Apoptoosin (tai ohjelmoitu solukuolema ) on prosessi, jossa solut laukaisevat niiden itsetuhoutumisen vasteena signaalille. Se on yksi mahdollisista solukuoleman reiteistä , joka on fysiologinen , geneettisesti ohjelmoitu ja välttämätön monisoluisten organismien selviytymiselle . Se on vakiotasapainossa solujen lisääntymisen kanssa. Toisin kuin nekroosi , se ei aiheuta tulehdusta : plasmakalvoja ei ainakaan alun perin tuhota ja solu lähettää signaaleja (etenkin se esiintyy plasmamembraaninsa ulkolehdessä fosfatidyyliseriinistä , fosfolipidistä, joka normaalisti muodostaa sisäisen kerroksen ), jotka mahdollistavat sen fagosytoosin mennessä valkosolujen , erityisesti makrofageissa .
Apoptoosin (kreikaksi: apo , "kaukana" ja ptoosi , "lasku") osoitti ensimmäisen kerran vuonna 1972 John Kerr, Andrew Wyllie ja Alastair Currie kudostutkimuksessa elektronimikroskopialla .
He valitsivat tämän sanan apoptoosi kuvaamaan luonnollisen solukuoleman ilmiötä. Tämä sana on peräisin kreikkalaisesta lauseesta, joka viittaa "lehtien pudotukseen". Kosin Hippokrates (460-377 eKr) oli jo käyttänyt sitä lääketieteellisesti tutkimuksessaan The Instruments of Reduction kuvaamaan kudoksen hajoamista kuoleman jälkeen ("luun pudotus").
Apoptoosilla on rooli organismin kehon muodostumisessa, esimerkiksi sormien syntymisessä. Muodostumisensa alussa käsi näyttää rukkaselta (tai kämmeneltä), minkä jälkeen tulevien sormien väliset solut katoavat. Samoin hännän lisäyksen katoaminen ihmisen sikiössä johtuu tästä apoptoosin ilmiöstä. Hännän regressio metropolissa metamorfoosin aikana sammakoksi johtuu myös apoptoosista.
Sillä on rooli aivojen muodostumisessa : alkion alkuvaiheessa aivot käyvät läpi apoptoottisen aallon, joka muuttaa sen. Sitten neuronit muodostavat satunnaisia synaptisia sidoksia keskenään , ja toinen apoptoosiaalto eliminoi ne, jotka eivät ole muodostaneet hyödyllisiä sidoksia.
Sillä voi olla myös motorinen rooli, kuolleiden solujen vetäytyminen johtaa naapurikudosten mobilisoitumiseen. Tätä mekanismia on kuvattu erityisesti Drosophila-alkiossa.
Vastauksena esiintymisen antigeenin vieras elin, B-solut alkavat tuottaa kunkin vasta-aineen tietyn yhdistimeen satunnaisesti niiden geenien ja immunoglobuliinien ( VDJ rekombinaatio ). Ne, jotka tuottavat inaktiivisia tai autoimmuunivasta- aineita, eliminoituvat apoptoosilla. Virustartunnan tapauksessa sytotoksiset T-lymfosyytit tuottavat molekyylejä, jotka ovat myrkyllisiä infektoiduille soluille; ne tuhoutuvat apoptoosilla, kun infektio saadaan hallintaan. Näin on HIV-infektiossa , mutta tämä reitti johtaa myöhemmin haitallisiin vaikutuksiin, koska suurina määrinä tuhottu LT4 ei voi enää erittää interleukiineja selektion ja klonaalisen monistuksen alkupaikassa.
Suoliston solut ovat jatkuvaa uudistumista (elinikä on vain muutama päivä) ja kulkeutuvat pohjasta kryptissa alkuun on suolinukkien on ohutsuolen , jossa ne suorittavat niiden tehtävänä on absorboida ravintoaineita . Viime kädessä ne purkautuvat ja laukaisevat tietyn apoptoottisen ilmiön, jota kutsutaan anoikosiksi , johtuen solu-solu tai solu- solunulkoisen matriisikontaktin menetyksestä .
