Hücre Ölümü

Prof.Dr.Melek ÖZTÜRK

Prof.Dr Turgut Ulutin

İstanbul Üniversitesi, Cerrahpaşa Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji AD

Hücre ölümünün sınıflandırması

• Morfolojik görünümlerine göre Apoptotik - Otofajik - Nekrotik - Mitoz ile ilişkili hücre ölümü

• Enzimolojik özelliklere göre

Nukleazların

Proteazların (Kaspaz, Katepsin, Kalpain ,Transglutaminaz)

aktivitesine bağımlı veya bağımsız hücre ölümü

• Fonksiyonel durumlarına göre

Programlı hücre ölümü

Hasar ile hücre ölümü

• İmmunojenik özelliklere göre

Ölüm şeklinin programlı, kontrollü veya kaza ile ortaya çıkar

• “Programlı”; Fizyolojik hücre ölüm tipi . Embriyonik veya yetişkin süreçteki doku homestazı için gerekli olan hücre ölümü .

• “Kontrollü”; İşlem fazları tayin edilebilir bir moleküler mekanizma aracılığı ile gerçekleşen programlı veya programlı olmayan hücre ölüm tipi. Bu mekanizmalar farmakolojik ajanlar veya genetik müdahaleler ile baskılanabilir

• “Kaza ile” ortaya çıkan hücre ölümü, aşırı miktarlarda fiziksel veya kimyasal faktörlerle hücresel hasar sonucu gelişen , farmakolojik veya genetik işlemler ile baskılanamayan hücre ölüm tipidir ve nekrotik görüntüler ortaya çıkar.

HÜCRE ÖLÜM TİPLERİ

1- Nekrotik hücre ölümü (Hasar yolu ile ölüm)

2- Apoptotik hücre ölümü (Programlı hücre ölümü)

3- Otofajik hücre ölümü (Programlı hücre ölümü)

1. Hasar yolu ile ölüm ; NEKROZ (mekanik hasar,oksijen yokluğu,toksik maddeler etkisi ile) • Endoplazmik retikulumda , Golgi kompleksinde ve

mitokondriyumlarda şişme gözlenir. • Hücre membranının su ve iyon transportu bozulur. • Hücre şişer ve lizise uğrar. • Nükleer kromatin dağılır. • Özgün olmayan tarzda,rasgele DNA kırıkları olur. • Dokuda enflamasyon oluşurur.

2. Hücre intiharı (programlı hücre ölümü); APOPTOZ

• Fizyolojik veya patolojik koşullarda gözlenir

• Hücre küçülür, sitoplazma yoğunlaşır, büzülür

• Komşu hücreler ile bağlantılar kopar

• Hücre içi Ca+2 konsantrasyonu artar

• Hücre iskeleti elementleri parçalanır

• Nükleusta kromatin yoğunlaşır piknotik görüntü ortaya çıkar

• DNA , 180 - 200 bç veya katları şeklinde nukleozomal bölgelerden kırılır.

• Enflamasyon gözlenmez.

• Apoptotik ve nekrotik ölüm arasındaki farklar

1- Apoptoz fizyolojik koşullarda veya bazen patolojik koşullarda gözlenen programlı hücre ölümüdür.

Nekroz her zaman patolojik koşullarda,hücre hasarı sonucu ortaya çıkan ölüm şeklidir.

2- Apoptozda hücre büzülmesi ve küçülmesi gözlenirken

Nekrozda hücre şişer ve boyutu artar.

3- Apoptozda hücre sitoplazmasının yoğunluğu artar,hücre organelleri normal görünümlerini korurlar.

Nekrozda sitoplazma sulanır,organeller su alarak şişer (Organellerde özellikle ER ve Golgide dilatasyonlar belirgindir.)

4- Apoptozda hücre membranı yüzey farklılaşmalarını kaybeder,büzülür ve kıvrıntılı görüntü alır.

Nekrozda hücre zarı ve organel membranlarında parçalanma gözlenir.

