Apoptozis

Apoptoz ⓘ
Etoposid ile tedavi edilen DU145 prostat kanseri hücresi apoptotik cisimciklerden oluşan bir dizi halinde patlıyor. Alt görüntüler, kantitatif faz-kontrast mikroskopisi kullanılarak oluşturulan 61 saatlik hızlandırılmış mikroskopi videosundan çıkarılmıştır. Optik kalınlık renk kodludur. Kalınlık arttıkça renk griden sarıya, kırmızıya, mora ve son olarak siyaha dönüşmektedir. Videoyu The Cell: An Image Library'de izleyin
Anatomik terminoloji

Apoptoz (Eski Yunanca: ἀπόπτωσις, romanize: apóptōsis, lit. düşme), çok hücreli organizmalarda meydana gelen programlanmış bir hücre ölümü şeklidir. Biyokimyasal olaylar karakteristik hücre değişikliklerine (morfoloji) ve ölüme yol açar. Bu değişiklikler arasında kanama, hücre küçülmesi, nükleer parçalanma, kromatin yoğunlaşması, DNA parçalanması ve mRNA bozulması yer alır. Ortalama bir yetişkin insan, apoptoz nedeniyle her gün 50 ila 70 milyar hücre kaybeder. Sekiz ila on dört yaş arasındaki ortalama bir insan çocuğu için günde yaklaşık yirmi ila otuz milyar hücre ölmektedir. ⓘ

Akut hücresel yaralanmadan kaynaklanan bir tür travmatik hücre ölümü olan nekrozun aksine apoptoz, bir organizmanın yaşam döngüsü boyunca avantajlar sağlayan oldukça düzenlenmiş ve kontrollü bir süreçtir. Örneğin, gelişmekte olan bir insan embriyosunda el ve ayak parmaklarının ayrılması, parmaklar arasındaki hücrelerin apoptoza uğraması nedeniyle gerçekleşir. Nekrozdan farklı olarak apoptoz, apoptotik cisimcikler adı verilen ve fagositlerin hücre içeriği çevredeki hücrelere yayılmadan ve onlara zarar vermeden önce yutup çıkarabileceği hücre parçaları üretir. ⓘ

Apoptoz bir kez başladıktan sonra duramayacağı için oldukça düzenlenmiş bir süreçtir. Apoptoz iki yoldan biriyle başlatılabilir. İntrinsik yolda hücre, hücre stresini algıladığı için kendini öldürürken, ekstrinsik yolda hücre diğer hücrelerden gelen sinyaller nedeniyle kendini öldürür. Zayıf dış sinyaller de apoptozun intrinsik yolunu aktive edebilir. Her iki yol da proteazlar ya da proteinleri parçalayan enzimler olan kaspazları aktive ederek hücre ölümüne neden olur. Her iki yol da başlatıcı kaspazları aktive eder, bunlar da yürütücü kaspazları aktive eder, bunlar da proteinleri gelişigüzel parçalayarak hücreyi öldürür. ⓘ

Biyolojik bir fenomen olarak önemine ek olarak, kusurlu apoptotik süreçler çok çeşitli hastalıklarla ilişkilendirilmiştir. Aşırı apoptoz atrofiye neden olurken, yetersiz miktar kanser gibi kontrolsüz hücre çoğalmasıyla sonuçlanır. Fas reseptörleri ve kaspazlar gibi bazı faktörler apoptozu teşvik ederken, Bcl-2 protein ailesinin bazı üyeleri apoptozu inhibe eder. ⓘ

Apoptoz geçiren bir hücre şeması. ⓘ

Apoptozis veya Apoptoz, (Yunanca: apoptōsis yani "(ayrılarak) düşmek", apo="-den/-dan" ve ptosis="düşmek") programlanmış hücre ölümünün ana tiplerinden biridir; genetik sistemde kodlanmış kendi kendini yok etme (özkıyım; intihar; suicide) programını içeren mekanizmanın aktifleşmesiyle tetiklenir. Çoğu hücrede bulunan “intihar” programının en önemli amacı, streslerden onarılması olanaksız zararlar gören, vücutta ihtiyaç duyulmayan veya anormalleşmiş hücrelerden kurtulmanın normal yoludur. Böylece ileride ortaya çıkabilecek komplikasyonlar önlenir. ⓘ

Keşif ve etimoloji

Alman bilim adamı Carl Vogt, apoptoz ilkesini ilk kez 1842 yılında tanımlamıştır. 1885 yılında anatomist Walther Flemming programlanmış hücre ölümü sürecinin daha kesin bir tanımını yapmıştır. Ancak, 1965 yılına kadar konu yeniden gündeme gelmedi. Queensland Üniversitesi'nden John Kerr, elektron mikroskobu kullanarak dokuları incelerken apoptozu travmatik hücre ölümünden ayırmayı başardı. Bu fenomeni açıklayan bir makalenin yayınlanmasının ardından Kerr, Aberdeen Üniversitesi'nde Alastair Currie'nin yanı sıra Currie'nin yüksek lisans öğrencisi olan Andrew Wyllie'ye katılmaya davet edildi. Üçlü 1972 yılında British Journal of Cancer'da ufuk açıcı bir makale yayınladı. Kerr başlangıçta programlanmış hücre nekrozu terimini kullanmıştı, ancak makalede doğal hücre ölümü süreci apoptoz olarak adlandırıldı. Kerr, Wyllie ve Currie, Aberdeen Üniversitesi'nde Yunan dili profesörü olan James Cormack'a apoptoz terimini önerdiği için teşekkür etti. Kerr, apoptozu tanımladığı için 14 Mart 2000 tarihinde Paul Ehrlich ve Ludwig Darmstaedter Ödülü'nü aldı. Ödülü Boston'lu biyolog H. Robert Horvitz ile paylaştı. ⓘ

Uzun yıllar boyunca ne "apoptoz" ne de "programlanmış hücre ölümü" çok atıfta bulunulan bir terimdi. İki keşif hücre ölümünü bilinmezlikten önemli bir araştırma alanı haline getirdi: hücre ölümü kontrol ve efektör mekanizmalarının ilk bileşeninin tanımlanması ve hücre ölümündeki anormalliklerin insan hastalıklarıyla, özellikle de kanserle ilişkilendirilmesi. Bu, 1988 yılında foliküler lenfomadan sorumlu gen olan BCL2'nin hücre ölümünü engelleyen bir protein kodladığının gösterilmesiyle gerçekleşti. ⓘ

2002 Nobel Tıp Ödülü, apoptozu kontrol eden genleri tanımlayan çalışmaları nedeniyle Sydney Brenner, H. Robert Horvitz ve John Sulston'a verildi. Bu genler C. elegans nematodunda yapılan çalışmalarla tanımlanmıştır ve bu genlerin homologları insanlarda apoptozu düzenlemek üzere işlev görmektedir. ⓘ

John Sulston, apoptoz konusundaki öncü araştırmaları nedeniyle 2002 yılında Nobel Tıp Ödülü'nü kazanmıştır. ⓘ

