Smrt

[Bred]

ÆELIJSKA SMRT



Nekroza


Definicija: niz morfolo¹kih promena koje prate smrt æelija u ¾ivom organizmu. Smrt æelije ovim putem indukuju o¹teæujuæi agensi. Enzimska digestija æelije: autoliza i heteroliza.

   Citoplazmatske promene: eozinofilija, staklasta homogenost, mitohondrije bubre (membrana mitohondrija ne mo¾e da kontroli¹e transport jona i vode). Zbog promena permeabilnosti plazma membrane æelijski sadr¾aj poèinje da “curi” dovodeæi do razvoja zapaljenske reakcije
   Jedarne promene: karioliza, piknoza, karioreksa



Morfolo¹ki specifièni oblici nekroze:

   Koagulaciona
   Denaturacija proteina
   Strukturne karakteristike oèuvane tokom vi¹e dana
   Karakteristièna za smrt izazvanu hipoksijom (sem u mozgu)

    Likvefaktivna nekroza
   Kompletna digestija mrtvih æelija
   Karakteristièna za bakterijske i neke gljiv inf, kao i za hipoksijom izazvanu smrt æelija CNS-a

   Kazeozna nekroza
   Makroskopski, promena je belog, sirastog izgleda
   Nalazi se amorfni debri u prstenu granulomatozne inflamacije
   Karakteristièna za infekciju bacilom tuberkuloze

   Masna nekroza
   Makroskopski, belièasta, kredasta podruèja
   Masne nekrotiène æelije oblaèastog izgleda okru¾ene basofilnim kalcifikovanim depozitima
   Nastaje delovanjem pankreasne lipaze


Apoptoza


(Grèki, apo= od; ptosis =padanje) Æelije bivaju indukovane (signalima iz spolja¹nje sredine ili iz same æelije da uèine SUICID).

   Programirana æelijska smrt
   tokom embriogeneze
   u hormonski zavisnoj involuciji
   fiziolo¹ki – endometrium
   patolo¹ka atrofija prostate nakon kastracije
   delecija u populaciji æelija koje proliferi¹u - crevni epitel
   delecija autoreaktivnih timocita u timusu (izostanak mo¾e dovesti do autoimunosti)

Æelija koja je indukovana da uèini suicid se skuplja se, na njenoj povr¹ini se stvaraju mehurièaste evaginacije. U njoj dolazi do degradacije  hromatina (DNK i proteina) u jedru, o¹teæenja membrane mitohondrija i oslobadjanja citohroma c. Æelija se defragmentira  u male membranom obavijene fragmente – apoptotska tela. Fosfolipid æelijske membrane - fosfatidilserin, koji je normalno “sakriven” u plazma membrani se eksponira na njenoj povr¹ini. Fosfatidilserin  se vezuje za receptore na fagocitima ( makrofage i dendritske æelije) koje onda fagocituju èelijske fragmente. Fagociti sekretuju citokine  koji inhibi¹u inflamaciju (npr., IL-10, TGF-β)


Apoptoza
   Ukljuèuje pojedinaène æelije ili male grupe æelija
   Eozinofilija, kondenzovan hromatin sa stvaranjem agregata uz jedarnu membranu
   Fragmentacija DNK delovanjem endonukleaza
   Konaèno karioreksa
   Volumen æelije se brzo smanjuje
   Formiranje citoplazmatskih izdanaka (zeiosis)
   Fragmentacija u apoptotska tela
   Apoptotska tela se brzo fagocituju ili razgradjuju
   Nema inflamacije ZA RAZLIKU OD NEKROZE
   Proces traje od 5 do 30 minutes

Sled dogadjaja u apoptozi  je toliko ¹ablonizovan da se ovaj proces uobièajeno naziva programirana æelijska smrt (engl. programmed cell death, PCD). Æelijska ma¹inerija kojom se ostvaruje PCD je isto toliko svojstvena za æeliju koliko i ona kojim se, npr. ostvaruje  mitoza.


Za¹to æelija èini suicid?

1.  Apoptoza je neophodna za normalni razvoj, ba¹ kao i mitoza

Primeri:
   Formiranje prstiju ruku i nogu tokom fetalnog razvoja zahteva uklanjanje, apoptozom, tkiva koje se nalazi izmedju njih.
   Odlubljivanje unutra¹njeg sloja zida uterusa (endometriujum) na poèetku menstruacije  odvija se apoptozom.
   Formiranje odgovarajuæih veza (sinapsi) izmedju neurona u mozgu zahteva uklanjanje vi¹ka æelija apoptozom.

