Cellesignalering: Apoptose

Hvad er den vigtigste forskel på apoptose og nekrose?

Apoptose er en aktiv, reguleret og kontrolleret form for celledød, mens nekrose typisk er en ukontrolleret, skadesbetinget celledød.

Er apoptose en passiv proces?

Nej, apoptose er en energiafhængig og genetisk reguleret proces

Hvad sker der morfologisk ved nekrose?

Cellen svulmer op, organeller nedbrydes, plasmamembranen mister integritet, og celleindhold lækker ud.1

Hvad er konsekvensen af, at celleindhold lækker ud ved nekrose?

Det udløser ofte inflammation, fordi intracellulære komponenter virker som faresignaler.

Hvad sker der morfologisk ved apoptose?

Cellen skrumper, kromatin kondenserer, kernen kollapser/fragmenteres, membranen danner blebs, og cellen opdeles i apoptotiske legemer.

Hvorfor giver apoptose normalt ikke inflammation?

Fordi celleindholdet holdes pakket inde i membranbundne apoptotiske legemer, som hurtigt fjernes af fagocytter.

Hvad er apoptotiske legemer?

Små membranbundne fragmenter af den døende celle, som indeholder dele af cytoplasma og kerne og kan fagocyteres sikkert.

Hvem fjerner apoptotiske celler?

typisk fagocytter, fx makrofager, eller undertiden naboceller.

Hvad bruges apoptose til fysiologisk?

Til at fjerne uønskede, beskadigede, overflødige eller potentielt farlige celler.

Hvorfor kan både for meget og for lidt apoptose give sygdom?

For meget apoptose kan give vævstab og degeneration, mens for lidt apoptose kan give ophobning af unormale celler, fx ved cancer.

Hvad er den centrale molekylære mekanisme i apoptose?

En proteolytisk kaskade medieret af caspaser.

Hvad er caspaser?

En familie af cysteinproteaser, som kløver målproteiner på specifikke steder og driver apoptose frem.

Hvorfor er caspaser velegnede til at styre apoptose?

Fordi de kan aktiveres i en kaskade, hvor få initiatorsignaler hurtigt forstærkes til omfattende nedbrydning af cellens nøgleproteiner.

Hvad menes der med, at apoptose er “highly regulated”?

At cellen normalt har mange anti-apoptotiske sikkerhedsmekanismer, så apoptose kun aktiveres under de rette betingelser.

Hvilke to hovedveje kan starte apoptose?

Den extrinsic pathway og den intrinsic pathway.

Hvad aktiverer den extrinsic pathway?

Dødsreceptorer på celleoverfladen.

Hvad aktiverer den intrinsic pathway?

Intracellulær stress, især signaler der påvirker mitokondrierne.

Hvad er forskellen i hovedidé mellem de to veje?

Extrinsic pathway kommer udefra via receptorer, intrinsic pathway kommer indefra via mitokondrier.

Nævn et klassisk eksempel på en death receptor i extrinsic pathway.

Fas-receptoren.

Hvilket ligand binder til Fas-receptoren?

Fas ligand (FasL).

Hvilken celletype kan fx udtrykke Fas ligand for at dræbe målceller?

Killer-lymfocytter.

Hvad sker der, når Fas ligand binder Fas-receptoren?

Receptoren aktiveres og rekrutterer adaptorproteiner og procaspaser for at starte apoptosesignalering.

Hvilket vigtigt adaptorprotein bruges i Fas-vejen?

FADD

Hvad står FADD for funktionelt?

Et adaptorprotein, der kobler death receptor til procaspase-8.

Hvad er DISC?

Death-Inducing Signaling Complex, et kompleks dannet ved den aktiverede death receptor.

Hvilken initiator-caspase aktiveres i den extrinsic pathway?

Caspase-8.

Hvordan aktiveres caspase-8 ved death receptors?

Procaspase-8 bringes tæt sammen i DISC, hvor den dimeriserer og kløves til aktiv form.

Hvad gør aktiv caspase-8 bagefter?

Den aktiverer executioner-caspaser, især caspase-3 og caspase-7.

Hvad er den centrale organel i den intrinsic pathway?

Mitokondriet

Hvad er det afgørende trin i intrinsic pathway?

Frigivelse af cytochrom c fra mitokondriets intermembranrum til cytosolen.

Hvad skal der ske med den ydre mitokondriemembran, før cytochrom c kan frigives?

Der skal dannes porer, altså MOMP.

Hvad betyder MOMP?

Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization.

Hvad binder cytochrom c til i cytosolen?

Apaf1

Hvad sker der, når cytochrom c binder Apaf1?