Yunanca'da apoptoz, bir ağaçtan yaprakların "düşmesi" anlamına gelir. Yunan dili profesörü Cormack, Yunanlılar için iki bin yıldan fazla bir süre önce tıbbi bir anlamı olan bu terimi tıbbi kullanım için yeniden tanıttı. Hipokrat bu terimi "kemiklerin düşmesi" anlamında kullanmıştır. Galen ise anlamını "kabukların dökülmesi" olarak genişletmiştir. Cormack bu ismi önerirken hiç şüphesiz bu kullanımın farkındaydı. Doğru telaffuz konusunda tartışmalar devam etmekte, ikinci p'nin sessiz olduğu telaffuz (/æpəˈtoʊsɪs/ ap-ə-TOH-sis) ile orijinal Yunancada olduğu gibi ikinci p'nin telaffuz edildiği telaffuz (/eɪpəpˈtoʊsɪs/) arasında görüş ayrılıkları bulunmaktadır. İngilizcede, Yunanca -pt- ünsüz kümesinin p'si tipik olarak bir kelimenin başında sessizdir (örneğin pterodactyl, Ptolemy), ancak helikopter veya böcek takımlarında olduğu gibi bir sesli harften önce gelen birleşik formlarda kullanıldığında eklemlenir: diptera, lepidoptera, vb. ⓘ

Orijinal Kerr, Wyllie & Currie makalesinde telaffuzla ilgili bir dipnot bulunmaktadır:

Bu terimi önerdiği için Aberdeen Üniversitesi Yunanca Bölümü'nden Profesör James Cormack'a minnettarız. "Apoptosis" (ἀπόπτωσις) kelimesi Yunanca'da çiçeklerden taç yaprakların ya da ağaçlardan yaprakların "dökülmesini" ya da "düşmesini" tanımlamak için kullanılır. Türetmeyi açıkça göstermek için, vurgunun sondan bir önceki hecede olması gerektiğini, kelimenin ikinci yarısının aynı "düşmek" kökünden gelen ve zaten üst göz kapağının sarkmasını tanımlamak için kullanılan "ptosis" ("p" sessiz) gibi telaffuz edilmesini öneriyoruz. ⓘ

Aktivasyon mekanizmaları

Apoptotik Mekanizmaların Kontrolü ⓘ

Apoptozun başlaması aktivasyon mekanizmaları tarafından sıkı bir şekilde düzenlenir, çünkü apoptoz bir kez başladığında kaçınılmaz olarak hücrenin ölümüne yol açar. En iyi anlaşılmış iki aktivasyon mekanizması intrinsik yol (mitokondriyal yol olarak da adlandırılır) ve ekstrinsik yoldur. İntrinsik yol, hücreler strese girdiğinde oluşan hücre içi sinyaller tarafından aktive edilir ve mitokondrinin zarlar arası boşluğundan proteinlerin salınmasına bağlıdır. Ekstrinsik yol, hücre yüzeyindeki ölüm reseptörlerine bağlanan hücre dışı ligandlar tarafından aktive edilir ve bu da ölüm indükleyici sinyal kompleksinin (DISC) oluşumuna yol açar. ⓘ

Bir hücre, hücre intiharına neden olabilecek bir strese yanıt olarak hücre içi apoptotik sinyali başlatır. Nükleer reseptörlerin glukokortikoidler tarafından bağlanması, ısı, radyasyon, besin yoksunluğu, viral enfeksiyon, hipoksi, serbest yağ asitlerinin hücre içi konsantrasyonunun artması ve örneğin membranın hasar görmesiyle hücre içi kalsiyum konsantrasyonunun artması, hasarlı bir hücre tarafından hücre içi apoptotik sinyallerin salınmasını tetikleyebilir. Poli ADP riboz polimeraz gibi bir dizi hücresel bileşen de apoptozun düzenlenmesine yardımcı olabilir. Stres kaynaklı apoptoz ile ilgili deneysel çalışmalarda tek hücre dalgalanmaları gözlemlenmiştir. ⓘ

Gerçek hücre ölümü süreci enzimler tarafından çökeltilmeden önce, apoptotik sinyaller düzenleyici proteinlerin apoptoz yolunu başlatmasına neden olmalıdır. Bu adım, hücrenin artık ölmesi gerekmiyorsa, bu sinyallerin hücre ölümüne neden olmasını veya sürecin durdurulmasını sağlar. Çeşitli proteinler söz konusudur, ancak iki ana düzenleme yöntemi tanımlanmıştır: mitokondri işlevselliğinin hedeflenmesi veya adaptör proteinler aracılığıyla sinyalin doğrudan apoptotik mekanizmalara iletilmesi. Çeşitli toksin çalışmalarında tanımlanan bir ekstrinsik başlatma yolu, ilaç aktivitesinin neden olduğu bir hücre içindeki kalsiyum konsantrasyonundaki bir artıştır ve bu da kalsiyum bağlayıcı bir proteaz kalpain yoluyla apoptoza neden olabilir. ⓘ

İntrinsik yol

İçsel yol, mitokondriyal yol olarak da bilinir. Mitokondri çok hücreli yaşam için gereklidir. Onlar olmadan, bir hücre aerobik olarak solunum yapmayı bırakır ve hızla ölür. Bu gerçek bazı apoptotik yolların temelini oluşturur. Mitokondriyi hedef alan apoptotik proteinler onları farklı şekillerde etkiler. Membran porlarının oluşumu yoluyla mitokondriyal şişmeye neden olabilirler ya da mitokondriyal membranın geçirgenliğini artırarak apoptotik efektörlerin dışarı sızmasına neden olabilirler. İntrinsik yolla çok yakından ilişkilidirler ve tümörler duyarlılık nedeniyle ekstrinsik yola kıyasla intrinsik yolla daha sık ortaya çıkar. Nitrik oksidin mitokondrinin membran potansiyelini dağıtmaya ve dolayısıyla daha geçirgen hale getirmeye yardımcı olarak apoptozu indükleyebildiğini gösteren kanıtlar da giderek artmaktadır. Nitrik oksit, apoptozu aktive eden sonraki yolakların bir sinyal molekülü olarak olası eylemi yoluyla apoptozu başlatma ve inhibe etme ile ilişkilendirilmiştir. ⓘ

Apoptoz sırasında sitokrom c, Bax ve Bak proteinlerinin etkisiyle mitokondriden salınır. Bu salınımın mekanizması esrarengizdir, ancak dış membrana yerleştirilen çok sayıda Bax/Bak homo- ve hetero-dimerlerinden kaynaklanıyor gibi görünmektedir. Sitokrom c salındıktan sonra Apoptotik proteaz aktive edici faktör - 1 (Apaf-1) ve ATP ile bağlanır, bunlar daha sonra apoptozom olarak bilinen bir protein kompleksi oluşturmak için pro-kaspaz-9'a bağlanır. Apoptozom pro-kaspazı aktif kaspaz-9 formuna böler, bu da pro-kaspazı efektör kaspaz-3'e böler ve aktive eder. ⓘ

Mitokondri ayrıca mitokondri membranlarının geçirgenliğinin artmasının ardından SMAC (kaspazların ikinci mitokondri türevli aktivatörü) olarak bilinen proteinleri hücrenin sitozolüne salar. SMAC, apoptozu inhibe eden proteinlere (IAP'ler) bağlanarak onları devre dışı bırakır ve IAP'lerin süreci durdurmasını önleyerek apoptozun devam etmesine izin verir. IAP ayrıca normalde kaspaz adı verilen ve hücrenin yıkımını gerçekleştiren bir grup sistein proteazın aktivitesini de baskılar. Bu nedenle, gerçek yıkım enzimlerinin mitokondriyal geçirgenlik tarafından dolaylı olarak düzenlendiği görülebilir. ⓘ

Dışsal yol

Sinyal iletim yollarına genel bakış. ⓘ

Doğrudan sinyal iletimine bir örnek olan apoptozda TNF (solda) ve Fas (sağda) sinyalizasyonuna genel bakış.

