Ewa Szpringer1,2, Krzysztof Lutnicki1
Znaczenie apoptozy w wybranych chorobach w dermatologii
The important role of apoptosis in dermatopathology
1 z Katedry i Zakładu Patofizjologii Akademii Medycznej w Lublinie
Kierownik Katedry i Zakładu: prof. dr hab. Stanisław Jerzy Czuczwar
2 z Wojewódzkiej Przychodni Dermatologicznej w Lublinie
Kierownik Przychodni: dr med. Bogusław Wach
Streszczenie
Summary
Apoptosis is a kind of cell death which is essential for the normal functioning and survival of most multicellular organisms Apoptosis plays the important role in physiological processes and in pathophysiology of some of the chronic diseases including autoimmunity, cancer, lymphoma, AIDS, neurodegeneration and others. In this paper we described the futures of a programmed cell death, mechanisms leading to induction of apoptosis and the role of apoptosis in some physiological phenomena and in dermatopathology.
I. WSTĘP
Do końca lat siedemdziesiątych przeważał pogląd, że śmierć komórki jest konsekwencją wyłącznie procesów patologicznych zachodzących w ustroju. Pod koniec lat 70-tych Kerr po raz pierwszy opisał nowy rodzaj kontrolowanej śmierci komórki, którą charakteryzują odmienne od nekrozy procesy morfologiczne i biochemiczne. Ten rodzaj śmierci nazwany został apoptozą (33). Od tej chwili możemy powiedzieć, że komórka może ulec śmierci na drodze martwicy (nekrozy) lub na drodze apoptozy.
Apoptoza, w przeciwieństwie do nekrozy, może być procesem fizjologicznym, dzięki któremu możliwa jest eliminacja niepotrzebnych, wyprodukowanych w nadmiarze komórek embrionalnych oraz usunięcie komórek uszkodzonych w takim stopniu, że ich przeżycie grozi organizmowi rozwojem nowotworu (7). Programowana śmierć komórki jest zatem reakcją organizmu na anomalie i zaburzenia procesów wzrostu i podziałów komórek. Odgrywa ona istotną rolę w zapobieganiu mutacjom wywołanym promieniowaniem jonizującym, czynnikami klastogennymi oraz działaniem reaktywnych form tlenu. Apoptoza ma również miejsce w przebiegu wielu chorób, między innymi w chorobie Alzheimera, stwardnieniu rozsianym, AIDS, cukrzycy typu I, zawale mięśnia sercowego, udarze mózgu, liszaju rumieniowatym, reumatoidalnym zapaleniu stawów, we wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego oraz w procesach nowotworowych (1, 5, 6, 11, 14, 19, 34, 36, 46, 54, 63, 66).
Pomiędzy procesami apoptozy, starzenia się i karcynogenezy zachodzą wzajemne zależności. Komórka starzeje się lub ulega apoptozie, żeby nie stać się komórką nowotworową. Komórki w hodowli in vitro mogą: stać się nieśmiertelnymi czyli nowotworowymi, zginąć na skutek apoptozy lub zaprzestać dalszych podziałów i ulec procesowi starzenia (66). W organizmie apoptoza jest mechanizmem eliminowania uszkodzonych lub starych komórek, bez naruszania integralności tkanek (27, 35).
II. CECHY CHARAKTERYZUJĄCE APOPTOZĘ I NEKROZĘ
Nekroza jest śmiercią wywołaną działaniem dowolnego czynnika uszkadzającego, który przerywa w komórce podstawowe procesy życiowe takie jak oddychanie czy produkcję związków wysokoenergetycznych. W przebiegu nekrozy komórka gwałtownie poszerza swoje przestrzenie siatki szorstkiej i gładkiej, następnie dochodzi do obrzęku mitochondriów, błony plazmatyczne ulegają perforacji, komórka zwiększa swą objętość, w końcu pęka. Zawartość komórki wylewa się do przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Powstaje rozległe ognisko martwicy, któremu towarzyszy proces zapalny. W surowicy krwi wzrasta stężenie enzymów wskaźnikowych – Alat, Aspat, LDH. Podczas śmierci nekrotycznej dezintegracja obejmuje zarówno histony jak i DNA, dlatego rozkład DNA jest niecharakterystyczny. Śmierć nekrotyczna dotyczy zwykle wielu komórek w danej tkance, narażonej na działanie czynnika uszkadzającego (27, 35).
W przeciwieństwie do martwicy, apoptoza dotyczy zawsze pojedynczych komórek, choć sumarycznie ich liczba może być duża. Komórki te umierają w różnych tkankach i narządach po tak zwanym „uzyskaniu kompetencji” na drodze odpowiedniej regulacji genetycznej i biochemicznej.
Objętość komórki ginącej na drodze apoptozy maleje, rozkład DNA postępuje precyzyjnie na skutek działania endonukleaz, struktury cytoplazmatyczne komórki zachowują pełną integralność, komórka tworzy wypustki, z których powstają ciałka apoptotyczne, fagocytowane następnie przez sąsiednie komórki, nie zaś jak w przypadku nekrozy, przez profesjonalne fagocyty. Apoptoza nie wywołuje odczynu zapalnego. Komórki w sąsiedztwie rozpoznają, fagocytują, a następnie trawią materiał apoptotyczny dzięki przekształceniom błony komórkowej w procesie apoptozy, która polega między innymi na przemieszczaniu się fosfatydyloseryny z wewnętrznej do zewnętrznej warstwy błony komórkowej. Apoptoza nie powoduje ogniskowego uszkodzenia tkanki, nie wywołuje odczynu zapalnego i ubytku, który wymagałby tworzenia się blizny (27, 35).
