Определение и значение апоптоза

• Апоптоз — это запрограммированная клеточная смерть, происходящая в многоклеточных организмах и некоторых одноклеточных микроорганизмах.  
• Биохимические изменения приводят к характерным морфологическим изменениям и смерти клетки.  
• В среднем взрослый человек теряет 50-70 миллиардов клеток в день из-за апоптоза.  

Отличие от некроза

• Некроз — это травматическая клеточная смерть, возникающая при остром клеточном повреждении.  
• Апоптоз — это высокорегулируемый процесс, который имеет преимущества в жизненном цикле организма.  
• Апоптотические тела, образующиеся при апоптозе, фагоцитируются и удаляются до повреждения окружающих клеток.  

Пути активации апоптоза

• Апоптоз может быть инициирован через два пути: внутренний (митохондриальный) и внешний.  
• Внутренний путь активируется внутриклеточными сигналами, связанными с митохондриями.  
• Внешний путь активируется внешними лигандами, связывающимися с рецепторами на поверхности клетки.  

Роль митохондрий

• Митохондрии играют ключевую роль в апоптозе, так как они являются источником энергии для клетки.  
• Митохондриальные белки, такие как Bax и Bak, участвуют в высвобождении цитохрома c и активации каспаз.  
• Митохондрии также выделяют SMAC, которые деактивируют белки, ингибирующие апоптоз, позволяя процессу продолжаться.  

История и этимология

• Карл Фогт первым описал принцип апоптоза в 1842 году.  
• В 1965 году Джон Керр и его коллеги опубликовали статью, описывающую апоптоз.  
• Термин «апоптоз» был предложен Джеймсом Кормаком, профессором греческого языка.  

Современные исследования

• В 1988 году было показано, что BCL2 ген ингибирует клеточную смерть.  
• В 2002 году Нобелевская премия была присуждена за открытие генов, контролирующих апоптоз.  
• Исследования продолжаются, чтобы лучше понять механизмы апоптоза и его роль в здоровье и болезнях.  

Регуляция апоптоза

• Апоптоз регулируется через митохондриальную проницаемость.  
• Существуют два пути инициации апоптоза: TNF-индуцированный и Fas-Fas лиганд-опосредованный.  

TNF-индуцированный путь

• TNF-альфа активирует рецепторы TNFR1 и TNFR2.  
• cIAP1/2 и FLIP ингибируют активацию каспаз.  
• TNF-альфа может также активировать транскрипционные факторы.  

Fas-Fas лиганд-опосредованный путь

• Fas-рецептор связывается с Fas-лигандом, образуя комплекс DISC.  
• В некоторых клетках каспаза-8 активирует другие каспазы, вызывая апоптоз.  
• В других клетках комплекс DISC запускает обратную связь, усиливая апоптоз.  

Общие компоненты

• После активации TNF-R1 и Fas устанавливается баланс между про- и анти-апоптическими белками.  
• Про-апоптические белки делают мембрану митохондрий проницаемой для каспаз.  

Каспазы

• Каспазы играют ключевую роль в передаче сигналов апоптоза.  
• Существуют инициаторные и эффекторные каспазы.  
• Инициаторные каспазы активируются олигомерными активаторами.  

Caspase-независимый путь

• Существует путь апоптоза, опосредованный AIF.  

Модель апоптоза у амфибий

• Xenopus laevis используется как модель для изучения апоптоза.  
• Йод и тироксин стимулируют апоптоз у амфибий.  

Негативные регуляторы апоптоза

• Соотношение анти- и про-апоптических белков определяет судьбу клетки.  
• Многие белки действуют как негативные регуляторы.  

Протеазный каскад

• Апоптоз включает разрушение органелл и деградацию мРНК.  
• Морфологические изменения включают сжатие клетки, конденсацию хроматина и фрагментацию ядра.  

Апоптотическая разборка клетки

• Мембрана клетки образует пузырьки и выросты.  
• Фрагментация клетки приводит к образованию апоптотических тел.  

Удаление мертвых клеток

• Мертвые клетки удаляются фагоцитами.  
• Фагоциты распознают клетки по фосфолипидам на их поверхности.  

Knock-outs в апоптозе

• Мутации в генах TNF и APAF-1 были использованы для изучения их функций.  
• TNF-/- мыши имеют дефекты в иммунном ответе.  
• APAF-1-/- мыши не могут развиваться из-за эмбриональной летальности.  

Ген-ловушка APAF-1 и его влияние на клетки

• Введение гена-ловушки APAF-1 вызывает морфологические изменения, такие как расщепление позвоночника и открытый мозг.  
• Клетки APAF-1 защищены от стимуляторов апоптоза, таких как облучение.  

Нокауты каспаз и их последствия

• Нокаут каспазы 9 приводит к пороку развития головного мозга.  
• Нокаут каспазы 8 вызывает сердечную недостаточность и эмбриональную летальность.  
• Нокаут каспазы 3 характеризуется эктопическими клеточными массами в мозге.  

