-4.

Ostatnie dowody wskazują, że niektóre z kaspaz zaangażowanych w indukcję apoptozy w niektórych systemach komórkowych są wymagane do programów różnicowania w innych. Przeżycie komórek, które aktywowały swoje kaspazy, nie jest całkowicie zrozumiałe, ale może odbywać się za pośrednictwem cięcia niekonwencjonalnych substratów kaspaz, takich jak RasGAP, które po rozszczepieniu generują sygnały antyapoptotyczne Yang i Widmann (2001).


Jak białka rozmawiają ze sobą: kaspaza-3 rozszczepia się w nieprzewidziany sposób

Badacze z Burnham Institute for Medical Research zidentyfikowali nowe miejsca cięcia dla enzymu kaspazy-3 (enzymu, który proteolitycznie rozszczepia docelowe białka). Stosując zaawansowaną technikę proteomiczną zwaną N-terminomics, dr Guy Salvesen, profesor i dyrektor programu badań nad apoptozą i śmiercią komórek w wyznaczonym przez NCI Burnham's Cancer Center, wraz z kolegami określili miejsca cięcia na docelowych białkach i stwierdzili, że jest to sprzeczne do poprzedniego zrozumienia, że ​​kaspaza-3 celuje w helisy α, a także nieustrukturyzowane pętle. Ponadto naukowcy odkryli, że kaspaza-3 i substraty, z którymi się wiąże, współewoluowały.

Artykuł ukazał się 20 września w czasopiśmie Biologia strukturalna i molekularna natury.

Przed przystąpieniem do tego badania naukowcy uważali, że proteazy rozszczepiają przede wszystkim nieustrukturyzowane pętle, niestabilne części białek, które są łatwo dostępne. Odkrycie, że kaspaza-3 rozszczepia również helisy α, jest sprzeczne z obecnym dogmatem i oferuje nowy wgląd w szlaki sygnałowe białek.

„To była wielka niespodzianka, ponieważ proteaza nie powinna się chwycić w spiralę” – powiedział dr Salvesen. „Odkryliśmy, że podstawowa koncepcja, że ​​nie rozszczepiają się na helisy, jest błędna. Jednak chociaż odkryliśmy, że proteazy mogą rozszczepiać helisy, nie wierzymy, że jest to ich funkcja biologiczna”.

Oprócz określenia miejsc rozszczepienia zespół ustalił również, które interakcje były „biologicznie istotne”. Innymi słowy, które rozszczepienia zmieniły funkcję białka docelowego, a które miały niewielki wpływ.

Zespół przetestował ludzką kaspazę-3 i proteazę glutamylo-glutamylową Staphylococcal (GluC) przeciwko Escherichia coli (E coli) proteosom. W drugim zestawie substrat ludzkiej kaspazy był prowokowany ludzką kaspazą-3. Naukowcy odkryli miejsca rozszczepienia za pomocą proteomiki N-terminalnej (N-terminomika), w której rozcięte substraty są znakowane na odsłoniętej krawędzi (N-terminal) i analizowane za pomocą spektrometrii masowej. Dane z tych testów porównano następnie z listami substratów w Protein Data Bank. Warto zauważyć, że kaspaza-3 nie pękła E coli białka tak skutecznie, jak białka ludzkie. Jednakże, gdy hybryda ludzka/E coli białka zostały skonstruowane, rozszczepienie uległo znacznej poprawie, co doprowadziło naukowców do wniosku, że kaspaza-3 współewoluowała z ludzkimi substratami.

Ponieważ zmieniają one funkcje innych białek, proteazy, takie jak kaspaza-3, mają kluczowe znaczenie dla sygnalizacji komórkowej. Zrozumienie, w jaki sposób i gdzie stykają się z białkami docelowymi, zwiększa naszą zdolność do zrozumienia postępu chorób.


Implikacje zmienności między komórkami w komputerowym modelowaniu śmierci komórki

Modele biologii systemów sygnalizacji komórkowej i zachowań komórkowych zostały zbudowane przy użyciu kilku strategii. 19 W przypadku modeli obliczeniowych zarówno apoptozy zewnętrznej (indukowanej przez ligandy), jak i wewnętrznej (indukowanej uszkodzeniem), strategie obejmują logikę Boole'a lub logikę rozmytą, 20, 21, 22 opartą na danych 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 lub algorytmy bayesowskie. 31 Każda metoda jest odpowiednia dla konkretnego typu pytania, ale podejściem modelowania, które najłatwiej można odnieść do podstawowych mechanizmów molekularnych, jest zastosowanie układu równań różniczkowych zwyczajnych (ODE). System ODE matematycznie koduje reakcje biochemiczne, które są rozumiane lub zakładane, że zachodzą przy podejmowaniu decyzji o śmierci/przeżyciu komórki. 32, 33 Opublikowano wiele modeli ODE śmierci komórkowej indukowanej ligandem, symulujących i przewidujących odpowiedź śmierci komórkowej na ligand Fas (FasL), ligand indukujący apoptozę związany z TNF (TRAIL) lub czynnik martwicy nowotworu (TNF) w różnym stopniu szczegółów. 7, 10, 34, 35, 36, 37, 38