Warto podkreślić, że zakończeniem procesu zapalnego, powstałego w wyniku nekrozy, jest samozagłada czyli apoptoza komórek zapalnych, co pozwala uniknąć przedłużania się procesu zapalnego i uszkodzenia zdrowych komórek i tkanek (76).
III. MECHANIZMY REGULUJĄCE APOPTOZĘ
Apoptoza jest programowaną śmiercią komórki kontrolowaną przez geny, a wywoływaną zarówno przez bodźce fizjologiczne jak i patologiczne (10, 33, 35, 56, 62, 66).
Proces apoptozy możemy podzielić na kilka faz:
1. Przesłanie sygnału śmierci.
2. Faza efektorowa – proces wspólny dla różnych sygnałów inicjujących apoptozę, decydujący o nieodwracalności zmian.
3. Zmiany strukturalne prowadzące do śmierci komórki.
4. Usunięcie komórek i ciałek apoptotycznych.
Do komórek stale docierają sygnały życia i śmierci. Komórka może „popełnić samobójstwo” z powodu braku czynników wzrostowych, hormonów, substancji odżywczych, z powodu zaburzonego kontaktu z białkami macierzy zewnątrzkomórkowej i z innymi komórkami, z powodu działania czynników zewnątrzpochodnych. W odpowiedzi na sygnał śmierci dochodzi do aktywacji odpowiednich genów, które powodują apoptozę oraz do uruchomienia śmiercionośnej kaskady enzymów cytosolowych – proteaz cysteinowych czyli kaspaz. Uruchomienie szlaku, określanego jako kaskada kaspaz wiąże się z degradacją różnych białek cytoplazmatycznych i jądrowych, zarówno strukturalnych jak i regulatorowych. Fragmentacja DNA przez endonukleazy (CAD – caspase-activated deoxyribonuclease) oraz zniszczenie białek enzymatycznych, odpowiedzialnych za jego syntezę i naprawę, powoduje, że proces autodestrukcji komórki staje się nieodwracalny.
Jakie są zatem sygnały śmierci w przełożeniu na język molekularny i biochemiczny? Jaka jest droga od sygnału śmierci do aktywacji kaspaz?
Poznane dotychczas sygnały śmierci to:
1. Indukcja genów apoptozy w wyniku bezpośredniego uszkodzenia DNA w komórce pod wpływem różnych czynników stresogennych (hipoksji, promieniowania UV, promieniowania gamma, zaburzeń stężenia czynników wzrostowych dla komórki) (7, 26, 52, 60, 71, 77).
2. Sygnały odbierane przez receptory z rodziny TNFR znajdujące się na powierzchni wielu komórek. Do rodziny receptorów TNFR należą: receptor TNFR1 dla TNF alfa, receptor Apo-1/Fas (CD 95) dla cząstki Fas-L, receptor NGFR dla NGF alfa oraz grupa receprorów TRAIL zlokalizowanych na komórkach nowotworowych (17, 47).
3. Cytochrom C (18, 45, 61).
4. Mitochondrialny Czynnik Aktywujący Apoptozę – AIF (Apoptosis Inducting Factor) (12, 13, 29, 38, 41, 48, 50).
5. Aktywacja granulosomów, czyli ziaren cytoplazmatycznych limfocytów (25).
6. Reaktywne formy tlenu (2, 3, 23, 30).
Rola genów w apoptozie
W przypadku uszkodzenia DNA komórkowego produkowane jest białko p53 (produkt genu TP 53), które wiąże się bezpośrednio z uszkodzonym DNA i indukuje ekspresję genów hamujących podział komórki (p21), uczestniczących w naprawie DNA (GADD 45) i stymulujących produkcję białek koniecznych do wywołania apoptozy – Bax (produkt genu Bcl-2) oraz białek zwrotnie hamujących produkcję p53 (MDM-2). Wzrost stężenia białka p53 w komórce prowadzi do zahamowania jej podziałów w fazie G1. Jeśli uszkodzenie DNA pozostaje nie naprawione, białko p53 indukuje proces apoptozy, dzięki któremu komórka umiera i nie popełnia błędów. Białko p53 aktywuje proces apoptozy poprzez aktywację produkcji białka Bax, które powoduje wypływ cytochromu c z mitochondriów. Cytochrom c zaś aktywuje kaspazę 9. Białko p53 pobudza również ekspresję receptora Fas w błonie komórkowej.
Białko Bax należy do proapoptotycznych białek kodowanych przez gen Bcl-2. Rodzina genów Bcl-2 koduje białka zarówno hamujące apoptozę (Bcl-2, Bcl-xL) oraz inicjujące ją (Bax, Bcl-xS, Bak, Bik, Bim, Bad, Bid). Białko Bcl-2 hamuje apoptozę poprzez hamowanie wypływu z mitochondriów cytochromu C oraz AIF. Stosunek Bax do Bcl-2 w komórce jest czynnikiem warunkującym przeżycie komórki lub jej śmierć.