Отличие апоптотических клеток от некротических

• Визуализация живых клеток без меток и биохимические методы анализа маркеров клеточной поверхности помогают отличить апоптотические клетки от некротических.  
• Скрининг супернатанта на наличие каспаз и HMGB1 позволяет отличить первичные некротизированные клетки от вторичных.  

Влияние на болезнь

• Дефектные пути апоптоза могут приводить к болезням и расстройствам.  
• Пример: рак легких NCI-H460, где сверхэкспрессия XIAP подавляет активность цитохрома с.  
• Дефекты регуляции апоптоза часто возникают на уровне контроля транскрипционных факторов.  

Нарушение регуляции р53

• Белок-супрессор опухоли р53 накапливается при повреждении ДНК.  
• Нарушение регуляции генов р53 или интерферона приводит к нарушению апоптоза и возможному образованию опухолей.  

Ингибирование апоптоза

• Ингибирование апоптоза может привести к раку, воспалительным заболеваниям и вирусным инфекциям.  
• Клетка HeLa ингибируется белками, вырабатываемыми вирусом папилломы человека.  

Лечение

• Методы лечения направлены на восстановление апоптоза или повышение порога апоптоза.  
• Стимуляция апоптоза включает увеличение количества лигандов рецептора смерти и введение миметиков Smac.  

Гиперактивный апоптоз

• Потеря контроля над гибелью клеток может привести к нейродегенеративным заболеваниям и повреждению тканей.  
• Нейроны, зависящие от митохондриального дыхания, подвергаются апоптозу при нейродегенеративных заболеваниях.  
• Прогрессирование ВИЧ-инфекции связано с избыточным апоптозом CD4+ лимфоцитов.  

Повышенная экспрессия апоптотических белков

• Повышенная экспрессия BIM или снижение их протеолиза приводит к гибели клеток.  
• Раковые клетки могут избегать апоптоза, подавляя экспрессию BIM или усиливая их протеолиз.  

Лечение

• Методы лечения направлены на ингибирование каспаз.  
• Akt фосфорилирует и ингибирует Bad, что приводит к диссоциации Bcl и выживанию клеток.  
• Akt также активирует IKKa, что активирует NF-κB и выживанию клеток.  

Прогрессирование ВИЧ-инфекции

• ВИЧ истощает CD4+ Т-хелперные лимфоциты, что приводит к апоптозу.  
• ВИЧ дезактивирует Bcl-2 и активирует прокаспазу-8.  
• ВИЧ снижает выработку молекул, участвующих в маркировке клетки для апоптоза.  

Вирусная инфекция

• Вирусы могут запускать апоптоз инфицированных клеток через различные механизмы.  
• Вирус собачьей чумы вызывает апоптоз в ЦНС и лимфоидной ткани.  
• Вирус Оропуша вызывает апоптоз по внутреннему пути, активируя цитохром С.  

Растения

• Запрограммированная гибель клеток растений имеет молекулярные сходства с апоптозом животных.  
• Растения не содержат фагоцитарных клеток для удаления апоптотических телец.  

Каспазонезависимый апоптоз

• Клетки могут погибать без активации каспаз, высвобождая AIF из митохондрий.  
• AIF транслоцируется в ядро, что приводит к апоптозу.  

Апоптоз и каспаза 8

• Анимация процесса апоптоза  
• Карта протеолиза  

Апоптоз и каспаза 7

Мини-словарь по апоптозу

• Список терминов и сокращений, связанных с апоптозом  

Апоптоз (запрограммированная гибель клеток)

• Виртуальная библиотека по биохимии, молекулярной биологии и клеточной биологии  
• Портал для исследования апоптоза  

Информация об апоптозе

• Протоколы апоптоза, статьи, новости и последние публикации  
• База данных о белках, участвующих в апоптозе  

Видео об апоптозе

• Видео об апоптозе на YouTube  
• Видео об апоптозе (WEHI)  

Архив «Механизмы апоптоза»

• Размещен на страницах журнала the Wayback Machine Kimball’s Biology  
• Простое объяснение механизмов апоптоза  

WikiPathways – Путь апоптоза

• Архивирован 2008-09-16 в the Wayback Machine  

«Поиск кнопки самоуничтожения рака»

• Журнал CR (весна 2007)  
• Статья об апоптозе и раке  

Лекция Сяодуна Вана «Введение в апоптоз»

• Архивирована 2013-10-29 в the Wayback Machine  

Короткий ролик Роберта Хорвица

• Открытие запрограммированной гибели клеток  

База данных Bcl-2

• Архивирована в 2013-10-23 годах в Wayback Machine  

База данных о смерти

• База данных о белках, участвующих в гибели клеток, составленная экспертами  

Европейская организация по уничтожению клеток

• Сигнальный путь апоптоза, созданный Cusabio