Apoptozisin düzenlenmesi:

Apoptozisin genetik mekanizması ilk kez Caenorhabditis elegans isimli nematodun embriyo geliĢim sürecinde 1090 somatik hücreden 131 hücrenin apoptozisle ölmesini düzenleyen genlerin tanımlanması ile ortaya konmuĢtur (Güçer ve ark 2001).

Apoptozisi baĢlatan faktörler, büyüme faktörlerinin eksikliği, sitokinler, hücre içi kalsiyum miktarında artıĢ, tümör nekrozan faktör (TNF), TGF- , Fas/FasL sisteminin, p53' ün aktive olması, viral veya bakteriyel enfeksiyonlar ve glukokortikoidler Ģeklinde sıralanabilir. Ayrıca hipertermi, radyasyon, sitotoksik antikanser ilaçları ve hipoksi gibi çeĢitli zararlı uyaranlar, yüksek dozlarda nekroz oluĢtururken, düĢük dozlarda apoptozis meydana getirebilirler (Elmore 2007).

25

Kalsiyum iyonu:

Kalsiyum iyonları endonükleaz, proteaz ve doku transglutaminazlarının aktivasyonunda, gen regülasyonunda ve hücre iskeleti organizasyonunda rol oynarlar (Ulukaya 2003). Hücreler arası sinyal iletimi kesildiği zaman hücrede apoptozis gözlenir. Sinyal iletim mekanizmasının önemli bir parçası olan Ca+2

iyonunun bazı hücrelerde apoptozisi aktive ettiği ve ortamdaki Ca+2 iyonunu bloke edildiğinde apoptozis oluĢmadığı görülmüĢtür. Bunun mekanizması tam olarak bilinmemekle birlikte Ca+2/Mg +2 bağlantılı çalıĢan ve DNA‟yı parçalayan endonükleaz enziminin rol aldığı ileri sürülmüĢtür. Bcl-2 gen ürünü olan proteinin mitokondriyon membranında lokalize olması onun hücredeki Ca+2 _{oranını kontrol edebileceğini}

göstermiĢtir, çünkü mitokondriyonlar hücredeki Ca+2

depo yeridir(ÇalıĢkan 2000).

p53:

Ġnsanda apoptozisin düzenlenmesi, p53 ile baĢlayan ve kaspazlara kadar devam eden bir süreçtir. Bir tümör süpresör geni olarak çalıĢan p53‟ün mutasyona uğradığı veya bulunmadığı zaman hücre yaĢamı uzar (Tomatır 2003). p53, genotoksik olaylarla oluĢan hücre hasarı ile aktive olur. Büyüme faktörü eksikliği, DNA hasarı veya hücresel stresler p53 proteininin stabilizasyonunu bozarak aktivasyonuna yol açarlar. Bu olay, hücrenin durumuna bağlı olarak iki Ģekilde sonuçlanır. p53 protein ürünü, DNA zarar gördüğünde, doğrudan DNA'ya bağlanarak hasarı tanıdıktan sonra, DNA tamir proteinlerini harekete geçirir. G1'de hücre siklusunun durmasını indükleyerek tamir için gerekli zamanı kazanır veya DNA tamir edilemeyecek kadar zarar gördüğünde apoptozisi baĢlatır. Bu iki hücresel yanıt arasında seçim, hücre ve stresin tipi, p53 kofaktörlerinin etkisi gibi birçok faktör tarafından etkilenir (Schuler 2001). p53‟ün apoptozisi indüklemesi, Bax‟ın ekspresyonunu arttırması ve böylece Bcl-2/Bax oranını değiĢtirmesi yoluyla gerçekleĢtirir (Ulukaya 2003).

Bcl-2 gen ailesi:

Bcl-2 gen ailesinin 20' den fazla üyesi tanımlanmıĢ, yapısal ve fonksiyonel özelliklerine göre antiapoptotik ve proapoptotik olmak üzere 2 alt gruba bölünmüĢtür. Bcl-2, Bcl-x, Bcl-XL, Bcl-XS, Bcl-w, BAG gibi bazıları apoptozis inhibitörüdür (antiapoptotik). Bcl-10, Bax (Bcl-2-associated X protein), Bak, Bid,

26 Bad, Bim, Bik ve Blk ise apoptozisi uyarır ve pro-apoptotik genler olarak tanımlanır (Renehan ve ark 2001, Kirkin ve ark 2004).

