Information

Är forcerad celltillväxt relaterad till apoptos?

Är forcerad celltillväxt relaterad till apoptos?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Kan en instans av påtvingad celltillväxt få vissa celler att få sina självförstörande mekanismer att fungera felaktigt eller "stänga av" för att förhindra apoptos?


Det är trivialt att anta att påtvingad tillväxt kommer att övervinna apoptos, vilket är vad du ser i de odödliga cellinjerna och i cancer.

Men det intressanta är att det finns fall där påtvingad tillväxt orsakar apoptos. Det klassiska exemplet är på hjärnan där uttryck av SV40 t-antigen för att göra celler proliferativa faktiskt orsakade vävnadsförlust [1,2].

Knockdown av Aif (apoptosinducerande faktor) orsakar också neurodegeneration och tymisk hypoplasi genom att orsaka ökad oxidativ skada.


Apoptos

Apoptos är en process som sker i flercelliga när en cell avsiktligt "bestämmer" sig för att dö. Detta sker ofta för hela organismens bästa, till exempel när cellens DNA har skadats och kan bli cancerframkallande.

Apoptos kallas för "programmerad" celldöd eftersom det händer på grund av biokemiska instruktioner i cellens DNA, detta motsätter sig processen med "nekros", när en cell dör på grund av trauma utifrån eller berövande.

Liksom många andra komplexa cellulära processer utlöses apoptos av signalmolekyler som säger till cellen att det är dags att begå cellmord.

De två huvudtyperna av apoptosvägar är "inneboende vägar", där en cell får en signal att förstöra sig själv från en av sina egna gener eller proteiner på grund av upptäckt av DNA-skada och "extrinsiska vägar", där en cell får en signal att starta apoptos från andra celler i organismen. Den yttre vägen kan utlösas när organismen inser att en cell har överlevt sin användbarhet eller inte längre är en bra investering för organismen att stödja.

Apoptos spelar en roll för att orsaka och förebygga några viktiga medicinska processer. Hos människor spelar apoptos en viktig roll för att förebygga cancer genom att orsaka celler med skadat DNA att begå "självmord" innan de kan bli cancer. Det spelar också en roll i muskelatrofi, där kroppen bestämmer sig för att det inte längre är en bra idé att spendera kalorier på att underhålla muskelceller om cellerna inte används regelbundet.

Apoptos är en viktig evolutionär anpassning eftersom den tillåter organismer att förstöra sina egna celler. Vid första anblicken kan det låta som en hemsk idé. Varför skulle du förstöra en del av dig själv?

Tja, kanske om den delen av dig själv hade blivit farlig för resten, som i fallet med celler med skadat DNA som kan bli cancer. Apoptos är en stor mördare av pre-cancerceller, och personer med mutationer som hindrar apoptos från att fungera korrekt är mycket mer benägna att få cancer.

Flercelliga organismer kan också vilja förlora celler som inte längre är användbara för organismen. Vi kommer att dela några riktigt spektakulära exempel på när celldöd är bra nedan.


Innehåll

Programmerad celldöd (eller PCD) är celldöd som förmedlas av ett intracellulärt program. [2] [3] PCD utförs i en reglerad process, som vanligtvis ger fördelar under en organism livscykel. Till exempel uppstår differentiering av fingrar och tår i ett utvecklande mänskligt embryo eftersom celler mellan fingrarna apoptoser resultatet är att siffrorna separeras. PCD tjänar grundläggande funktioner under både växt- och metazoa (flercelliga djur) vävnadsutveckling.

Apoptosis Edit

Apoptos är processen för programmerad celldöd (PCD) som kan uppstå i flercelliga organismer. [3] Biokemiska händelser leder till karakteristiska cellförändringar (morfologi) och död. Dessa förändringar inkluderar blebbning, cellkrympning, kärnfragmentering, kromatinkondensation och kromosomal DNA -fragmentering. Man tror nu att celler – i ett utvecklingssammanhang – induceras att positivt begå självmord, medan i ett homeostatiskt sammanhang kan frånvaron av vissa överlevnadsfaktorer ge impulsen till självmord. Det tycks finnas en viss variation i morfologin och faktiskt biokemin hos dessa självmordsvägar, en del beträder vägen för "apoptos", andra följer en mer generaliserad väg till deletion, men båda är vanligtvis genetiskt och syntetiskt motiverade. Det finns vissa tecken på att vissa symtom på "apoptos", såsom endonukleasaktivering, kan orsakas falskt utan att ingripa med en genetisk kaskad, dock måste sannolikt sann apoptos och programmerad celldöd vara genetiskt medierad. Det blir också klart att mitos och apoptos växlas eller kopplas på något sätt och att den uppnådda balansen beror på signaler från lämpliga tillväxt- eller överlevnadsfaktorer. [4]

Autofagi Redigera

Autofagi är cytoplasmisk, kännetecknad av bildandet av stora vakuoler som äter bort organeller i en specifik sekvens före förstörelsen av kärnan. [5] Makroautofagi, ofta kallad autofagi, är en katabolisk process som resulterar i autofagosomisk-lysosomal nedbrytning av bulkcytoplasmainnehåll, onormala proteinaggregat och överskott av eller skadade organeller. Autofagi aktiveras i allmänhet av näringsbrist, men har också associerats med såväl fysiologiska som patologiska processer som utveckling, differentiering, neurodegenerativa sjukdomar, stress, infektion och cancer.

Andra varianter av PCD Edit

Andra vägar för programmerad celldöd har upptäckts. [6] Kallas "icke-apoptotisk programmerad celldöd" (eller "kaspasoberoende programmerad celldöd"), dessa alternativa vägar till död är lika effektiva som apoptos och kan fungera som antingen backupmekanismer eller huvudtypen av PCD.

Några sådana former av programmerad celldöd är anoikis, nästan identisk med apoptos förutom i dess induktionsförhorning, en form av celldöd exklusivt för ögonens excitotoxicitet ferroptos, en järnberoende form av celldöd [7] och Wallerian degeneration.

Växtceller genomgår speciella processer av PCD som liknar autofagisk celldöd. Vissa vanliga egenskaper hos PCD är dock mycket konserverade i både växter och metazoer.