Memelilerde apoptotik mekanizmaların doğrudan başlatılmasına ilişkin iki teori öne sürülmüştür: TNF ile indüklenen (tümör nekroz faktörü) model ve Fas-Fas ligand aracılı model, her ikisi de TNF reseptör (TNFR) ailesinin reseptörlerinin ekstrinsik sinyallere bağlanmasını içerir. ⓘ

TNF yolu

TNF-alfa esas olarak aktive olmuş makrofajlar tarafından üretilen bir sitokindir ve apoptozun başlıca ekstrinsik aracısıdır. İnsan vücudundaki çoğu hücrenin TNF-alfa için iki reseptörü vardır: TNFR1 ve TNFR2. TNF-alfa'nın TNFR1'e bağlanmasının, TNF reseptörü ile ilişkili ölüm alanı (TRADD) ve Fas ile ilişkili ölüm alanı proteini (FADD) ara membran proteinleri aracılığıyla kaspaz aktivasyonuna yol açan yolu başlattığı gösterilmiştir. cIAP1/2, TRAF2'ye bağlanarak TNF-α sinyalini inhibe edebilir. FLIP, kaspaz-8'in aktivasyonunu inhibe eder. Bu reseptörün bağlanması dolaylı olarak hücre sağkalımında ve enflamatuar yanıtlarda rol oynayan transkripsiyon faktörlerinin aktivasyonuna da yol açabilir. Bununla birlikte, TNFR1 aracılığıyla sinyalizasyon, kaspazdan bağımsız bir şekilde apoptozu da indükleyebilir. TNF-alfa ve apoptoz arasındaki bağlantı, TNF-alfa'nın anormal üretiminin neden birçok insan hastalığında, özellikle de otoimmün hastalıklarda temel bir rol oynadığını göstermektedir. TNF-alfa reseptör süper ailesi DR4 ve DR5 gibi ölüm reseptörlerini (DR'ler) de içerir. Bu reseptörler proteinTRAIL'e bağlanır ve apoptoza aracılık eder. Apoptozun, hedefe yönelik kanser tedavisinin birincil mekanizmalarından biri olduğu bilinmektedir. Yakın zamanda TRAIL'i taklit eden ve kanser hücrelerindeki ölüm reseptörlerine bağlanarak apoptozu indükleyen lüminesan iridyum kompleksi-peptit hibridleri (IPH'ler) tasarlanmıştır. ⓘ

Fas yolu ⓘ

Fas reseptörü (İlk apoptoz sinyali) - (Apo-1 veya CD95 olarak da bilinir), Fas ligandını (FasL) bağlayan TNF ailesinin bir transmembran proteinidir. Fas ve FasL arasındaki etkileşim, FADD, kaspaz-8 ve kaspaz-10 içeren ölüm indükleyici sinyal kompleksinin (DISC) oluşumuyla sonuçlanır. Bazı hücre tiplerinde (tip I), işlenmiş kaspaz-8 doğrudan kaspaz ailesinin diğer üyelerini aktive eder ve hücrenin apoptozunun yürütülmesini tetikler. Diğer hücre tiplerinde (tip II), Fas-DISC mitokondriden proapoptotik faktörlerin artan salınımına ve kaspaz-8'in güçlendirilmiş aktivasyonuna dönüşen bir geri besleme döngüsü başlatır. ⓘ

Ortak bileşenler ⓘ

Memeli hücrelerinde TNF-R1 ve Fas aktivasyonunu takiben, Bcl-2 ailesinin proapoptotik (BAX, BID, BAK veya BAD) ve anti-apoptotik (Bcl-Xl ve Bcl-2) üyeleri arasında bir denge kurulur. Bu denge, mitokondriyonun dış zarında oluşan proapoptotik homodimerlerin oranıdır. Proapoptotik homodimerler, sitokrom c ve SMAC gibi kaspaz aktivatörlerinin salınması için mitokondriyal membranı geçirgen hale getirmek için gereklidir. Nonapoptotik hücrelerin normal hücre koşulları altında proapoptotik proteinlerin kontrolü tam olarak anlaşılamamıştır, ancak genel olarak Bax veya Bak, Bcl-2 ailesinin bir parçası olan BH3-only proteinlerinin aktivasyonu ile aktive edilir. ⓘ

Kaspazlar

Kaspazlar, ER apoptotik sinyallerinin iletiminde merkezi rol oynar. Kaspazlar, yüksek oranda korunmuş, sisteine bağımlı aspartat spesifik proteazlar olan proteinlerdir. İki tip kaspaz vardır: başlatıcı kaspazlar, kaspaz 2,8,9,10,11,12 ve efektör kaspazlar, kaspaz 3,6,7. Başlatıcı kaspazların aktivasyonu spesifik oligomerik aktivatör proteine bağlanmayı gerektirir. Efektör kaspazlar daha sonra bu aktif başlatıcı kaspazlar tarafından proteolitik bölünme yoluyla aktive edilir. Aktif efektör kaspazlar daha sonra hücre ölüm programını gerçekleştirmek için bir dizi hücre içi proteini proteolitik olarak bozar. ⓘ

Kaspazdan bağımsız apoptotik yol

Ayrıca AIF'nin (apoptoz indükleyici faktör) aracılık ettiği kaspazdan bağımsız bir apoptotik yol da mevcuttur. ⓘ

Amfibilerde apoptoz modeli

Amfibi kurbağa Xenopus laevis, apoptoz mekanizmalarının incelenmesi için ideal bir model sistem olarak hizmet vermektedir. Aslında iyot ve tiroksin, amfibilerin metamorfozunda larva solungaçları, kuyruk ve yüzgeç hücrelerinin muhteşem apoptozunu da uyarır ve suda yaşayan, vejetaryen iribaşı karasal, etobur kurbağaya dönüştüren sinir sistemlerinin evrimini teşvik eder. ⓘ

Apoptozun negatif düzenleyicileri

Apoptozun negatif düzenlenmesi, hücre ölümü sinyal yollarını inhibe ederek tümörlerin hücre ölümünden kaçmasına ve ilaç direnci geliştirmesine yardımcı olur. Anti-apoptotik (Bcl-2) ve pro-apoptotik (Bax) proteinler arasındaki oran, bir hücrenin yaşayıp yaşamayacağını belirler. Birçok protein ailesi, IAP'ler ve Bcl-2 proteinleri gibi antiapoptotik faktörler veya cFLIP, BNIP3, FADD, Akt ve NF-κB gibi prosurvival faktörler olarak kategorize edilen negatif düzenleyiciler olarak hareket eder. ⓘ

Proteolitik kaspaz kaskadı: Hücreyi öldürmek

Birçok yol ve sinyal apoptoza yol açar, ancak bunlar hücrenin ölümüne neden olan tek bir mekanizma üzerinde birleşir. Bir hücre uyaran aldıktan sonra, aktive edilmiş proteolitik kaspazlar tarafından hücresel organellerin organize yıkımına uğrar. Hücresel organellerin yıkımına ek olarak, mRNA henüz tam olarak karakterize edilmemiş bir mekanizma ile hızlı ve küresel olarak bozulur. mRNA bozulması apoptozun çok erken dönemlerinde tetiklenir. ⓘ

Apoptoz geçiren bir hücre bir dizi karakteristik morfolojik değişiklik gösterir. Erken değişiklikler şunları içerir:

1. Lamellipodia'nın geri çekilmesi ve proteinli hücre iskeletinin kaspazlar tarafından parçalanması nedeniyle hücrede büzülme ve yuvarlaklaşma meydana gelir.
2. Sitoplazma yoğun görünür ve organeller sıkıca paketlenmiş gibi görünür.
3. Kromatin, apoptozun ayırt edici özelliği olan piknoz olarak bilinen bir süreçte nükleer zarfa (perinükleer zarf olarak da bilinir) karşı kompakt yamalar halinde yoğunlaşmaya uğrar.
4. Nükleer zarf süreksiz hale gelir ve içindeki DNA karyoreksis olarak adlandırılan bir süreçte parçalanır. Çekirdek, DNA'nın parçalanması nedeniyle birkaç ayrı kromatin gövdesine veya nükleozomal birime ayrılır. ⓘ

Apoptoz hızla ilerler ve ürünleri hızla ortadan kaldırılır, bu da klasik histoloji kesitlerinde tespit edilmesini veya görselleştirilmesini zorlaştırır. Karyoreksis sırasında, endonükleaz aktivasyonu düzenli aralıklarla kısa DNA parçaları bırakır. Bunlar elektroforezden sonra agar jel üzerinde karakteristik bir "merdivenli" görünüm verir. DNA merdivenlenmesi için yapılan testler apoptozu iskemik veya toksik hücre ölümünden ayırır. ⓘ

Apoptotik hücre parçalanması

Apoptotik hücre parçalanmasındaki farklı adımlar. ⓘ

Apoptotik hücre atılmadan önce, bir parçalara ayırma süreci vardır. Apoptotik hücre parçalanmasında bilinen üç adım vardır:

1. Membran kanaması: Hücre zarı bleb olarak bilinen düzensiz tomurcuklar gösterir. Başlangıçta bunlar daha küçük yüzey kabarcıklarıdır. Daha sonra bunlar büyüyerek dinamik membran blebleri olarak adlandırılan daha büyük bleblere dönüşebilir. Apoptotik hücre zarı kabarmasının önemli bir düzenleyicisi ROCK1'dir (rho associated coiled-coil-containing protein kinase 1).
2. Membran çıkıntılarının oluşumu: Bazı hücre tipleri, belirli koşullar altında, hücre zarında zar çıkıntıları adı verilen farklı tipte uzun, ince uzantılar geliştirebilir. Üç tip tanımlanmıştır: mikrotübül sivri uçları, apoptopodia (ölüm ayakları) ve boncuklu apoptopodia (ikincisi ipte boncuk görünümündedir). Pannexin 1, apoptopodia ve boncuklu apoptopodia oluşumunda yer alan membran kanallarının önemli bir bileşenidir.
3. Parçalanma: Hücre, fagositoza uğrayan apoptotik cisimcikler adı verilen çoklu veziküllere ayrılır. Plazma membranı çıkıntıları apoptotik cisimciklerin fagositlere yaklaşmasına yardımcı olabilir. ⓘ

Ölü hücrelerin uzaklaştırılması

Ölü hücrelerin komşu fagositik hücreler tarafından uzaklaştırılması efferositoz olarak adlandırılmıştır. Apoptozun son aşamalarından geçen ölmekte olan hücreler, hücre yüzeylerinde fosfatidilserin gibi fagositotik moleküller gösterirler. Fosfatidilserin normalde plazma membranının iç yaprakçık yüzeyinde bulunur, ancak apoptoz sırasında scramblase olarak bilinen bir protein tarafından hücre dışı yüzeye yeniden dağıtılır. Bu moleküller, makrofajlar gibi uygun reseptörlere sahip hücreler tarafından fagositoz için hücreyi işaretler. Ölen hücrelerin fagositler tarafından uzaklaştırılması, inflamatuar bir tepkiye yol açmadan düzenli bir şekilde gerçekleşir. Apoptoz sırasında hücresel RNA ve DNA birbirinden ayrılır ve farklı apoptotik cisimlere ayrılır; RNA'nın ayrılması nükleolar segregasyon olarak başlatılır. ⓘ

Yol nakavtları

Her bir proteinin işlevini test etmek için apoptoz yolaklarında birçok knock-out yapılmıştır. Yeni fenotipi belirlemek için APAF1 ve FADD'ye ek olarak birkaç kaspaz mutasyona uğratılmıştır. Bir tümör nekroz faktörü (TNF) nakavtı oluşturmak için, 3704-5364 nükleotidlerini içeren bir ekzon genden çıkarılmıştır. Bu ekzon, olgun TNF alanının bir kısmını ve uygun hücre içi işleme için gerekli olan yüksek oranda korunmuş bir bölge olan lider dizisini kodlar. TNF-/- fareler normal olarak gelişir ve kaba yapısal veya morfolojik anormallikleri yoktur. Bununla birlikte, SRBC (koyun kırmızı kan hücreleri) ile aşılama üzerine, bu fareler bir antikor yanıtının olgunlaşmasında bir eksiklik göstermiştir; normal seviyelerde IgM üretebilmişler, ancak spesifik IgG seviyeleri geliştirememişlerdir. Apaf-1, apoptoza yol açan kaspaz kaskadını başlatmak için bölünme yoluyla kaspaz 9'u açan proteindir. APAF-1 genindeki -/- mutasyonu embriyonik ölümcül olduğundan, APAF-1 -/- fare üretmek için bir gen tuzağı stratejisi kullanılmıştır. Bu deney, intragenik bir gen füzyonu oluşturarak gen işlevini bozmak için kullanılır. Hücrelere bir APAF-1 gen tuzağı eklendiğinde, spina bifida, interdigital ağların kalıcılığı ve açık beyin gibi birçok morfolojik değişiklik meydana gelir. Ayrıca, embriyonik 12.5. günden sonra, embriyoların beyni çeşitli yapısal değişiklikler göstermiştir. APAF-1 hücreleri ışınlama gibi apoptoz uyaranlarından korunmaktadır. BAX-1 nakavt edilmiş bir fare normal ön beyin oluşumu ve bazı nöronal popülasyonlarda ve omurilikte azalmış programlı hücre ölümü sergileyerek motor nöronlarda artışa neden olur. ⓘ

Kaspaz proteinleri apoptoz yolunun ayrılmaz parçalarıdır, bu nedenle yapılan nakavtların çeşitli zarar verici sonuçları vardır. Bir kaspaz 9 nakavtı ciddi bir beyin malformasyonuna yol açar. Bir kaspaz 8 nakavtı kalp yetmezliğine ve dolayısıyla embriyonik ölümcüllüğe yol açar. Bununla birlikte, cre-lox teknolojisinin kullanılmasıyla, periferik T hücrelerinde artış, bozulmuş bir T hücresi yanıtı ve nöral tüp kapanmasında bir kusur sergileyen bir kaspaz 8 nakavtı oluşturulmuştur. Bu farelerin CD95, TNFR, vb. aracılı apoptoza dirençli olduğu, ancak UV ışınımı, kemoterapötik ilaçlar ve diğer uyaranların neden olduğu apoptoza dirençli olmadığı bulunmuştur. Son olarak, kaspaz 3 nakavtı, beyindeki ektopik hücre kitleleri ve membran kanaması veya nükleer parçalanma gibi anormal apoptotik özelliklerle karakterize edilmiştir. Bu KO farelerin dikkat çekici bir özelliği, çok kısıtlı bir fenotipe sahip olmalarıdır: Casp3, 9, APAF-1 KO fareleri nöral dokuda deformasyonlara sahiptir ve FADD ve Casp 8 KO kusurlu kalp gelişimi göstermiştir, ancak her iki KO tipinde de diğer organlar normal olarak gelişmiştir ve bazı hücre tipleri apoptotik uyaranlara hala duyarlıdır, bu da bilinmeyen proapoptotik yolların var olduğunu düşündürmektedir. ⓘ

