Hücre Ölümü
Prof.Dr.Melek ÖZTÜRK
Prof.Dr Turgut Ulutin
İstanbul Üniversitesi, Cerrahpaşa Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji AD
Hücre ölümünün sınıflandırması
• Morfolojik görünümlerine göre Apoptotik - Otofajik - Nekrotik - Mitoz ile ilişkili hücre ölümü
• Enzimolojik özelliklere göre
Nukleazların
Proteazların (Kaspaz, Katepsin, Kalpain ,Transglutaminaz)
aktivitesine bağımlı veya bağımsız hücre ölümü
• Fonksiyonel durumlarına göre
Programlı hücre ölümü
Hasar ile hücre ölümü
• İmmunojenik özelliklere göre
Ölüm şeklinin programlı, kontrollü veya kaza ile ortaya çıkar
• “Programlı”; Fizyolojik hücre ölüm tipi . Embriyonik veya yetişkin süreçteki doku homestazı için gerekli olan hücre ölümü .
• “Kontrollü”; İşlem fazları tayin edilebilir bir moleküler mekanizma aracılığı ile gerçekleşen programlı veya programlı olmayan hücre ölüm tipi. Bu mekanizmalar farmakolojik ajanlar veya genetik müdahaleler ile baskılanabilir
• “Kaza ile” ortaya çıkan hücre ölümü, aşırı miktarlarda fiziksel veya kimyasal faktörlerle hücresel hasar sonucu gelişen , farmakolojik veya genetik işlemler ile baskılanamayan hücre ölüm tipidir ve nekrotik görüntüler ortaya çıkar.
HÜCRE ÖLÜM TİPLERİ
1- Nekrotik hücre ölümü (Hasar yolu ile ölüm)
2- Apoptotik hücre ölümü (Programlı hücre ölümü)
3- Otofajik hücre ölümü (Programlı hücre ölümü)
1. Hasar yolu ile ölüm ; NEKROZ (mekanik hasar,oksijen yokluğu,toksik maddeler etkisi ile) • Endoplazmik retikulumda , Golgi kompleksinde ve
mitokondriyumlarda şişme gözlenir. • Hücre membranının su ve iyon transportu bozulur. • Hücre şişer ve lizise uğrar. • Nükleer kromatin dağılır. • Özgün olmayan tarzda,rasgele DNA kırıkları olur. • Dokuda enflamasyon oluşurur.
2. Hücre intiharı (programlı hücre ölümü); APOPTOZ
• Fizyolojik veya patolojik koşullarda gözlenir
• Hücre küçülür, sitoplazma yoğunlaşır, büzülür
• Komşu hücreler ile bağlantılar kopar
• Hücre içi Ca+2 konsantrasyonu artar
• Hücre iskeleti elementleri parçalanır
• Nükleusta kromatin yoğunlaşır piknotik görüntü ortaya çıkar
• DNA , 180 - 200 bç veya katları şeklinde nukleozomal bölgelerden kırılır.
• Enflamasyon gözlenmez.
• Apoptotik ve nekrotik ölüm arasındaki farklar
1- Apoptoz fizyolojik koşullarda veya bazen patolojik koşullarda gözlenen programlı hücre ölümüdür.
Nekroz her zaman patolojik koşullarda,hücre hasarı sonucu ortaya çıkan ölüm şeklidir.
2- Apoptozda hücre büzülmesi ve küçülmesi gözlenirken
Nekrozda hücre şişer ve boyutu artar.
3- Apoptozda hücre sitoplazmasının yoğunluğu artar,hücre organelleri normal görünümlerini korurlar.
Nekrozda sitoplazma sulanır,organeller su alarak şişer (Organellerde özellikle ER ve Golgide dilatasyonlar belirgindir.)
4- Apoptozda hücre membranı yüzey farklılaşmalarını kaybeder,büzülür ve kıvrıntılı görüntü alır.
Nekrozda hücre zarı ve organel membranlarında parçalanma gözlenir.