Większość modeli ODE podsumowuje serię reakcji biochemicznych zachodzących w czasie, a zatem symuluje odpowiedź dynamika w sieci sygnalizacyjnej. Warto zauważyć, że jedna instancja modelu reprezentuje jedną instancję sieci biochemicznej, a zatem reprezentuje jedna komórka. W związku z tym wyniki symulacji należy porównać z pomiarami eksperymentalnymi charakteryzującymi dynamiczne zachowanie pojedynczych komórek.

Którą komórkę powinien próbować zrekapitulować model: komórka pasująca do pomiarów uśrednionych dla populacji, czy może „typowa” komórka? Choć pozornie wybredna, jest to kluczowa decyzja w kontekście modeli śmierci komórki, głównie dlatego, że niektóre mierzalne etapy procesu śmierci komórki, takie jak aktywacja kaspazy-3, mają charakter „wszystko albo nic”, o czym mówiliśmy. w poprzedniej sekcji. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli istnieje znaczna zmienność między komórkami w modelowanym procesie śmierci komórki, zwłaszcza jeśli odpowiedzi komórkowe są asynchroniczne, może nie istnieć żadna pojedyncza komórka w populacji, która reaguje zachowaniem śledzącym zmierzoną średnią ( Figura 2b). Jednym z wyraźnych przykładów ryzyka polegania na pomiarach populacyjnych przy opracowywaniu modeli śmierci komórkowej ODE jest koncepcja „WE50' (lub połowa maksymalnego stężenia efektywnego). Na WE50 w przypadku pewnego leku lub ligandu wywołującego śmierć komórki połowa leczonych komórek umiera, ale najprawdopodobniej żadna komórka nie umiera w połowie. W związku z tym dopasowanie modelu wyłącznie do pomiaru średniej populacji może być udaremnionym ćwiczeniem i może dać model, który nie zachowuje się jak żadna komórka w populacji.

A jeśli jedyne dostępne dane ilościowe pochodzą z testów populacyjnych? Jak omawiamy w Ramce 1, ostatnie prace wskazują na sposoby analizowania danych populacyjnych w celu wywnioskowania, czy istnieje niejednorodność w interesujących odpowiedziach komórkowych. Można tego dokonać, interpretując krzywą dawka-odpowiedź lub analizując statystycznie powtarzane pomiary na małej liczbie komórek (ramka 1). Niemniej jednak, jak powinniśmy zatem porównywać wyniki symulacji modelowej z danymi populacyjnymi? Jednym z obiecujących podejść do modelowania heterogenicznych odpowiedzi komórek jest uruchomienie modeli „populacji” w celu podsumowania zachowania populacji komórek. W tym podejściu zestawy wielu symulacji tego samego modelu ze zmianami parametrów reprezentatywnych dla źródeł zmienności między komórkami (źródła tej zmienności są omówione w następnej sekcji) są wykorzystywane do przybliżenia zachowania zespołu komórek. 11, 39, 40, 41, 42, 43, 44 Uśrednione wyniki symulacji można porównać z pomiarami średniej populacji lub, gdy dostępne są dane z pojedynczej komórki, zestawy symulacji można bezpośrednio porównać z zestawami danych z pojedynczej komórki. W tym celu, niedawny rozwój podejść Bayesowskich i Monte Carlo Markowa do estymacji parametrów, gdzie dystrybucje możliwych wartości parametrów uzyskuje się, obliczając najlepsze dopasowania do dystrybucje pomiarów jednokomorowych, powinny okazać się szczególnie przydatne. 45

Ramka 1. Ocena niejednorodności między komórkami z wykorzystaniem pomiarów populacyjnych

Tradycyjna interpretacja wyniku testu populacyjnego polega na tym, że określa on oczekiwane lub średnie zachowanie komórek. Jednak obecność heterogeniczności między komórkami można nadal wykryć dzięki starannemu projektowaniu eksperymentów i przemyślanej inspekcji danych populacyjnych.

