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

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

3

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

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

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 Lettre and Michael O. Hengartner; 2006

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

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

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 «рецепторы смерти» каспаза 8 Bid повреждения ДНК каспаза 2 различные стрессы поверхностные рецепторы эффекторные каспазы MMP цитохром с каспаза 9 эффекторные каспазы AIF Эндонуклеаза G Smac/Diablo Omi/HtrA2 апоптоз фрагментация ДНК IAP XIAP (ингибиторы каспаз)

19 Про-апоптотические белки митохондрий

20

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

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

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 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 ccc AIF (Apoptosis Inducing Factor) индуцирует крупноразмерную (50Kb), но не нуклеосомную фрагментацию ДНК и конденсацию, но не фрагментацию хроматина 1 контроль 2 AIF;7 DFF40/CAD

26 Две стадии деградации ядер при апоптозе Эндонуклеаза G

27 Отделение AIF от внутренней мембраны митохондрий регулируется Ca 2+ и АФК Erik Norberg, Sten Orrenius, Boris Zhivotovsky; 2010

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

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

37 Реорганизация структуры митохондрий и апоптоз

38 Во время апоптоза происходит дробление митохондриального ретикулума КонтрольАпоптоз

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/Bak колокализуются с Drp1 и Mfn tBid индуцирует перестройку крист Повышенная экспрессия Bcl-2 приводит к увеличению размеров и интеграции митохондриального ретикулума

42 Спасибо за внимание

43 Вопросы для зачета 1. Роль каспаз в осуществлении апоптоза. Механизмы активации инициаторных и эффекторных каспазы. Сигнальные платформы активации каспазных каскадов у млекопитающих. Механизм сборки апоптосомы и активации каспазы 9 2. AIF и эндонуклеаза G - митохондриальные белки, обеспечивающие морфологические изменения ядер и фрагментацию ДНК при апоптозе. Функции AIF, не связанные с апоптозом. Smac/Diablo и Omi/HtrA2 – механизм про-апоптотического действия 3. Роль митохондрий, как «контрольно-пропускного пункта» сигналов апоптоза. Что такое прницаемость митохондриальной мембраны (ММР). Основные модели, объясняющие возникновение ММР при апоптозе (мегапора, белки семейства BCL-2) 4. Связь митодинамики с апоптозом.