Apoptoz

(Fizyolojik hücre ölümü Programlı hücre ölümü

Hücre intiharı)

1972 Kerr, Wyllie ve Currie

HÖ’nün tipik morfolojik görünümlerini

tespit ederek “apoptoz” terimini yerleştirdiler

Nobel Tıp Ödülü 2002

“organ gelişiminin genetik düzenlenmesinde

programlı hücre ölümü Model sistem;

C. elegans

Memelilerde

programlı hücre ölüm

genlerinin

homologlarının keşfi”

Sydney Brenner- Robert Horvitz - John Sulston

C. elegans (nematod)

1090 hücre- Başlangıç

131 hücre - PHÖ

959 hücre- Yetişkin

APOPTOZ APOPTOZ

Memeli Nematod

kaspaz-9

kaspaz-3

Apoptoz uyaranı

Hücresel hedefler

Mitoz Apoptoz Normal

Kanser

İnsan vücudunda her saniye 100.000 hücre mitoz ile artar apoptoz ile ölür

KARACİĞER HASARI

NÖRODEJENERATİF HAST.

IDDM

MİYOKARD ENFARKTÜSÜ

FİZYOLOJİK Embriyonun Gelişimi Doku Modellenmesi İmmun Hücre Seleksiyonu PATOLOJİK DNA hasarı İskemi,Enfarkt Viral enfeksiyonlar Otoimmünite Kemoterapi Nörodejenerasyon Karaciğer hasarı Otoimmun has.

Hücre neden apoptozu seçer?

HÜCRE NEDEN APOPTOZU SEÇER?

1. Gelişim sürecindeki organizasyonun tamamlanması için;

• Metamorfoz sırasında kurbağanın kuyruğunun ortadan kalkması

• Fetusta parmaklar arasındaki perdenin kaldırılması

• Menstürasyon ile endometriyal hücre yıkımı

2. Organizma için zararlı hücrelerin ortadan kaldırılması için

• Virus ile enfekte olmus hücreler; sitotoksik T hücreleri ile

• immun sistem hücreleri; hüresel bağışıklık sistemleri

• DNA hasarı olan hücreler; p53 yolu

• Kanser hücreleri; kemoterapi ajanları ile

Hücre apoptoza nasıl karar verir?

1-Pozitif uyaranların kesilmesi ile, Büyüme faktörlerinin yokluğunda

2-Negatif uyaranların alınması ile Hücre yüzey reseptörlerine bağlanan moleküller TNF

Limfotoksin

Fas ligandı (FasL)

DNA hasarına neden olan faktörler

UV

x-ışınları

kemoterapi ajanları

serbest radikaller

Hücre içinden veya dışından gelen ölüm sinyalinin alınması

Proteazların (Kaspaz) aktivasyonu

Aktifleşen kaspazların hedef proteinleri yıkması,

hücre içi yapısal ve biyokimyasal değişimler

Apoptotik cisimlerin oluşumu

Apoptotik cisimlerin fagositozu

Apoptoz işlem adımları

1- Hücre yüzeyindeki reseptörlere bağlanan

ölüm aktivatörleri tarafından tetiklenen apoptoz;

Ölüm reseptörleri yolu 2- Hücre içinde oluşturulan sinyaller ile

tetiklenen apoptoz; mitokondriyum yolu

APOPTOZ MEKANİZMALARI APOPTOZ MEKANİZMALARI

Fas

DD

FADD

DED

Kaspaz-8

Kaspaz-3

Bid

Hücresel Proteinler

DNA

p-kaspaz-8

FasL

Apoptoz İşlem Yolları

Reseptör yolu Mitokondriyum yolu

Sit-c

kaspaz-9

A P O P T O Z

ölüm reseptörleri ölüm ligandları

Ölüm Reseptörleri Yolu

FADD; Fas Associated protein with Death Domain

TRADD; TNFR Associated protein with Death Domain

Bcl-2 Ailesi Kaspaz Ailesi

Apoptozu kontrol eden proteinler

Bcl-2 ailesi

Apoptozu ilerletenler (Ölüm aktivatörleri) Bax, Bak, Bad, Bid, Bim,BclXs,Noxa, Puma