Aktiveringsinducerad celldöd (AICD) är en programmerad celldöd orsakad av interaktionen mellan Fas-receptor (Fas, CD95) och Fas-ligand (FasL, CD95-ligand). [8] Det uppstår som ett resultat av upprepad stimulering av specifika T-cellsreceptorer (TCR) och det hjälper till att upprätthålla den perifera immuntoleransen. [9] Därför kan en förändring av processen leda till autoimmuna sjukdomar. [8] Med andra ord är AICD den negativa regulatorn för aktiverade T-lymfocyter.

Ischemisk celldöd, eller onkos, är en form av oavsiktlig eller passiv celldöd som ofta anses vara en dödlig skada. Processen kännetecknas av mitokondriell svullnad, cytoplasmavakuolisering och svullnad av kärnan och cytoplasman. [10]

Mitotisk katastrof är ett sätt för celldöd som beror på för tidigt eller olämpligt inträde av celler i mitos. Det är det vanligaste sättet för celldöd i cancerceller som utsätts för joniserande strålning och många andra behandlingar mot cancer. [11]

Immunogen celldöd eller immunogen apoptos är en form av celldöd som orsakas av vissa cytostatika som antracykliner, oxaliplatin och bortezomib, eller strålbehandling och fotodynamisk terapi (PDT). [12]

Pyroptos är en mycket inflammatorisk form av programmerad celldöd som uppträder oftast vid infektion med intracellulära patogener och sannolikt kommer att utgöra en del av det antimikrobiella svaret i myeloiska celler. [13]

Nekros är celldöd där en cell har skadats hårt genom yttre krafter som trauma eller infektion och förekommer i flera olika former. Vid nekros genomgår en cell svullnad, följt av okontrollerad bristning av cellmembranet med cellinnehåll som utvisas. Dessa cellinnehåll fortsätter ofta att orsaka inflammation i närliggande celler. [14] En form av programmerad nekros, kallad nekroptos, har erkänts som en alternativ form av programmerad celldöd. Det antas att nekroptos kan fungera som en cell-death backup till apoptos när apoptos-signalen blockeras av endogena eller exogena faktorer som virus eller mutationer. Nekroptotiska vägar är associerade med dödsreceptorer som tumörnekrosfaktorreceptorn 1. [14]

Termen "cellnekrobiologi" har använts för att beskriva de livsprocesser som är förknippade med morfologiska, biokemiska och molekylära förändringar som predisponerar, föregår och åtföljer celldöd, liksom konsekvenserna och vävnadsresponsen på celldöd. [15] Ordet kommer från grekiskan νεκρό som betyder "död", βìο som betyder "liv" och λόγος som betyder "studiet av". Begreppet myntades ursprungligen för att i stor utsträckning definiera undersökningar av de förändringar som åtföljer celldöd, detekteras och mäts med multiparameterflödes- och laserskanning-cytometri. [13] Den har använts för att beskriva förändringar i realtid under celldöd, detekterad av flödescytometri. [16]


Ubiquitinligas COP1 reglerar cellcykel och apoptos genom att påverka p53 -funktionen i humana bröstcancercellinjer

Bakgrund: E3 ubiquitin ligas constitutive photomorphogenic 1 (COP1) medierar cellöverlevnad, tillväxt och utveckling och interagerar med tumörsuppressorproteinet p53 för att inducera dess ubiquitination och nedbrytning. Nyligen genomförda studier rapporterade att COP1-överuttryck är associerat med ökad cellproliferation, transformation och sjukdomsprogression i en mängd olika cancertyper. I denna studie undersökte vi om COP1 reglerar p53-medierad cellcykelstopp och apoptos i humana bröstcancercellinjer.

Metoder: Vi nedreglerade COP1-uttryck med lentivirala partiklar som uttryckte kort hårnåls-RNA (shRNA) riktat mot COP1 och mätte effekterna av knockdown i tre olika bröstcancercellinjer.

Resultat: COP1-tystnad resulterade i p53-aktivering, vilket inducerade uttrycket av p21 och p53-uppreglerad modulator av apoptos (PUMA) uttryck, och minskade nivåerna av cyklinberoende kinas 2 (CDK2). I synnerhet var knockdown av COP1 associerat med cellcykelstopp under G0/G1 fas.

Slutsatser: Den COP1-medierade nedbrytningen av p53 reglerar cancercelltillväxt och apoptos. Våra resultat indikerar att COP1 reglerar human proliferation av bröstcancerceller och apoptos på ett p53-beroende sätt. Dessa fynd tyder på att COP1 kan vara ett lovande potentiellt mål för bröstcancerrelaterad genterapi.


DISKUSSION

Vi har visat att Ad har tre oberoende proteiner som hämmar TRAIL-inducerad apoptos, RID, E3-14.7K och E1B-19K. RID stimulerar internaliseringen av TRAIL-R1 från cellytan, vilket förmodligen förklarar varför RID hämmar dödande av TRAIL. TRAIL-R1 internaliseras i vesiklar, förmodade endosomer och lysosomer och nedbryts såsom indikeras av den kraftiga minskningen av immunfärgning för TRAIL-R1. (En alternativ förklaring till avsaknaden av TRAIL-R1-immunfärgning är att epitopen för TRAIL-R1 blir maskerad.) Hämning av TRAIL-R1-nedbrytning av Baf argumenterar starkt för att TRAIL-R1 bryts ned i lysosomer.

Det finns sex kända medlemmar av TNFR-superfamiljen som har dödsdomäner, nämligen TNFR1, Fas, dödsreceptor 3, TRAIL-R1, TRAIL-R2 och dödsreceptor 6. Ligand-inducerad aktivering av TNFR1, Fas, TRAIL-R1, och TRAIL-R2 orsakar en serie protein-protein-interaktioner som involverar dödsdomänerna som leder till aktivering av kaspaser och apoptos (recensat i referenserna 1, 2, 17, 53 och 82). RID, E1B-19K och E3-14.7K hämmar apoptos inducerad av tre av dessa ligander, TNF, FasL och TRAIL (referenser 19, 21, 22, 24, 65 och 72 och denna studie). Ad-proteinerna blockerar dödligand-inducerad apoptos på flera nivåer. RID blir av med TRAIL-R1 och Fas genom att tvinga dem från cellytan till lysosomer, där de bryts ned. Medan denna rapport var under förberedelse, Benedict et al. (4) rapporterade att förutom RID (kallat E3-10.4K/14.5K) krävs ett E3-protein som heter E3-6.7K för att rensa TRAIL från cellytan. Deras studier utfördes med retrovirus som uttrycker RID- och/eller E3-6.7K-proteiner. Vi har uppenbarligen inte observerat något krav på E3-6.7K i RID-medierad nedreglering av TRAIL-R1. Kanske beror dessa skillnader i resultat på olika experimentella system. Benedict et al. (4) rapporterade också att både RID och E3-6.7K krävs för att nedreglera TRAIL-R2. Vi har liknande fynd under våra experimentella förhållanden (A. E. Tollefson, D. L. Lichtenstein, M. Kuppuswamy, K. Toth, K. Doronin, O. A. Doronina, C. A. Smith och W. S. M. Wold, opublicerade data).