Niejednorodność pojedynczych komórek na podstawie krzywych dawka-odpowiedź

Jednym ze sposobów określenia, czy odpowiedzi komórkowe różnią się między komórkami, jest dokładne zbadanie krzywych dawka-odpowiedź, które można sparametryzować za pomocą konwencjonalnej logistycznej funkcji sigmoidalnej (równanie 1 i rycina 1a).

Tutaj, tak mierzy odpowiedź komórek w dawce D (np. żywotność komórek przy danym stężeniu leku), mi0 oraz miinf są teoretycznymi minimalnymi i maksymalnymi efektami zdefiniowanymi przez górną i dolną asymptotę krzywej odpowiedzi, WE50 to dawka, przy której efekt połowy maksymalnego (mi50) jest obserwowany i HS jest współczynnikiem nachylenia wzgórza. Mimo że mi0 jest wymierny, jako efekt braku leków, miinf jest szacowany na podstawie krzywej dawka-odpowiedź lub z mimaks, maksymalna wymierzony efekt. W przypadku pomiarów żywotności, jeżeli teoretyczny maksymalny efekt (miinf) jest suboptymalna, a zatem nie osiąga zera lub 100% (w zależności od tego, czy odpowiednio bodziec promuje, czy hamuje śmierć komórki), wówczas w populacji komórek musi występować niejednorodność.

Podczas pomiaru sygnału lub wyniku, który nie ma charakteru binarnego ani kategorycznego, bardziej wymowne mogą być inne, bardziej subtelne wskaźniki. Ostatnio Fallahi-Sichani i in. 76 wykazały, że dla względnej żywotności komórek nowotworowych leczonych inhibitorami szlaku kinazy 3-fosfatydyloinozytolu-4,5-bisfosforanu (PI3K), płytka krzywa dawka-odpowiedź była związana ze zmiennością między komórkami w stopniu hamowania sygnału. W przypadku konkurencyjnych inhibitorów kinaz można by oczekiwać, że krzywa dawka-odpowiedź będzie dobrze dopasowana z HS z 𢏁 płytka krzywa miałaby HS 〈〈 1 (np. Rysunek Ramka 1). Fallahi-Sichani i in. 76 stwierdził, że nachylenie krzywej dawka-odpowiedź dla niektórych celów PI3K/Akt/ssaków inhibitorów szlaku rapamycynowego było szczególnie płytkie, z HS 〈〈 1 dla kilku linii komórek rakowych. Analizy pojedynczych komórek wykazały, że odpowiedź na te konkretne inhibitory szlaku PI3K miała większe współczynniki zmienności, co wskazuje na większą zmienność między komórkami w populacji.

Niejednorodność pojedynczej komórki z profilowania stochastycznego

Wiele technik eksperymentalnych jest wrażliwych na obfitość materiału wyjściowego, co ogranicza ich przydatność do analizy pojedynczych komórek. Sprytnym podejściem do obejścia tych ograniczeń i wywnioskowania zmienności w populacji komórek jest wykonanie kilku pomiarów na próbkach kilku komórek (10�) i ilościowe określenie zmienności między próbkami. Podejście statystyczne, określane jako „profilowanie stochastyczne”, ujawnia niejednorodność, a dokładniej bimodalność, w rozkładzie odpowiedzi w populacji komórek. 77 Niejednorodność jest wykrywana, gdy rozkład uzyskany z 12 do 15 powtórzeń pomiarów z małych populacji komórek jest szerszy niż oczekiwano na podstawie prostego próbkowania i błędu pomiaru (rysunek ramka 1b). 78 Stosując to podejście, Bajikar i in. wykorzystali dane dotyczące ekspresji genów z mikromacierzy z próbek 10 komórek 78 i wnioskowanie o maksymalnym prawdopodobieństwie, aby ujawnić zaskakująco duże spektrum stanów regulacyjnych pojedynczych komórek w komórkach nabłonka sutka w strukturach groniastych. Niektóre z tych stanów regulacyjnych były powszechne (�% komórek w każdej strukturze groniaka), inne stany były rzadkie (tylko 𢏁 na 40 komórek)79 i dlatego nie były wcześniej obserwowane ani opisane. Heterogeniczność pojedynczych komórek w ekspresji genów można zatem wydzielić z eksperymentów populacyjnych przy użyciu modeli danych statystycznych oczekiwanych rozkładów pomiarów.