Indukcja apoptozy przez receptory dla czynników z rodziny TNF
Receptory dla czynników z rodziny TNF są transbłonowymi cząsteczkami, których domeny zewnątrzkomórkowe, odpowiedzialne za wiązanie liganda, są bogate w cysteinę, zaś fragment cytoplazmatyczny, odpowiedzialny za przekazywanie sygnału do wnętrza komórki, zawiera 80-aminokwasową sentencję, zwaną domenną śmierci (DD – death domain). Analiza mutacyjna wykazała, że delecja fragmentu DD lub nawet zamiana tylko jednego aminokwasu w jego obrębie, całkowicie znosi zdolność receptora do indukcji apoptozy. Obecność DD stwierdza się w receptorze typu I dla TNF alfa (TNF-RI), receptorze CD 95 (APO-1/Fas), w nowo odkrytych receptorach DR3//APO-3, DR4 (TRAIL-R1) i DR5 (TRAIL-R2/APO-2), jak również w receptorze p75 dla czynnika wzrostu nerwów NGF – nerve growth factor. Mechanizm działania receptorów indukujących program apoptozy został najlepiej poznany w przypadku TNF-R1 i CD 95. Pod wpływem swoistego liganda dochodzi do agregacji receptorów i ich DD, co prowadzi do przyłączenia i aktywacji wielu białek adaptorowych, tworzących razem kompleks indukujący śmierć komórki (DISC – death-inducing signalling complex). Spośród białek adaptorowych wiążących się z DD i tworzących DISC najlepiej poznano białka TRADD (TNF receptor-associated death domain) i FADD (Fas – associated death domain). Konsekwencją aktywacji białek adaptorowych jest aktywacja kaspaz – kaspazy 8 lub 10, które nastepnie aktywują kaspazy 3, 6 i 7.
Aktywcja apoptozy przez receptor TNFR może zachodzić bez udziału kaspaz, w wyniku uwalniania ceramidów przez TNF alfa i CD 95L, ze sfingomieliny błony komórkowej. Ceramidy są uwalniane ze sfingomieliny błony przez obojętne i kwaśne sfingomielinazy, których aktywność jest stymulowana przez TNF alfa. Przekazanie sygnału proapoptotycznego przez ceramidy, prawdopodobnie, zachodzi po etapie aktywacji FADD, chociaż niektórzy autorzy uważają, że uwalnianie ceramidów jest wynikiem aktywacji kaspaz.
Czynniki z rodziny TNF i ceramidy mogą również brać udział w aktywacji szlaków proapoptotycznych, zależnych od mitochondriów. W przebiegu apoptozy indukowanej przez TNF alfa, CD95L i ceramidy, obserwuje się generację wolnych rodników, zmianę potencjału błonowego mitochondriów, zmianę przepuszczalności błony komórkowej mitochondriów i uwalnianie z mitochondriów kaspazopodobnej proteazy AIF (Apoptosis Inducing Factor) i cytochromu C, który bierze udział w aktywacji kaspaz efektorowych.
W indukowaniu apoptozy biorą również udział produkty leukotrienowej drogi przemian kwasu arachidonowego, zwłaszcza 5-HPETE (kwas hydroperoksyeikozatrienowy). Kwas arachidonowy jest uwalniany z błony komórkowej po stymulcji TNF alfa, w wyniku aktywacji fosfolipazy A2 przez kinazy komórkowe. Badania nad apoptozą dowodzą, że zahamowanie aktywności lipooksy- genaz chroni komórkę przed apoptozą indukowaną przez TNF alfa. Efektu tego nie obserwuje się po zahamowaniu aktywności cyklooksygenazy.
Bardzo ważnym efektem biologicznym działania TNF alfa jest stymulacja czynnika transkrypcyjnego NF-kappaB, który ulega translokacji do jądra komórkowego i aktywuje ekspresję swoistych genów. Dzięki temu TNF alfa ma zdolność aktywacji różnych genów, zwłaszcza dla innych cytokin. Uważa się, że aktywacja NF-kappaB przekazywana przez receptor TNF-RI, jest mechanizmem chroniącym komórkę przed apoptozą.
Rola cytochromu C
Kaspazy mogą być również aktywowane przez cytochrom C.
Białka z rodziny Bcl często łaczą się z zewnętrzną błoną mitochondrialną, umożliwiając ucieczkę cytochromu C z mitochondriów i aktywację przez niego kaspaz. Shigeomi i Shimizu udowodnili, że białka Bak i Bax mogą łączyć się z innym białkiem zlokalizowanym w zewnętrznej błonie mitochondrium, określanym nazwą VDAC (voltage dependent anion chanel – kanał błonowy, który może być zamykany i otwierany m.in. przez zmiany napięcia elektrycznego i polianiony). VDAC jest jednym z głównych składników zewnętrznej błony mitochondrialnej komórek eukariotycznych. W normalnych warunkach VDAC jest nieprzepuszczalny dla cytochromu C, ale po połączeniu z białkami Bax i Bak powoduje powstanie kanału błonowego, przepuszczającego cytochrom C do cytoplazmy. W cytoplazmie dochodzi do połączenia cytochromu C w kompleks: Cyt C (Apaf 1) – proenzym kaspazy 9, co powoduje aktywację kaspazy 9, która uruchamia nieodwracalną kaskadę kaspaz czyli w dalszej konsekwencji apoptozę.
