Kanserde Apoptoz

1

Apoptoz

2

Kanserde Apoptoz

Apoptoz nedir

Sağlıklı hücrelerde apoptoz

Ekstrinsik Yolak

İntrinsik Yolak

ER Stres Yolağı

3

Apoptoz

• Apoptoz = Programlı Hücre Ölümü

• Dış faktörlerden (hasar, ölüm ligandı...) gerçekleşebilir.

• İç faktörlerden (instabilite, onkogen aktivasyonu, ER stresi...)

gerçekleşebilir.

4

Apoptoz

Hayatta kalmak için ölmek

•Gelişimsel

•Homeostaz için

•Enfeksiyonu/hasarı engellemek için

•Kanseri engellemek için...

5

Apoptoz

• Carl Vogt, 1842: Süreci tanımladı

• John Kerr, 1972 : apoptoz kelimesinin

kullanılması, ‘‘apoptotic bodies’’

6

Apoptoz

•Apoptotik cisimler bozulmamış plazma membranıyla çevrilidir:

-İçerik dışarı sızmaz -İnflamasyon olmaz

• Nekroz tam aksine şişme ve membranın

patlamasıyla karakterize

7

Kanser Hücresinde Apoptoz

•Normal hücrelerde mitoz ve apoptoz dengede

•Kanser hücresinde dengesizlik:

i) Mitoz daha hızlı değil fakat kontrolsüz

ii) Apoptoz olmuyor

Apoptoz

•Birçok hastalık dengesizlikten dolayı

Çok fazla apoptoz: nörodejeneratif hastalıklar, Parkinson, Alzheimer...

Çok az apoptoz: Kanser, otoimmün hastalıklar (tip 1 diyabet, ensefalomiyelit...) Oksidatif stres, alkol vb. birçok toksin ve hücresel stres de apoptozu tetikler

Apoptoz

•Birçok hastalık dengesizlikten dolayı

Çok fazla apoptoz: nörodejeneratif hastalıklar, Parkinson, Alzheimer...

Çok az apoptoz: Kanser, otoimmün hastalıklar (tip 1 diyabet, ensefalomiyelit...) Oksidatif stres, alkol vb. birçok toksin ve hücresel stres de apoptozu tetikler

•İlişkili fiziksel değişiklikler:

– Plasma membranı: hücrelerarası bağlar kopar, membran konvolüzyonu gerçekleşir, blebbing gerçekleşir. Komşularla ilişki kesilir hücre büzüşür.

– Sitoplazma: ER genişler, veziküller oluşur

– Çekirdek: Kromatin yoğunlaşır, DNA ladder oluşur, endonükleazlarla interkromozomal kesikler oluşturulur.

– Paketlenmiş hücre elemanları: apoptotic bodies

Mitozdan 20 kat hızlı Apoptoz olmasaydı 80

yaşındaki bir kişide 2 kg

kemik iliği ve lenf nodu, 16 km uzunluğunda sindirim kanalı olurdu.

Apoptoza Genel Bakış

1 .Plazma membranında tomurcuklanma 2. Hücrenin büzüşmesi

3. Nükleer yoğunlaşma (pyknosis) 4. Endonükleazların kromozomları

parçalaması

5. Çekirdek fragmantasyonu

6. Fagositlerin apoptotik cisimcikleri tutması

Apoptoza Genel Bakış

TRADD (TNFR-associated DD) FADD (Fas-associated DD) DD: death domain

Caspase 8

Caspase kaskadı Apoptoz

TNF Yolağı

Apoptoz başlangıcında olanlar

Plazma membranındaaki reseptörler (Fas, TNF-R1) dışarıdan sinyalleri (Fas ligand, TNF) alırlar.

Aktive olan reseptörler death domainlerle etkileşime girerler.

Sitoplazmik proteinlerin death domainleriyle de (FADD, TRADD) etkileşim gerçekleşir.

FADD sitoplazmik bir proteaz olan caspase 8’i aktive eder, o da diğer hücresel proteazları aktive eder.

TRADD da proteaz aktivasyonunu gerçekleştirir.

Proteoliz, hücreyi ölüme götüren öncül etkendir.

Mitokondriyal Yolak

• =intrinsik yolak

• Çeşitli uyaranlarla aktive olabilir:

– Hücre içi stres: oksidatif stres, sitotoksik tedavilere yanıt...

• Sitokrom c’nin mitokondriden çıkışı ve binding to Apaf-1

(Apoptotic Protease Activating Factor-1)’a bağlanması yolağın

başlatılması için kritiktir.

Mitokondriyal Yolak

Cyt c, Apaf-1’e bağlandığında apoptozom kompleksi oluşur:

• cyt c

• Apaf-1

• caspase-9

• (d)ATP

Bu yolak onkogenlerden etkilenir.

Birçok melanomada Apaf-1 ekspresyonu düşük

Mitokondriyal Yolak

Cyt c, Apaf-1’e bağlandığında apoptozom kompleksi oluşur:

 cyt c

 Apaf-1

 caspase-9

 (d)ATP

Mitokondriden çıkan diğer ilgili proteinler

 Smac/Diablo

 Omi/Htra2

 AIF (apoptosis inducing factor): kaspazlardan bağımsız apoptoza benzer bir ölüme sebep olur

Mitokondride porlar oluşur.

Porlardan cytochrome c çıkışı gerçekleşir.

Por oluşturanlar: Bax, Bak

Pore oluşumuna yardımcılar: Bad, Bid Anti-por: Bcl-2

Apoptozom oluşur.

Cytochrome c Apaf-1

Pro-caspase 9

Caspase 9 aktive edilir.

Apoptoz gerçekleşir.