2. Apoptoza je neophodna da uni¹ti æelije koje predstavljaju opasnost za integritet organizma.

Primeri:
   Æelije inficirane virusima: citotoksièni T limfociti (CTLs) ubijaju virusom inficirane æelije apoptozom
   Æelije imunskog sistema: kada se æelijski-posredovan imunski odgovor   gasi, efektorske æelije moraju biti uklonjene kako bi se spreèilo da one  ne¾eljeno atakuju druge konstituente organizma. CTLs indukuju apoptozu jedni drugih, pa èak i sopstvenu. Defekti u apoptotskoj ma¹ineriji dovode do autoimunskih bolesti  kao ¹to su lupus eritematozus  i reumatoidni artritis.
   Æelije sa o¹teæenom DNK: o¹teæenje genoma mo¾e uzrokovati promene u embrionalnom razvoju i nastanak kongenitalnih malformacija. O¹teæenje DNK mo¾e dovesti do maligne transformacije æelije. Æelija odgovara na o¹teæenje DNK  sintezom proteina p53. p53 je potentan induktor apoptoze. (Prema tome logièno je  da  se mutacija p53 gena, usled koje se sinteti¹e defektan protein, tako èesto nalazi u maligno transformisanim æelijama).
   Maligno transformisane æelije: radijacija i lekovi koji se primenjuju u terapiji indukuju apoptozu nekih tipova malignih æelija.




©ta æeliju natera da se odluèi na apoptozu?

Poremeæen balans izmedju pozitivnih i negativnih signala:
   Usled izostanka  pozitivnih signala – signala koji su neophodni za pre¾ivljavanje ili
   Usled prijema negativnih signala – signala koji indukuju smrt.


1. Izostanak pozitivnih signala
Kontinualno pre¾ivljavanje veæine æelija zahteva kontinualnu stimulaciju od strane drugih æelija i, za mnoge æelije, kontinualnu adheziju za povr¹inu na kojoj one rastu. Neki primeri pozitivnih signala: Faktori rasta za neurone  i  Interleukin-2 (IL-2) - esencijalni faktor za mitozu limfocita


2. Prijem negativnih signala
    koncentracija slobodnih radikala u æeliji
   o¹teæenje DNK slobodnim radikalim i drugim agensima, kao ¹to su: Ultravioletni zraci, x-zraci, hemijoterapijski agensi
   akumulacija proteina koji nisu uspeli da postignu adekvatnu  tercijarnu strukturu
   molekuli koji se vezuju za specifiène receptore na povr¹ini æelije i ¹alju signal u æeliju da zapoène PCD. Ovi aktivatori smrti ukljuèuju: Faktor nekroze tumora-alfa (TNF-α ) koji se vezuje za TNF receptor; Limfotoksin (poznat i kao TNF-β ) koji se takodje vezuje za TNF receptor; Fas ligand (FasL), molekul koji se vezuje za receptor na povr¹ini æelije koji je poznat kao Fas (takodje se oznaèava kao CD95).


Postoje 3 razlièita mehanizma kojim æelija mo¾e da uèini suicid  apoptozom.
   Jedan je iniciran signalima koji nastaju u samoj æeliji;
   Drugi  pokreæu aktivatori smrti koji se vezuju za receptore na povr¹ini æelije: TNF- α , limfotoksin i Fas ligand (FasL)
    Treæi mogu da pokrenu reaktivni oblici kiseonika


1. Apoptoza indukovana internim signalima: intrizièni/ mitohondrijski put

Na spolja¹njoj membrani mitohondrija zdravih æel. je eksprimiran protein antiapoptotski Bcl-2 . Unutra¹nje o¹teæenje æelije (npr. izazvano ROS-om) dovodi do: aktivacije Bax proteina, usled deaktivacije anti-apoptotskog Bcl-2 proteina,  ¹to onda indukuje nastanak pora na spolja¹njoj membrani mitohondrija, kroz koje “curi”citohrom c. Oslobodjeni citohrom c se vezuje za protein Apaf-1 ("apoptotic protease activating factor-1"). Ovako nastali kompleks, uz uèe¹æe energije koju obezbedjuje ATP, agregira formirajuæi apoptosome. Apoptosomi se vezuju za i aktivi¹u kaspazu-9 (jedan iz familije od vi¹e enzima- proteaza koje su dobile ime po tome ¹to cepaju proteine (veæinom jedna drugu) na C-terminalnom kraju mestu aspartinske kiseline (Asp residues). Kaspaza-9 cepa i, na taj naèin, aktivi¹e dtuge kaspaze (kaspazu-7 i izvr¹nu "egzekutorsku" kaspazu-3). Aktivacijom ovih kaspaza nastaje jedna kaskada proteolizne aktivnosti (sl. kao kod  koagulacije krvi i aktivacije komplementa) koja dovodi do degradacije DNK,  digestije strukturnih proteina citoplazme i, na kraju, fagocitoze æelije.


