Ţurcanu Diana, gr.1104

Apoptoza. Generalităţi Definiţie. Apoptoza reprezintă procesul de moarte programată a celulelor Acest proces are loc în trei etape diferenţiate morfologic - condensarea cromatinei (pycnosis) - fragmentarea nucleului - contracţia şi separarea celulei în mai multe fragmente mici acoperite cu membrană plasmatică (corpi apoptotici), care vor fi apoi înglobaţi de celulele înconjurătoare.

Familia de proteineMembriFuncţii Caspazele14 caspaze identificate, 11 în genomul uman Clivează substratele proteice la nivelul resturilor de asparagină şi mediază moartea apoptotică Proteinele DEDCel puţin 12 identificateInteracţiunea proteinelor cascadei apoptotice Proteine DDCel puţin 24 identificateInteracţiunea proteinelor cascadei apoptotice Citocromul C-Eliberat din mitocondrii, formează apoptozomul împreună cu proteinele Apaf-1 şi caspaza 9 Smac/Diablo-Eliberată din mitocondrii, inhibă proteinele IAP Proteinele Bcl25 membri pro- şi antiapoptotici Formează homo-/hetero dimeri, reglează programul de murire (de ex. prin reglarea eliberării de proteine mitocondriale) Proteinele BAG6 proteine identificate în genomImplicate în apariţia stresului cellular din apoptoză BAR-Leagă calea apoptotică extrinsecă de cea intrinsecă BI-1-Inhibă moartea celulară indusă de proteinele Bax Proteine CARDCel puţin 20 de membri identificaţi Reglarea apoptozei Proteinele IAPŞase identificate dintre care, cel puţin una, în creier Inhibă caspazele activate Proteine implicate în apoptoză

Particularităţi în sistemul nervos Neuronii fac parte din grupul celor mai longevive celule Apoptoza – proces important în timpul dezvoltării sistemului nervos; Declanşarea apoptozei are loc în lipsa factorilor ce inhibă apoptoza (neurotrofinele – liganzi pentru receptorii Trk cu activitate tirozin kinazică intrinsecă şi depolarizarea neurilemei) Moartea programată a neuronilor este reglată de către familia de proteine Bcl-2, de proteina Apaf-1(factorul 1 de activare a proteazelor apoptotice) şi de către caspaze. Căile de reglare pot fi mai multe : modularea activităţii enzimelor neuronale, modularea activităţii factorilor de transcripţie (p53, AP-1, NF-kB), activarea directă a genelor răspunsului imediat precoce(c-jun, c-fos)

Etapele apoptozei neuronale. Etapa de inducere Activarea genelor răspunsului imediat precoce, protooncogene (activarea genei c-jun duce la sinteza proteinei c-Jun, factor de transcripţie care realizează răspunsul celular la leziuni) Proteina c-Jun participă în procesele de reglare al ciclului celular, de diferenţiere, de organogeneză, de transformare tumorală, de apoptoză Creşterea c-Jun se remarcă în bolile neurodegenerative (Alzheimer, scleroza laterală amiotrofică) C-Jun formează dimeri cu proteinele D-Jim, c- Fos, ATF constituind astfel complexul AP-1

Etapele apoptozei neuronale. Etapa efectorie Este realizată de caspaze, care pot fi activate pe contul mecanismelor extracelulare, cât şi intracelulare, dintre care mai ales citocromul C. Procesul este reglat de către complexul de proteine Bcl-2, care pot inhiba apoptoza (Bcl-2, Bcl-w, Bfl-1, Brag-1, Mcl-1, A-l), sau o pot induce (Вах, Bak, Bcl- Xs, Bad, Bid, Bik, Hrk) Factorul citozolic de transcripţie (NF-cВ), care reglează expresia genelor participante în răspunsul imun şi reacţia inflamatorie deţine un rol important în evoluţia apoptozei (acumularea de NF-cВ se atestă în boala Alzheimer) Activarea caspazelor duce la fragmentarea moleculei de ADN din neuron

Etapele apoptozei neuronale. Etapa de degradare Are loc fragmentarea moleculei de ADN, condensarea cromatinei, fragmentarea nucleului şi formarea corpilor apoptotici, care vor fi înglobaţi ulterior de către celulele din jur.

Apoptoza patologică Apoptoza fiziologică din creierul aflat în dezvoltare şi apoptoza patologică din creierul adult împart aceleaşi mecanisme moleculare în faza efectorie. Diferă mecanismele-trigger (acţiunea toxică rezltată din accidente genetice sau chimice)

Boala Alzheimer Boala Alzheimer (Morbus Alzheimer) este o afecţiune degenerativă progresivă a creierului care apare mai ales la persoane de vârstă înaintată, producând o deteriorare din ce în ce mai accentuată a funcţiilor de cunoaştere ale creierului, cu pierderea capacităţilor intelectuale ale individului şi a valorii sociale a personalităţii sale, asociată cu tulburări de comportament, ceea ce realizează starea cunoscută sub numele de demenţă Boala şi modificările organice din creier care o însoţesc au fost descrise pentru prima dată de psihiatrul şi neuropatologul german, Alois Alzheimer. Pentru ţările europene se estimează că la persoanele în vârstă de 65 de ani frecvenţa bolii Alzheimer este de ca. 2- 3%, la vârsta de 70 de ani 3%, la 75 de ani 6%, iar peste 85 de ani 25-40%.