Mitokondriyal

Yolak

Bcl-2 Protein Ailesi

• Anti-apoptotic proteinler: Bcl-2, Bcl-xL

• Pro-apoptotic proteinler: Bax, Bak

• BH3-only proteinler: hepsi pro-apoptotic,

Bim, Bid, Bad, Bik

Kaspazlar

•Apoptozun ana efektörleridir.

•“Cystein Aspartate-specific Proteases”

katalitik aktiviteleri oldukça korunmuş aktif bir kısmın üstündeki cystein-residuelara bağımlıdır.

•İnsanda 14 kaspaz tanımlanmıştır.

Kaspazlar

Caspase Other names Substrates Cleavage motif

Caspase-1 ICE Pro-IL-1ß

U1-70 kDa ? PARP ?

Pro-Caspases-1, -3, -4

YVHD - A DGPD - G DEVD- G

Caspase-2 Nedd2, ICH-1 PARP ? DEVD - G

Caspase-3 CPP32, YAMA, apopain

PARP U1-70 kDa DNA-PK (cs)

Protein Kinase C delta Huntingtin

SREBP-1 and SREBP-2 Rb

DNA Frag. Factor (DFF)

DEVD - G DGPD - G DEVD - N DMQD - N DXXD DEPD - S DEAD - G DETD- S/DAVD-T Caspase-4 ICE(rel)II, TX,

ICH-2

Similiar to Caspase-1 substrate specificity ???

Caspase-5 ICE(rel)III, TY

Caspase-6 Mch2 Lamin A

PARP ? U1-70 kDa ?

VEID - N DEVD - G DGPD - G

Caspase-7 Mch3, ICE-LAP3, CMH-1

PARP

Substrate range like Caspase-3 ???

DEVD - G

Caspase-8 MACH, FLICE, Mch5

All other Pro-Caspases

Caspase-9 ICE-LAP6, Mch6 PARP ? Pro-Caspase-3

DEVD - G Caspase-10 Mch4 All other Pro-Caspases

Intrinsik ve Ekstrinsik Yolaklar Arasında Crosstalk

•İntrinsic yolağa göre iki çeşit hücre:

Tip I Hücreler: DISCte caspase 8’in aktivasyonu apoptozu uyarmak için yeterlidir.

Tip II Hücreler: FADD ve caspase 8 gereklidir ve apoptozun uyarılması için mitokondrinin dahil olması gereklidir.

• Tip II hücrelere mitokondriden çıkan smac ve omi yardımcı olur.

• Caspase 2, 6, 8 ve 10un aktivasyonu için Caspase 9 ve 3 gereklidir ve bunlar cyt c’ye yanıt olarak çıkar.

DNA hasarına yanıt olarak p53 yalnızca Bax, Puma vb. intrinsik apoptotik molekülleri değil aynı zamanda FasL gibi ekstrinsik yolak moleküllerinin transkripsiyonunu da artırır.

Intrinsik ve Ekstrinsik Yolaklar Arasında Crosstalk

Birçok kemoterapi ajanı veya stres unsuru hücreleri ligand-uyarımlı apoptoza duyarlı hale getirebilir.

TRAIL duyarlılığı şunlarla başlatılabilir veya artırılabilir:

•Actinomycin D gibi transkripsiyon inhibitörleri veya cycloheximide gibi protein sentezi inhibitörleri

•DNA’da hasar oluşturan kemoterapi ajanları (örn. doxorubicin, cisplatin, etoposide...)

• ER stresini uyaran tunicamycin, animomycin gibi moleküller

• Radyasyon

ER Stresi Apoptotik Yolağı

• İntrinsik yolağın ikinci organeli

• Protein katlanma kalitesinden sorumlu (alzheimer, prion, huntington...)

• Çeşitli streslere yanıt verir:

– Oksidatif stres – Kimyasal toksisite,

– Ca2+ ionophore uygulaması

– Glycosylation inhibitörlerine maruz kalma

• Hücresel stresler hatalı katlanmış proteinlere ve dengesiz Ca seviyelerine yol açarak unfolded protein response (UPR)’a sebebiyet verir.

ER Stresi Apoptotik Yolağı

UPR şunlarla karakterizedir:

1. Protein sentezini azalt ki daha çok yanlış protein birikmesin 2. Chaperonları ve katalistleri çağır, düzgün katlamaya çalış

3. Hala düzelmeyenleri ER-associated protein degradation (ERAD)ile yok et.

Hala olmazsa apoptoz.

ER Stresi Apoptotik Yolağı

UPR şunlarla karakterizedir:

1. Protein sentezini azalt ki daha çok yanlış protein birikmesin 2. Chaperonları ve katalistleri çağır, düzgün katlamaya çalış

3. Hala düzelmeyenleri ER-associated protein degradation (ERAD)ile yok et.

Hala olmazsa apoptoz.

•Ca salınımı

•Mitokondrinin Ca alması ve cyt c salgılaması >> amplification loop

•Bcl-2 ailesinin dahil olması ve regüle etmesiile caspase 12 aktivasyonu

•Caspase 12 sitoplazmaya geçer, pro-cas9’u keserek cas3’ü aktive eder ve yolak ilerler.

Referanslar

Lewin, B., Krebs, J., Kilpatrick, S., Goldstein, E. and Lewin, B. (2011). Lewin's genes X. Sudbury, Mass.: Jones and Bartlett.

Hanahan, D. and Weinberg, R. (2011). Hallmarks of Cancer: The Next Generation.

Cell, 144(5), pp.646-674.

Albert L. Lehninger, David L. Nelson, Michael M. Cox (2014). Principles of Biochemistry.