Bcl-2 iliĢkili proteinler, hücreyi öldürücü ya da koruyucu gibi hareket ederek, apoptozisi negatif veya pozitif olarak kontrol edebilir.

Bcl-2 ve alt gruplarının fonksiyonları, apoptozisi nasıl kontrol ve koordine ettikleri henüz tam olarak bilinmese de, mitokondriyon membranını hedeflemesi nedeni ile apoptotik hücrede mitokondri fonksiyonlarının kontrolü açısından önemli bir rol oynadığı düĢünülmektedir (Kirkin ve ark 2004).

Apoptotik sinyalin alınmasından sonra sitoplazmada bulunan proapoptotik bcl-2 proteinleri (özellikle Bax proteinleri), mitokondri membranının seçici iyon geçirgenliğini azaltabilir. Membrandaki bu değiĢiklikler nedeniyle, sitokrom c ve Apoptosis Inducing Factor (AIF) gibi faktörler sitoplazmaya geçerler.

AIF, doğrudan kromatin kondansasyonu ve nükleer fragmentasyona neden olur. Sitokrom c, ATP varlığında Apoptosis protease-activating factor 1'e (APAF-1) bağlanarak APAF-1' de oligomerizasyona neden olur. Bu kompleksin prokaspaz-9'a bağlanması ile 'apoptozom' oluĢur. Prokaspaz-9' un aktivasyonu ile kaspaz kaskadı (cascade) aktivasyonu baĢlatılır (Hill ve ark 2004).

Kaspazlar:

Memeli hücrelerinin çoğunda sitoplazmada inaktif proenzim formunda bulunan kaspazlar, bir kez aktive olunca proteolitik olarak birbirlerini aktifleĢtirerek proteaz kaskadının (Ģelale tarzı reaksiyon dizisi) baĢlamasını sağlarlar (Elmore 2007). Sistein proteaz ailesinden olan kaspazlar, proteinleri aspartik asit bulunan bölgelerden keserler, bu nedenle c-asp-ases adını almıĢlardır. Böylece kaspazların kısıtlı proteolizisi nedeniyle, hücrede lizis olmadan apoptotik cisimcikler meydana gelir ve apoptotik morfolojinin oluĢumunda rol alırlar (Tomatır 2003). Bugüne kadar memeli hücrelerinde, çoğu apoptoziste rol alan 14 tane kaspaz tanımlanmıĢtır. Ġnflamasyonu uyaran ve ilk kez bir proteaz olarak tanımlanan IL-1β dönüĢtürücü enzim (interleukin-1β converting enzyme, ICE) prokaspaz-1 olarak isimlendirilmiĢtir.

27 TanımlanmıĢ 14 major kaspaz, amino asit dizilimlerindeki benzerliğe dayandırılarak üç alt grupta sınıflandırılırlar. BaĢlatıcılar 'initiators' (caspase 2,-8,-9,- 10), infazcı 'executioner' (caspase 3,-6,-7) ve inflamatuar kaspazlar (caspase 1,-4,-5,- 11,-12,-13,-14) olarak kategorize edilirler. Kaspaz aktivasyonu, hücre yüzey ölüm reseptörlerinin aktivasyonu veya mitokondriyondan salıverilen sitokrom c'nin APAF- 1'i indüklenmesi ve prokaspaz 9'a bağlanması ile gerçekleĢir (Rai ve ark 2005).

