El mecanismo de la apoptosis
El proceso de apoptosis celular se puede dividir a grandes rasgos en las siguientes etapas:
Recepción de la señal de apoptosis → interacción entre las moléculas reguladoras de la apoptosis → activación de enzimas proteolíticas (Caspasa) →Entra en el continuo proceso de reacción
El inicio de la apoptosis celular es la apertura o cierre de una serie de interruptores de control intracelular después de que la célula detecta la estimulación de la señal correspondiente. Diferentes factores externos inician la apoptosis de diferentes maneras, por lo que la transducción de señales causada es. También es diferente. Objetivamente hablando, la comprensión del sistema de transmisión de señales en el proceso de apoptosis celular es incompleta. Las vías más claras incluyen principalmente:
1) La vía del receptor de membrana de la apoptosis celular.
Varios factores externos son los iniciadores de la apoptosis celular. Pueden transmitir señales de apoptosis a través de diferentes sistemas de transmisión de señales y provocar la apoptosis celular. Tomamos como ejemplo Fas -FasL:
Fas es una proteína transmembrana y. un miembro de la superfamilia de receptores del factor de necrosis tumoral. Su combinación con FasL puede iniciar la transducción de señales apoptóticas y provocar la apoptosis celular. Su activación incluye una serie de pasos: primero, el ligando induce la trimerización del receptor y luego forma un complejo inductor de apoptosis en la membrana celular. Este complejo incluye la proteína FADD relacionada con Fas con un dominio de muerte. Fas, también conocida como CD95, es una molécula receptora compuesta por 325 aminoácidos. Una vez que Fas se une al ligando FasL, se puede iniciar la transducción de señales letales a través de la molécula de Fas, lo que eventualmente provoca una serie de cambios característicos en las células y provoca la muerte celular. Como molécula receptora expresada universalmente, Fas puede aparecer en la superficie de una variedad de células, pero la expresión de FasL tiene sus propias características. Por lo general, solo aparece en las células T activadas y las células NK, lo que provoca la apoptosis. La vía es a menudo la forma más eficaz de matar las células diana. El segmento intracelular de la molécula Fas contiene un dominio de muerte especial (DD, dominio de muerte). Después de la combinación de Fas y FasL trimerizados, los dominios de muerte de las tres moléculas de Fas se agrupan, atrayendo otra proteína FADD con el mismo dominio de muerte en el citoplasma. FADD es una proteína enlazadora en la transcripción de la señal de muerte, que consta de dos partes: partes C-terminal (dominio DD) y N-terminal (DED). El dominio DD es responsable de unirse al dominio DD en el segmento intracelular de la molécula Fas. Luego, la proteína usa DED para conectar otro componente posterior con DED, lo que hace que el segmento N de DED interactúe inmediatamente con la cisteína proteasa inactiva 8. (El zimógeno caspasa8) sufre un entrecruzamiento homófilo y agrega múltiples moléculas de caspasa8. Las moléculas de caspasa8 se convierten gradualmente de zimógenos monocatenarios en proteínas activas de doble cadena, lo que a su vez provoca reacciones en cascada posteriores, a saber, caspasas, que sirven como zimógenos. Y se activa, provocando la siguiente reacción en cascada. Las células sufren apoptosis. Por lo tanto, la vía de apoptosis inducida por TNF es similar a esta
2) La vía bioquímica de liberación de citocromo C y activación de caspasas
las mitocondrias son el centro de control de las actividades de la vida celular. el centro de la cadena respiratoria y de la fosforilación oxidativa, y también es el centro de regulación de la apoptosis. Los experimentos han demostrado que la liberación de citocromo C de las mitocondrias es un paso clave en la apoptosis. El citocromo C liberado en el citoplasma puede unirse al factor 1 relacionado con la apoptosis (Apaf-1) en presencia de dATP, lo que hace que forme un multímero y promueve que la caspasa-9 se combine con él para formar cuerpos apoptóticos, la caspasa-9 es activada, y la caspasa-9 activada puede activar otras caspasas como la caspasa-3, induciendo así la apoptosis celular. Además, las mitocondrias también liberan factores inductores de apoptosis, como el AIF, que participan en la activación de las caspasas. Se puede observar que existen componentes relevantes de los cuerpos apoptóticos en diferentes partes de las células normales. Los factores proapoptóticos pueden inducir la liberación de citocromo C y la formación de cuerpos apoptóticos. Obviamente, la regulación de la liberación de citocromo C de las mitocondrias es una cuestión clave en el estudio del mecanismo molecular de la apoptosis. La mayoría de los factores estimulantes de la apoptosis activan la vía de la apoptosis a través de las mitocondrias. Algunas personas creen que la vía de la apoptosis mediada por receptores también implica la liberación de citocromo C de las mitocondrias.
Por ejemplo, en las células que responden a Fas, un tipo de células (tipo 1) contiene suficiente caspasa 8 que puede ser activada por receptores de muerte, lo que lleva a la apoptosis. La alta expresión de Bcl-2 en tales células no puede inhibir la apoptosis inducida por Fas. En otro tipo de células (tipo 2), como los hepatocitos, la activación de la citasa 8 mediada por el receptor Fas no puede alcanzar niveles muy altos. Por lo tanto, la señal apoptótica en tales células debe ser amplificada por la vía mitocondrial apoptótica, y Bid, una proteína de la familia Bcl-2 que contiene solo el dominio BH3, transmite la señal apoptótica desde la citasa 8 al mensajero de las mitocondrias. Aunque el mecanismo detallado del proceso de apoptosis no se comprende completamente, se ha determinado que la caspasa, o caspasa, desempeña un papel esencial en el proceso de apoptosis. El proceso de apoptosis es en realidad la hidrólisis limitada irreversible de sustratos por la amplificación en cascada. proceso de reacción.Hasta ahora, se han descubierto al menos 14 tipos de caspasas. Las moléculas de caspasa tienen una alta homología y estructuras similares. Todas son proteasas de la familia de las cisteínas que se pueden dividir básicamente en la Categoría 2: la Categoría 1 está involucrada en el procesamiento celular. , como Pro-IL-1β y Pro-IL-1δ, que forman IL-1β activa y la categoría 2 de IL-1δ está involucrada en la apoptosis celular, incluida la caspasa2, 3, 6, 7, 8, 9.10. La familia Caspasa generalmente tiene las siguientes características:
1) Hay un sitio de activación de cisteína en la región de homología C-terminal, y el dominio de este sitio de activación es QACR/QG.