RID hämmar också TNF-inducerad translokation av 85-kDa cytosoliskt fosfolipas A2 (cPLA2från cytosolen till membranen (18). Det finns bevis för att TNF-inducerad aktivering av cPLA2 är viktigt vid TNF-inducerad apoptos (32, 42, 71, 86). Vi vet inte om cPLA2 aktiveras genom Fas- och TRAIL-banorna.

E3-14.7K hämmar tydligen apoptos på mer än en nivå. Jäst två-hybridstudier indikerar att E3-14.7K binder till tre cellulära proteiner som heter FIP-1, FIP-2 och FIP-3 (45�). FIP-2 och FIP-3 kan vara en del av den apoptotiska signalvägen som leder från TNFR1 och Fas genom RIP E3-14.7K kan potentiellt hämma denna väg. E3-14.7K rapporteras också hämma apoptos inducerad av en Ad-vektor som uttrycker FasL eller genom transient transfektion av prokaspas 8 (13). E3-14.7K bildar ett komplex med prokaspas 8 (13). E3-14.7K hämmar också TNF-inducerad aktivering av cPLA2 (42, 71, 92). Det är inte känt om någon av dessa funktioner hos E3-14.7K förklarar dess förmåga att hämma TRAIL-inducerad apoptos.

E1B-19K är en funktionell homolog av BCL-2 (7). Det interagerar med och hämmar aktiviteten hos proapoptotiska medlemmar i BCL-2-familjen (14, 83, 87). Dessa proteiner verkar främja apoptos delvis genom att ersätta adaptrar från antiapoptotiska BCL-2-familjemedlemmar, vilket gör att kaspaser kan aktiveras. E1B-19K rapporterades nyligen interagera med en konformationsförändrad form av Bax i mitokondrier, denna interaktion hämmar cytokrom c frisättning och kaspas-9-aktivering (57). E1B-19K förhindrade inte aktivering av caspase-8. Det verkar troligt att dessa funktioner hos E1B-19K förklarar varför E1B-19K hämmar TRAIL-inducerad apoptos.

Routes et al. (60) rapporterade nyligen att Ad E1A-proteinerna sensibiliserar humana A2058-melanom- och H4-fibrosarkomceller för TRAIL-beroende dödande. En sådan funktion av E1A skulle förklara resultaten av vårt experiment (Fig. ​ (Fig. 3D) 3 D) som visar att Ad-infektion sensibiliserar HT29.14S-celler för TRAIL-inducerad apoptos. Routes et al. (60) rapporterade också ett experiment som tyder på att ospecificerade E3-proteiner, och i mindre utsträckning E1B-19K, krävs för att hämma TRAIL-dödning av Ad-infekterade A2058-celler.

Apoptos skulle vara skadligt för virusreplikation om det skulle inträffa innan replikationen är klar (15). Således är det vettigt att viruset bör rikta sig mot receptorer som förmedlar apoptos. Apoptos är en viktig mekanism genom vilken immunsystemet eliminerar oönskade celler (53). CTL dödar genom två huvudsystem, perforin-granzymen och Fas. De dödar också genom TNF-vägen, vilket indikeras av långsiktiga cellodlingscytolysanalyser. Det är troligt att TRAIL-systemet är inblandat i CTL-dödande av virusinfekterade celler, med tanke på att T-celler uttrycker TRAIL. Annonsen är väl utrustad för att förhindra dödande av infekterade celler av CTL. Den Ad-kodade gp19K förhindrar igenkänning av infekterade celler av T-cellsreceptorn. RID-, E3-14.7K- och E1B-19K-proteinerna blockerar apoptos inducerad genom Fas, TNFR1 och TRAIL-R1. Aktiverade NK-celler dödar genom perforin-granzymen och kanske Fas- och TRAIL-systemen, och aktiverade makrofager syntetiserar TNF. Således är det möjligt att dessa Ad -proteiner hämmar CTL -dödande inte bara i det adaptiva stadiet av immunsvaret utan också i det medfödda stadiet.

Andra signaltransduktionsvägar, inklusive NF-㮫, stressinducerade kinaser och neutrala och sura sfingomyelinaser, aktiveras också genom TNFR1-, Fas- och TRAIL-receptorerna (17, 25, 53). Kanske är aktivering av en eller flera av dessa signalvägar skadliga för annonsreplikation och följaktligen elimineras receptorerna med RID. Idén skulle överensstämma med förmågan hos RID att orsaka internalisering och nedbrytning av EGFR, insulinreceptor och insulinlik tillväxtfaktor-1 (IGF-1) -receptor (11, 43, 77). Till exempel cPLA2 kan aktiveras inte bara av TNF, utan också av tillväxtfaktorer genom Ras –mitogenaktiverade proteinkinasvägar. Arakidonsyra är föregångaren till proinflammatoriska eikosinoider, och genom att hämma syntesen av arakidonsyra kan Ad-proteinerna hämma inflammation. RID- och E3-14.7K-proteinerna hämmar faktiskt inflammation i musmodeller (29, 30, 66).

Med tanke på att RID nedreglerar mycket distinkta receptorer i TNFR- och proteintyrosinkinasfamiljerna uppstår frågan om RID: s specificitet. Det finns några receptorer som inte påverkas av RID, nämligen TfnR (Fig. ​ (Fig. 7) 7) (72, 77), större histokompatibilitetskomplex klass I-antigener (33), trombocyt-härledda tillväxtfaktorreceptorer, HER2 (43), CD46 (19) och CD44 (opublicerade resultat). Således finns det stor specificitet för RID.