Podsumowując, porównując wyniki symulacji i eksperymentów, modelarze obliczeniowi powinni zadać sobie pytanie: czy dane są półilościowe, ilościowe czy jakościowe? Czy dane dostarczają informacji jednokomórkowych? Jeśli tak, czy dostarczają informacji o dynamice pojedynczej komórki? Każdy rodzaj pomiaru może być przydatny, ale znajomość jego zawartości informacyjnej pozwoli modelarzowi porównać dane z odpowiednimi wynikami modelowania. Ostatnią kwestią, której jeszcze nie zajęliśmy się, jest to, że aby dokładnie przewidzieć wyniki eksperymentów, musimy dokładnie zrozumieć, jaką aktywność mierzy każdy test. Wracając do naszego przykładu aktywacji kaspazy omówionego w poprzedniej sekcji, trzeba wiedzieć: (1) czy test mierzy aktywność określonej kaspazy, czy jest to pomiar całkowitej aktywności kaspazy (nawet substratów specyficznych dla kaspazy mają tendencję do reaktywności krzyżowej z innymi kaspazami), 46 i (2) czy test mierzy rozszczepienie kaspazy, aktywność kaspazy lub nagromadzony produkt rozszczepienia kaspazy. Na przykład wiadomo, że cięta polimeraza poli(ADP-rybozy), produkt aktywności kaspazy efektorowej, jest względnie stabilny, a zatem może trwać jako dowód przeszłej aktywności kaspazy. W przeciwieństwie do tego, cięta kaspaza-3 sama w sobie jest stosunkowo niestabilna, a dowody jej aktywacji mogą zniknąć z czasem, jeśli są monitorowane wyłącznie poprzez obfitość ciętej kaspazy-3. W rzeczywistości, modelowanie przewidziało, a eksperymenty potwierdziły, że krótki okres półtrwania kaspazy-3 jest ważny dla dynamiki śmierci komórki: jeśli usunie się domenę ligazy ubikwityny E3 z XIAP odpowiedzialną za znakowanie kaspazy-3 pod kątem degradacji, komórki mogą tracą dynamikę śmierci komórkowej i mogą przetrwać z uszkodzonymi białkami i DNA. 8 Równie ważne, jak porównywanie średnich populacji ze średnimi symulacji i porównywanie jednokomórkowych zestawów danych z zestawami pojedynczych egzemplarzy modelu, dokładne parowanie mierzonych i modelowanych jednostek jest kluczem do rozwoju wysokiej jakości modeli.


Ameryki

Strona będzie wyświetlana w języku angielskim.

Używamy tych plików cookie, aby zapewnić bezpieczne i prawidłowe działanie naszej witryny. Są one niezbędne do działania naszych usług i nie można ich wyłączyć w naszych systemach. Zazwyczaj są one ustawiane tylko w odpowiedzi na wykonane przez Ciebie czynności, które sprowadzają się do żądania usług, takich jak logowanie, korzystanie z koszyka lub wypełnianie formularzy. Możesz ustawić przeglądarkę tak, aby blokowała lub ostrzegała Cię o tych plikach cookie, ale niektóre części naszych usług nie będą działać bez nich. Podobnie jak inne używane przez nas pliki cookie, absolutnie niezbędne pliki cookie mogą być plikami cookie pierwszej strony lub plikami cookie stron trzecich.

Używamy tych plików cookie, aby zapamiętać Twoje ustawienia i preferencje. Na przykład możemy używać tych plików cookie, aby zapamiętać Twoje preferencje językowe.
Zezwalaj na pliki cookie preferencji

Używamy tych plików cookie do zbierania informacji o tym, w jaki sposób korzystasz z naszych usług oraz aby pomóc nam je mierzyć i ulepszać. Na przykład możemy użyć tych plików cookie, aby ustalić, czy wchodziłeś w interakcję z określoną stroną.
Zezwalaj na pliki cookie dotyczące wydajności/statystyki

My i nasi partnerzy reklamowi używamy tych plików cookie do dostarczania reklam, aby były one bardziej odpowiednie i zrozumiałe dla Ciebie oraz do śledzenia skuteczności naszych kampanii reklamowych, zarówno w naszych usługach, jak i w innych witrynach internetowych i mediach społecznościowych.
Zezwalaj na marketingowe pliki cookie


Perspektywy

Białka zawierające tylko BH3 są niezbędne do inicjowania apoptozy na szlaku mitochondrialnym. Wyjaśnienie, które z proapoptotycznych białek BH3 są niezbędne do zabijania komórek nowotworowych za pomocą konwencjonalnych i celowanych środków przeciwnowotworowych, może dostarczyć cennego wglądu w to, dlaczego niektóre terapie są skuteczne u niektórych pacjentów, a zawodne u innych. W erze mimetyków BH3 wiedza ta pomoże dostosować stosowanie racjonalnej terapii skojarzonej i zwiększyć skuteczność terapeutyczną przy jednoczesnym ograniczeniu uszkodzeń obocznych zdrowych tkanek.