Rauhasrakkuloissa rintarauhasinfekti- jälkeen imetyksen aikana, ja ilman ylläpitoa proliferaation / erilaistumisen signaali johtuu prolaktiini , on reabsorboituu, ja menettää suuren määrän epiteelisolujen menetelmällä apoptoosin.
Apoptoosi ilmenee näissä eristetyissä (ryhmittelemättömissä) soluissa. Tiivistys ja syrjäytyminen ydin- kromatiinin ( pycnosis ) sekä konvoluutio sytoplasmisten ja tumamembraanit ja kondensoimalla sytoplasma havaitaan soluissa kyseessä .
Kalvojen eheys säilyy apoptoottisen prosessin aikana välttäen siten tulehdusreaktioita. Apoptoottiset kappaleet on suojattu Membraanivaippa johtuvat konvoluutio kalvoja.
Kun apoptoosia indusoidaan ulkoisesti ( transmembraanireseptorien aktivoimana ) tai sisäisesti ( mitokondrioiden kautta ), kuoleva solu voi tuottaa pullistumia, röyhtäyksiä tai kuplia kehon pinnalle, prosessi, joka tunnetaan apoptoottisen kalvon hajoamisena. Apoptoottisen membraanipuhdistuksen katsotaan olevan ensimmäinen vaihe (vaihe 1) apoptoottisten solujen purkamisessa, joka voi näkyä pieninä pintakuplina apoptoosin alkuvaiheessa tai suurina dynaamisina kalvokuplina myöhemmissä vaiheissa. Suurten, dynaamisten kalvokuplien muodostuminen voisi helpottaa organellien , kuten ytimen, pirstoutumista apoptoosin etenemisen aikana. Verenvuotoa apoptoottisista kalvoista säätelee joukko molekyylitekijöitä, erityisesti tekijäproteiinikinaasi 1, joka liittyy kaspaasin aktivoimaan spiraalikäämin ( ROCK1 (en) ) sisältävään Rho-perheeseen pienissä GTPaaseissa .
Vaihe 2: apoptoottisten kalvojen ulkonemien muodostuminenApoptoottisen kalvon ylivuotamisen jälkeen soluun voidaan tehdä lisää morfologisia muutoksia useiden ohuiden apoptoottisten kalvojen ulkonemien muodostamiseksi, mukaan lukien mikroputken piikit , "apoptopodit" ja "helmillä varustetut apoptopodit". Näiden apoptoottisten kalvon ulkonemien muodostuminen riippuu usein solutyypistä ja edustaa apoptoottisten solujen purkamisen toista vaihetta (vaihe 2) (kuvio 1). Esimerkiksi mikroputken piikkejä on havaittu apoptoottisissa levyepiteelisoluissa . Mekaanisesti mikrotubulusten piikkien muodostuminen riippuu mikrotubulusten polymeroinnista ja mikrotubulusverkoston muodostumisesta. Mikroputkipiikkien muodostuminen tapahtuu kalvokuplien erottamisen sekä ydinsisällön jakautumisen helpottamiseksi kalvokupliin. Viime aikoina apoptoottisissa T-soluissa , tymosyyteissä ja fibroblasteissa on tunnistettu toisen tyyppinen vähemmän jäykkä, merkkijonomainen apoptoottinen kalvon ulkonema, nimeltään "apoptopodit" ("kuoleman jalat") . Mikroputkipiikkien tapaan apoptopodien muodostuminen voi aiheuttaa rungon erottumisen kalvosta. Lisäksi apoptoottiset monosyytit voivat synnyttää toisen tyyppisen apoptoottisen kalvon ulkoneman, jota kutsutaan helmiäiseksi apoptopodiksi, joka näyttää "ketjussa olevalta helmeltä". Helmiäisten apoptopodien muodostuminen alkaa apoptopodin kaltaisen ulkoneman muodostumisesta ja pidentymisestä, joka segmentoituu ja muodostaa helmiketjun. Tällä hetkellä ainoa tunnettu helmillä varustettujen apoptopodien molekyylisäätöaine, joka harjoittaa ja apoptopodaa kalvokanavaa, aktivoidaan kaspaasilla PANX1 (en) (pannexiini 1).