2) Generalmente existe en forma de zimógeno, con una masa molecular relativa de 29000-49000 (29-49 KD). Después de la activación, sus residuos internos de ácido aspártico conservados se hidrolizan para formar grandes (P20) pequeños. (P10) dos subunidades, y luego forman un tetrámero activo compuesto por dos. Entre ellos, cada heterodímero P20/P10 puede derivar de la misma molécula precursora o de dos moléculas precursoras diferentes.
3) El final tiene un prodominio pequeño o grande.
Las caspasas implicadas en la inducción de la apoptosis se dividen en dos categorías: enzimas iniciadoras (iniciadoras) y enzimas efectoras (efectoras), que desempeñan funciones aguas arriba y aguas abajo de la transducción de señales de muerte, respectivamente. Las manifestaciones características de las células apoptóticas incluyen la fragmentación del ADN en fragmentos de aproximadamente 200 pb, la condensación de la cromatina, la activación de la membrana celular, la contracción celular y, finalmente, la formación de cuerpos apoptóticos envueltos por la membrana celular. Estos cuerpos apoptóticos luego son absorbidos por otras células. , este proceso dura entre 30 y 60 minutos. Todo el proceso de la caspasa que causa los cambios relacionados con la apoptosis antes mencionados no está completamente claro, pero incluye al menos los tres mecanismos siguientes:
1) Inhibidor de la apoptosis.
Las células vivas normales no experimentan fragmentación del ADN porque la nucleasa está en un estado inactivo. Esto se debe a que la nucleasa y el inhibidor se combinan. Si el inhibidor se destruye, la nucleasa puede activarse, provocando fragmentos de ADN. fragmentación. Ahora se sabe que la caspasa puede escindir este inhibidor y activar la nucleasa, por lo que esta enzima se llama desoxirribonucleasa activada por caspasa CAD (desoxirribonucleasa activada por caspasa CAD) y su inhibidor se llama ICAD. Por lo tanto, en circunstancias normales, CAD no muestra actividad porque CAD-ICAD existe en forma de un complejo inactivo. Una vez que la caspasa hidroliza ICAD, se dota a CAD de actividad nucleasa y se produce la fragmentación del ADN. Lo que es significativo es que CAD solo puede sintetizarse y mostrar actividad cuando ICAD está presente, lo que sugiere que CAD-ICAD existe de manera transcripcional, por lo que. ICAD La activación e inhibición de CAD son necesarias.
2) Destruir la estructura celular
La caspasa puede destruir directamente la estructura celular, como la escisión de la lámina nuclear. La lámina nuclear (lámina) está compuesta de lámina mediante polimerización. Los polímeros de la cola forman la estructura esquelética de la membrana nuclear, lo que permite que la cromatina se forme y se organice normalmente. Cuando las células sufren apoptosis, la lámina sirve como sustrato y la caspasa la escinde en un sitio fijo cerca del centro, desintegrando así la lámina y dando como resultado la condensación de la cromatina de la célula.
3) Pérdida de función de las proteínas reguladoras
La caspasa puede actuar sobre varias enzimas o proteínas relacionadas con la regulación del citoesqueleto para cambiar la estructura celular. Estos incluyen gelsina, quinasa de adhesión focal (FAK), quinasa α activada por P21 (PAKα), etc. La escisión de estas proteínas da como resultado una disminución de su actividad. Por ejemplo, la caspasa puede escindir la gelatina para producir fragmentos que le impiden regular el citoesqueleto a través de las fibras de actina.
Además, la caspasa también puede inactivar o regular negativamente enzimas relacionadas con la reparación del ADN, las proteínas de empalme del ARNm y las proteínas de entrecruzamiento del ADN. Debido a la acción del ADN, las funciones de estas proteínas se inhiben, provocando que se bloquee la proliferación y replicación celular y se produzca la apoptosis.
Todo esto demuestra que las caspasas destruyen de forma ordenada, cortan la conexión entre las células y el entorno, desmantelan el citoesqueleto, bloquean la replicación y reparación del ADN celular, interfieren en el corte del ARNm y dañan el ADN y la fibra. la estructura del núcleo, lo que induce a las células a expresar señales que pueden ser fagocitadas por otras células y degradadas aún más en cuerpos apoptóticos. Se requiere activación de nucleasa endógena (nucleasa endógena) dependiente de Ca2 / mg2 y calpaína (calpaína). En la etapa inicial aparecen fragmentos de degradación de ADN de 180 a 200 pb. La electroforesis en gel de agar muestra cintas de escalera características, cisteína-aspartato La actividad del aminoácido. proteasas y proteasas apoptóticas (caspasas) aumentan.
Hay docenas de genes relacionados involucrados en el proceso de apoptosis. Entre ellos, genes como Fas\Bax\P53 pueden promover la apoptosis, genes como Bcl-2\Bcl-XL pueden inhibir la apoptosis y c. Genes como -myc tienen efectos reguladores bidireccionales.