Perspektywy

LCD od dawna jest pomijany jako tryb regulowanej śmierci komórek. Niemniej jednak zaczyna się wreszcie pojawiać jego regulacja i ścisłe powiązania z innymi szlakami śmierci komórkowej. Jak omówiono powyżej i omówiono w innym miejscu (Boya i Kroemer, 2008 Česen i in., 2012 Kirkegaard i Jäättelä, 2009 Yamashima i Oikawa, 2009), LCD pełni ważne funkcje fizjologiczne i przyczynia się do wielu chorób zwyrodnieniowych i zakaźnych (patrz Plakat). Niemniej jednak może stanowić alternatywną strategię leczenia raków opornych na apoptozę i wielolekoopornych (Groth-Pedersen i Jaattela, 2010 Kallunki i wsp., 2012 Kreuzaler i Watson, 2012). Jednak nadal potrzebna jest duża ilość podstawowych badań, aby podnieść naszą wiedzę na temat złożonej regulacji stabilności lizosomalnej do poziomu, który pozwala na optymalne zaprojektowanie terapii ukierunkowanych na LCD.


Jak białka kaspazy zabijają komórkę? - Biologia

Samobójstwo i zabójstwo: apoptoza i martwica

Jeśli zaprogramowaną śmierć komórki można uznać za samobójstwo, w którym komórki zabijają się same w określonych warunkach fizjologicznych lub patologicznych, martwicę można uznać za zabójstwo. Zabójcą jest wysoka temperatura, niski poziom tlenu, niedobór składników odżywczych lub inne czynniki fizyczne lub chemiczne. Jeśli chodzi o komórki wewnętrzne, samobójstwo i zabójstwo są oczywiście różne, szczególnie pod względem morfologii (patrz poniżej).

W cytoplazmie apoptozy jądro i błony zmieniają się wraz ze zmianami czynników biochemicznych i fizycznych. We wczesnej fazie apoptozy komórki rozszerzają się i obracają, odrywają się od sąsiednich komórek i kurczą. W cytoplazmie retikulum endoplazmatyczne rozszerza się i zamienia w wakuolę. W jądrze chromatyna kondensuje sierpowato wokół błon jądrowych i staje się bardziej zasadochłonna. W końcu jądro pęka na fragmenty, które są owinięte błonami jądrowymi. Na błonach komórkowych komórki odrywają się, a błony stają się bardziej aktywne i wnikają. Zmiany te prowadzą do konwersji z nienaruszonej komórki do ciał apoptotycznych, w których znajdują się pofragmentowane składniki komórkowe. W warunkach fizjologicznych na błonach komórkowych zachodzą pewne reakcje regulacyjne, które indukują ciała apoptotyczne rozpoznawane i trawione przez fagocyty, nie wywołując reakcji zapalnych.

Autofagia to proces, w którym część cytoplazmy i organelli ulega serii degradacji w lizosomach. Charakteryzuje się tym, że fagosomy powstają w małych wakuolach, ER ulega dyspersji i umiarkowanie kondensuje chromosomy. Chociaż cytoszkielet ulega dezagregacji w autofagii, degradacja cytoszkieletu jest mniej oczywista niż w przypadku apoptozy.

Martwica prowadzi do ekspansji organelli, takich jak mitochondria, pękania błon i poważnej utraty składników komórkowych z reakcjami zapalnymi w otaczających tkankach. W niektórych przypadkach łatwo jest odróżnić apoptozę od martwicy. Jednak w niektórych przypadkach prawie niemożliwe jest upewnienie się, czy komórki same się zabijają, czy też są zabijane, ponieważ umierające komórki mają cechy zarówno apoptozy, jak i martwicy.

Mechanizm: szlaki transdukcji sygnału

Jak każdy inny mechanizm biologii molekularnej, mechanizm apoptozy jest skomplikowany i obejmuje wiele cząsteczek. W większości akceptowane są dwa rodzaje apoptozy: apoptoza indukowana przez receptory śmierci lub apoptoza indukowana czynnikami zewnątrzkomórkowymi oraz apoptoza indukowana przez mitochondria lub apoptoza indukowana czynnikami wewnątrzkomórkowymi. Chociaż zdarzenia poprzedzające dwa style apoptozy są różne, oba prowadzą do aktywacji kaspaz. W normalnych komórkach apoptoza jest ściśle kontrolowana, a kaspazy znajdują się w nieaktywowanym stanie proenzymatycznym. Kiedy kaspazy są aktywowane, co oznacza początek apoptozy, dochodzi do kaskadowych reakcji i wyzwala nieodwracalną apoptozę.