Vaihe 3: solujen pirstoutuminenLopuksi membraaniin sitoutuneiden yksittäisten apoptoottisten kappaleiden (yleensä halkaisijaltaan noin 1 - 5 mikronin) vapautuminen edustaa viimeistä vaihetta (vaihe 3) apoptoottisten solujen purkamisessa. Vaikka lopullisen sirpaloitumisprosessin taustalla olevaa mekanismia ei ole määritelty hyvin, apoptoottisten kappaleiden dissosiaatio erityyppisistä apoptoottisten kalvojen ulkonemista voi vaatia leikkausjännitystä tai jopa vuorovaikutusta naapurisolujen kanssa. On huomattava, että apoptoottisten kappaleiden lisäksi apoptoosin aikana vapautuu myös kalvorakkuloita, joiden halkaisija on alle 1 mikroni.
Apoptoottisten kappaleiden vapautumista kuolevasta solusta on ehdotettu solujen välisen viestinnän helpottamiseksi proteiinien , mikroRNA: iden ja DNA: n kautta, jotka ovat läsnä apoptoottisissa kappaleissa. On myös ehdotettu, että apoptoottisten solujen purkaminen voisi helpottaa kuolleiden solujen poistamista, koska fagosyyttisen solun voi olla tehokkaampaa omaksua pienemmät solufragmentit (ts. Apoptoottiset kappaleet) kuin apoptoottinen solu kokonaisuutena.
Apoptoosin mekanismia ohjaavat kaksi pääaktivointireittiä:
Nämä kaksi reittiä johtavat niin kutsuttujen efektorikysteiiniproteaasien ( kaspaasien ) aktivoitumiseen . Nämä ovat vastuussa useiden molekyylien, kuten tiettyjen rakenneproteiinien, pilkkomisesta, mikä johtaa tyypillisiin morfologisiin ja biokemiallisiin ilmiöihin, jotka päättyvät solun hajoamiseen : fosfatidyyliseriinin altistuminen solukalvon pinnalle, replikaation pysähtyminen , ytimen fragmentoituminen ja sytoskeleton, joka johtaa ympäröivien solujen fagosytoitujen apoptoottisten kappaleiden muodostumiseen .
Kuten nimestä voi päätellä, ulkoisen polun apoptoosiin laukaisee solun ulkopuolella oleva signaali. Esimerkiksi tämä polku kulkee, kun sytotoksinen T-lymfosyytti laukaisee ei-toivotun solun kuoleman. Tässä tapauksessa immuunisolu indusoi yksinkertaisella membraanista membraanikontaktilla Fas-reseptorien aktivoitumisen ja kohdesolun apoptoosin. FasR: n indusoimia mekanismeja voidaan laajentaa koskemaan myös muita kuolemanreseptoreita , kuten DR4 / TRAIL-R1 ja DR5 / TRAIL-R2. FasR : n aktivaatio ligandillaan saa aikaan kompleksin nimeltä DISC (Death-Inducing Signaling Complex), joka koostuu adapterimolekyyleistä FADD (Fas Associated Death Domain) ja initiaattoriprokaasista -8 ja -10. FADD sitoutuu oman kuoleman domeeninsa (DD) kautta Fas-reseptorien DD : iin homotyyppisten sähköstaattisten sidosten avulla. FADD sisältää myös Death Effector -domeenin (DED), joka hydrofobisten homotyyppisten sidosten avulla mahdollistaa rekrytoinnin initiaattorikaspaaseihin. Tämän kompleksin muodostuminen johtaa läheisyysvaikutuksella kaspaasien -8 ja -10 autolohkaisuun, jotka vapautuvat sitten sytosoliin aktiivisessa dimeerisessä muodossa. Tämä mahdollistaa peräkkäisen aktivoinnin efektorin kaspaasien , kuten kaspaasi-3. Initsiaattorikaspaasit -8 ja -10 voivat aktivoida sisäisen reitin Bid- proteiinin pilkkomisen kautta ja vahvistaa siten apoptoottisen signaalin. Niin sanottujen "tyypin 1" solujen tapauksessa apoptoosin laukaisu ei ole riippuvainen sisäisestä reitistä. Kääntäen, niin sanotuissa ”tyypin 2” soluissa sisäisen reitin aktivointi on välttämätöntä apoptoosille ja sen estäminen johtaa solujen resistenssiin Fas: lle.