bcl-2 proteini
bcl-2 proteini su familija proteina koji su ukljuèeni u apoptozu. Neki od ovih proteina ( bcl-2 i bcl-XL) su anti-apoptotski, dok su drugi  ( Bad, Bax) pro-apoptotski. Osetljivost æelije na apoptotske stimuluse zavisi od odnosa izmedju pro- i anti-apoptotskih bcl-2 proteina.(Kada postoji vi¹ak pro-apoptskih proteina æelija je osetljiva na apoptozu, a kada postoji vi¹ak anti-apoptotskih proteina æelija je manje osetljiva). Pro-apoptotski bcl-2 proteini se èesto nalaze u citosolu gde deluju kao senzori æelijskog o¹teæenja ili stresa. Nakon izlaganja æelije dejstvu stresora oni se relociraju na povr¹inu mitohondrija  gde se nalaze anti-apoptotski proteini. Ova interakcija izmedju pro- and anti-apoptotskih proteina na pov¹ini mitohondrija remeti normalnu funkciju anti-apoptotskih bcl-2 proteina i dovodi do formiranja pora na membrani mitohondrija kroz koje poèinje da “curi” citohrom C.

2. Apoptza izazvana eksternim signalima: ekstrizièni put / put receptora smrti (death receptor pathway)

Fas i TNF receptor su integralni membranski proteini sa receptorskim domenima koji su eksponirani na povr¹ini æelije. Vezivanjem komplementarnih aktivatora smrti (engl., death activators; FasL i TNF) prenosi se signal u citoplazmu koji dovodi do aktivacije kaspaze 8 koja, sl. kaspazi 9, pokreæe kaskadu aktivacije koja vodi do fagocitoze æelije.

Primer: Kada citotoksiène T æelije raspoznaju target æeliju (æel. inficiranu virusom se) vezuju se za  nju, i produkuju vi¹e FasL na svojoj povr¹ini. On se vezuje za Fas na povr¹ini target æelije indukujuæi njenu smrt apoptozom.


3. Faktor indukcije apoptoze (engl. Apoptosis-Inducing Factor, AIF)

Neuroni, i moguæe druge æelije, imaju drugi put samodestrukcije — koji se razlikuje od prethodno dva opisana puta — ne koristi kaspaze. Apoptosis-inducing factor (AIF) je protein koji je normalno lociran u intermembranskom prostoru mitohondrija. Kada æelija dobije signal koji joj kazuje da je vreme da umre, AIF se oslobadja iz mitohondrija (sl. citohromu c u  prvom putu), migrira u jedro, vezuje se za DNK, ¹to inicira destrukciju DNK i æelijsku smrt.



Razlièiti geni reguli¹u apoptozu - onkogeni i tumorski geni supresori


•   stadijum inicijacije - preno¹enja signala (engl. signaling pathways) kroz æelijsku membranu (u slu¬èaju apoptoze indukovane eksternim signalima, a posle vezivanja liganda za receptor na membrani),

•   stadijum kontrole i integracije (engl. control and integration stage), u kojem se aktivi¹u molekuli pod èijom je kontrolom proces apoptoze, 

•   zajednièki izvr¹ni stadijum (engl. common-execution phase), koji se sastoji od kaskade proteo¬li¬tièkih reakcija u kojima aktivisani enzimi (kaspaze) razgradnjom proteina formiraju apop¬totska tela

•   uklanjanje delova mrtvih æelija (engl. removal of dead cells) fagocitozom.




Apoptoza i maligni tumori


   Neki virusi povezani sa malignim tumorima spreèavaju apoptozu æelija koje su transformisali. Smatra se da bi nekoliko humanih papiloma virusa (HPV) moglo biti odgovorno za razvoj karcinoma cerviksa. Jedan od njih produkuje protein (E6) koji se vezuje i inaktivira promotor gena p53.
   Epstein-Barr Virus (EBV), izaziva mononukleozu i povezuje se sa nastankom nekih limfoma: produkuje protein slièan Bcl-2 i jo¹ jedan protein koji dovodi do toga da æelija poveæa sopstvenu produkciju Bcl-2. Oba ova procesa èine æeliju rezistentnom na apoptozu.
   I one maligne æelije koje koje nisu nastale delovanjem virusa imaju mehanizme za izbegavanje apoptoze. Neke B leukemijske æelije, kao i æelije limfoma, eksprimiraju visok nivo Bcl-2, i tako blokiraju apoptotske signale koje dobijaju. Melanomske (najopasniji tip karcinoma ko¾e) æelije izbegavaju apoptozu inhibicijom ekspresije gena za Apaf-1. Neke kancerske æelije, prevashodno æelije karcinoma pluæa i kolona, sekretuju poveæane kolièine solubilnih tzv. “zamka” molekula (engl. “decoy" molecule) koji vezuju FasL, onemoguæavajuæu njegovo vezivanje za Fas. Prema tome, CTL ne mogu da usmrte kancersku æeliju prethodno opisanim mehanizmom. Druge kancerske æelije eksprimiraju visok nivo FasL, i ubijaju CTL koje poku¹aju da ih ubiju jer i CTL eksprimiraju Fas (ali su za¹tiæene od delovanja sopstvenog FasL).