Białko Bcl-2 działa odwrotnie – po przyłączeniu do VDAC zamyka jego światło, co prowadzi do zatrzymania śmiercionośnego cytochromu wewnątrz mitochondrium.
Czynnik aktywujący apoptozę
Czynnik aktywujący apoptozę jest kodowany przez pojedynczy gen na chromosomie X. AIF jest obecny zarówno w tkankach zdrowych, jak i różnych typach linii nowotworowych. Prekursor AIF jest syntezowany w cytozolu i stąd transportowany do mitochondriów. Dojrzała cząstka AIF jest flawoproteiną, oksydoreduktazą, zlokalizowaną w przestrzeni międzybłonowej mitochondriów. Pod wpływem czynników indukujących, AIF jest uwalniany z mitochondriów do cytoplazmy, a następnie do jądra komórkowego, gdzie wywołuje kondensację chromatyny jądrowej oraz fragmentację DNA. W przeciwieństwie do cytochromu C, apoptoza indukowana przez AIF, jest procesem niezależnym od kaspaz.
Aktywacja granulosomów
Kolejnym sygnałem do uruchomienia apoptozy jest aktywacja granulosomów.
Ziarna cytoplazmatyczne limfocytów, czyli granulosomy, zawierają perforyny, granzymy, TIA-1 i siarczan chondroityny. Perforyny mają zdolność wbudowywania się w błonę komórkową i tworzenia w niej kanałów (perforacja błony). Wbudowanie perforyny w błonę komórkową jest zależne od jonów Ca 2+ oraz Sr2+, nie wpływają na proces jony Mg2+ i Mn 2+. Cytolityczne działanie perforyny polega na tworzeniu porów, które umożliwiają swobodny wypływ i dopływ do cytoplazmy różnych jonów i cząstek polipeptydowych co powoduje zaburzenia gospodarki mineralnej, szok termiczny i utratę energii. Końcowym wynikiem działania perforyny jest indukcja apoptozy w komórce docelowej i w konsekwencji degradacja DNA. Indukcja apoptozy nie jest bezpośrednim wynikiem działania perforyny, a ma związek z dopływem do komórki docelowej jonów Ca 2+, które aktywują endonukleazy oraz granzymy i białko TIA-1. Ekspresja mRNA dla perforyny jest zależna od stymulacji limfocytów Tc i komórek NK przez Il-1, Il-4, Il-7 i Il-12, a hamowana przez TGF beta.
Granzymy, wykazujące homologię z proteazami serynowymi, są również niezbędnym elementem reakcji cytotoksycznej. Granzymy po wniknięciu do cytoplazmy komórki docelowej przez pory utworzone przez perforynę wykazują aktywność proteolityczną, np. granzym B trawi niektóre proenzymy z rodziny kaspaz, przekształcając je w aktywne cząsteczki uczestniczące w indukcji i przebiegu apoptozy. Inne granzymy nie mają zdolności aktywacji kas-paz, wiążą się jednak z białkami chromatyny, trawią je i ułatwiają endonukleazom dostęp do nici DNA. Degradacja DNA w komórce docelowej może być powodowana również przez białko TIA-1 (T-cell intracellular antigen).
Rola rodników tlenowych
Apoptozę komórek wywołują bezpośrednio reaktywne formy tlenu i azotu, związki powstające z ich rozpadu i produkty reakcji reaktywnych form tlenu, jak również, pośrednio wszystkie czynniki wywołujące stres oksydacyjny w komórce.
Rodniki tlenowe to atomy lub cząsteczki zdolne do samodzielnego istnienia, posiadające niesparowane elektrony na orbicie walencyjnej. Niesparowane elektrony powodują, że rodnik jest bardzo aktywną czasteczką. Reaktywnymi formami tlenu są na przykład rodnik ponadtlenkowy, rodnik hydroksylowy, nadtlenek wodoru czy tlenek azotu. Wolne rodniki są produkowane w organizmie, zarówno w stanach fizjologicznych, jak i patologicznych, między innymi w systemie transportu elektronów w mitochondriach i mikrosomach, w strukturach subkomórkowych: peroksysomach i lizosomach, na skutek autooksydacji niskocząsteczkowych molekuł, takich jak katecholaminy, flawiny czy tiole, podczas reakcji cyklooksygenacji i lipooksygenacji kwasu arachidonowego, w procesie fagocytozy podczas wybuchu tlenowego komórek żernych oraz w następstwie reakcji reperfuzji po niedokrwieniu. Wolne rodniki tlenowe mogą uszkadzać komórkę poprzez modyfikację białek, lipidów, węglowodanów i kwasów nukleinowych.
Wiele prac eksperymentalnych dowodzi, że rodniki tlenowe mogą indukować apoptozę w komórce, zaś zahamowanie, bądź opóźnienie apoptozy można uzyskać poprzez podanie antyoksydantów, zarówno enzymów antyoksydacyjnych jak i witamin. Wykazano również, że mechanizm apoptotycznego działania etanolu i niektórych leków polega na stymulacji wewnątrzkomórkowego wytwarzania RFT podczas ich metabolizmu w ustroju.