Toisin kuin ulkoinen reitti, apoptoosin sisäinen reitti (tai mitokondrioiden reitti) indusoidaan yleensä solun sisäisillä signaaleilla. Esimerkiksi tämän reitin laukaisee p53 : n aktivoituminen laajan DNA-vaurion aikana. Aktivointi tämän reitin perustuu pääasiassa muodostumista läpäisevyyden siirtyminen huokosia , että mitokondrion kalvoon , jonka aukon PTPC (Läpäisevyys Transition Pore Complex), multiproteiinikompleksissa että mitokondrion sisäkalvon . Nämä huokoset ovat oligoproteiinikanavia, jotka ovat muodostuneet poriinin (tai VDAC: jännitteestä riippuvainen anionikanava) ulkokalvon tasolle ja ANT: n (adeniininukleotidien translokaattori) sisäiseen kalvoon. Tähän aktivointivaiheeseen liittyy mitokondrioiden transmembraanipotentiaalin lasku (Delta Psi m), jota seuraa mitokondrioiden matriisin turpoaminen , keskeytys aerobisessa energia-aineenvaihdunnassa ja oksidatiivinen stressi . Mallien mukaan mitokondrioissa on repeämiä tai avautumisia, mikä sallii normaalisti mitokondrioiden omaavien apoptoottisten molekyylien, kuten sytokromi c , Smac / DIABLO, OMI / HtrA2, endonukleaasi-G sekä Apoptoosi, vapautumisen sytosoliin . Indusoiva tekijä (AIF). Mitokondrioiden kalvojen läpäisevyysvaihetta ei ole vielä täysin ymmärretty. Siitä huolimatta tämän kuvataan olevan monimutkaisten ja dynaamisten vuorovaikutusten valvonnassa Bcl-2-perheen pro- ja anti-apoptoottisten jäsenten välillä . Anti-apoptoottiset jäsenet ( Bcl-2 , Bcl-xL, Mcl-1) muodostavat heterodimeerejä pro-apoptoottisten jäsenten Baxin ja Bakin kanssa, vastustavat niiden aktiivisuutta ja mahdollistavat mitokondrioiden vakauden. Kun mitokondriot on aktivoitu, esimerkiksi aktivoinnin aikana FasR ja kautta Bid , jälkimmäinen vuorovaikutuksessa ja aktivoi suoraan Bax ja Bak. Tämä aiheuttaa Baxin, Bakin ja Bcl-2-perheen anti-apoptoottisten jäsenten välisen vuorovaikutuksen menetyksen, niiden oligomeroinnin, huokosien muodostumisen ja mitokondrioproteiinien vapautumisen. Kun niistä on tullut sytosolisia, mitokondrioiden pro-apoptoottisilla tekijöillä on erityiset tavoitteet ja vaikutukset. Sytokromi C sytosolin liittyy APAF1 ja prokaspaasi-9, jolloin muodostuu kompleksi nimeltään apoptosome . Kaspase-9 aktivoituu tässä kompleksissa ja kykenee vuorostaan aktivoimaan efektorikaspaaseja, kuten kaspaasi-3. Procaspaasi-9: llä on enemmän affiniteettia apoptosomiin kuin aktiiviseen kaspaasiin-9, mikä sallii prokaspaasien-9 kiertämisen / aktivoinnin samassa apoptosomissa. Smac / DIABLO ja OMI / HtrA2 kohdentavat ja estävät IAP- perheen (apoptoosin estäjä) proteiineja , mikä edistää siten kaspaasien aktiivisuutta. AIF-tekijä jakautuu uudelleen sytosoliin ja sitten solun ytimeen kuoleman indusoimiseksi apoptoosilla, jolla on erityispiirre siitä, että se on riippumaton kaspaaseista eikä vaadi muuta välittäjää.