Som diskuterats ovan orsakar RID att receptorerna för TRAIL, FasL, TNF, EGF, insulin och IGF-1 internaliseras från cellytan och bryts ned i lysosomer (11, 43, 72, 77 T. Dimitrov, CF Colle, AE Tollefson, DL Lichtenstein och WSM Wold, opublicerade data). EGF, insulin och IGF-1 är välkända för att stimulera internalisering och nedbrytning av deras receptorer. Överraskande nog är lite känt om denna egenskap för dödsreceptorliganderna. Tillväxtfaktorinducerad nedbrytning av receptorer antas dämpa tillväxtfaktorsignalen, och detta kan också vara sant för dödsreceptorliganderna. Dämpning kanske inte är nödvändig om cellen redan har utlösts att dö. Emellertid är många celler normalt resistenta mot dessa dödsligander och måste bli sensibiliserade för att cellen ska genomgå apoptos för icke-sensibiliserade celler, ligand-inducerad eliminering av dödsreceptorerna skulle förhindra celldöd om cellerna därefter skulle få en sensibiliserande signal. I vilket fall som helst verkar RID fungera som en surrogatligand för att orsaka internalisering och nedbrytning av dessa receptorer. (Det finns inga bevis för att RID utför det andra svaret på dessa ligander, det vill säga induktion av signaltransduktion.) Den molekylära verkningsmekanismen för RID måste vara mycket intressant, och kunskap om det kommer att öka vår förståelse för receptorsignalering och sortering.


Apoptotisk process

Den apoptotiska processen kännetecknas av vissa morfologiska drag. Dessa inkluderar förändringar i plasmamembranet (såsom förlust av membransymmetri och vidhäftning), en kondensation av cytoplasman och kärnan, proteinklyvning och internukleosomal klyvning av DNA. I slutskedet av processen blir döende celler fragmenterade till apoptotiska kroppar och elimineras följaktligen av fagocytiska celler utan betydande inflammatorisk skada på omgivande celler.

Vissa celltyper uppvisar dock inte karakteristiska egenskaper för apoptos. I dessa fall kan flera aspekter av apoptos behöva analyseras för att bekräfta mekanismen för celldöd.

För att stödja detta spektrum av krav erbjuder BD Biosciences ett komplett utbud av apoptosdetekteringsverktyg och tekniker för mätning av indikatorer i olika stadier i den apoptotiska processen. BD Biosciences -verktyg använder flera metoder inklusive flödescytometri, bioavbildning och mikroskopi (för levande och fast cellanalys) samt ELISA, IHC, western blot och spektrofluorometri.

Metoder för att detektera apoptos eller döda celler (livskraft) efter cellberedningstyp.


Diskussion

I denna studie utvecklade vi en detaljerad modulär boolesk modell av de regulatoriska vägarna som driver tillväxtfaktorsignalering, cellcykelprogression och apoptos (Fig 3B). Även om det finns flera publicerade modeller med liknande täckning av cellulära beteenden [15,21,23,25,26], var fokus för vår studie att fånga det dynamiska beteendet hos PI3KAKT1 signalaxel som driver celltillväxt. För detta ändamål föreslog vi en mekanism som kan driva de experimentellt dokumenterade svängningarna av PI3K proteinuttryck [46,47], undersökte vikten av hög och låg PI3K aktivitet under olika faser av cellcykeln, och visade att vår modell kan erbjuda mekanistisk insikt i de cellulära effekterna av hyperaktiv PI3K (misslyckande av cytokines). För att göra detta identifierade vi två negativa återkopplingsslingor som potentiellt är ansvariga för körning PI3K dynamik. Den första slingan utlöses av hög tillväxtfaktorsignalering och hög PI3K aktivitet, och det innebär PLCγ-medierad aktivering av NEDDL4 ubiquitin ligas [51], känt för att rikta in sig på p110 underenhet av PI3K för nedbrytning [47]. Den andra slingan innebär förlust av AKT1-förmedlad FoxO3 hämning som PI3K aktivitet sjunker, tillåter FoxO3 att driva återuttrycket av p110 [52]. Eftersom dessa två vägar var nyckeln till vår modell förmåga att reproducera effekterna av hyperaktiv PI3K och AKT1 på cellcykelprogression, representerar de dess två viktigaste förutsägelser.

Länka PI3K oscillationer till celldelningens rytm krävde en uppdatering av våra tidigare publicerade Fasomkopplare [11] för att inkludera den multifunktionella Plk1 protein som krävs för alla faser av mitos och cytokinesis [54]. Enligt vår modell, under normal cellcykelprogression låg-PI3K / låg-AKT1 fas av PI3K svängningar leder till kärnkraftsinträde av FoxO3 och FoxO1, som underlättar ackumulering av Plk1 och krävs för cytokines. Dessutom förutspår vi att det hämmande inflytandet av Plk1FoxO3 [41] hjälper till att låsa PI3K svängningar till cellcykeln (Fig 4). Som sagt, en strikt faslåsning upprätthålls endast vid metafas/anafasövergången, vilket framgår av beteendet hos den asynkrona versionen av vår modell (Fig 5 och S5). Förutom att erbjuda testbara förutsägelser av mekanismerna bakom PI3K svängning sammanfattad i Fig 9, vår modell är den första som redogör för den mångfacetterade rollen som Plk1 i cellcykelprogression (Fig 6). Vi kunde nämligen reproducera G2 -arrestering i fullständig frånvaro av Plk1 [55], mitotisk katastrof som svar på Plk1 avlägsnande i metafas [54,56–58], potentialen för för tidigt APC/C Cdh1 aktivering och kromosomfelsegregering [59], samt misslyckande med att utföra cytokines i frånvaro av en Plk1 pool som överlever APC/C Cdh1 -förmedlad förstörelse [60–62].

(A) Nedbrytning och re-syntes av PI3K subenhet p110 drivs av PLCy-beroende aktivering av NEDDL4 (röda länkar) och FoxO3 (orange länk), respektive. Under G2, förlust av stark PI3K / AKT1 signalering krävs för nukleär translokation av FoxO3 och/eller FoxO1, vilket hjälper Plk1 ackumulering till nivåer som kan överleva dess nedbrytning i anafas (modellerad via Plk1H nod). Under telofas denna återstående pool av Plk1 lokaliseras till den centrala spindeln och främjar monteringen av en kontraktil ring genom att rekrytera RhoA GEF Ect2. Röda noder: nyckelväg länkning PI3K och AKT1 dynamik till Plk1 och cytokines. (B) Plk1 hämning vid olika punkter längs cellcykeln leder till fyra distinkta fellägen. Bildkrediter: https:// allmän.wikimedia.org/wiki/File:Mitos_celler_ sekvens.svg.