Mechanizm molekularny proapoptotycznego działania reaktywnych form tlenu jest złożony i nie wyjaśniony do końca. RFT, jak wiadomo, inicjują podwójne pęknięcia DNA, co może być bezpośrednim czynnikiem aktywującym apoptozę. Stres oksydacyjny powoduje również wzrost stężenia jonów Ca2+ wewnątrz komórki, co aktywuje endonukleazy trawiące DNA. Warto podkreślić, że mechanizm działania TNF polega między innymi na indukcji wytwarzania RFT w mitochondriach, zaburzeniu równowagi redukcyjno-oksydacyjnej w komórce i uszkodzeniu organelli przy niewystarczającej ochronie antyoksydacyjnej.
Mechanizm efektorowy apoptozy
(17, 27, 35, 47, 49, 53)
Mimo wielu różnych mechanizmów prowadzących do apoptozy, wielu badaczy uważa, że istnieje jeden uniwersalny szlak przemian biochemicznych bezpośrednio odpowiedzialnych za programowaną smierć komórki. Jest nim kaskada kaspaz. Jednak, jak wcześniej opisano, aktywacja apoptozy w komórce może zachodzić bez udziału kaspaz.
Kaspazy są jednymi z najważniejszych białek proteolitycznych, kontrolujacych apoptozę. Można stwierdzić, że kaspazy – enzymy cytosolowe, są egzekutorami sygnału śmierci. W największym stopniu odpowiadają za zniszczenie komórki skazanej na samobójstwo: degradują białka enzymatyczne i strukturalne oraz pośrednio doprowadzają do poszatkowania materiału genetycznego na drobne kawałki. Są odpowiedzialne za zmiany kształtu komórki i jej podział na pęcherzyki apoptotyczne.
W zdrowych komórkach wystepują w postaci zymogenów. Indukcja apoptozy polega na oderwaniu od zymogenu fragmentu białka blokującego aktywność enzymu. Pierwszą kaspazą poznaną w organizmach ssaków był enzym konwertujący interleukinę 1b (interleukin-1b converting enzyme, ICE).
Dalsze badania wykazały obecność wielu kaspaz podobnych do ICE. Wszystkie poznane kaspazy charakteryzują się tym, że przecinają łańcuch białkowy substratu w miejscu obecności w nim kwasu asparaginowego i że są same dla siebie enzymami aktywującymi. Kaspazy niszczą białka strukturalne i enzymatyczne komórki. Degradacja kinazy DNA i polimerazy poliADPrybozy (PARP) uniemożliwia naprawę uszkodzonego DNA. Zniszczenie lamininy uszkadza błonę jadrową, gelsoliny, aktyny i filamentów pośrednich cytoskeletonu – zmienia kształt komórki. Łańcuch DNA zostaje pocięty na fragmenty przez endonukleazę CAD (caspase-activated Dnase). Sama nukleaza nie jest substratem kaspaz, natomiast ulega aktywacji po zniszczeniu przez kaspazy inhibitora, który w normalnych warunkach blokuje CAD. Poznano dotychczas 25 kaspaz.
Zmiany strukturalne zachodzące w komórce w przebiegu apoptozy oraz mechanizm usuwania komórek i ciałek apoptotycznych, omówiono we wstępie pracy.
IV. ROLA APOPTOZY W WYBRANYCH PROCESACH FIZJOLOGICZNYCH
Apoptoza jest kontrolowanym procesem samounicestwiania się komórek niepotrzebnych organizmowi. Proces ten odgrywa kluczową rolę w rozwoju i funkcjonowaniu układu odpornościowego. Apoptozę w układzie immunologicznym obserwujemy w czasie rozwoju układu odpornościowego, w czasie aktywacji układu odpornościowego oraz w fazie wyciszania procesów odpornościowych i zapalnych (24, 25, 44, 58, 73, 75).
Prekursory tymocytów dostają się w życiu płodowym do grasicy, najpierw z wątroby, a następnie ze szpiku, który staje się centrum krwiotworzenia. Szpik dostarcza tych prekursorów, choć w mniejszym stopniu, również po urodzeniu. W grasicy ulegają one intensywnej proliferacji i różnicowaniu w limfocyty T. Wskaźnik mitotyczny tymocytów jest bardzo wysoki, jednak olbrzymia większość komórek, bo około 95%, ginie wewnątrz grasicy wskutek apoptozy. Wskaźnik apoptozy tymocytów jest tłumaczony teorią zachłanności – czyli tzw. ich selekcją pozytywną i negatywną. Wypadkowa powinowactwa receptora TCR do peptydu MHC oraz gęstości, nazywana zachłannością, decyduje o wyniku selekcji tymocytów w grasicy. Zarówno bardzo mała, jak i duża zachłanność TCR tymocytu w stosunku do komórki prezentującej antygen prowadzi do apoptozy i eliminacji tymocytów. Selekcja pozytywna zachodzi przy większej zachłanności i powinowactwie TCR do liganda. Zbyt silne wiązanie TCR powoduje selekcję negatywną (24).
Sprawne funkcjonowanie układu odpornościowego w warunkach fizjologicznych zapewnia zachowanie równowagi między aktywacją, anergią i apoptozą limfocytów T. Konsekwencją rozpoznania antygenu przez TCR limfocytów T może być ich aktywacja, anergia lub apoptoza limfocytu T. Obwodowe limfocyty T mogą reagować na sygnał z TCR wejściem w apoptozę. Warunkami sprzyjającymi zajściu tego procesu jest duża ilość antygenu przy równoczesnym braku czynników prozapalnych, głównie cytokin, o działaniu przeciwapoptotycznym. Mechanizm ten wywołuje eliminację na obwodzie klonów autoreaktywnych, czyli odgrywa rolę w utrzymywaniu autotolerancji.