Odnosi się do tego, że pewne ligandy śmierci (np. ligandy Fas, TNF-a i TRAIL) oddziałują z receptorami śmierci na powierzchni komórki (np. członkowie nadrodziny TNF [czynnik martwicy guza]) w celu wywołania apoptozy. Różne szlaki sygnałowe aktywowane przez różne receptory śmierci są podobne. Wiązanie receptorów i ligandów prowadzi do powstania ceramidu. Uważa się, że uwalnianie ceramidu przyspiesza fuzję tratw lipidowych i gromadzi receptory śmierci. Uważa się, że ta agregacja wzmacnia sygnał apoptozy. Chociaż w niektórych komórkach, takich jak limfocyty, nie dochodzi do agregacji receptorów, wywołuje to apoptozę. W większości przypadków do aktywacji typowego procesu apoptozy niezbędne jest wzmocnienie szlaków transdukcji sygnału.

Po związaniu z ligandami receptor dokonuje zmiany konformacyjnej i „domena śmierci” odsłania. Jednocześnie rekrutowane są różne białka apoptozy. Ten kompleks białkowy nazywa się DISC (kompleks sygnalizacyjny wywołujący śmierć). W końcu rekrutuje określony rodzaj kaspaz, zwykle prekursora kaspazy-8 i prowadzi do aktywacji kaspazy-8 i inicjacji apoptozy.

Wiązanie TNF-α z receptorem TNF-1 prowadzi do tripolimeryzacji i wewnątrzkomórkowej agregacji domen śmierci. Po zmianie konformacyjnej TNF R-1 rekrutuje białko adaptacyjne zwane TRADD (domena śmierci związana z TNFR). TRADD następnie rekrutuje więcej różnych białek, takich jak TRAF 2 w dół (czynnik 2 związany z TNF), i aktywuje szlaki sygnałowe NF-κB i JNK. TRADD może wiązać się z FADD (białkiem domeny śmierci związanej z Fas) i rekrutować prekursor kaspazy-8 poprzez interakcje białko-białko i tworzyć kompleks DISC. W procesie tworzenia DISC prekursory kaspazy-8 rozpadają się na aktywną kaspazę-8, która następnie jest uwalniana do cytoplazmy i wyzwala dalsze reakcje kaskadowe. Ścieżka apoptozy FADD może być hamowana przez FLIP (białko hamujące wszy). FLIP jest analogiczny do kaspazy-8 i braku aktywności proteolitycznej. Może hamować apoptozę poprzez hamowanie interakcji FADD i prekursora kaspazy-8.

Szlak, za pomocą którego ligandy Fas (FasL lub CD95) aktywują apoptozę, jest podobny do szlaku TNF. Wiązanie ligandów przyspiesza agregację receptorów, tworzenie DISC i aktywację kaskadowych reakcji kaspaz. Jednak szlak sygnałowy receptora Fas jest prostszy. Białko adapterowe FADD wiąże się bezpośrednio z domeną śmierci receptora Fas, bez obecności TRADD. Receptory Fas wydają się działać tylko w apoptozie, w przeciwieństwie do receptorów TNF, które uczestniczą również w innych szlakach sygnałowych. Tak samo, proces ten może zostać zahamowany przez FLIP.

W komórkach, które odpowiadają na Fas, komórki typu Ⅰ, takie jak tymocyty, kaspaza-8 jest wystarczająco aktywowana przez Fas i prowadzi do apoptozy. W tych komórkach wysoki poziom Bcl-2 nie może hamować apoptozy indukowanej przez Fas. W komórkach typu Ⅱ, takich jak hepatocyt, kaspaza-8 nie jest wystarczająco aktywowana przez Fas, dlatego sygnały apoptozy w tych komórkach muszą być wzmacniane przez mitochondria apoptozy. Aktywowana kaspaza-8 prowadzi do rozszczepienia cyplazmatycznego Bid i zamienia go w tBid (skrócona Bid). tBid wnika do mitochondriów i uwalnia cytochrom C, który następnie wzmacnia sygnały apoptozy.

W wielu komórkach TRAIL (ligand indukujący apoptozę związany z TNF) może wiązać się z receptorem DR4 i DR5 i wyzwalać szybką apoptozę. Co ciekawe, istnieją pewne receptory wabików, które konkurują z DR4 i DR5. These decoy receptors are called DcR1 and DcR2. Both of them can bind to TRAIL ligands and do not trigger apoptosis, because DcR1 doesn't have intracellular domain and the death domain of DcR2 is truncated for that four of the six amino acids which are necessary for recruiting the adaptor proteins are missed.