En begränsning av vår nuvarande modell härrör från osäkerheter i experimentell litteratur om sambandet mellan Plk1 och FoxO faktorer. Som vi beskrivit i Resultat, den kombinatoriska regleringen av Plk1 förbi FoxM1, FoxO3 och FoxO1 kännetecknas inte. Det är inte klart om dessa faktorer samverkar eller ökar självständigt Plk1 uttryck. Dessutom vårt antagande att antingen FoxO faktor ensam kan öka Plk1 tillräckligt för att överleva tills telofas inte har testats in vitro. Således logiska grindar ansluta Plk1 och den FoxO faktorer kan behöva en revidering i ljuset av ytterligare data. Som sagt, aspekter av Plk1 reglering som garanterar dess förlust i telofas men inte tidigare i celler med hyperaktiva PI3K/AKT1 kräver att nyckelelement i vår regleringslogik förblir intakta [29].

Under hela detta arbete använde vi synkron och asynkron boolsk modellering parallellt, vilket gjorde att vi kunde dra nytta av fördelarna och minska nackdelarna med varje uppdateringsschema. En viktig fördel med synkron uppdatering är att dynamiken den genererar är helt deterministisk [63]. Detta tillät oss att undersöka effekterna av inhiberande noder vid specifika tider längs en dynamisk bana som cellcykeln och förutsäga distinkta fenotypiska resultat beroende på den exakta tidpunkten för inhibering. Till exempel med synkron uppdatering till modell Plk1 hämning längs cellcykeln pekar på en tidskänslig sekvens av misslyckanden: G2-arrestering, mitotisk katastrof och avvikande anafas, följt av normal anafas men misslyckad cytokines (Fig 6). Kraften i dessa simuleringar är att de avslöjar tydliga sätt på vilka molekylbalansen av Plk1, Cdk1/Cyclin B, för tidig aktivering av APC/C Cdh1 , och pro-apoptotiska faktorer ackumulerade genom mitotisk fördröjning kan tippas (Fig 9). I närvaro av molekylärt brus in vitrovi förväntar oss dock Plk1 knockdown för att generera en blandning av dessa cellcykelfel. Experiment tyder faktiskt på att mitotisk död och avvikande anafas förekommer samtidigt Plk1-hämmade celler [59]. För att reproducera detta simulerade vi den partiella stokastiska hämningen av Plk1, vilket resulterar i en föränderlig blandning av fel med både synkron och asynkron uppdatering (Fig 7). Vår framgång med det senare är särskilt användbart för att visa att de fyra misslyckandena inte är artefakter av icke-biologiska synergier vid signal ankomst, en fallgrop av synkron uppdatering.

Jämförelse av cellcykelprogression med de två uppdateringsscheman avslöjade att asynkron uppdatering introducerar en stokasticitet i cellcykelinträde, observerat i flera däggdjurscellinjer [90,97,98]. Detta liknar beteendet hos den synkrona modellen i icke-mättande miljöer, och det beror till stor del på att PI3K/AKT1 cykeln förblir inte synkroniserad med cellcykelprogression under större delen av cykeln. Som ett resultat, förmågan hos AKT1 att vidarebefordra tillväxtsignaler till Begränsningsomkopplare i slutet av G2 / tidig metafas, och därmed förplikta celler till en annan division, förblir stokastisk under asynkron uppdatering även i mättande tillväxtmiljöer. Cykelceller in vitro är sannolikt någonstans mellan mindre slumpmässiga i sin förmåga att återförplikta sig under G2/M än den asynkrona modellen, men inte heller deterministisk. Förutom åtagandena för cellcykel är alltför högljudd signalutbredning sannolikt ansvarig för den asynkrona modellens resultat i celler med hyperaktiva AKTH och låg FoxO3 (Fig 8C och S13E). I motsats till simuleringar med synkron uppdatering var andelen celler som misslyckades med att slutföra cytokines under asynkron uppdatering liten. Här tror vi att synkron uppdatering överskattar, medan asynkron uppdatering underskattar hastigheten för detta cellcykelfel. Sammanfattningsvis hjälpte vår parallella användning av de synkrona och asynkrona booleska ramverken oss att upptäcka subtila ömsesidiga beroenden i dynamiken i våra kopplade regulatoriska moduler, men garanterade också att våra resultat är robusta med avseende på brus i signalutbredning och inte är beroende av icke -biologisk synkronisering av parallella signaler med olika hastigheter.

En spännande modellförutsägelse relaterad till kopplingen av cellcykeln och PI3K cykeln utnyttjar vår modells förmåga att reproducera förpliktelser till en annan cykel vid G2/M-övergången (Fig 5) [90], en funktion som ärvts från vår tidigare cellcykelmodell [11]. Även om det är högt s 110 uttryck krävs för cellcykelinträde från viloläge (S8 Fig) [46], förutspår vi att under mättande tillväxtfaktorförhållanden hög p110 / PI3K är inte krävs för förpliktelse till en annan cykel (S10 Fig). Detta är förvånande, eftersom förpliktelser vid G2/M-gränsen normalt sammanfaller med AKT1-hög del av tvåan PI3K cykel. Vår modell föreslår att stabiliseringen av Mitt C i s 110-låga celler förekommer i pro-metafas trots låg AKT1 och hög GSK3p, på grund av ökad aktivitet av mTORC1 driven av Cdk1/Cyclin B, speciellt i närvaro av GSK3p [96]. Experimentell validering av dessa förutsägelser är ett viktigt steg mot att förstå det komplexa samspelet mellan faktorer som styr Mitt C uttryck och förpliktelse till en annan cykel vid G2/M-gränsen. Samma experimentella upplägg som visade förekomsten av förbundna celler kunde åstadkomma detta [90] genom att undersöka effekten av samtidiga MEK och PI3K hämning på förengagemang. Enligt vår förutsägelse skulle denna dubbla hämning minska, men inte eliminera, fraktionen av celler som avslutar sin nuvarande cykel efter MEK och PI3K hämning, och slutför sedan en annan.