Apoptoosin aikana DNA pilkotaan hyvin spesifisesti fragmenteiksi, jotka ovat kooltaan 180 emäsparin kerrannaisia , jolloin DNA-fragmenttien "tikkaat" jakautuvat hyvin tyypillisesti, kun ne erotetaan elektroforeesilla niiden koon mukaan. Tämä koko osoittaa kahden peräkkäisen nukleosomin välisen etäisyyden. Tämän pilkkomisen aikaansaavat CAD (Caspase Activated DNase) -proteiinit, jotka ovat normaalisti inaktiivisessa muodossa yhdessä ICAD: n (Caspase Activated DNase Inhibitor) kanssa. Tämä ICAD piilottaa CAD: n NLS-sekvenssin, ja tämän assosiaation pilkkominen kaspaasilla antaa CAD-proteiinin päästä ytimeen, jolla on roolinsa DNaasia katkaisevalla DNA: lla. DNA-fragmentoitumista käytetään solujen havaitsemiseksi apoptoosissa kudoksessa käyttäen TUNEL-tekniikkaa (Terminal Transferase dUTP Nick End Labeling).
Eräs apoptoosin mekanismeista post- iskeemisissä sydänsoluissa näyttää koostuvan soluproteiinien nitrauksesta ylimääräisillä peroksinitriiteillä . Nämä peroksinitriitit indusoivat myös apoptoosia monosyyteissä ja T-lymfosyyteissä.
Esimerkiksi kun solut eivät jatkuvasti vastaanota naapureiltaan viestejä, jotka estävät heidän itsetuhonsa, ne katoavat spontaanisti.
Syöpä solut ovat yleensä soluja, joissa tätä mekanismia ei enää toimi. Ne selviävät ja lisääntyvät huolimatta solun elinaikana esiintyvistä geneettisistä poikkeavuuksista, kun normaalisti apoptoosi olisi pitänyt tuhota ne.
Apoptoosimekanismin uudelleenaktivointi on kuitenkin saatu rotan syöpäsoluissa.
Tietyt patogeenit estävät apoptoosin induktion, kuten HHV8 ( herpesvirus, joka on vastuussa Kaposin sarkoomasta ), joka koodaa v-FLIP-proteiinia, estäen kuoleman reseptorien aiheuttaman apoptoosin.
Tietyt neurodegeneratiiviset sairaudet, kuten tauopatiat, ovat myös sairauksia, joihin liittyy apoptoottisia mekanismeja, mikä johtaa patogeenisen tau-proteiinin eloonjäämiseen, joka voi sitten kerääntyä epänormaalisti hermosolun kuolemaan asti. Tämä pätee progressiiviseen supranukleaariseen halvaukseen , Alzheimerin tautiin jne.
Viimeaikaiset tutkimukset näyttävät osoittavan, että aidsin kehittyminen sairaudena liittyy apoptoosin ennenaikaiseen laukaisemiseen immuunivastetta hallinnoivissa lymfosyytteissä, mikä mahdollistaa sopivien sairauksien ja infektioiden kehittymisen. Tämä ei kyseenalaista HIV-viruksen aktiivista roolia tämän taudin todellisena syynä, vaikka lymfosyytit havaitsevat ja tappavat sen hyvin.