Apoptotik hücreleri nekrotik (nekroptotik) hücrelerden ayırma yöntemleri

Mitoz geçirmeye çalışan çok çekirdekli fare pre-Adipositinin uzun süreli canlı hücre görüntülemesi (12 saat). Genetik materyalin fazlalığı nedeniyle hücre çoğalamaz ve apoptoz yoluyla ölür. ⓘ

Apoptotik ve nekrotik (nekroptotik) hücrelerin analizini gerçekleştirmek için, etiketsiz canlı hücre görüntüleme, hızlandırılmış mikroskopi, akış florositometrisi ve transmisyon elektron mikroskobu ile morfoloji analizi yapılabilir. Ayrıca hücre yüzeyi belirteçlerinin (akış sitometrisi ile hücre geçirgenliğine karşı fosfatidilserin maruziyeti), DNA parçalanması (akış sitometrisi), kaspaz aktivasyonu, Bid bölünmesi ve sitokrom c salınımı (Western blotlama) gibi hücresel belirteçlerin analizi için çeşitli biyokimyasal teknikler de vardır. Kaspazlar, HMGB1 ve sitokeratin 18 salınımı için süpernatant analizi ile birincil ve ikincil nekrotik hücrelerin nasıl ayırt edilebileceğini bilmek önemlidir. Bununla birlikte, nekrotik hücre ölümünün farklı yüzey veya biyokimyasal belirteçleri henüz tanımlanmamıştır ve yalnızca negatif belirteçler mevcuttur. Bunlar arasında apoptotik belirteçlerin yokluğu (kaspaz aktivasyonu, sitokrom c salınımı ve oligonükleozomal DNA parçalanması) ve hücre ölümü belirteçlerinin farklı kinetiği (fosfatidilserin maruziyeti ve hücre zarı permeabilizasyonu) yer almaktadır. Apoptozu nekroptotik hücrelerden ayırt etmek için kullanılabilecek tekniklerin bir kısmı bu referanslarda bulunabilir. ⓘ

Hastalıkta uygulama

Oklarla gösterilen birkaç apoptotik hücreyi gösteren fare karaciğerinden bir kesit ⓘ

Apoptoz geçiren hücreleri (turuncu) göstermek için boyanmış bir fare karaciğeri kesiti ⓘ

Anoksi-reoksijenasyon sonrası neonatal kardiyomiyositlerin ultrastrüktürü. ⓘ

Kusurlu yollar

Apoptotik yolakların birçok farklı türü, birçoğu henüz anlaşılmamış olan çok sayıda farklı biyokimyasal bileşen içerir. Bir yol doğası gereği az ya da çok sıralı olduğundan, bir bileşenin çıkarılması ya da değiştirilmesi diğerinde bir etkiye yol açar. Canlı bir organizmada bu durum, genellikle hastalık veya bozukluk şeklinde feci etkilere yol açabilir. Çeşitli apoptotik yolların modifikasyonundan kaynaklanan her hastalığın tartışılması pratik olmayacaktır, ancak her birinin altında yatan kavram aynıdır: Yolun normal işleyişi, hücrenin normal apoptoz geçirme yeteneğini bozacak şekilde bozulmuştur. Bu da "son kullanma tarihi" geçmiş bir hücrenin çoğalmasına ve hatalı mekanizmaları kendi nesline aktarmasına yol açarak hücrenin kanserli veya hastalıklı olma olasılığını artırmaktadır. ⓘ

Bu kavramın yakın zamanda açıklanan bir örneği, NCI-H460 adı verilen bir akciğer kanserinin gelişiminde görülebilir. X'e bağlı apoptoz proteini inhibitörü (XIAP) H460 hücre hattındaki hücrelerde aşırı eksprese edilmektedir. XIAP'ler kaspaz-9'un işlenmiş formuna bağlanır ve apoptotik aktivatör sitokrom c'nin aktivitesini baskılar, bu nedenle aşırı ekspresyon proapoptotik agonistlerin sayısında bir azalmaya yol açar. Sonuç olarak, anti-apoptotik ve proapoptotik efektörlerin dengesi birincisi lehine bozulur ve hasarlı hücreler ölüme yönlendirilmelerine rağmen çoğalmaya devam eder. Kanser hücrelerinde apoptozun düzenlenmesindeki kusurlar genellikle transkripsiyon faktörlerinin kontrolü düzeyinde ortaya çıkar. Özel bir örnek olarak, kanserde transkripsiyon faktörü NF-κB'yi kontrol eden moleküllerdeki kusurlar, hücrenin ait olduğu dokuya bağımlılığı azaltmak için transkripsiyonel düzenleme şeklini ve apoptotik sinyallere verilen yanıtı değiştirir. Dış hayatta kalma sinyallerinden bu derece bağımsızlık, kanser metastazını mümkün kılabilir. ⓘ

p53'ün düzensizliği

Tümör baskılayıcı protein p53, DNA bir biyokimyasal faktörler zinciri nedeniyle hasar gördüğünde birikir. Bu yolun bir parçası, p53 geninin transkripsiyonunu indükleyen, p53 protein seviyesinin artmasına ve kanser hücresi apoptozunun artmasına neden olan alfa-interferon ve beta-interferonu içerir. p53, hücreye onarım için zaman vermek üzere hücre döngüsünü G1'de veya interfazda durdurarak hücrenin çoğalmasını önler, ancak hasar büyükse ve onarım çabaları başarısız olursa apoptozu indükleyecektir. P53 veya interferon genlerinin düzenlenmesindeki herhangi bir bozulma apoptozun bozulmasına ve olası tümör oluşumuna neden olacaktır. ⓘ

İnhibisyon

Apoptozun engellenmesi bir dizi kanser, enflamatuar hastalık ve viral enfeksiyonla sonuçlanabilir. Başlangıçta, ilişkili hücre birikiminin hücresel çoğalmadaki bir artıştan kaynaklandığına inanılıyordu, ancak artık bunun hücre ölümündeki bir azalmadan da kaynaklandığı bilinmektedir. Bu hastalıklardan en yaygın olanı, genellikle IAP ailesi üyelerinin aşırı ekspresyonu ile karakterize edilen aşırı hücresel çoğalma hastalığı olan kanserdir. Sonuç olarak, malign hücreler apoptoz indüksiyonuna karşı anormal bir yanıt verirler: Döngüyü düzenleyen genler (p53, ras veya c-myc gibi) hastalıklı hücrelerde mutasyona uğrar veya inaktive olur ve diğer genler de (bcl-2 gibi) tümörlerde ekspresyonlarını değiştirir. Bazı apoptotik faktörler mitokondriyal solunum sırasında hayati öneme sahiptir, örneğin sitokrom C. Kanser hücrelerinde apoptozun patolojik inaktivasyonu, glikolize doğru sık solunum metabolik kaymaları ile ilişkilidir ("Warburg hipotezi" olarak bilinen bir gözlem). ⓘ