Våra modelleringsresultat på partiell Plk1 hämning ger en försiktighetsanmärkning om inriktning Plk1 som en tumörundertryckande strategi. Å ena sidan, Plk1 hämning begränsar signifikant proliferation på grund av G2-stopp (Fig 6A) och främjar apoptos i celler som flyr från G2 via mitotisk misslyckande (Fig 6B). Å andra sidan förutspår vår modell att en illtidig, kortlivad puls av Plk1 hämning kan leda till felaktig anafas, kromosomfelsegregering vilket resulterar i aneuploidi och efterföljande genomduplicering (Fig 6C). Enligt vår modell, svag Plk1 hämning i enskilda celler är särskilt farlig i detta avseende (Fig 7). Således är det möjligt att cancerterapi baseras på Plk1 hämning [99] kunde öka genomisk instabilitet i celler som överlever den. En benägenhet för aneuploidi och genomduplicering observerades verkligen i Plk1-hämmade celler [59], men också i en musmodell som hyser den onkogena mutationen i alfa -subenheten av PI3-Kinas [100]. De molekylära mekanismerna bakom de senare förklarades aldrig. Vår modell återger inte bara dessa resultat (Tabell 3), men pekar också på den dåliga förlusten av Plk1 som trolig boven (Fig 6).

När vi ser framåt lägger vår nuvarande modell grunden för att modellera mekanismerna för AKT1-inducerad åldrande [38,39,100]. En utökad version av vår modell med DNA-skada-inducerad G2-stopp i celler med hyperaktiva AKT1 skulle uttrycka de flesta viktiga drivkrafterna för åldrande (dvs. mTORC1, RB, p53 och s21). Ett viktigt nästa mål är alltså att komplettera vår modell med en DNA-skadasignaleringsmodul [16–18,101,102] och sedan bygga den regulatoriska switchen som låser in och upprätthåller åldrande [20,24,103–105]. Vår modells förutsägbarhet kan utökas ytterligare genom att revidera vår Tillväxt Signalering och Apoptos moduler för att utnyttja mer detaljerade beräkningsmodeller av MAPK signalering [25], liksom beslutet om apoptos/nekros [15]. Slutligen bygga en kontaktinhiberingsmodul för att fånga anslutningen mellan cell-cellkontakter och p110 uttryck kan bana väg mot modellering av interagerande epitelcellsgemenskaper [106]. Vi ser alltså vår nuvarande modell som ett frö för kraftfullare modeller av processerna som går snett när friska celler övergår till malignitet.


Apoptos

Cristiana Pistol Tanase,. Corin Badiu, i Molecular Pathology of Pituitary Adenomas, 2012

Upptäckt av apoptos

Hypofysadenomceller som genomgår apoptos uppvisar en vanlig prototypisk förändringsväg. Apoptos kan också detekteras genom DNA och biokemiska analyser baserat på det specifika mönstret för nukleosomal fragmentering.

Intranucleosomal DNA cleavage, in approximately 180-bp segments, offers an important target for apoptosis detection the derived DNA strand breaks have many new 3ꪢ-OH ends. The TUNEL technique is based on the incorporation of labeled deoxyribonucleotide triphosphates by terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT). De på plats end-labeling (ISEL) technique, which uses tailing of the 3′-OH ends by the Klenow DNA polymerase, represents an alternative assay [3] .

Although the results are not uniform, it has been proved that apoptosis occurs with low frequency in a subset of pituitary adenomas. However, apoptosis in its early stages can be identified using alternative techniques based on remodeling the cytoskeleton by caspase activity [3] .


3. Apoptosis and carcinogenesis

Cancer can be viewed as the result of a succession of genetic changes during which a normal cell is transformed into a malignant one while evasion of cell death is one of the essential changes in a cell that cause this malignant transformation [32]. As early as the 1970's, Kerr et al had linked apoptosis to the elimination of potentially malignant cells, hyperplasia and tumour progression [8]. Hence, reduced apoptosis or its resistance plays a vital role in carcinogenesis. There are many ways a malignant cell can acquire reduction in apoptosis or apoptosis resistance. Generally, the mechanisms by which evasion of apoptosis occurs can be broadly dividend into: 1) disrupted balance of pro-apoptotic and anti-apoptotic proteins, 2) reduced caspase function and 3) impaired death receptor signalling. Figure ​ Figure2 2 summarises the mechanisms that contribute to evasion of apoptosis and carcinogenesis.

Mechanisms contributing to evasion of apoptosis and carcinogenesis.

3.1 Disrupted balance of pro-apoptotic and anti-apoptotic proteins

Many proteins have been reported to exert pro- or anti-apoptotic activity in the cell. It is not the absolute quantity but rather the ratio of these pro-and anti-apoptotic proteins that plays an important role in the regulation of cell death. Besides, over- or under-expression of certain genes (hence the resultant regulatory proteins) have been found to contribute to carcinogenesis by reducing apoptosis in cancer cells.

3.1.1 The Bcl-2 family of proteins

The Bcl-2 family of proteins is comprised of pro-apoptotic and anti-apoptotic proteins that play a pivotal role in the regulation of apoptosis, especially via the intrinsic pathway as they reside upstream of irreversible cellular damage and act mainly at the mitochondria level [33]. Bcl-2 was the first protein of this family to be identified more than 20 years ago and it is encoded by the BCL2 gene, which derives its name from B-cell lymphoma 2, the second member of a range of proteins found in human B-cell lymphomas with the t (14 18) chromosomal translocation [26].

All the Bcl-2 members are located on the outer mitochondrial membrane. They are dimmers which are responsible for membrane permeability either in the form of an ion channel or through the creation of pores [34]. Based of their function and the Bcl-2 homology (BH) domains the Bcl-2 family members are further divided into three groups [35]. The first group are the anti-apoptotic proteins that contain all four BH domains and they protect the cell from apoptotic stimuli. Some examples are Bcl-2, Bcl-xL, Mcl-1, Bcl-w, A1/Bfl-1, and Bcl-B/Bcl2L10. The second group is made up of the BH-3 only proteins, so named because in comparison to the other members, they are restricted to the BH3 domain. Examples in this group include Bid, Bim, Puma, Noxa, Bad, Bmf, Hrk, and Bik. In times of cellular stresses such as DNA damage, growth factor deprivation and endoplasmic reticulum stress, the BH3-only proteins, which are initiators of apoptosis, are activated. Therefore, they are pro-apoptotic. Members of the third group contain all four BH domains and they are also pro-apoptotic. Some examples include Bax, Bak, and Bok/Mtd [35].