NF-κB is an inhibitor of apoptosis. Typically, NF-κB binds inhibitor IkB which presents in cytoplasm. With inducement of TNF, IkB is phosphorylated and then degraded via ubiquitin pathway. Free dimer of Nf-κB is released and transferred to nucleus. NF-κB induced series of expressions of genes such as FLIP, cIAP1 and cIA2 etc. and the products of expressions inhibit apoptosis. Apoptosis inhibitor XIAP (X-chromosome-linked IAP) is also mediated by NF-κB. XIAP inhibits caspase-3 and caspase-7 by binding to the end of NH2 with its BIR domain, thus inhibits apoptosis.

Intracellular factors induced apoptosis is the major cell death pathway in vertebrate. It can be activated by various factors such as retreat of growth factor, activation of heat shock genes, DNA damage, reactive oxygen, excessive intracellular calcium ion and other stress reactions. These factors result enhanced permeability of mitochondrial outer-membrane and release of apoptosis-inducing proteins such as apoptosis inducing factor (AIF), cytochrome C, Smac/DIABIO etc. The release of cytochrome C from the mitochondria doesn't depend on decline of mitochondrial surface potential or enhancement of the permeability of outer-membrane. Smac /DIABIO is an inhibitor of apoptosis-inhibitor protein XIAP. AIF is independent of caspase pathway, and induce apoptosis, too. It is transferred into nucleus after entering in cytoplasm. Probably with endonuclease G, AIF induces condensation of chromatin and fragmentation of high-molecular weight DNA (50kb).

It is key event in apoptosis that cytochrome C is released from intracellular mitochondria. Once cytochrome C is released to cytoplasm, it binds to Apaf-1 molecule which is an apoptosis activator, then they recruit precursor of caspase-9 to form a multi-protein complex called apoptosome. Activated caspae-9 then leads to downstream activation of caspase-3 and caspase-7.

The increase of permeability of mitochondrial outer-membrane is due to the changes of permeability transition pore (PTP) or activation of apoptosis activator in Bcl-2 family. PTP complex consists of voltage dependent anion channel on mitochondrial outer-membrane, adenine nucleotide transferase on mitochondrial inner-membrane and cyclophilin D in mitochondrial matrix. High level calcium ion induces the open of the PTP which then leads to diffusion of water and 1.5 kD solute molecule from cytoplasm to mitochondrial matrix, then causes expansion of mitochondria and disintegration of the trans-membrane potential. The other mechanism that induces the increase of the permeability of mitochondrial outer-membrane refers to Bcl-2 family.

There are two groups of proteins in Bcl-2 family: Bcl-2 and Bcl-XL are apoptosis inhibitors Bad, Bax and Bid are apoptosis-inducing proteins. Cells' susceptibility to apoptosis depends on the balance of the two groups of proteins. When apoptosis-inducing proteins are more, cells tend to be susceptible to apoptosis. On the contrast, when apoptosis inhibitors are dominant, cells tend to have resistance. Excessive Bcl-2 on mitochondrial surface is thought to be the key point of PTP's formation.

Apoptosis-inducing proteins of Bcl-2 family spread all over the cytoplasm and are sensors of any cell damage or stress. When cell stress occurs, they transfer to locations of apoptosis inhibitors on mitochondrial surface. Their interactions disturb the functions of apoptosis inhibitors and leads to the formation of PTP complex and release of other molecules. Then apoptosome is generated and cascade reactions of caspases are activated.

Bid is the linkage of death receptors and mitochondria pathway. Bid exists in cytoplasm with an unactivated state, and transfers to mitochondrial membranes after being activated. Then Bid antagonizes the apoptosis inhibitors of Bcl-2 to induce apoptosis. In some types of cells, Bid is cut into activated tBid by caspase-8 after being activated by death receptors. tBid then binds to the mitochondrial membranes and interacts with Bax, making Bax inserted in the membranes and oligomerized. Mitochondrial membranes turn more permeable, and cells get into apoptosis program. Bcl-XL can inhibit the combination of tBid and Bax and thus inhibit apoptosis. Moreover, Bid can be activated by other enzymes such as granzyme B and protease in lysosome.

Executants in apoptosis process:

Caspases are major executants in apoptosis. They are cysteine protease with presence of inactive state in cells. During apoptosis these pro-enzymes are cut into active enzymes. Extracellular factors induced apoptosis leads to activation of caspase-8 or caspase-10. These caspases activate other caspases in cascade reactions. The cascade reactions eventually lead to activation of effective caspases such as caspase-3 and caspase-6. Effective caspases cleave important intracellular proteins like cytoskeletal proteins and causes morphologically changes of cells.