HeLa hücresi

HeLa hücrelerinde apoptoz, hücre tarafından üretilen proteinler tarafından inhibe edilir; bu inhibitör proteinler retinoblastoma tümör baskılayıcı proteinleri hedef alır. Bu tümör baskılayıcı proteinler hücre döngüsünü düzenler, ancak bir inhibitör proteine bağlandıklarında inaktif hale gelirler. HPV E6 ve E7, insan papilloma virüsü tarafından eksprese edilen inhibitör proteinlerdir; HPV, HeLa hücrelerinin türetildiği servikal tümörün oluşumundan sorumludur. HPV E6, hücre döngüsünü düzenleyen p53'ün inaktif hale gelmesine neden olur. HPV E7, retinoblastoma tümör baskılayıcı proteinlerine bağlanır ve hücre bölünmesini kontrol etme yeteneğini sınırlar. Bu iki inhibitör protein, apoptozun gerçekleşmesini engelleyerek HeLa hücrelerinin ölümsüzlüğünden kısmen sorumludur. Canine distemper virüsü (CDV) bu inhibitör proteinlerin varlığına rağmen apoptozu indükleyebilmektedir. Bu, CDV'nin önemli bir onkolitik özelliğidir: bu virüs köpek lenfoma hücrelerini öldürebilir. Onkoproteinler E6 ve E7 hala p53'ü inaktif bırakır, ancak viral enfeksiyon stresinden kaynaklanan kaspazların aktivasyonunu önleyemezler. Bu onkolitik özellikler, CDV ve lenfoma apoptozu arasında umut verici bir bağlantı sağlamıştır ve bu da hem köpek lenfoması hem de insan non-Hodgkin lenfoması için alternatif tedavi yöntemlerinin geliştirilmesine yol açabilir. Hücre döngüsündeki kusurların bazı tümör hücrelerinin kemoterapi veya radyasyona karşı direncinden sorumlu olduğu düşünülmektedir, bu nedenle hücre döngüsündeki kusurlara rağmen apoptozu indükleyebilen bir virüs kanser tedavisi için yararlıdır. ⓘ

Tedaviler

Sinyalizasyonla ilgili hastalıklardan kaynaklanan potansiyel ölüme yönelik ana tedavi yöntemi, hastalığın apoptozun engellenmesinden mi yoksa aşırı apoptozdan mı kaynaklandığına bağlı olarak, hastalıklı hücrelerde apoptozun duyarlılığını artırmayı veya azaltmayı içerir. Örneğin, tedaviler eksik hücre ölümü olan hastalıkları tedavi etmek için apoptozu geri getirmeyi ve aşırı hücre ölümü ile ilgili hastalıkları tedavi etmek için apoptotik eşiği artırmayı amaçlamaktadır. Apoptozu uyarmak için ölüm reseptörü ligandlarının (TNF veya TRAIL gibi) sayısı artırılabilir, anti-apoptotik Bcl-2 yolağı antagonize edilebilir veya inhibitörü (IAP'ler) inhibe etmek için Smac mimetikleri eklenebilir. Herceptin, Iressa veya Gleevec gibi ajanların eklenmesi, hücrelerin döngü yapmasını durdurmak için çalışır ve daha yukarı yönde büyüme ve hayatta kalma sinyalini bloke ederek apoptoz aktivasyonuna neden olur. Son olarak, p53-MDM2 komplekslerinin eklenmesi p53'ün yerini alır ve p53 yolunu aktive ederek hücre döngüsünün durmasına ve apoptoza yol açar. Ölüm sinyali yolu boyunca çeşitli yerlerde apoptozu uyarmak ya da engellemek için birçok farklı yöntem kullanılabilir. ⓘ

Apoptoz, vücudun her hücresinde bulunan çok adımlı, çok yollu bir hücre ölümü programıdır. Kanserde apoptoz hücre bölünmesi oranı değişir. Kemoterapi ve ışınlama yoluyla kanser tedavisi, hedef hücreleri öncelikle apoptozu indükleyerek öldürür. ⓘ

Hiperaktif apoptoz

Öte yandan, hücre ölümünün kontrolünün kaybedilmesi (aşırı apoptozla sonuçlanan) nörodejeneratif hastalıklara, hematolojik hastalıklara ve doku hasarına yol açabilir. Mitokondriyal solunuma dayanan nöronların Alzheimer ve Parkinson gibi nörodejeneratif hastalıklarda apoptozise uğradığını belirtmek ilgi çekicidir. ("Ters Warburg hipotezi" olarak bilinen bir gözlem). Dahası, nörodejeneratif hastalıklar ve kanser arasında ters bir epidemiyolojik komorbidite vardır. HIV'in ilerlemesi doğrudan aşırı, düzenlenmemiş apoptoz ile bağlantılıdır. Sağlıklı bir bireyde, CD4+ lenfositlerin sayısı kemik iliği tarafından üretilen hücrelerle dengededir; ancak HIV pozitif hastalarda, kemik iliğinin CD4+ hücrelerini yenileyememesi nedeniyle bu denge kaybolur. HIV durumunda, CD4+ lenfositler uyarıldıklarında kontrolsüz apoptoz yoluyla hızlandırılmış bir hızda ölürler. Moleküler düzeyde, hiperaktif apoptoz, Bcl-2 ailesi proteinlerini düzenleyen sinyal yollarındaki kusurlardan kaynaklanabilir. BIM gibi apoptotik proteinlerin artan ekspresyonu veya azalan proteolizi, hücre ölümüne yol açar ve BIM'in aşırı aktivitesinin meydana geldiği hücrelere bağlı olarak bir dizi patolojiye neden olabilir. Kanser hücreleri, BIM ekspresyonunu baskılayan mekanizmalar yoluyla veya BIM'in proteolizini artırarak apoptozdan kaçabilir. ⓘ

Tedaviler

İnhibe etmeyi amaçlayan tedaviler spesifik kaspazları bloke etmeye çalışır. Son olarak, Akt protein kinaz iki yolak aracılığıyla hücre sağkalımını destekler. Akt, Bad'i (bir Bcl-2 ailesi üyesi) fosforile ve inhibe ederek Bad'in 14-3-3 iskelesi ile etkileşime girmesine neden olur, bu da Bcl ayrışmasına ve dolayısıyla hücre sağkalımına yol açar. Akt ayrıca IKKα'yı aktive ederek NF-κB aktivasyonuna ve hücre sağkalımına yol açar. Aktif NF-κB, Bcl-2 gibi anti-apoptotik genlerin ekspresyonunu indükleyerek apoptozun inhibisyonuna neden olur. NF-κB'nin, kullanılan uyaranlara ve hücre tipine bağlı olarak hem antiapoptotik hem de proapoptotik bir rol oynadığı bulunmuştur. ⓘ

HIV ilerlemesi

İnsan immün yetmezlik virüsü enfeksiyonunun AIDS'e ilerlemesi, öncelikle CD4+ T-yardımcı lenfositlerinin vücudun kemik iliğinin hücreleri yenileyemeyeceği kadar hızlı bir şekilde tükenmesinden kaynaklanır ve bu da bağışıklık sisteminin tehlikeye girmesine neden olur. T-yardımcı hücrelerinin tükenme mekanizmalarından biri, bir dizi biyokimyasal yolla ortaya çıkan apoptozdur:

1. HIV enzimleri anti-apoptotik Bcl-2'yi devre dışı bırakır. Bu doğrudan hücre ölümüne neden olmaz ancak uygun sinyalin alınması halinde hücreyi apoptoz için hazırlar. Buna paralel olarak, bu enzimler proapoptotik procaspase-8'i aktive eder, bu da doğrudan apoptozun mitokondriyal olaylarını aktive eder.
2. HIV, Fas aracılı apoptozu tetikleyen hücresel proteinlerin seviyesini artırabilir.
3. HIV proteinleri hücre membranında bulunan CD4 glikoprotein marker miktarını azaltır.
4. Salınan viral partiküller ve hücre dışı sıvıda bulunan proteinler, yakındaki "seyirci" T yardımcı hücrelerinde apoptozu tetikleyebilir.
5. HIV, hücrenin apoptoz için işaretlenmesinde rol oynayan moleküllerin üretimini azaltarak virüse çoğalması ve apoptotik ajanları ve virionları çevre dokuya salmaya devam etmesi için zaman kazandırır.
6. Enfekte CD4+ hücresi sitotoksik bir T hücresinden de ölüm sinyali alabilir. ⓘ

Hücreler viral enfeksiyonların doğrudan sonucu olarak da ölebilir. HIV-1 ekspresyonu tübüler hücre G2/M durmasını ve apoptozu indükler. HIV'den AIDS'e ilerleme hemen ya da mutlaka hızlı değildir; HIV'in CD4+ lenfositlere yönelik sitotoksik aktivitesi, belirli bir hastanın CD4+ hücre sayısı 200'ün altına düştüğünde AIDS olarak sınıflandırılır. ⓘ

Japonya'daki Kumamoto Üniversitesi'nden araştırmacılar, viral rezervuar hücrelerindeki HIV'i ortadan kaldırmak için "Kilitlenme ve apoptoz" adı verilen yeni bir yöntem geliştirdiler. HIV proteini PR55Gag'a güçlü bir şekilde bağlanmak üzere sentezlenen Heptanoilfosfatidil L-Inositol Pentakisphophate (veya L-Hippo) bileşiğini kullanarak viral tomurcuklanmayı baskılamayı başardılar. Araştırmacılar, viral tomurcuklanmayı baskılayarak HIV virüsünü hücre içinde hapsedebildiler ve hücrenin apoptoz (doğal hücre ölümü) geçirmesini sağladılar. Doçent Mikako Fujita, bu yaklaşımın henüz HIV hastaları tarafından kullanılamadığını, çünkü araştırma ekibinin HIV'den tamamen kurtulmayı sağlamak için şu anda var olan ilaç tedavisini bu "Kilitlenme ve apoptoz" yaklaşımıyla birleştirmek için daha fazla araştırma yapması gerektiğini belirtti. ⓘ

Viral enfeksiyon

Apoptozun viral indüksiyonu, canlı bir organizmanın bir veya birkaç hücresi bir virüs ile enfekte olduğunda meydana gelir ve hücre ölümüne yol açar. Organizmalarda hücre ölümü, hücrelerin normal gelişimi ve hücre döngüsünün olgunlaşması için gereklidir. Hücrelerin düzenli işlev ve faaliyetlerinin sürdürülmesinde de önemlidir. ⓘ

Virüsler, enfekte olmuş hücrelerin apoptozunu aşağıdakileri içeren bir dizi mekanizma aracılığıyla tetikleyebilir:

• Reseptör bağlanması
• Protein kinaz R'nin (PKR) aktivasyonu
• p53 ile etkileşim
• Enfekte hücrenin yüzeyindeki MHC proteinlerine bağlı viral proteinlerin ekspresyonu, bağışıklık sistemi hücreleri (Doğal Öldürücü ve sitotoksik T hücreleri gibi) tarafından tanınmaya izin verir ve daha sonra enfekte hücrenin apoptoza girmesine neden olur.

Canine distemper virüsünün (CDV) in vivo ve in vitro olarak enfekte köpeklerin merkezi sinir sistemi ve lenfoid dokusunda apoptoza neden olduğu bilinmektedir. CDV'nin neden olduğu apoptoz tipik olarak hücresel fonksiyonu bozan ve sonunda hücrelerin ölümüne yol açan kaspazları aktive eden ekstrinsik yolla indüklenir. Normal hücrelerde, CDV ilk olarak başlatıcı protein olarak çalışan kaspaz-8'i ve ardından yürütücü protein kaspaz-3'ü aktive eder. Bununla birlikte, HeLa hücrelerinde CDV tarafından indüklenen apoptoz, başlatıcı protein kaspaz-8'i içermez. CDV'nin neden olduğu HeLa hücre apoptozu, vero hücre hatlarındakinden farklı bir mekanizma izlemektedir. Kaspaz kaskadındaki bu değişiklik, CDV'nin apoptozu intrinsik yol üzerinden indüklediğini ve başlatıcı kaspaz-8 ihtiyacını ortadan kaldırdığını göstermektedir. Cellat proteini bunun yerine bir kaspaz kaskadı değil viral enfeksiyonun neden olduğu iç uyaranlar tarafından aktive edilir. ⓘ

Oropouche virüsü (OROV) Bunyaviridae ailesinde bulunur. Bunyaviridae tarafından meydana getirilen apoptozun incelenmesi 1996 yılında, La Crosse virüsü tarafından bebek hamsterların böbrek hücrelerinde ve bebek farelerin beyinlerinde apoptozun indüklendiği gözlemlendiğinde başlatılmıştır. ⓘ

OROV, insanlar arasında ısırıcı tatarcık (Culicoides paraensis) tarafından bulaştırılan bir hastalıktır. Zoonotik bir arbovirüs olarak adlandırılır ve Oropouche ateşi olarak bilinen ani bir ateşin başlamasıyla karakterize edilen ateşli hastalığa neden olur. ⓘ

Oropouche virüsü aynı zamanda kültür hücrelerinde de bozulmaya neden olur - farklı ve özel koşullarda yetiştirilen hücreler. Bunun bir örneği HeLa hücrelerinde görülebilir; bu hücreler enfekte olduktan kısa bir süre sonra dejenere olmaya başlar. ⓘ

Jel elektroforezi kullanılarak OROV'un HeLa hücrelerinde DNA parçalanmasına neden olduğu gözlemlenebilir. Sub/G1 hücre popülasyonundaki hücreler sayılarak, ölçülerek ve analiz edilerek yorumlanabilir. HeLA hücreleri OROV ile enfekte edildiğinde, sitokrom C mitokondri zarından hücrelerin sitozolüne salınır. Bu tür bir etkileşim apoptozun intrinsik bir yolla aktive edildiğini göstermektedir. ⓘ

Apoptozun OROV içinde gerçekleşmesi için viral kaplamanın açılması, viral internalizasyon ve hücrelerin replikasyonu gereklidir. Bazı virüslerde apoptoz hücre dışı uyaranlar tarafından aktive edilir. Ancak yapılan çalışmalar, OROV enfeksiyonunun apoptozun hücre içi uyaranlarla aktive olmasına neden olduğunu ve mitokondriyi içerdiğini göstermiştir. ⓘ