When there is disruption in the balance of anti-apoptotic and pro-apoptotic members of the Bcl-2 family, the result is dysregulated apoptosis in the affected cells. This can be due to an overexpression of one or more anti-apoptotic proteins or an underexpression of one or more pro-apoptotic proteins or a combination of both. For example, Raffo et al showed that the overexpression of Bcl-2 protected prostate cancer cells from apoptosis [36] while Fulda et al reported Bcl-2 overexpression led to inhibition of TRAIL-induced apoptosis in neuroblastoma, glioblastoma and breast carcinoma cells [37]. Overexpression of Bcl-xL has also been reported to confer a multi-drug resistance phenotype in tumour cells and prevent them from undergoing apoptosis [38]. In colorectal cancers with microsatellite instability, on the other hand, mutations in the bax gene are very common. Miquel et al demonstrated that impaired apoptosis resulting from bax(G)8 frameshift mutations could contribute to resistance of colorectal cancer cells to anticancer treatments [39]. In the case of chronic lymphocytic leukaemia (CLL), the malignant cells have an anti-apoptotic phenotype with high levels of anti-apoptotic Bcl-2 and low levels of pro-apoptotic proteins such as Bax in vivo. Leukaemogenesis in CLL is due to reduced apoptosis rather than increased proliferation in vivo [40]. Peppar et al reported that B-lymphocytes in CLL showed an increased Bcl-2/Bax ratio in patients with CLL and that when these cells were cultured in vitro, drug-induced apoptosis in B-CLL cells was inversely related to Bcl-2/Bax ratios [41].

3.1.2 p53

The p53 protein, also called tumour protein 53 (or TP 53), is one of the best known tumour suppressor proteins encoded by the tumour suppressor gene TP53 located at the short arm of chromosome 17 (17p13.1). It is named after its molecular weights, i.e., 53 kDa [42]. It was first identified in 1979 as a transformation-related protein and a cellular protein accumulated in the nuclei of cancer cells binding tightly to the simian virus 40 (SV40) large T antigen. Initially, it was found to be weakly-oncogenic. It was later discovered that the oncogenic property was due to a p53 mutation, or what was later called a "gain of oncogenic function" [43]. Since its discovery, many studies have looked into its function and its role in cancer. It is not only involved in the induction of apoptosis but it is also a key player in cell cycle regulation, development, differentiation, gene amplification, DNA recombination, chromosomal segregation and cellular senescence [44] and is called the "guardian of the genome" [45].

Defects in the p53 tumour suppressor gene have been linked to more than 50% of human cancers [43]. Recently, Avery-Kieida et al reported that some target genes of p53 involved in apoptosis and cell cycle regulation are aberrantly expressed in melanoma cells, leading to abnormal activity of p53 and contributing to the proliferation of these cells [46]. In a mouse model with an N-terminal deletion mutant of p53 (�p53) that corresponds to �p53, Slatter et al demonstrated that these mice had decreased survival, a different and more aggressive tumor spectrum, a marked proliferative advantage on cells, reduced apoptosis and a profound proinflammatory phenotype [47]. In addition, it has been found that when the p53 mutant was silenced, such down-regulation of mutant p53 expression resulted in reduced cellular colony growth in human cancer cells, which was found to be due to the induction of apoptosis [48].

3.1.3 Inhibitor of apoptosis proteins (IAPs)

The inhibitor of apoptosis proteins are a group of structurally and functionally similar proteins that regulate apoptosis, cytokinesis and signal transduction. They are characterised by the presence of a baculovirus IAP repeat (BIR) protein domain [29]. To date eight IAPs have been identified, namely, NAIP (BIRC1), c-IAP1 (BIRC2), c-IAP2 (BIRC3), X-linked IAP (XIAP, BIRC4), Survivin (BIRC5), Apollon (BRUCE, BIRC6), Livin/ML-IAP (BIRC7) and IAP-like protein 2 (BIRC8) [49]. IAPs are endogenous inhibitors of caspases and they can inhibit caspase activity by binding their conserved BIR domains to the active sites of caspases, by promoting degradation of active caspases or by keeping the caspases away from their substrates [50].

Dysregulated IAP expression has been reported in many cancers. For example, Lopes et al demonstrated abnormal expression of the IAP family in pancreatic cancer cells and that this abnormal expression was also responsible for resistance to chemotherapy. Among the IAPs tested, the study concluded that drug resistance correlated most significantly with the expression of cIAP-2 in pancreatic cells [51]. On the other hand, Livin was demonstrated to be highly expressed in melanoma and lymphoma [52,53] while Apollon, was found to be upregulated in gliomas and was responsible for cisplatin and camptothecin resistance [54]. Another IAP, Survivin, has been reported to be overexpressed in various cancers. Small et al. observed that transgenic mice that overexpressed Survivin in haematopoietic cells were at an increased risk of haematological malignancies and that haematopoietic cells engineered to overexpress Survivin were less susceptible to apoptosis [55]. Survivin, together with XIAP, was also found to be overexpressed in non-small cell lung carcinomas (NSCLCs) and the study concluded that the overexpression of Survivin in the majority of NSCLCs together with the abundant or upregulated expression of XIAP suggested that these tumours were endowed with resistance against a variety of apoptosis-inducing conditions [56].

3.2 Reduced capsase activity

The caspases can be broadly classified into two groups: 1) those related to caspase 1 (e.g. caspase-1, -4, -5, -13, and -14) and are mainly involved in cytokine processing during inflammatory processes and 2) those that play a central role in apoptosis (e.g. caspase-2, -3. -6, -7,-8, -9 and -10). The second group can be further classified into 1) initiator caspases (e.g. caspase-2, -8, -9 and -10) which are primarily responsible for the initiation of the apoptotic pathway and 2) effector caspases (caspase-3, -6 and -7) which are responsible in the actual cleavage of cellular components during apoptosis [57]. As mentioned in Section 2.2, caspases remain one of the important players in the initiation and execution of apoptosis. It is therefore reasonable to believe that low levels of caspases or impairment in caspase function may lead to a decreased in apoptosis and carcinogenesis.