Manifestări clinice Demenţa cu caracter progresiv Tulburări de memorie Tulburări de vorbire Incapacitatea de a efectua activităţi motorii coordonate Imposibilitatea de a recunoaşte, identifica şi denumi obiecte uzuale Tulburări ale funcţiilor de organizare a activităţilor zilnice, incapacitatea de a lua decizii Probleme legate de gândirea abstractă, tulburări de calcul, dezorientare temporală şi spaţială, pierderea iniţiativelor False recunoaşteri: la început dificultate în recunoaşterea fizionimiilor cunoscute, urmată de identificări eronate, care pot provoca stări de anxietate.

Modificări morfologice în creier Atrofia scoarţei cerebrale Micşorarea circumvoluţiunilor cerebrale Lărgirea ventriculilor cerebrali Plăcile senile Degenerescenţa neurofibrilară Degenerescenţă granulo-vacuolară.

În stânga aspect normal; în dreapta plăci senile şi degenerare neurofibrilară (desen semi-schematic) Plăci senile în scoarţa cerebrală a unui pacient cu boala Alzheimer - forma presenilă (coloraţie Bowie) Plăci senile văzute la microscop (impregnare argentică) Degenerare neurofibrilară a neuronilor (impregnare argentică) Modificări microscopice

Cauze şi mecanisme de producere Factori de risc Vârsta înaintată Factori nocivi pentru aparatul cardio- vascular: diabetul, hipertensiunea arterială, nivel crescut de colesterol, fumatul Nivel crescut de homocisteină în sânge, asociat cu un nivel scăzut de vitamină B12 şi acid folic Traumatisme cranio-cerebrale repetate grave Unele bacterii (Chlamidii) şi unele virusuri ar favoriza formarea de plăci senile.

Cauze şi mecanisme de producere Factori genetici Se apreciază că persoanele având o rudă de gradul I care suferă de boala Alzheimer se află în risc teoretic absolut de 26% până la 45%. Mutaţii ale presenilinei 1 (PS1) pe cromozomul 14 şi ale presenilinei 2 (PS2) pe cromozomul 1 Presenilinele au fost identificate ca părţi componente esenţiale în procesul proteolitic prin care se produce beta-amiloid prin fragmentarea de APP (Amiloid Precursor Protein), legată de cromozomul 21. Boala Alzheimer este în legătură cu cromozomii 1, 14 şi 21 (trisomia 21 reprezintă cauza sindromului Down)

Patogenie Ipoteza colinergică. Ipoteza alterării şi acumulării de proteină "tau". Ipoteza acumulării de beta-amiloid. Beta- amiloidul este o peptidă ce rezultă dintr-o proteină precursoare, Amyloid-Precursor- Protein (APP), inserată pe membrana celulară. Beta-amiloidul, în formă oligomerică insolubilă, este citotoxic şi alterează homeostazia ionilor de calciu, inducând astfel procesul de apoptoză

Rolul apoptozei în Alzheimer Amiloidul β depozitat induce apoptoza interacţionând cu receptorii neuronali, dintre care - receptorul RAGE ce duce la formarea de radicali liberi (ce duc la peroxidarea lipidelor membranare); - receptorul pentru neurotrofina p75; - receptorul pentru APP - receptori care duc la influxul neuronal de Ca + Mutaţiile din gena codificatoare de Presenilină cresc producerea de amiloid-β (forma 42), constituentul major al placilor de plăcilor senile. Similar, presenilina defectă creşte vulnerabilitatea neuronilor la apoptoză. Activarea celulelor microgliale (foarte probabil de către amiloidul depozitat) cu secreţia de TNF-α şi alţi factori toxici induce procesul de apoptoză.

Rolul caspazelor (etape) 1. activarea caspazelor prin oricare cale mediată de receptorii morţii, care sunt stimulaţi de către amiloid duce la stressul oxidativ mediat de către mitocondrii sau reticulul endoplasmatic 2. activarea caspazei-3 duce la clivarea c-terminală a APP care, la rândul ei, duce la formarea de β-amiloid, închizând astfel un cerc vicios 3. caspaza-3 clivează proteina tau, rezultând aglomerări de neurofibrile 4. în afară de aglomerări de neurofibrile se formează şi plăcile senile 5. în final, activarea caspazelor cu clivarea proteinelor critice ale celulei întrerupe transportor axonal şi dendritic, proces care duce la moartea neuronului şi neurodegenerare

Concluzii Teoria apoptotică a bolii Alzheimer este foarte controversată. Totuşi, numeroase studii demostrează activarea patologică a căilor apoptotice în Alzheimer. Cunoaşterea detaliată a rolului caspazelor şi a altor proteine în patogeneza bolii impune testarea şi aplicarea în tratament a diferitor preparate care ar modula activitatea acestora (de ex. inhibitori caspazelor sau chiar a altor colmponente ale cascadei apoptotice) este un scop pe care trebuie să şi-l impună comunitatea ştiinţifică pentru a eradica această maladie devastatoare.