Митохондрии и апоптоз

1. Митохондрии и апоптоз Попова Екатерина Николаевна к.б.н., с.н.с. НИИФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ

2. Апоптоз – история открытия, морфология и функции

4. Онкологические заболевания: • прямой кишки • печени • простаты • лейкемии • нейробластома Нейродегенеративные заболевания: • болезнь Альцгеймера • болезнь Паркинсона • болезнь Хантингтона Гематопоэтические заболевания: • Апластическая анемия • миелодиспластический синдром • Т-клеточная лимфоцитопения Аутоимунные заболевания: • системная красная волчанка • миастения норма Сердечно-сосудистые заболевания: • Сердечная недостаточность • Инфаркт миокарда Частые инфекции: Вирусные инфекции • воспаление • сепсис • диабет 1 типа недостаточный апоптоз избыточный

5. Морфологические изменения клеток в процессе апоптоза округление клеток; втягивание псевдоподий; сокращение клеточного и ядерного объема; фрагментация ядра; незначительное изменение органелл; блеббинг плазматической мембраны поглощение тканевыми фагоцитами in vivo J. F. R. Kerr, A. H. Wyllieand A. R. Currie; 1972

6. Апоптоз – особый морфологически отличающийся от других тип клеточной смерти. Фундаментальный процесс, обеспечивающий нормальное развитие организмов, поддержание клеточности тканей, селекцию иммунокомпетентных клеток и элиминацию поврежденных, трансформированных и инфицированных клеток

7. Молекулярные механизмы апоптоза

8. Программа клеточной смерти нематоды C. Elegans

9. В 2002 году Роберт Хорвиц и его коллеги Сидней Бреннер и Джон Салтон были удостоены Нобелевской премии в области физиологии и медицины

10. Программированная клеточная смерть в развитии нематоды Caenorhabditis elegans Guillaume Lettreand Michael O. Hengartner; 2006

11. Ядро программы апоптоза C. Elegans согласно Р. Хорвицу EGL-1 – BH3 белоксемейства BCL-2 CED-9 – BCL-2 –подобный белок CED-4 – APAF – подобный белок CED-3 - каспаза EGL-1 CED-9 CED-4 CED-3 Молекулярная модель активации апоптоза C. Elegans Каспазы (cysteine-dependent aspartate-specific protease) образуют протеолитические каскады и, таким образом, передают сигнал апоптоза Guillaume Lettreand Michael O. Hengartner; 2006

12. Апоптоз – эволюционно консервативный процесс • Апоптоз у нематоды осуществляется за счет протеолитического расщепления белков клетки каспазами • Сигнальная платформа активации каспаз у нематоды связана с митохондриями

13. Программа клеточной смерти млекопитающих

14. Активация каспаз

15. Две сигнальные платформы для активации каскадов каспаз у млекопитающих Kelly M Boatright and Guy S Salvesen; 2003

16. Активация эффекторных каспаз (3, 6 и 7) Stefan J. Riedl and Guy S. Salvesen; 2007

17. Активация инициаторных каспаз (8, 9 и 2) Stefan J. Riedl and Guy S. Salvesen; 2007

18. Митохондрии выполняют роль «контрольно-пропускного пункта» апоптотического сигнала повреждения ДНК различные стрессы «рецепторы смерти» каспаза 2 эффекторные каспазы каспаза 8 Bid MMP поверхностные рецепторы Smac/Diablo Omi/HtrA2 цитохром с AIF Эндонуклеаза G IAP XIAP (ингибиторы каспаз) каспаза 9 эффекторные каспазы фрагментация ДНК апоптоз

19. Про-апоптотические белки митохондрий

21. Механизм формирования апоптосомы Apaf-1: apoptotis protease-activator factor 1 CARD: caspase-recruitment domain WD40: W – триптофан, D – аспарагиновая кислота Stefan J. Riedl and Guy S. Salvesen; 2007

22. Открепление цитохрома с от внутренней мембраны митохондрий зависит от АФК взаимодействие взаимодействие Ott M, Gogvadze V, Orrenius S, Zhivotovsky B, 2007

23. Митохондриальные белки, вызывающие фрагментацию ДНК Эндонуклеаза G AIF(Apoptosis Inducing Factor)

24. Расщепление ядерной ДНК и фрагментация ядер клеток HeLa двумя основными апоптотическими ДНК-азами: DFF40/CAD (DNA fragmentation factor/caspase-activated DNase)и эндонуклеазой G Piotr Widlak and William T. Garrard; 2005

25. AIF (Apoptosis Inducing Factor) индуцирует крупноразмерную (50Kb), но не нуклеосомную фрагментацию ДНК и конденсацию, но не фрагментацию хроматина c c c 2 AIF; 7 DFF40/CAD 1 контроль Santos A. Susin,Eric Daugas,Luigi Ravagnan,Kumiko Samejima, Naoufal Zamzami, Markus Loeffler,Paola Costantini, Karine F. Ferri, Theano Irinopoulou,Marie-Christine Prevost, Greg Brothers, Tak W. Mak,Josef Penninger, William C. Earnshaw, and Guido Kroemer; 2000

26. Две стадии деградации ядер при апоптозе Эндонуклеаза G

27. Отделение AIF от внутренней мембраны митохондрий регулируется Ca2+и АФК Erik Norberg, Sten Orrenius, Boris Zhivotovsky; 2010

28. Эффекты AIF MMP- выход цитохрома с и AIF Контроль сборки или разборки комплекса 1 дыхательной цепи митохондрий Неизвестный цитоплазматический эффектор AIF Неизвестный ядерный эффектор НАДФН-оксидаза – генерация супероксид аниона 50Kb фрагментация ДНК

29. Smac/Diablo и Omi/HtrA2 - белки ингибирующие белки семейства IAP Белки семейства IAP предшественник Smac/Diablo или Omi/HtrA2 каспазы Зрелый Smac/Diablo или Omi/HtrA2

30. Проницаемость митохондриальной мембраны

31. Две основные модели, объясняющие выход белков из межмембранного пространства митохондрий

32. Одна из моделей мегапоры (PTP)

33. Возможные механизмы обеспечения проницаемости внешней мембраны Bax/Bak и Bax/tBid

34. Двойной нокаут Bax и Bak (но не каждого по отдельности) приводит к устойчивости клеток к индукции апоптоза многими «внутренними» стимулами. Исключение составляют случаи направленного воздействия на компоненты PTP

35. Белки семейства BCL-2

36. VDAC, ANT Белки семейства BCL-2

37. Реорганизация структуры митохондрий и апоптоз

38. Во время апоптоза происходит дробление митохондриального ретикулума Контроль Апоптоз

39. Во время апоптоза происходит перестройка крист митохондрий Контроль tBid

40. Перестройка крист при апоптозе

41. Связь реорганизации структуры митохондриального ретикулума с апоптозом • Дробление митохондрий происходит на самых ранних стадиях апоптоза • Подавление экспрессии белков отвечающих за дробление митохондрий (Drp1 и Fis 1) блокирует выход цитохрома с из митохондрий, что приводит к выживанию клеток • Подавление экспрессии белка Opa1, отвечающего за слияние митохондрий, вызывает перестройку крист, фрагментацию митохонрий и выход цитохрома с в цитоплазму • Повышенная экспрессия Bax/Bak вызывает дробление митохондрий • Bax/Bakколокализуются с Drp1 и Mfn • tBid индуцирует перестройку крист • Повышенная экспрессия Bcl-2 приводит к увеличению размеров и интеграции митохондриального ретикулума

42. Спасибо за внимание