In one study, downregulation of caspase-9 was found to be a frequent event in patients with stage II colorectal cancer and correlates with poor clinical outcome [58]. In another study, Devarajan et al observed that caspases-3 mRNA levels in commercially available total RNA samples from breast, ovarian, and cervical tumuors were either undetectable (breast and cervical) or substantially decreased (ovarian) and that the sensitivity of caspase-3-deficient breast cancer (MCF-7) cells to undergo apoptosis in response to anticancer drug or other stimuli of apoptosis could be enhanced by restoring caspase-3 expression, suggesting that the loss of caspases-3 expression and function could contribute to breast cancer cell survival [59]. In some instances, more than one caspase can be downregulated, contributing to tumour cell growth and development. In a cDNA array differential expression study, Fong et al observed a co-downregulation of both capase-8 and -10 and postulated that it may contribute to the pathogenesis of choriocarcinoma [60].

3.3 Impaired death receptor signalling

Death receptors and ligands of the death receptors are key players in the extrinsic pathway of apoptosis. Other than TNFR1 (also known as DR 1) and Fas (also known as DR2, CD95 or APO-1) mentioned in Section 2.3, examples of death receptors include DR3 (or APO-3), DR4 [or TNF-related apoptosis inducing ligand receptor 1 (TRAIL-1) or APO-2], DR5 (or TRAIL-2), DR 6, ectodysplasin A receptor (EDAR) and nerve growth factor receptor (NGFR) [61]. These receptors posses a death domain and when triggered by a death signal, a number of molecules are attracted to the death domain, resulting in the activation of a signalling cascade. However, death ligands can also bind to decoy death receptors that do not posses a death domain and the latter fail to form signalling complexes and initiate the signalling cascade [61]

Several abnormalities in the death signalling pathways that can lead to evasion of the extrinsic pathway of apoptosis have been identified. Such abnormalities include downregulation of the receptor or impairment of receptor function regardless of the mechanism or type of defects, as well as a reduced level in the death signals, all of which contribute to impaired signalling and hence a reduction of apoptosis. For instance, downregulation of receptor surface expression has been indicated in some studies as a mechanism of acquired drug resistance. A reduced expression of CD95 was found to play a role in treatment-resistant leukaemia [62] or neuroblastoma [63] cells. Reduced membrane expression of death receptors and abnormal expression of decoy receptors have also been reported to play a role in the evasion of the death signalling pathways in various cancers [64]. In a study carried out to examine if changes in death ligand and death receptor expression during different stages of cervical carcinogenesis were related to an imbalance between proliferation and apoptosis, Reesink-Peters et al concluded that the loss of Fas and the dysregulation of FasL, DR4, DR5, and tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) in the cervical intraepithelial neoplasia (CIN)-cervical cancer sequence might be responsible for cervical carcinogenesis [65].


Innehåll

Apoptosis Inducing Factor (AIF) is a protein that triggers chromatin condensation and DNA fragmentation in a cell in order to induce programmed cell death. The mitochondrial AIF protein was found to be a caspase-independent death effector that can allow independent nuclei to undergo apoptotic changes. The process triggering apoptosis starts when the mitochondrion releases AIF, which exits through the mitochondrial membrane, enters the cytosol, and moves to the nucleus of the cell, where it signals the cell to condense its chromosomes and fragment its DNA molecules in order to prepare for cell death. Recently, researchers have discovered that the activity of AIF depends on the type of cell, the apoptotic insult, and its DNA-binding ability. AIF also plays a significant role in the mitochondrial respiratory chain and metabolic redox reactions. [4]

The AIF protein is located across 16 exons on the X chromosome in humans. AIF1 (the most abundant type of AIF) is translated in the cytosol and recruited to the mitochondrial membrane and intermembrane space by its N-terminal mitochondrial localization signal (MLS). Inside the mitochondrion, AIF folds into its functional configuration with the help of the cofactor flavin adenine dinucleotide (FAD).

A protein called Scythe (BAT3), which is used to regulate organogenesis, can increase the AIF lifetime in the cell. As a result, decreased amounts of Scythe lead to a quicker fragmentation of AIF. The X-linked inhibitor of apoptosis (XIAP) has the power to influence the half-life of AIF along with Scythe. Together, the two do not affect the AIF attached to the inner mitochondrial membrane, however they influence the stability of AIF once it exits the mitochondrion. [4]

It was thought that if a recombinant version of AIF lacked the first N-terminal 120 amino acids of the protein, then AIF would function as an NADH and NADPH oxidase. However, it was instead discovered that recombinant AIF that do not have the last 100 N-terminal amino acids have limited NADP and NADPH oxidase activity. Therefore, researchers concluded that the AIF N-terminus may function in interactions with other proteins or control AIF redox reactions and substrate specificity.

Mutations of AIF due to deletions have stimulated the creation of the mouse model of complex I deficiency. Complex I deficiency is the reason behind over thirty percent of human mitochondrial diseases. For example, complex I mitochondriopathies mostly affect infants by causing symptoms such as seizures, blindness, deafness, etc. These AIF-deficient mouse models are important for fixing complex I deficiencies. The identification of AIF-interacting proteins in the inner mitochondrial membrane and intermembrane space will help researchers identify the mechanism of the signaling pathway that monitors the function of AIF in the mitochondria. [4]

Human genes encoding apoptosis inducing factor isozymes include:

The apoptotic function of AIFs has been shown in organisms belonging to different eukaryotic organisms including mentioned above human factors: AIM1, AIM2, and AIM3 (Xie et al., 2005), yeast factors NDI1 and AIF1 as well as AIF of Tetrahymena. Phylogenetic analysis indicates that the divergence of the AIFM1, AIFM2, AIFM3, and NDI sequences occurred before the divergence of eukaryotes. [5]

Despite an involvement in cell death, AIF plays a contributory role to the growth and aggressiveness of a variety of cancer types including colorectal, prostate, and pancreatic cancers through its NADH oxidase activity. AIF enzymatic activity regulates metabolism but can also increase ROS levels promoting oxidative stress activated signaling molecules including the MAPKs. AIF-mediated redox signaling promotes the activation of JNK1, which in turn can trigger the cadherin switch. [6] [7] [8] [9]


Titta på videon: DNA-molekylens struktur och funktion gammal (Februari 2023).