Birçok virüs apoptozu inhibe edebilen proteinler kodlar. Birkaç virüs Bcl-2'nin viral homologlarını kodlar. Bu homologlar, apoptozun aktivasyonu için gerekli olan BAX ve BAK gibi proapoptotik proteinleri inhibe edebilir. Viral Bcl-2 proteinlerine örnek olarak Epstein-Barr virüsü BHRF1 proteini ve adenovirüs E1B 19K proteini verilebilir. Bazı virüsler kaspaz aktivitesini inhibe eden kaspaz inhibitörlerini ifade eder ve buna örnek olarak cowpox virüslerinin CrmA proteini verilebilir. Bazı virüsler ise TNF ve Fas'ın etkilerini bloke edebilir. Örneğin, miksoma virüslerinin M-T2 proteini TNF'yi bağlayarak TNF reseptörüne bağlanmasını ve bir yanıt oluşturmasını engelleyebilir. Ayrıca, birçok virüs p53'ü bağlayabilen ve transkripsiyonel transaktivasyon aktivitesini inhibe edebilen p53 inhibitörlerini ifade eder. Sonuç olarak, p53 proapoptotik proteinlerin ekspresyonunu indükleyemediği için apoptozu indükleyemez. Adenovirüs E1B-55K proteini ve hepatit B virüsü HBx proteini böyle bir işlevi yerine getirebilen viral proteinlere örnektir. ⓘ

Virüsler özellikle enfeksiyonun son aşamalarında apoptozdan etkilenmeden kalabilir. Ölen hücrenin yüzeyinden kopan apoptotik cisimcikler içinde dışarı atılabilirler ve fagositler tarafından yutulmaları bir konak tepkisinin başlamasını önler. Bu da virüsün yayılmasını kolaylaştırır. ⓘ

Organizmadaki temel işlevlerine göre 2 tür apoptoz vardır: 1. Fizyolojik apoptoz ⓘ

• Embriyogenezis ( insanlarda parmak aralarının şekillenmesi ya da göz kapakları arasındaki boşluğun şekillenmesi)
• Hormon kökenli involüsyon (kadınlarda menstrüel siklusta uterusun iç katmanındaki endometriyal hücrelerin yıkımı)
• Hücre yenilenmeleri (intestinal epitel)
• Saldırgan lenfositlerin eliminasyonu
• İnvolüsyon (fizyolojik atrofidir: ductus thyroglossus involüsyonu, timus involüsyonu) ⓘ

2. Patolojik apoptoz ⓘ

• DNA hasarı alan hücrelerin yıkımı (hipoksi, radyasyon, sitotoksik ilaçlar)
• Bozuk yapıdaki (misfolded) proteinlerin birikmesi (nörodejeneratif hastalıklar)*
• Virüs ile enfekte olmuş hücrelerin ortadan kaldırılması (hepatit)
• Tümör hücrelerinin ortadan kaldırılması
• Doku/organ reddi
• Basınç atrofisi (pankreas, tükürük bezi, böbrek taşları) ⓘ

* Bozuk yapıdaki (misfolded) proteinlerin birikmesi için seçilmiş örnekler: ⓘ

• α-1-antitripsin eksikliği: işlevsiz proteinlerin hepatositlerde birikerek apoptoza neden olmaları,
• Creutzfeld-Jacobs hastalığı: anormal PrPsc proteinlerinin nöronlarda apoptoza neden olması,
• Alzheimer hastalığı: anormal Abeta peptidlerin nöronlarda apoptoza neden olması. ⓘ

Bitkiler

Bitkilerdeki programlanmış hücre ölümü, hayvan apoptozisi ile bir dizi moleküler benzerliğe sahiptir, ancak aynı zamanda bir hücre duvarının varlığı ve ölü hücrenin parçalarını ortadan kaldıran bir bağışıklık sisteminin olmaması gibi önemli farklılıkları da vardır. Bir bağışıklık tepkisi yerine, ölen hücre kendini parçalamak için maddeler sentezler ve bunları hücre ölürken yırtılan bir vakuole yerleştirir. Buna ek olarak, bitkiler apoptotik cisimlerin parçalanması ve uzaklaştırılması sürecinde gerekli olan fagositik hücreler içermez. Tüm bu sürecin apoptoz adını kullanmayı gerektirecek kadar hayvan apoptozuna benzeyip benzemediği (daha genel programlanmış hücre ölümünün aksine) belirsizdir. ⓘ

Kaspazdan bağımsız apoptoz

Kaspazların karakterizasyonu, hücresel bir sürecin aktif kaspazları içerip içermediğini belirlemek için kullanılabilecek kaspaz inhibitörlerinin geliştirilmesine olanak sağlamıştır. Bu inhibitörler kullanılarak, hücrelerin kaspaz aktivasyonu olmaksızın apoptoza benzer bir morfoloji sergileyerek ölebilecekleri keşfedilmiştir. Daha sonraki çalışmalar bu fenomeni AIF'nin (apoptoz indükleyici faktör) mitokondriden salınmasına ve NLS'sinin (nükleer lokalizasyon sinyali) aracılık ettiği çekirdeğe translokasyonuna bağladı. Mitokondri içinde AIF iç membrana demirlenmiştir. Serbest bırakılması için protein, kalsiyum bağımlı bir kalpain proteaz tarafından parçalanır. ⓘ

Ayrıca bakınız

• Anoikis
• Apaf-1
• Apo2.7
• Apoptotik DNA fragmantasyonu
• Atromentin insan lösemi U937 hücrelerinde apoptozu indükler.
• Otoliz
• Otofaji
• Sisplatin
• Sitotoksisite
• Entosis
• Ferroptoz
• Homeostaz
• İmmünoloji
• Nekrobiyoz
• Nekroz
• Necrotaxis
• Nemosis
• p53
• Paraptosis
• Psödoapoptoz
• PI3K/AKT/mTOR yolağı ⓘ

Genel bibliyografya

• Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2015). Hücrenin Moleküler Biyolojisi (6. baskı). Garland Science. s. 2. ISBN 978-0815344322. ⓘ

Kontrolsüz apoptozun sonuçları (örnekler)

Yetersiz apoptozis

(1) Kanserler: p53 mutasyonları, hormon-kökenli tümörler (meme, prostat, ovaryum) ⓘ

(2) Otoimmun hastalıklar: otoreaktif lenfositlerde apoptoz gerçekleşmediğinde ⓘ

(3) Dudak ve damak yarıkları ⓘ

(4) Sindaktili: yapışık parmaklar ⓘ

Aşırı apoptozis

(1) Nörodejeneratif hastalıklar: nöronlardaki gereksiz apoptozis ⓘ

(2) İskemik zararlar: miyokard infarktı, serebrovasküler atak (felç; stroke) ⓘ

(3) Virüsle enfekte hücrelerin ölümü: hepatit, AIDS ⓘ

Kaspaz (caspase) sistemi

Kaspazlar apoptoz esnasında önemli rol oynayan sistein-proteaz grubu enzimlerdir. Açılımı "Cysteine Aspartate Specific ProteASEs-CASPASE" şeklindedir. Öncelikli olarak inaktif proteinler olarak sentezlenen bu enzimler çeşitli yollarla aktive edilirler. Daha sonra hücresel hedeflerdeki tetrapeptit motifleri tanır ve mevcut substratı bir karboksil tarafından ayırır. Hücre ölümü sırasında meydana gelen pek çok hücresel ve şekilsel değişimler, bu enzimlerin rol oynadığı birtakım süreçler neticesinde gelişir. Memelilerde yaklaşık 14 kaspaz tanımlanmıştır. Filogenetik analiz sonucunda gen ailesinin ICE (kaspaz-1) ile ilişkili ve CED-3 benzeri olmak üzere iki altgrubu vardır. Alternatif olarak bu proteazlar, substrat özelliklerine göre de gruplandırılabilirler. ⓘ