Apoptoz
(Fizyolojik hücre ölümü Programlı hücre ölümü
Hücre intiharı)
1972 Kerr, Wyllie ve Currie
HÖ’nün tipik morfolojik görünümlerini
tespit ederek “apoptoz” terimini yerleştirdiler
Nobel Tıp Ödülü 2002
“organ gelişiminin genetik düzenlenmesinde
programlı hücre ölümü Model sistem;
C. elegans
Memelilerde
programlı hücre ölüm
genlerinin
homologlarının keşfi”
Sydney Brenner- Robert Horvitz - John Sulston
C. elegans (nematod)
1090 hücre- Başlangıç
131 hücre - PHÖ
959 hücre- Yetişkin
APOPTOZ APOPTOZ
Memeli Nematod
kaspaz-9
kaspaz-3
Apoptoz uyaranı
Hücresel hedefler
Mitoz Apoptoz Normal
Kanser
İnsan vücudunda her saniye 100.000 hücre mitoz ile artar apoptoz ile ölür
KARACİĞER HASARI
NÖRODEJENERATİF HAST.
IDDM
MİYOKARD ENFARKTÜSÜ
FİZYOLOJİK Embriyonun Gelişimi Doku Modellenmesi İmmun Hücre Seleksiyonu PATOLOJİK DNA hasarı İskemi,Enfarkt Viral enfeksiyonlar Otoimmünite Kemoterapi Nörodejenerasyon Karaciğer hasarı Otoimmun has.
Hücre neden apoptozu seçer?
HÜCRE NEDEN APOPTOZU SEÇER?
1. Gelişim sürecindeki organizasyonun tamamlanması için;
• Metamorfoz sırasında kurbağanın kuyruğunun ortadan kalkması
• Fetusta parmaklar arasındaki perdenin kaldırılması
• Menstürasyon ile endometriyal hücre yıkımı
2. Organizma için zararlı hücrelerin ortadan kaldırılması için
• Virus ile enfekte olmus hücreler; sitotoksik T hücreleri ile
• immun sistem hücreleri; hüresel bağışıklık sistemleri
• DNA hasarı olan hücreler; p53 yolu
• Kanser hücreleri; kemoterapi ajanları ile
Hücre apoptoza nasıl karar verir?
1-Pozitif uyaranların kesilmesi ile, Büyüme faktörlerinin yokluğunda
2-Negatif uyaranların alınması ile Hücre yüzey reseptörlerine bağlanan moleküller TNF
Limfotoksin
Fas ligandı (FasL)
DNA hasarına neden olan faktörler
UV
x-ışınları
kemoterapi ajanları
serbest radikaller
Hücre içinden veya dışından gelen ölüm sinyalinin alınması
Proteazların (Kaspaz) aktivasyonu
Aktifleşen kaspazların hedef proteinleri yıkması,
hücre içi yapısal ve biyokimyasal değişimler
Apoptotik cisimlerin oluşumu
Apoptotik cisimlerin fagositozu
Apoptoz işlem adımları
1- Hücre yüzeyindeki reseptörlere bağlanan
ölüm aktivatörleri tarafından tetiklenen apoptoz;
Ölüm reseptörleri yolu 2- Hücre içinde oluşturulan sinyaller ile
tetiklenen apoptoz; mitokondriyum yolu
APOPTOZ MEKANİZMALARI APOPTOZ MEKANİZMALARI
Fas
DD
FADD
DED
Kaspaz-8
Kaspaz-3
Bid
Hücresel Proteinler
DNA
p-kaspaz-8
FasL
Apoptoz İşlem Yolları
Reseptör yolu Mitokondriyum yolu
Sit-c
kaspaz-9
A P O P T O Z
ölüm reseptörleri ölüm ligandları
Ölüm Reseptörleri Yolu
FADD; Fas Associated protein with Death Domain
TRADD; TNFR Associated protein with Death Domain
Bcl-2 Ailesi Kaspaz Ailesi