Apaf1 aktiveres og oligomeriserer.

Hvad kaldes det store Apaf1-kompleks, der dannes i intrinsic pathway?

Apoptosomet

Hvilken initiator-caspase rekrutteres til apoptosomet?

Caspase-9.

Hvilken funktion har apoptosomet?

At samle og aktivere caspase-9, som derefter aktiverer executioner-caspaser.

Hvad er fælles slutpunkt for extrinsic og intrinsic pathway?

Aktivering af executioner-caspaser.

Hvilke caspaser er de vigtigste executioner-caspaser på dine slides?

Caspase-3 og caspase-7.

Hvad er forskellen på initiator- og executioner-caspaser?

Initiator-caspaser starter signalet, mens executioner-caspaser kløver mange celleproteiner og udfører celledøden.

Hvad er caspaser biokemisk?

Proteaser, som kløver målproteiner og driver apoptose frem.

Nævn nogle vigtige substrater for executioner-caspaser.

Nukleære laminer, cytoskeletkomponenter, celleadhæsionsmolekyler og proteiner involveret i DNA-beskyttelse.

Hvad betyder det for cellen, at laminer kløves under apoptose?

At cellekernen mister sin struktur og kan kollapse/opbrydes.

Hvad er Bcl2-familiens overordnede rolle?

At regulere den intrinsic pathway ved at styre, om den ydre mitokondriemembran bliver permeabel.

Hvad er de tre hovedgrupper i Bcl2-familien?

Anti-apoptotiske proteiner, pro-apoptotiske effektorproteiner og BH3-only proteiner.

Nævn to anti-apoptotiske Bcl2-familieproteiner.

Bcl2 og BclxL.

Hvad gør anti-apoptotiske Bcl2-proteiner?

De forhindrer aktivering og oligomerisering af Bax/Bak og dermed MOMP.

Nævn to pro-apoptotiske effektorproteiner i Bcl2-familien.

Bax og Bak.

Hvad gør Bax/Bak, når de aktiveres?

De oligomeriserer i den ydre mitokondriemembran og danner porer.

Hvad bliver konsekvensen af Bax/Bak-oligomerisering?

Cytochrom c og andre pro-apoptotiske faktorer kan frigives til cytosolen.

Hvad er BH3-only proteiners vigtigste funktion?

De registrerer apoptotiske signaler og tipper balancen mod apoptose ved at hæmme anti-apoptotiske Bcl2-proteiner eller aktivere Bax/Bak.

Nævn et BH3-only protein fra sliden.

Bad

Hvordan kan Bad fremme apoptose?

Ved at binde til et anti-apoptotisk protein som BclxL og dermed frigive Bak/Bax til aktivering.

Hvad afgør samlet set, om den intrinsic pathway aktiveres?

Balancen mellem anti-apoptotiske og pro-apoptotiske Bcl2-familieproteiner.

Hvordan kan extracellulære survival factors hæmme apoptose?

Ved at øge udtryk af anti-apoptotiske Bcl2-proteiner eller inaktivere BH3-only proteiner.

Hvordan kan en survival factor påvirke Bad?

Via signalering, fx kinaseaktivitet, så Bad fosforyleres og inaktiveres.

Hvorfor er survival factors vigtige under udvikling af nervesystemet?

Fordi neuroner konkurrerer om en begrænset mængde overlevelsessignaler fra deres målceller.

Hvad sker der med neuroner, der ikke får nok survival factor?

De undergår apoptose.

Hvad er den samlede logik i apoptose?

Et signal aktiverer en kaskade af proteaser, som systematisk nedbryder nøglekomponenter i cellen og fjerner den kontrolleret.

Hvad er den centrale idé i caspase-kaskaden ved apoptose?

Et apoptotisk signal aktiverer initiator-caspaser, som derefter aktiverer executioner-caspaser, der kløver mange celleproteiner og udfører apoptosen.

Hvad er forskellen på initiator-caspaser og executioner-caspaser?

Initiator-caspaser aktiveres først i adaptor-komplekser og starter kaskaden, mens executioner-caspaser kløver mange substrater og skaber de strukturelle ændringer i den døende celle.

Hvordan aktiveres initiator-caspaser typisk?

De aktiveres ved dimerisering i et adaptor-proteinkompleks.

Hvordan aktiveres executioner-caspaser?

De aktiveres ved proteolytisk kløvning udført af initiator-caspaser.

Hvad betyder det, at caspaser er proteaser?

At de kløver proteiner ved specifikke sites og dermed ændrer cellens struktur og funktion.

Nævn fire vigtige typer substrater for executioner-caspaser.