Viruksen tukkeutuminen lymfosyyttien tuottamilla vasta-aineilla johtaisi kuitenkin viruksen tuottamaan ennen täydellistä tuhoutumista kemiallisen puolustusvasteen, jonka on tarkoitus aiheuttaa massiivinen apoptoosi kaikista naapurimaista lymfosyytteistä tai jopa makrofagien tuottama (mikä imeä vasta-aineiden neutraloima virus samanaikaisesti niiden apoptoosin aiheuttavan kemiallisen viestin kanssa) tämä kemiallinen vaste, joka "etänä" aiheuttaisi monien muiden naapurimaiden lymfosyyttien itsemurhan, vaikka ne eivät ole koskaan olleet suorassa kosketuksessa HIV: n kanssa. Toisin sanoen HIV aiheuttaisi pahentuneen immuunijärjestelmän vasteen itseään vastaan. Sitten se on “lumipallovaikutus”, jossa morfologinen järjestelmä ohjataan toiminnoistaan hallitsemattomalla vasteella, samanlainen kuin muut itse aiheuttamat ilmiöt, kuten allergiat (liittyvät myös ulkoiseen laukaisutekijään).
Aiheuttamalla tämän reaktion osa HIV-kopioista välttäisi siten T-lymfosyyttien toiminnan, joista suuri osa apoptoosia on vain muutaman niistä neutraloidut lukuisat naapurivirukset. Tämä selittäisi myös, miksi immuunijärjestelmän viruksen täydellinen hävittäminen ei ole mahdollista ilman ulkoista apua, joka ei ole herkkä apoptoosin ilmiölle (apua antiretroviruslääkkeet, jotka hyökkäävät erityisesti HIV: tä varten, jotta lymfosyytit huolehtivat siitä naapureidensa apoptoosin aktivointi seuraavalla makrofagien eliminointitoimenpiteellä).
Apoptoosin kemiallisten mekanismien ymmärtäminen voisi siten voittaa tämän immuunijärjestelmän sisäisen haurauden ja siten sallia tietyn tyyppisen rokotteen kehittämisen, jota ei ole tarkoitettu aktivoimaan immuunivastetta HIV: tä vastaan (koska se tapahtuu). Luonnollisesti ja tuottaa monia vasta-aineet), mutta estämään CD4-T-lymfosyyttien apoptoosin ennenaikainen aloittaminen, joka on vastuussa niiden neutraloinnista (ja muiden infektiolähteiden neutraloinnista). Aidsin tapauksessa emme tiedä tarkalleen, millä lymfosyytillä on tämä hauras (vaarallinen vain muuntyyppisille soluille, mutta ei suoraan itselleen), mutta voimme ajatella, että se sijaitsee makrofagien tasolla, joka on vastuussa neutraloimien virusten eliminoinnista. vasta-aineita.
Tämä ennenaikainen käyttäytyminen saman makrofagien (kehon roskat, joka voi tuottaa kasoista myrkyllisten tuotteiden ja kemiallisten aineiden vaikea poistaa erikseen niiden toiminta) on mukana myös muun tyyppisiä pahentaa reaktioita elimistössä, kuten tiettyjen allergioita. (Jos tämä reaktio, hyvin pitkälti itsekestävä, kohdistuu muun tyyppisiin soluihin kuin immuunilymfosyytteihin), ja sitä epäillään myös muun tyyppisissä rappeuttavissa sairauksissa (joilla on myös ulkoinen laukaisutekijä, ei välttämättä tarttuva) tai tietyissä pahenevissa reaktioissa stressi (esim. palovammojen jatkuminen).
In koppisiemeniset , apoptoosin on tärkeä prosessi kasvi immuniteetti, se havaitaan vasteena abioottisten korostaa , ja se pidetään keskeinen osa kehitystä gametofyytin .