Apoptoza i Imunski Sistem


Imunski odgovor na strane antigene ukljuèuje proliferaciju T i/ili B limfocita. Kada oni obave svoj posao bivaju uklonjeni ostavljajuæi malu populaciju memorijskih æelija. Uklanjaju se apoptozom. U ljudi se vrlo retko javljaju genetski uslovljeni defekti u apoptozi. Najèe¹æi je mutacija gena za Fas, dok se redje vidjaju mutacije gena za FasL ili za neku od kaspaza. U svim ovim sluèajevima javlja se autoimunski limfoproliferativni sindrome ( ALPS). Karakteristike: usled akumulacije limfocita uveæava se slezina i limfni èvorovi. Javlaju se autoreaktivni klonovi koji napadaju “sopstvene” komponente indukujuæi autoimunske poremeæaje kao ¹to su hemolizna anemija i trombocitopenija. Javljaju se limfomi: u veæine pacijenata mutacija je prisutna u zametnim æelijma - tako da je prisutna u svakoj æeliji organizma. Samo u malom broju radi se o somatskoj mutaciji; koja se javlja u prekursornim æelijama u kostnoj sr¾i.


Apoptoza i AIDS


Karakteristika AIDS–a je  broja  CD4+ T æelija (normalno oko 1000 / µl krvi), kojesu odgovorne, direktno ili indirektno (kao pomoænièke æelije), za imunski odgovor. Kada se broj ovih æelija smanji na 200/ µl, pacijent ne mo¾e da odr¾i efikasan imunski odgovor i dolazi do niza opasnih infekcija.

©ta uzrokuje  broja  CD4+ T æelija? HIV invadira CD4+ T æelije i mo¾e se pretpostaviti da infekcija HIV-om  uzrokuje umiranje ovih æelija. Medjutim, to nije glavni razlog , jer manje od  1 od 100,000 CD4+ T æelija biva zara¾eno virusom.
©ta ubija neinficirane  CD4+ T æelije? Odgovor je jasan: apoptoza. Mehanizam nije jasan. Ima nekoliko moguænosti:
   Sve T æelije, inficirane i neinficirane, eksprimiraju Fas.
   Ekspresija HIV gena (nazvanog Nef) u HIV-om inficiranim æelijama izaziva
   Ekspresiju visokog nivoa FasL na tim æelijama, spreèavajuæi interakciju sa sopstvenim Fas i autodestrukciju.
Medjutim, kada inficirana T æelija dodje u kontakt sa neinficiranom (npr.u limfnom èvoru), dolazi do interakcije FasL sa Fas-om na neinficiranoj i ona umire apoptozom.




Apoptoza i Transplantacija


Zna se da su neki delovi tela, npr. prednja oèna komora i testisi "imunolo¹ki privilegovana mesta"- antigeni na tim mestima ne mogu da izazovu imunski odgovor. (Pokazalo se da se æelije na tim mestima razlikuju od drugih po tome ¹to eksprimiraju visoke nivoe FasL, tako da atigenom aktivirane T æelije , koje eksprimiraju Fas, bivaju ubijene ako udju na ta mesta). Ovi podaci ukazuju na novu moguænost prevencije  odbacivanja transplantata. Naime ako bi se uèinilo da, makar neke od æelija transplantiranog bubrega, jetre, srca itd., eksprimiraju visoke nivoe  FasL, to bi moglo da za¹titi graft od napada T æelija domaæinovog imunskog sistema. Na taj naèin bi se sada¹nja potreba za imunosupresivnom terapijom smanjila ili eliminisala. Dobijeni eksperimentalni rezultati su dvojaki. Pokazano je produ¾eno pre¾ivaljavanje bubre¾nih, ali ne srèanih i Langerhans-ovih ostrvaca alografa  i koji eksprimiraju visoke nivoe  FasL.