VÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ

Transkript

1 REGULACE APOPTÓZY 1

2 VÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ Příklad: Regulace apoptózy: protein p53 je klíčová molekula regulace buněčného cyklu a regulace apoptózy Onemocnění: více než polovina (70-75%) nádorů u dospělých lidí je spojena s inaktivujícími mutacemi p53 genu 2

3 3

4 POŠKOZENÍ DNA AKTIVACE p53 EXPRESE Bax Bax/Bax KANÁLY V MITOCHONDRIÁLNÍ MEMBRÁNĚ UVOLNĚNÍ CYTOCHROMU C Z MITOCHONDRIÍ FORMOVÁNÍ APOPTOZÓMU AKTIVACE KASPÁZY 9 AKTIVACE KASPÁZY 3 APOPTÓZA 4

5 REGULACE APOPTÓZY: 1. Mechanismy indukce apoptózy 2. Úloha p53 při indukci apoptózy 3. Apoptotické signální molekuly 4. Mechanismy působení glukokortikoidů 5. Mechanismy působení cytokinů 6. Mechanismy působení ligandů receptorů s doménou smrti 7. Mechanismy působení granzymu B 8. Úloha proteinů rodiny Bcl-2 v regulaci apoptózy 9. Aktivace kaspáz 10. Indukce apoptózy dráhou receptorů s doménou smrti 11. Indukce apoptózy mitochondriální dráhou 5

6 1. MECHANISMY INDUKCE APOPTÓZY: Apoptotické signály: Endogenní apoptotické signály: aktivace p53 Exogenní apoptotické signuály: apoptotické signální molekuly 6

7 2. ÚLOHA p53 PŘI INDUKCI APOPTÓZY: Mechanismy aktivace p53: poškození DNA, hypoxie ad. [FIG.] Aktivovaný p53 funguje jako transkripční faktor. Geny indukované aktivovaným p53: mdm2 (zpětnovazebná regulace aktivity p53) p21 gen (inhibitor CDK 2 zablokování buněčného cyklu) [FIG.] bax (proapoptotický protein rodiny Bcl-2 apoptóza) [FIG.] IGF-BP3 gen (insulin-like growth factor-binding protein 3 blokuje aktivitu IGF-I) 7

8 8

9 2. ÚLOHA p53 PŘI INDUKCI APOPTÓZY: Mechanismy aktivace p53: poškození DNA, hypoxie ad. [FIG.] Aktivovaný p53 funguje jako transkripční faktor. Geny indukované aktivovaným p53: mdm2 (zpětnovazebná regulace aktivity p53) p21 gen (inhibitor CDK 2 zablokování buněčného cyklu) [FIG.] bax (proapoptotický protein rodiny Bcl-2 apoptóza) [FIG.] IGF-BP3 gen (insulin-like growth factor-binding protein 3 blokuje aktivitu IGF-I) 9

10 CYCLIN E/CDK 2 CYCLIN E/CDK 2 10

11 2. ÚLOHA p53 PŘI INDUKCI APOPTÓZY: Mechanismy aktivace p53: poškození DNA, hypoxie ad. [FIG.] Aktivovaný p53 funguje jako transkripční faktor. Geny indukované aktivovaným p53: mdm2 (zpětnovazebná regulace aktivity p53) p21 gen (inhibitor CDK 2 zablokování buněčného cyklu) [FIG.] bax (proapoptotický protein rodiny Bcl-2 apoptóza) [FIG.] IGF-BP3 gen (insulin-like growth factor-binding protein 3 blokuje aktivitu IGF-I) 11

12 POŠKOZENÍ DNA AKTIVACE p53 EXPRESE Bax Bax/Bax KANÁLY V MITOCHONDRIÁLNÍ MEMBRÁNĚ UVOLNĚNÍ CYTOCHROMU C Z MITOCHONDRIÍ FORMOVÁNÍ APOPTOZÓMU AKTIVACE KASPÁZY 9 AKTIVACE KASPÁZY 3 APOPTÓZA 12

13 2. ÚLOHA p53 PŘI INDUKCI APOPTÓZY: Mechanismy aktivace p53: poškození DNA, hypoxie ad. [FIG.] Aktivovaný p53 funguje jako transkripční faktor. Geny indukované aktivovaným p53: mdm2 (zpětnovazebná regulace aktivity p53) p21 (gen inhibitor CDK 2 zablokování buněčného cyklu) [FIG.] bax (proapoptotický protein rodiny Bcl-2 apoptóza) [FIG.] IGF-BP3 gen (insulin-like growth factor-binding protein 3 blokuje aktivitu IGF-I) 13

14 3. APOPTOTICKÉ SIGNÁLNÍ MOLEKULY: Glukokortkoidy Cytokiny (viability factors) Ligandy receptorů s doménou smrti Granzym B 14

15 4. MECHANISMY PŮSOBENÍ GLUKOKORTIKOIDŮ: Indukce apoptózy glukokortikoidy: regulace exprese (indukce) proapoptotických proteinů rodiny Bcl-2 (Bax) indukce apoptózy kortisol 15

16 5. MECHANISMY PŮSOBENÍ CYTOKINŮ: Nedostatek některých cytokinů vede k indukci apoptózy: viability factors Inhibice apoptózy viability factors : regulace aktivity (inhibice) proapoptotických proteinů rodiny Bcl-2 (Bad) [FIG.] viability factors : IGF-I, IL-3, IL-4, IL-6, GM-CSF 16