Apoptozu kontrol eden proteinler
Bcl-2 ailesi
Apoptozu ilerletenler (Ölüm aktivatörleri) Bax, Bak, Bad, Bid, Bim,BclXs,Noxa, Puma
Apoptozu engelleyenler (Yaşam aktivatörleri) Bcl-2, BclXL, Mcl-1
(B cell Lymphoma/leukemia-2)
Mitokondriyun yolunun esas düzenleyici proteinleri Mitokondriyun- ER- Nukleus membranına bağlı proteinler
uyarıcı ölüm sinyalleri • Radyasyon, UV • Hücre içi ROT artışı • ATP/ADP ve NADPH’ın azalması • Hipoksi • Ca iyon artışı • Büyüme faktör eksikliği • Antikanser ilaçları • DNA hasarı
Mitokondriyum Yolu
• Hücre içi reaktif oksijen radikallerindeki artış
• ATP/ADP , NADPH’ın azalması
• Bcl-2 transkripsiyon veya translasyonundaki hatalar
• hücre DNA hasarları ile uyarılan hücrelerde
mitokondriyon membran permeabilitesi bozulur
*Sitokrom-c mitokondriyon membranından sitoplazmaya geçer
*Apaf-1 (apoptoz aktive edici faktör) ve kaspaz-9 ile birleşerek bir kompleks oluşturur
*Sitokrom -c + Apaf -1 + kaspaz -9 Kompleksi : APOPTOZOM
diger kaspazları aktive ederek hücreyi ölüme götürürler
Kaspazlar “Caspase; Cysteine Aspartyl-specific Protease”
Proteinleri ‘Asp’ bölgesinden keser
Sitoplazmik protein yıkımı
Nuklear DNA yıkımı gerçekleştirir
1. Başlatıcı kaspazlar ( kaspaz 2, 8, 9 ve 10 )
2. Etkili (efektör) kaspazlar ( kaspaz 3, 6 ve 7 )
3. Enflamatuvar kaspazlar ( kaspaz 1, 4, 5, 11,
12, 13 ve 14 )
Enflamatuvar
Kaspazlar
Efektör
Kaspazlar
Başlatıcı
Kaspazlar
Kaspaz Ailesi
kaspaz-4
kasapaz-5
kaspaz-13
kaspaz-11
kaspaz-12
kaspaz-1
kaspaz14
kaspaz-3
kaspaz-7
kaspaz-6
kaspaz-8
kaspaz-10
kaspaz-2
kaspaz-9 CARD
CARD
DED DED
DED DED
Kaspazların Substratları
•Hücre döngüsü kontrolündeki proteinler •Sitoiskelet proteileri •Sitokin öncüleri •Sinyal iletimindeki proteinler •DNA metabolizmasına katılan proteinler •RNA metabolizmasına katılan proteinler •Transkripsiyon faktörleri
CAD: Caspase-activated deoxyribonuclease
ICAD: Inhibitor of CAD
Kaspaz-6
Efektör Kaspazlar
3,6,7
Sitoplazmik
hadefler
Başlangıç
kaspazları-8,9
Nukleus nukleaz
DNA parçalanması
Apoptoz İnhibitör Proteinleri (IAP)
Endojen IAP’lar
cIAP-1, cIAP-2, XIAP, Livin, Survivin
Kaspaz-3, -7 ve -9
Eksojen IAP’lar
• z.VAD.fmk (kaspaz 2 )
• z.DEVD.fmk (kaspaz 3)
• z.IETD.fmk (kaspaz 6)
• z.LEHD.fmk (kaspaz 9)
Apoptozu Düzenleyen Proteinler
DNA hasarı tamir edilemediğinde,
Bax, Noxa ve Puma’yı
aktifleyerek
Bcl-2 ve BclXL’yi
baskılayarak
hücreyi apoptoza yönlendirir.
Hücre döngüsünde ve apoptozda kontrol noktası proteini
p53;
Apoptotik hücrenin tanınması ve fagositozu
Annexin-5
Proapoptotik sinyal
Apoptotik hücre
Membran tomurcuklanması
Plazma membran değişiklikleri
. Fagozom
Sağlıklı hücre
ps: Fosfotidilserin
ps