Slayt 1 - İ.Ü. Cerrahpaşa Tıp Fakültesi

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
Sydney Brenner- Robert Horvitz - John Sulston
“organ gelişiminin genetik düzenlenmesinde
programlı hücre ölümü
Model sistem;
C. elegans
Memelilerde
programlı hücre ölüm
genlerinin
homologlarının keşfi”
C. elegans (nematod)
Nematod
Memeli
Apoptoz uyaranı
1090 hücre- Başlangıç
131 hücre - PHÖ
kaspaz-9
959 hücre- Yetişkin
kaspaz-3
Hücresel hedefler
APOPTOZ
APOPTOZ
İnsan vücudunda her saniye 100.000 hücre mitoz
ile artar apoptoz ile ölür
Mitoz
Kanser
Normal
KARACİĞER HASARI
NÖRODEJENERATİF HAST.
IDDM
MİYOKARD ENFARKTÜSÜ
Apoptoz
Hücre neden apoptozu seçer?
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?
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
Apoptoz işlem adımları
 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
APOPTOZMEKANİZMALARI
MEKANİZMALARI
1- Hücre yüzeyindeki reseptörlere bağlanan
ölüm aktivatörleri tarafından tetiklenen
apoptoz;
Ölüm reseptörleri yolu
2- Hücre içinde oluşturulan sinyaller ile
tetiklenen apoptoz;
mitokondriyum yolu
Apoptoz İşlem Yolları
FasL
Reseptör yolu
Mitokondriyum yolu
Fas
FADD
DD
p-kaspaz-8
DED
Kaspaz-8
Bid
Sit-c
kaspaz-9
Kaspaz-3
Hücresel Proteinler
DNA
APOPTOZ
Ölüm Reseptörleri Yolu
ölüm reseptörleri
FADD; Fas Associated protein with Death Domain
TRADD; TNFR Associated protein with Death Domain
ölüm ligandları
Apoptozu kontrol eden proteinler
Bcl-2 Ailesi
Kaspaz Ailesi
Bcl-2 ailesi
(B cell Lymphoma/leukemia-2)
Mitokondriyun yolunun esas düzenleyici proteinleri
Mitokondriyun- ER- Nukleus membranına bağlı proteinler
Apoptozu ilerletenler (Ölüm aktivatörleri)
Bax, Bak, Bad, Bid, Bim,BclXs,Noxa, Puma
Apoptozu engelleyenler (Yaşam aktivatörleri)
Bcl-2, BclXL, Mcl-1
Mitokondriyum Yolu
•
•
•
•
•
•
•
•
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
•
•
•
•
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 )
Kaspaz Ailesi
kaspaz-4
kasapaz-5
kaspaz-13
Enflamatuvar
kaspaz-11
Kaspazlar
kaspaz-12
kaspaz-1
kaspaz14
kaspaz-3
Efektör
Kaspazlar
kaspaz-7
kaspaz-6
kaspaz-8
kaspaz-10
kaspaz-2
kaspaz-9
DED DED
DED DED
CARD
CARD
Başlatıcı
Kaspazlar
Kaspazların Substratları
•Hücre döngüsü kontrolündeki proteinler
•Sitoiskelet proteileri
•Sitokin öncüleri
•Sinyal iletimindeki proteinler
•DNA metabolizmasına katılan proteinler
•RNA metabolizmasına katılan proteinler
•Transkripsiyon faktörleri
Başlangıç
kaspazları-8,9
Efektör
Kaspazlar
3,6,7
Sitoplazmik
hadefler
Kaspaz-6
Nukleus
nukleaz
DNA parçalanması
CAD: Caspase-activated deoxyribonuclease
ICAD: Inhibitor of CAD
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
p53;
Hücre döngüsünde ve apoptozda kontrol noktası
proteini
DNA hasarı tamir edilemediğinde,
Bax, Noxa ve Puma’yı
aktifleyerek
Bcl-2 ve BclXL’yi
baskılayarak
hücreyi apoptoza yönlendirir.
Apoptotik hücrenin tanınması ve fagositozu
Proapoptotik
sinyal
Plazma
membran
değişiklikleri
Membran
tomurcuklanması
Annexin-5
ps
Sağlıklı
hücre
Apoptotik
hücre
ps: Fosfotidilserin
. Fagozom