17 17

18 5. MECHANISMY PŮSOBENÍ CYTOKINŮ: Nedostatek některých cytokinů vede k indukci apoptózy: viability factors Inhibice apoptózy viability factors : regulace aktivity (inhibice) proapoptotických proteinů rodiny Bcl-2 (Bad) [FIG.] viability factors : IGF-I, IL-3, IL-4, IL-6, GM-CSF 18

19 6. MECHANISMY PŮSOBENÍ LIGANDŮ RECEPTORŮ S DOMÉNOU SMRTI: Indukce apoptózy ligandy receptorů s doménou smrti: interakce ligandu (extracelulární signální molekuly) s příslušným membránovým receptorem generuje intracelulární apoptotický signál indukce apoptózy dráhou receptorů s doménou smrti (viz kap. 10.) Receptory s doménou smrti a jejich ligandy: Fas receptor (Fas): Fas ligand TNFR1 (tumor necrosis factor receptor 1): TNF [FIG.] Interakce fas ligandu s Fas receptorem představuje rozhodující mechanismus indukce apoptózy v imunitním systému (cytotoxické T lymfocyty, NK buňky) [FIG.] 19

20 20

21 6. MECHANISMY PŮSOBENÍ LIGANDŮ RECEPTORŮ S DOMÉNOU SMRTI: Indukce apoptózy ligandy receptorů s doménou smrti: interakce ligandu (extracelulární signální molekuly) s příslušným membránovým receptorem generuje intracelulární apoptotický signál indukce apoptózy dráhou receptorů s doménou smrti (viz kap. 10.) Receptory s doménou smrti a jejich ligandy: Fas receptor (Fas): Fas ligand TNFR1 (tumor necrosis factor receptor 1): TNF [FIG.] Interakce fas ligandu s Fas receptorem představuje rozhodující mechanismus indukce apoptózy v imunitním systému (cytotoxické T lymfocyty, NK buňky) [FIG.] 21

22 22

23 7. MECHANISMY PŮSOBENÍ GRANZYMU B: Indukce apoptózy granzymem B: synergické působení sekretovaného perforinu a granzymu B Perforin: vytváří kanál v plazmatické membráně pro průnik granzymu B Granzym B: proteáza, aktivace kaspáz Systém perforin/granzym B je používán v imunitním systému (cytotoxické T lymfocyty, NK buňky). [FIG.] 23

24 24

25 8. ÚLOHA PROTEINŮ RODINY Bcl-2 V REGULACI APOPTÓZY: Proteiny rodiny Bcl-2: charakteristické BH (Bcl-2 homology) domény TM (transmembrane) doména [FIG.] Antiapoptotické vs. proapoptotické proteiny rodiny Bcl-2 Podrodina Bcl-2 (antiapoptotické): Bcl-2, Bcl-x L Podrodina Bax ((BH123) (proapoptotické): Bax, Bak Podrodina BH3-only (proapoptotické): Bad, Bid, Puma 25

26 26

27 8. ÚLOHA PROTEINŮ RODINY Bcl-2 V REGULACI APOPTÓZY: Proteiny rodiny Bcl-2: charakteristické BH (Bcl-2 homology) domény TM (transmembrane) doména [FIG.] Antiapoptotické vs. proapoptotické proteiny rodiny Bcl-2 Podrodina Bcl-2 (antiapoptotické): Bcl-2, Bcl-x L Podrodina Bax ((BH123) (proapoptotické): Bax, Bak Podrodina BH3-only (proapoptotické): Bad, Bid, Puma 27

28 Proteiny rodiny Bcl-2 tvoří homodimery a heterodimery prostřednictvím BH domén. Vzájemný poměr antiapoptotických a proapoptotických proteinů rodiny Bcl-2 rozhoduje o indukci apoptózy. [FIG.] [FIG.] [FIG.] 28

29 29

30 30

31 31

32 9. AKTIVACE KASPÁZ: Aktivace kaspáz: na základě proteolytického štěpení [FIG.] Základní dráhy aktivace kaspáz: Dráha receptorů s doménou smrti Mitochondriální dráha 32

33 33

34 9. AKTIVACE KASPÁZ: Aktivace kaspáz: na základě proteolytického štěpení [FIG.] Základní dráhy aktivace kaspáz: Dráha receptorů s doménou smrti Mitochondriální dráha 34

35 10. INDUKCE APOPTÓZY DRÁHOU RECEPTORŮ S DOMÉNOU SMRTI: Dráha receptorů smrti (vnější dráha): Ligand (signální molekula) Receptor s doménou smrti Formování komplexu DISC (doména smrti receptoru, adaptorový protein(y), prokaspáza 8) Aktivace kaspázy 8 (iniciační kaspáza) Aktivace kaspázy 3 (exekučnní kaspáza) Štěpení substrátů smrti (exekuce apopotózy) [FIG.] 35

36 Figure 18-6 The extrinsic pathway of apoptosis activated through Fas death receptors. 36

37 11. INDUKCE APOPTÓZY MITOCHONDRIÁLNÍ DRÁHOU: Mitochondriální dráha (vnitřní dráha): Bax (proapoptotický protein rodiny Bcl-2) Bax/bax kanály v mitochondriální membráně Uvolnění cytochromu c Formování apoptozómu (cytochrom c, Apaf-1, prokaspáza 9) Aktivace kaspázy 9 (iniciační kaspáza) Aktivace kaspázy 3 (exekuční kaspáza) Štěpení substrátů smrti (exekuce apopotózy) [FIG.] [FIG.] [FIG.] 37

38 38

39 39

40 LITERATURA: Alberts B. et al.: Essential Cell Biology. Garland Science. New York and London, pp ,