II översikt över morfologi och molekylära händelser av apoptos
Apoptotisk celldöd kan delas in i fyra sekventiella steg: initiering, beslut att dö, utförande och engulfment. En rad cellulära påfrestningar kan initiera apoptos genom aktivering av intracellulära signalvägar eller frisättning av andra budbärare. Några exempel på celldödsutlösare är joniserande strålning, kemoterapeutiska läkemedel, hypertermi och growth factor deprivation., Molekyler som presenteras av andra celler, såsom Fas ligand (FasL) och tumörnekrosfaktor (TNF), kan också inducera apoptos i celler som bär lämpliga receptorer. En cell kan ta emot en mängd olika signaler samtidigt, inklusive både proliferation och celldödssignaler. Som svar på dessa signaler måste en cell bedöma sin situation och bestämma om man ska begå självmord genom apoptos. Viktiga regleringsmolekyler i detta skede är medlemmar i Bcl-2-proteinfamiljen (Vit, 1996; Yang och Korsmeyer, 1996), även om mekanismen för deras verkan inte är fullständigt förstådd., När en cell har fattat beslutet att dö aktiveras molekyler som fungerar som bödlar. I alla typer av apoptos studerade, i en mängd olika multicellulära organismer innefattar bödlarna cytosoliska proteaser, varav de flesta tillhör en familj som kallas caspaserna (Nicholson och Thornberry, 1997; Alnemri, 1997). Dessa proteaser attackerar specifika cellulära proteiner vilket resulterar i irreversibel förstöring av kritiska cellulära processer och strukturer., I slutskedet av apoptos känns rester av den Döende cellen igen, uppslukas och bryts ned, antingen av en närliggande cell eller av en scavenging makrofag.
de morfologiska förändringarna i samband med apoptos är distinkta och välkännetecknade (Wyllie, 1987; Darzynkiewicz et al., 1997). Celler som genomgår apoptos krymper snabbt och kondenserar, drar sig bort från närliggande celler. Som ett resultat av förlusten av cytoplasmatisk volym bildar plasmamembranet blebs och utskjutningar, vilket ger cellen ett blåsigt utseende., En snabb ökning av intracellulär kalciumjonkoncentration observeras också vanligt (Schwartzman och Cidlowski, 1993). Kärnmembranet rundar upp och kromatin kondenserar och aggregerar till täta, halvmåneliknande former nära kärnmembranet. Kromatin kondensation är associerad med dubbelsträngad klyvning av DNA genom en eller flera nukleära endonukleaser (Wyllie et al., Montague och Cidlowski, 1996) och nedbrytning av kärntekniska lamina av proteaser (Lazebnik et al., 1995).
DNA-nedbrytning under apoptos sker i ett exakt, reproducerbart mönster (Wyllie et al.,, 1992; Montague och Cidlowski, 1996). Initialt klyvs kromosomalt DNA i stora segment av ca 50-300 kilobaser (Oberhammer et al., 1993). I de flesta, men inte alla, instanser av apoptos, smälter dessa domäner ytterligare i mindre fragment genom klyvning mellan nukleosomer. Separation av DNA från apoptotiska kärnor med agarosgelelektrofores ger ett karaktäristiskt mönster av dessa mono – eller oligonucleosomal fragment i multipler av 185-200 baspar (bp), som beskrivs som en DNA-stege (Tilly och Hsueh, 1993)., De endonukleaser som är ansvariga för denna DNA-fragmentering har inte identifierats på ett övertygande sätt, även om flera kandidater har föreslagits (Montague och Cidlowski, 1996). Vissa studier har föreslagit en roll för DNas i eller II, men dessa enzymer är normalt inte belägna i kärnan. Kanske en bättre kandidat är en 18 kD Ca2 +/Mg2 +–beroende endonuclease kallas NUC18 som var isolerade från apoptotiska kärnkraft extrakt och befunnits vara mycket homolog till cyclophilin A. NUC18 kan vara ansvarig för klyvning av DNA till 50 kD fragment., Dessutom har en roman 95 kD Ca2 +/Mg2 +–beroende endonukleas som är aktiv under apoptos identifierats (Pandey et al., 1997). Ett protein som kallas DNA fragmenteringsfaktor (DFF) som verkar aktivera det apoptotiska endonukleaset(s) har också isolerats från HeLa celler (Liu et al., 1997).
förändringar i apoptotiska cellers mitokondrier föregår cellkondensation och nukleär sönderdelning och kan vara en viktig tidig händelse vid apoptos (Petit et al., 1996; Kroemer, 1997). Mitokondrierna uppvisar en depolarisering i membranpotential (Δmm) (Marchetti et al.,, 1996; Zamzami et al., 1995b; Zamzami et al., 1996), som verkar bero på öppnandet av mitokondriell permeabilitet övergång (MPT) porer (Zoratti och Szabo, 1995). Proteiner som frigörs från apoptotiska mitokondrier till cytoplasman antingen strax före eller strax efter MPT kan inducera kromatin kondensation och DNA fragmentering (Liu et al., 1996; Susin et al., 1996; Zamzami et al., 1996).
den Döende cellen bryts upp i flera runda membraninneslutna bitar som kallas apoptotiska kroppar som fagocyteras och bryts ned av fagocytiska celler (Savill et al., 1993; Hart et al.,, 1996). Epitelceller, endotelceller och fibroblaster intill apoptosställen kan uppsluka apoptotiska kroppar. Flera studier visar också att” professionella ” makrofager rekryteras till platser för celldöd och är ansvariga för mycket av fagocytos av apoptotiska kroppar (Hopkinson-Woolley et al., 1994; lägret och Martin, 1996). Denna uppslukande förhindrar ett inflammatoriskt svar från läckage av cellulära skräp i intercellulära utrymmen., Apoptotiska celler visar en rad signaler för att locka fagocyter, inklusive förändringar i cellytmolekyler som sockerarter, lipider och proteiner. Även om fagocytiskt erkännande av apoptotiska celler är en kritisk process och ett aktivt forskningsområde, är detaljer om denna slutliga händelse i apoptos utanför ramen för denna översyn.
de cellulära händelserna av apoptos kontrast med de av nekros, även om båda så småningom resulterar i cellens död (Darzynkiewicz et al., 1997)., Nekros, eller oavsiktlig celldöd, kännetecknas av snabb, nästan ögonblicklig död hos en cell på grund av en katastrofal skada. Nekrotiska celler sväller till en stor volym och uppvisar en dramatisk ökning av mitokondriell volym. Plasmamembranet störs och cellinnehållet frigörs, vilket vanligtvis ger ett inflammatoriskt svar som skadar närliggande celler. Nedbrytning av DNA uppträder ibland under nekros; klyvningsställena är emellertid slumpmässiga, vilket resulterar i ett komplett utbud av fragmentstorlekar., Fall av celldöd kan ofta tydligt särskiljas som nekrotisk eller apoptotisk, men i vissa fall uppvisar en döende cell egenskaper hos båda processerna.
termen programmerad celldöd (PCD) används ofta för att beskriva celldöd under normal utveckling av en organism. I de flesta men inte alla fall fortsätter PCD genom samma stereotypa process som apoptos; därför används termerna apoptos och PCD ofta utbytbart. En alternativ praxis är att definiera termen apoptos som beskrivande av en av mekanismerna för PCD., Under hela detta kapitel använder vi termen apoptos för att beskriva celldöd inducerad av onormala extracellulära påfrestningar och termen PCD för att indikera apoptotisk celldöd som är utvecklingsmässigt förutbestämd och normalt förekommande.