Caspase-3 is considered to be the most important executant. It is activated by upstream caspases (caspase-8, caspase-9 or caspase-10). Caspase-3 specifically activates endonuclease CAD (caspase activated DNase). In proliferating cells, CAD normally combines with ICAD (an inhibitor of CAD) to form an inactive complex. In apoptosis, ICAD is cut by caspase-3 and release CAD, followed by rapid fragmentation of DNA.

Other than death receptors, there are other mechanisms that can activate cascade reactions of caspases. Granzyme B can be transported into cells by cytotoxic T lymphocyte and directly activate caspase-3, caspase-7, caspase-8 and caspase-10. Mitochondria is important regulator of caspase-cascade reactions and apoptosis. Released cytochrome C from mitochondria leads to activation of caspase-9, and caspase-3. This process is mediated by formations of apoptotic bodies.

PARP (Poly Adp Ribose Polymerase) is the first substrate of caspases that has been identified. PARP catalyzes production of ADP-ribose via which it binds to DNA cracks and modifies nuclear proteins, and it means PARP participates in the repairment of DNA damage. Caspase-3 can cut PARP and stop its repairing function. Lamin is a nuclear protein that is capable of sustaining shapes of nucleus and regulating interactions of chromatin and nuclear membranes. The degradation of lamin by caspase-6 will lead to condensation of chromatin and fragmentation of nucleus.

In spite always we focus on apoptosis and caspases, they can't represent everything in field of apoptosis. There are other enzymes that are important in executing programed cell death including calpain, cathepsin, endonuclease and some other protease. They function alone or cooperatively with assistance of some organelles like mitochondria, lysosome and ER. More attentions should be paid on factors other than caspases in order to find effective therapeutic solutions for curing diseases like cancer.


What is a Caspase? (ze zdjęciem)

A caspase, or cysteine aspartate-specific protease, is one of a group of enzymes involved in cell death. Each types has a particular role in cell death, or apoptosis, as it is technically known. Caspases are proteins that cut, or cleave, other proteins at a specific point.

There are 14 human caspases. Each enzyme can be placed into one of three groups, depending on the job it does. Caspase 2, 8, 9 and 10 are activator enzymes. They begin the process of apoptosis by cleaving and activating other caspases.

The group known as the executioner group has three members, Caspase 3, 6 and 7. Executioner versions cut cellular proteins to break down the cell. Members of the third group are known as cytokine processors. This group contains the seven remaining caspases, and they signal the immune system to start the process of inflammation to clean up the bits of dead cell.

These enzymes are known as cysteine aspartate-specific proteases because each one cuts another protein at a specific site. All proteins are made up of a sequence of amino acids, and caspases cut proteins after an aspartate amino acid. Each type recognizes the proteins it is supposed to cut by reading the three amino acids present in the sequence before the aspartate.

Caspases are present in each cell in inactive forms known as zymogens. When other molecules, called death receptors, in the cell signal to the activator caspases that apoptosis is to begin, the zymogen activator caspases are cleaved and activated. The activators begin what is called the caspase cascade, during which different caspases activate each other when necessary. The cascade can also be activated by molecules released from the mitochondria of the cell or by the enzyme Granzyme B, which is released from cell-killing T-cells.

The caspases cleave the structural proteins of the cell to break it down. For example, Caspase 6 breaks down laminins, the structural proteins of the nucleus. They do not just destroy proteins sometimes they affect other cellular enzymes.

Caspase 3 cleaves a complex that is normally inactive in the cell, releasing a deoxyribonuclease (DNAse) enzyme. This Caspase-Activated DNAse (CAD) breaks DNA into pieces. It also prevents an enzyme involved in DNA repair, poly ADP-ribose polymerase (PARP), from repairing the DNA damage. To do this, the caspase cleaves the PARP enzyme, rendering it inactive.


Obejrzyj wideo: Jak działa człowiek? #KOMÓRKA tłumaczenie PJM (Czerwiec 2022).


Uwagi:

  1. Verel

    Ta opcja mi nie odpowiada.

  2. Melesse

    Skąd mam swoją szlachetność?

  3. Barnard

    Wierzę, że się myliłeś. Proponuję to omówić. Napisz do mnie w PM.

  4. Peirce

    Szkoda, że ​​teraz nie potrafię tego wyrazić – to zmuszone odejść. Uwolnię się - koniecznie wyrażę opinię.

  5. Dailar

    Specjalnie zarejestrowałem się na forum, aby podziękować za informacje, może też mogę ci w czymś pomóc?

  6. Skyelar

    Możesz wyszukać link do witryny z ogromną liczbą artykułów na temat, który Cię interesuje.



Napisać wiadomość