Nukleære laminer, cytoskeletkomponenter, celleadhæsionsmolekyler og inhibitor af DNA-degraderende endonuklease.

Hvad sker der, når nukleære laminer kløves under apoptose?

Kernen mister sin mekaniske stabilitet og kollapser.

Hvad sker der, når cytoskeletproteiner kløves under apoptose?

Cellen ændrer form, skrumper og danner membranblebs.

Hvad sker der, når celleadhæsionsmolekyler kløves under apoptose?

Cellen slipper lettere kontakten til naboer og ECM.

Hvorfor er kløvning af inhibitoren for DNA-degraderende endonuklease vigtig?

Fordi det frigør en endonuklease, som kan fragmentere DNA.

Hvad sker der med fosfatidylserin (PS) under apoptose?

Det flyttes fra den indre til den ydre side af plasmamembranen.

Hvorfor er PS på ydersiden vigtigt?

Det fungerer som et “eat me” signal til makrofager og andre fagocytter.

Hvilket enzym holder normalt PS på membranens inderside i raske celler?

Flippase

Hvad sker der med flippase under apoptose?

Den inaktiveres af executioner-caspaser.

Hvilket enzym medvirker til at blande fosfolipider mellem membranens to lag?

Scramblase

Hvad sker der med scramblase under apoptose?

Den aktiveres af caspase-afhængige mekanismer.

Hvad bliver nettoeffekten af inaktiveret flippase og aktiveret scramblase?

PS eksponeres på celleoverfladen.

Hvad står IAP for?

Inhibitor of Apoptosis Protein.

Hvad er XIAPs funktion?

XIAP hæmmer caspaser, især i den intrinsiske pathway, og modvirker dermed apoptose.

Hvilke mitokondrielle proteiner kan modvirke IAP’er?

Smac og Omi.

Hvornår frigives Smac og Omi?

Når der sker MOMP, altså permeabilisering af den ydre mitokondriemembran.

Hvad gør Smac og Omi funktionelt?

De hæmmer IAP’er, så caspaser lettere kan forblive aktive.

Hvorfor er det vigtigt, at IAP’er findes?

De giver et ekstra reguleringsniveau, så apoptose ikke aktiveres ved små eller tilfældige signaler.

Er extrinsic pathway alene altid nok til at udløse apoptose?

Nej, i nogle celler skal extrinsic pathway forstærkes via intrinsic pathway.

Hvilket protein forbinder extrinsic pathway til intrinsic pathway?

Bid

Hvordan virker Bid i denne sammenhæng?

Caspase-8 kløver Bid til tBid, som aktiverer mitokondriel apoptosesignalering.

Hvad gør tBid ved mitokondriet?

Det fremmer aktivering af Bax/Bak og dermed MOMP.

Hvordan kan DNA-fragmentering bruges til at detektere apoptose?

Apoptotisk DNA kløves i karakteristiske fragmenter, som kan ses som et “ladder”-mønster på gel.

Hvilket enzym står for DNA-fragmentering i apoptose?

CAD, en DNase, som aktiveres når dens inhibitor kløves.

Hvad står TUNEL-assay for funktionelt?

En metode der mærker frie DNA-ender i fragmenteret DNA og dermed identificerer apoptotiske celler.

Hvad detekterer TUNEL-assay direkte?

DNA-brud.

Hvilken metode kan bruges til at påvise aktive executioner-caspaser?

Påvisning af fx kløvet caspase-3.

Hvorfor er kløvet caspase-3 en god apoptosemarkør?

Fordi det viser, at cellen er i gang med den udførende fase af apoptose.

Hvordan kan fosfatidylserin-eksponering måles eksperimentelt?

Med Annexin V, som binder til eksponeret PS.

Hvad viser Annexin V-positivitet typisk?

At cellen er i tidlig apoptose eller i apoptotisk proces.

Hvad kan måling af mitokondrielt membranpotentiale bruges til i apoptosestudier?

Til at opdage tidlige ændringer i mitokondriefunktion under intrinsic pathway.

Er apoptose den eneste form for reguleret celledød?

Nej

Nævn tre andre regulerede former for celledød nævnt på sliden.

Necroptosis, ferroptosis og pyroptosis.

Hvad kendetegner necroptosis overordnet?

Det er en reguleret form for celledød med membranruptur og ofte inflammatorisk respons, altså mere nekrose-lignende.

Hvad kendetegner ferroptosis overordnet?

Jern-afhængig celledød drevet af lipidperoxidation.

Hvad kendetegner pyroptosis overordnet?

En inflammatorisk form for reguleret celledød ofte koblet til infektion og aktivering af bestemte caspaser.