Mitokondriyon:

Bazı kaspazlar mitokondriyonda inhibe edilir. Bcl-2 ve Bax, mitokondriyon dıĢ zar geçirgenliğini ayarlar. Apoptotik uyarıda mitokondriyon iç membranında bulunan elektron transport zincirinde yer alan bir protein olan sitokrom-C, APAF-1‟i aktive eder ve APAF-1‟i kaspazların aktive edildiği yer olan sitoplazmaya salar. Sitokrom-C‟nin mitokondriyondan sitoplazmaya sızması, apoptozis yoluna giren bir hücrenin geri dönüĢümsüz bir döneme girdiğini iĢaret eder (Altunkaynak ve ark 2008).

Perforin ve granzim:

Bu salgısal apoptotik yol, patojenle infekte edilmiĢ hücrelerin veya tümör hücrelerinin ortadan kaldırılmasında etkin rol alır. Perforinler ve granzimler, sitotoksik T-lenfositler (CTL) ve naturel killer (doğal katil), (NK) hücrelerin sitoplazmik salgı granülleri içinde bulunan proteinlerdir. CTL reseptörü hedef hücreye bağlandığında, perforinler salgılanır ve salgılanan perforinler hedef hücre üzerinde dairesel bir por oluĢtururlar. Bu perforin poru, hücre içi kalsiyumda hızlı bir artıĢa neden olur. Beraberinde salgılanan bir serin proteaz olan granzimin de bu porlar aracılığıyla hücreye girmesiyle hücre içinde prokaspaz 8‟in aktivasyonu, dolayısıyla kaspaz kaskadı (Ģelalesi) baĢlatılır. Bu da infekte hücreyi veya tümör hücrelerini apoptozise götürür (Tomatır 2003, Ulukaya 2003).

Fas–Fas ligandı:

Apoptozisin salgıdan bağımsız mekanizması, hücre zarı üzerinde bulunan “ölüm reseptörlerinin” aktivasyonu ile ilgilidir. Fas (CD95), hücre yüzey reseptörüdür ve tümör nekroz faktörü ailesinin bir üyesidir. APO-1 veya CD95 olarak da bilinen 48kD‟luk tip 1 membran proteinidir. Enflamasyon, proliferasyon, antiviral aktivite ve hücre ölümü gibi birçok biyolojik cevaptan sorumlu olan TNF

28 reseptör ailesi yaklaĢık 20 üyeden oluĢur. Apoptotik iĢaretin uyarıcısı olan Fas, birçok hücre tipinde sergilenir. Özellikle aktif lenfositlerde yüksek miktarda eksprese edilir, ayrıca lenfoid hücrelerde, neoplastik dokularda ve tümör hücrelerinde de eksprese edilmektedir (Bruce 2001). Fas ligandı (Fas L, CD95L), TNF ailesinin bir üyesidir. Hedef hücredeki reseptörlerine bağlanarak hücresel proliferasyon ve diferansiyasyonu düzenleyen 40 kD‟luk bir sitokindir. Özellikle sitotoksik T hücreleri üzerinde bulunur. Dinlenme halindeki T hücrelerinde FasL ekspresyonu olmazken, aktif hale geldiklerinde yüksek düzeyde FasL eksprese etmeye baĢlarlar. Fas L‟nin Fas reseptörüne bağlanması ile apoptotik iĢlem baĢlar. Bu mekanizma, bir immün tepki sonunda aktive olmuĢ T hücrelerinin uzaklaĢtırılması, virüs ile infekte hedef hücrelerin ortadan kaldırılması, tümör hücrelerinin öldürülmesi ve birçok patolojik durumdaki hücrelerin uzaklaĢtırılmasında önemli rol oynar. TNF‟nin tümör nekroz faktör reseptörü-1 (TNFR-1)‟e bağlanması ile de benzer olaylar Ģekillenir. Fas ve TNFR-1‟in sitoplazmik uzantısı, bir ölüm bölgesi (death domain, DD) ve RIP (receptor interacting protein) ile etkileĢimdedir. Ölüm bölgelerin içeren bu TRADD (TNFR-1 associated death domain) ve RIP proteinleri, prokaspaz-8‟in aktivasyonu ile apoptozisi doğrudan uyarırlar. Aktive olan kaspaz-8 daha sonra diğer uygulayıcı kaspazları aktive eder (Tomatr 2003, Ulukaya 2003).