Proces apoptozy limfocytów T indukowany przez antygen składa się z fazy indukcji, w której, dochodzi do ekspresji genów Nur 77, NFAT, ALG-4 i TDAG51. Konsekwencją ekspresji tych genów jest tak zwana późna faza indukcji, w której dochodzi do ekspresji receptorów APO-1/Fas (CD95) lub TNFR (CD120). Przekazanie sygnału przez te receptory uruchamia mechanizm apoptozy (44, 75).
Limfocyty CD8+, CD4+ subpopulacji Th1 oraz komórki NK są zdolne do efektu cytotoksycznego poprzez indukowanie apoptozy w zabijanych komórkach. Dysponują one tu dwoma zasadniczymi mechanizmami wywoływania apoptozy:
1. zależnej od uwalniania perforyny i granzymów,
2. zależnej od interakcji cząsteczek APO-1/Fas w błonie komórki docelowej i liganda Fas (FasL) w błonie komórki efektorowej.
Limfocyty TcCD8+ są zdolne do zabijania dwiema powyższymi metodami z dominacją pierwszej, CD4+ głównie poprzez Apo-1/Fas. Komórki NK zabijają głównie w pierwszym mechanizmie. Mechanizm cytotoksyczności limfocytów polega również na uruchamianiu mechanizmu apoptozy poprzez wydzielanie TNF.
Pobudzone limfocyty T i komórki NK posiadające w swej błonie FasL mogą zabijać inne pobudzone limfocyty T lub B posiadające w swej błonie Apo-1/Fas lub nawet ginąć w wyniku samobójczej śmierci w wyniku inter-akcji Fas i FasL w błonie tej samej komórki.
Innym sygnałem śmierci jest reakcja cytotoksyczna zależna od receptorów z rodziny TNFR. Jest ona oparta na interakcji wytworzonych przez komórki efektorowe ligandów ze swoistymi receptorami obecnymi na komórkach docelowych. Konsekwencją tej interakcji jest przekazanie sygnału indukującego apoptozę do komórki docelowej. Głównymi czynnikami (ligandami) odpowiedzialnymi za ten rodzaj cytotoksyczności są czynniki z rodziny TNF, których receptory zawierają w części cytoplazmatycznej tak zwaną domenę śmierci. Należą do nich wspomniane wcześniej cząstki APO-1L/FasL (CD95L), jak również TNF alfa oraz LT alfa. Związanie się tych czynników ze swoistymi receptorami indukuje zależne od domeny śmierci mechanizmy komórkowe prowadzące do aktywacji kaspaz i apoptozy. Efekt cytotoksyczny w mechanizmie zależnym od receptorów TNFR zależy również od ekspresji liganda przez komórkę docelową. Ekspresja APO-1L/FasL na limfocycie T jest indukowana za pośrednictwem TCR i wspomagana przez Il-2, IFN gamma. Ekspresja APO-1/Fas jest wzmagana przez IFN gamma i TNF alfa (25, 44, 75).
Apoptoza odgrywa ważną rolę w modulowniu długości życia neutrofilów nie biorących udziału w procesie zapalnym, jak również w hamowaniu reakcji zapalnej.
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Baima B. et al.: Apoptosis in different cutaneous manifestations of lupus erythematosus. Br. J. Dermatol. 2001, 144:958-966. 2. Bartosz G.: Metaboliczne efekty stresu oksydacyjnego. W: Druga twarz tlenu. PWN, W-wa 1995, 201-204. 3. Bartosz G.: Reaktywne formy tlenu jako mediatory i regulatory metabolizmu. W: Druga twarz tlenu. PWN, W-wa 1995, 283-286. 4. Bidere N. et al.: Caspase-independent apoptotic pathways in T lympocytes: a minireview. Apoptosis 2001, 6:371-375. 5. Bijl M. et al.: Fas expression on peripheral blood lymphocyts in systemic lupus erythematosus (SLE): relation to lymphocyte activation and disease activity. Lupus 2001, 10:866-872. 6. Boni R. et al.: Expression of the proliferation and apoptosis-associated CAS protein in benign and malignant cutaneous melanocytic lesions. Amer. J. Dermatopathol. 199, 21:125-128. 7. Chorąży M. i wsp.: Udział genów w procesie nowotworzenia. W: Genetyka molekularna. PWN, W-wa 1998, 385-411. 8. Courtney P.A. et al.: Increased apoptotic peripheral blood neutrophils in systemic lupus erythematosus: relation with disease activity, antibodies to double stranged DNA, and neutropenia. Ann. Rheum. Dis. 1999, 58:309-314. 9. Coven T.R.: PUVA-induced lyphocyte apoptosis: machanism of action in psoriasis. Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1999, 15:22-27. 10. Czarny M. i wsp.: Indukcja apoptozy w ludzkich limfocytach krwi obwodowej przez glikokortykosteroidy. Nowiny Lek. 1998, 67:355-366. 11. Czuwara J. i wsp.: Apoptoza w komórkach jednojądrowych krwi obwodowej pacjentów z twardziną układową. Przegl. Dermatol. 