Apoptozu engelleyenler (Yaşam aktivatörleri) Bcl-2, BclXL, Mcl-1

(B cell Lymphoma/leukemia-2)

Mitokondriyun yolunun esas düzenleyici proteinleri Mitokondriyun- ER- Nukleus membranına bağlı proteinler

uyarıcı ölüm sinyalleri • Radyasyon, UV • Hücre içi ROT artışı • ATP/ADP ve NADPH’ın azalması • Hipoksi • Ca iyon artışı • Büyüme faktör eksikliği • Antikanser ilaçları • DNA hasarı

Mitokondriyum Yolu

• Hücre içi reaktif oksijen radikallerindeki artış

• ATP/ADP , NADPH’ın azalması

• Bcl-2 transkripsiyon veya translasyonundaki hatalar

• hücre DNA hasarları ile uyarılan hücrelerde

mitokondriyon membran permeabilitesi bozulur

*Sitokrom-c mitokondriyon membranından sitoplazmaya geçer

*Apaf-1 (apoptoz aktive edici faktör) ve kaspaz-9 ile birleşerek bir kompleks oluşturur

*Sitokrom -c + Apaf -1 + kaspaz -9 Kompleksi : APOPTOZOM

diger kaspazları aktive ederek hücreyi ölüme götürürler

Kaspazlar “Caspase; Cysteine Aspartyl-specific Protease”

Proteinleri ‘Asp’ bölgesinden keser

Sitoplazmik protein yıkımı

Nuklear DNA yıkımı gerçekleştirir

1. Başlatıcı kaspazlar ( kaspaz 2, 8, 9 ve 10 )

2. Etkili (efektör) kaspazlar ( kaspaz 3, 6 ve 7 )

3. Enflamatuvar kaspazlar ( kaspaz 1, 4, 5, 11,

12, 13 ve 14 )

Enflamatuvar

Kaspazlar

Efektör

Kaspazlar

Başlatıcı

Kaspazlar

Kaspaz Ailesi

kaspaz-4

kasapaz-5

kaspaz-13

kaspaz-11

kaspaz-12

kaspaz-1

kaspaz14

kaspaz-3

kaspaz-7

kaspaz-6

kaspaz-8

kaspaz-10

kaspaz-2

kaspaz-9 CARD

CARD

DED DED

DED DED

Kaspazların Substratları

•Hücre döngüsü kontrolündeki proteinler •Sitoiskelet proteileri •Sitokin öncüleri •Sinyal iletimindeki proteinler •DNA metabolizmasına katılan proteinler •RNA metabolizmasına katılan proteinler •Transkripsiyon faktörleri

CAD: Caspase-activated deoxyribonuclease

ICAD: Inhibitor of CAD

Kaspaz-6

Efektör Kaspazlar

3,6,7

Sitoplazmik

hadefler

Başlangıç

kaspazları-8,9

Nukleus nukleaz

DNA parçalanması

Apoptoz İnhibitör Proteinleri (IAP)

Endojen IAP’lar

cIAP-1, cIAP-2, XIAP, Livin, Survivin

Kaspaz-3, -7 ve -9

Eksojen IAP’lar

• z.VAD.fmk (kaspaz 2 )

• z.DEVD.fmk (kaspaz 3)

• z.IETD.fmk (kaspaz 6)

• z.LEHD.fmk (kaspaz 9)

Apoptozu Düzenleyen Proteinler

DNA hasarı tamir edilemediğinde,

Bax, Noxa ve Puma’yı

aktifleyerek

Bcl-2 ve BclXL’yi

baskılayarak

hücreyi apoptoza yönlendirir.

Hücre döngüsünde ve apoptozda kontrol noktası proteini

p53;

Apoptotik hücrenin tanınması ve fagositozu

Annexin-5

Proapoptotik sinyal

Apoptotik hücre

Membran tomurcuklanması

Plazma membran değişiklikleri

. Fagozom

Sağlıklı hücre

ps: Fosfotidilserin

ps