1996, 83:461-466. 12. Daugas E. et al.: Apoptosis-inducing factor (AIF): a ubiquitous mitochondrial oxidoreductase involved in apoptosis. FEBS Lett 2000, 476:118-123. 13. Daugas E. et al.: Mitochondriao-nuclear translocation of AIF in apoptosis and necrosis. 14. Delehedde M. et. al.: Altered expression of bcl-2 family member proteins in nonmelanoma skin cancer. Cancer 1999, 85:1514-1522. 15. Feleszko W.: Dojrzewanie limfocytów. W: Immunologia. Praca zbiorowa pod red. Marka Jakóbisiaka. PWN, W-wa 1998, 121-140. 16. Genini M. et al.: HIV induces lymphocyte apoptosis by p-53-initiated mechanism. FASEB J. 2001, 15:5-6. 17. Grzela T. i wsp.: Indukcja apoptozy przez receptory dla czynników z rodziny TNF. Post. Hig. Med. Dośw. 1999, 53:351-363. 18. Guo Y. et al.: Caspase-2 induces apoptosis by releasing proapoptotic proteins from mitochondria. J. Biol. Chem. 2002. 19. Hashimoto K.: Apoptosis in lichen planus and several other dermatoses Intra-epidermal cell death with filamentous degeneration. Acta Derm. Venerol. 1976, 56:187-210. 20. Herr I. et al.: Cellular stress response and apoptosis in cancer theraty. Blood 2001, 98:2603-2614. 21. Herrmann M. et al.: Impaired phagocytosis of apoptotic cell material by monocyte-derived macrodhages from patients with systemic lupus erythematosus. Arthritis Rheum. 1998, 41:1241-1250. 22. Huck S.: High-density expression of CD95 on B cells and underrepresentation of B-1 cell subset in human lupus. Lupus 1998, 11:449-455. 23. Jajte J.: Udział rodników tlenowych w apoptozie – znaczenie kliniczne. Probl. Terapii Monit. 1998, 9:3-8. 24. Jakóbisiak M.: Morfologia układu limfatycznego. W: Immunologia. Praca zbiorowa pod red. Marka Jakóbisiaka. PWN, W-wa 1998, 33-56. 25. Jakóbisiak M.: Populacje i subpopulacje limfocytów. W: Immunologia. Praca zbiorowa pod red. Marka Jakóbisiaka. PWN, W-wa 1998, 141-152. 26. Jarząb B.: Nowotwory. W: Patofizjologia. Volumed. Wrocław, 2001, 31-76. 27. Jendryczko A.: Apoptoza – kontrolowana śmierć komórki. Post. Nauk Med. 1995, 8:267-270. 28. Jones P.A.: Death and metylation. Nature 2001, 409:141-144. 29. Joza N. et al.: Essential role of the mitochondrial apoptosis-inducinf factor in programmed cell death. Nature 2001, 41:549-554. 30. Kannan K. et al.: Oxidative stress and apoptosis. Pathophysiol. 2000, 7:153-163. 31. Karaś Z. i wsp.: Cytometria przepływowa w diagnostyce tocznia rumieniowatego – badania wstępne. Nowiny Lek. 1998, 67:412-415. 32. Karaś Z. i wsp.: Zastosowanie cytometrii przepływowej w badaniach kłykcin kończystych. Nowiny Lek. 1998, 67:408-411. 33. Kerr J.F.R. J. Pathol. 1971, 105:13-17. 34. Klimiuk P.A.: Zaburzenia regulacji apoptozy a choroby autoimmunologiczne. Reumatologia 1995, 33:54-58. 35. Klupa T.: Apoptoza – od teorii do praktyki. Przegl. Lek. 1998, 55:528-531. 36. Laporte M. et al.: Apoptosis in estabilished and healing psoriasis. Dermatol. 2000, 200:314-316. 37. Li G.: Chemotherapy-induced apoptosis in melanoma cells is p53 dependent. Melanoma Research 1998, 8:17-23. 38. Loeffler M. et al.: Dominant cell death induction by extramitochondrially targeted apoptosis-inducing factor. FASEB J. 2001, 15:758-767. 39. Lorenz H.M. et al.: The pathogenesis of autoimmune diseases. Scand. J. Clin. Lab., Suppl. 2001, 235:16-26. 40. Lorenz H.M. et al.: Role of apoptosis in autoimmunity. Apoptosis 2000, 4:443-449. 41. Lorenzo H.K. et al.: Apoptosis inducing factor (AIF): a phylogenetically old, casase-independent effector of cell death. Cell Death Differ 1999, 6:516-524. 42. Lu F. et al.: Dysregulation of apoptosis: a possible mechanism leading to chronic progressive renal histological changes in lupus nephritis. Clin. Med. J. 2000, 113:1082-1086. 43. Makino T. et al.: Apoptosis and cellular proliferation in human epidermal squamos cell neoplasia. J. Cutan. Pathol. 1998, 25:136-142. 44. Malejczyk J.: Mechanizmy cytotoksyczności limfocytów. W: Immunologia. Praca zbiorowa pod red. Marka Jakóbisiaka. PWN, W-wa 1998, 323-335. 45. Martinou J.C.: Key to the mitochondrial gate. Nature 1999, 399:411-412. 46. Maślińska D.: Rola apoptozy w chorobach reumatycznych. Reumatol. 1997, 35:350-352. 47. Maślińska D.: Programowana śmierć komórki (apoptoza) w procesie zapalnym. Nowa Medycyna – Reumatologia IV 1999, 12:34-41. 48. Matsuyama S. et al.: Reed J.C.: Mitochondria-dependent apoptosis and cellular pH regulation. Cell Death Differ 2000, 7:1155-1165. 49. Mehmet H.: Caspases find a new place to hide. Nature 2000, 403:29-30. 50. Miramar M.D.: NADH oxidase activity of mitochondrial apoptosis-inducing factor. J. Biol. Chem. 2001, 276:16391-16398. 51. Miret C.: Relationship of oncogenes (sFas, Bcl-2) and cytokines (Il-10, Alfa TNF) with the activity of systemic lupus erythematosus, Anticancer Res. 2001, 21 (4B):3053-3059. 52. Motyl T.: Regulation of apoptotis: involvement of Bcl-2 related proteins. Reprod. Nutr. Dev. 1999, 39:49-59. 53. Nakagawa T. et al.: Caspase-12 mediates endoplasmic-reticulum-specific apoptosis by amyloid-b. Nature 2000, 403:98-103. 54. Nevala H. et al.: Proapoptotic and antiapoptotic markers in cutaneous T-cell lymphoma skin infiltrates and lymphomatoid papulosis. British J. Dermatol. 2001, 145:928-937. 55. Oldak M. i wsp.: Mechanizmy przekazywania sygnałów przez receptor dla naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR) oraz ich rola w regulacji apoptozy. Post. Hig. Med. Dośw. 1995, 53:315-329. 56. Ostrowski K.: Indukowana apoptoza w leczeniu i zapobieganiu nowotworom. Medycyna na świecie, 1996, 4:10-11. 57. Papo T. et al.: Apoptosis and expression of soluble Fas mRNA in systemic lupus erythematosus. Lupus 1998, 7:455-461. 58. Roliński J.: Apoptoza w układzie odpornościowym – rola Fas, bcl-2 i interleukiny 2. Post. Biol. Kom. 1997, 24:561-574. 59. Ruckert R. et al.: Inhibition of keratinocyte apoptosis by IL-15: a new parameter in the pathogenesis of psoiasis. J. Immunol. 2000, 165:2240-2250. 60. Rupniewska Z.M. i wsp.: Rodzina genów bcl-2. Post. Biol. Kom. 1997, 24:33-47. 61. Shimizu S. et al.: Bcl-2 family proteins regulate the release of apoptogenic cytochrome c by the mitochondrial chanel VDAC. 62. Shindo Y. et al.: Ultraviolet B-induced cell death in four cutaneous cell lines exhibiting different enzymatic antioxidant defences: involvement of apoptosis. J. Dermatol. Sci. 1998, 17:140-150. 63. Simon K. i wsp.: Znaczenie apoptozy w zakażeniach HIV/AIDS i wybranych chorobach zakaźnych. Problemy HIV i AIDS 1999, 5:75-78. 64. Sklavounou A. et al.: TNF-alfa expression and apoptosis-regulating proteins in oral lichen planus – a comparative immunohistochemical evaluation. J. Oral Pathol. Med. 2000, 29:370-375. 65. Soengas M. et al.: Inactivation of the apoptosis effector Apaf-1 in malignant melanoma. Nature 2001, 409:207-211. 66. Srebro Z. i wsp.: Genetyczne, epigenetyczne i bioenergetyczne mechanizmy starzenia się i nowotworów. Wyd. UJ. Kraków 2000. 67. Staibano S. et al.: Prognostic value of apoptotis index in cutaneous basal cell carcinomas of head and neck. Oral Oncology 1999, 35:541-547. 68. Susin S.A.: Molecular characterization of mitochondrial apoptosis-inducing factor. Nature 1999, 397:441-446. 69. Tomkova H.: Expression of the bcl-2 homoloque bax in normal human skin, psoriasis vulgaris and non-melanoma skin cancers. Eur. J. Dermatol. 1998, 8:256-260. 70. Trafna R.: Apoptoza, jej rola w kancerogenezie i terapii nowotworów. Przegl. Dermatol. 1995, 82:241-247. 71. Tsujimoto Y.: Role of Bcl-2 family proteins in apoptosis: apoptosomes or mitochondria. Genes Cells 1998, 3:697-707. 72. Vaishnaw A.K.: The spectrum of apoptotic defects and clinical manifestations, including systemic lupus erythematosus, in human with CD 95 (Fas/APO-1) mutations. Arthritis Rheum. 1999, 42:1833-1842. 73. Wańkowicz A.: Zjawiska immunologiczne. W: Immunologia. Praca zbiorowa pod red. Marka Jakóbisiaka. PWN, W-wa 1998, 496-524. 74. Weedon D. et al.: Apoptosis. Its nature and implications for dermatopathology. Am. J. Dermatopathol. 1979, 1:33-144. 75. Zagożdżon R.: Aktywacja limfocytów. W: Immunologia. Praca zbiorowa pod red. Marka Jakóbisiaka. PWN, W-wa 1998, 241-262. 76. Zeman K: Rola neutrofilów w procesach zapalnych. Zapalenie. Patofizjologia i klinika. Medpress. W-wa, 76-97. 77. Żachowska-Wachelko B.: Patofizjologia wieku podeszłego. W: Patofizjologia. Volumed. Wrocław, 2001, 447-466.
