Nekroptoza
Nekroptoza jest zaprogramowaną formą martwicy lub zapalnej śmierci komórek. Konwencjonalnie martwica jest związana z nieprogramowaną śmiercią komórki wynikającą z uszkodzenia komórki lub infiltracji przez patogeny, w przeciwieństwie do uporządkowanej, zaprogramowanej śmierci komórki poprzez apoptozę . Odkrycie nekroptozy pokazało, że komórki mogą przeprowadzać martwicę w zaprogramowany sposób i że apoptoza nie zawsze jest preferowaną formą śmierci komórki. Ponadto immunogenny charakter nekroptozy sprzyja jej udziałowi w pewnych okolicznościach, takich jak pomoc w obronie przed patogenami przez układ odpornościowy . Nekroptoza jest dobrze zdefiniowana jako wirusowy mechanizm obronny, umożliwiający komórce poddanie się „samobójstwu komórkowemu” w sposób niezależny od kaspazy w obecności wirusowych kaspazy w celu ograniczenia replikacji wirusa. Oprócz tego, że jest odpowiedzią na chorobę, nekroptoza została również scharakteryzowana jako składnik chorób zapalnych, takich jak choroba Leśniowskiego-Crohna , zapalenie trzustki i zawał mięśnia sercowego .
Szlak sygnałowy odpowiedzialny za przeprowadzenie nekroptozy jest ogólnie zrozumiały. TNFα prowadzi do stymulacji jego receptora TNFR1. Białko wiążące TNFR1 Białko śmierci związane z TNFR TRADD i czynnik 2 związany z receptorem TNF Sygnały TRAF2 do RIPK1 , który rekrutuje RIPK3, tworząc nekrosom zwany również ripoptosomem. Fosforylacja MLKL przez ripoptosom napędza oligomeryzację MLKL, umożliwiając MLKL wstawianie i przepuszczanie błon plazmatycznych i organelli. Integracja MLKL prowadzi do fenotypu zapalnego i uwolnienia wzorce molekularne związane z uszkodzeniami (DAMP) , które wywołują reakcje immunologiczne.
Funkcjonować
Nekroptoza jest specyficzna dla kręgowców i mogła powstać jako dodatkowa obrona przed patogenami. Nekroptoza działa również jako alternatywna „niezawodna” ścieżka śmierci komórki w przypadkach, gdy komórki nie są w stanie przejść apoptozy, na przykład podczas infekcji wirusowej, w której białka sygnalizujące apoptozę są blokowane przez wirusa.
W odporności wrodzonej
Samobójstwo komórki jest skutecznym sposobem powstrzymania rozprzestrzeniania się patogenu w organizmie. W apoptotycznych odpowiedziach na infekcję zawartość zakażonej komórki (w tym patogen) jest zatrzymywana i pochłaniana przez fagocytozę . Niektóre patogeny, takie jak ludzki wirus cytomegalii , wykazują ekspresję inhibitorów kaspazy , które zatrzymują maszynerię apoptotyczną komórki gospodarza. Niezależność nekroptozy od kaspazy pozwala komórce ominąć aktywację kaspazy, skracając czas, w którym patogen może zamieszkiwać komórkę.
Receptory Toll-podobne (TLR) mogą również przekazywać sygnał do nekrosomu, prowadząc do nekroptozy. TLR to klasa receptorów, które działają we wrodzonym układzie odpornościowym w celu rozpoznawania konserwatywnych składników patogenów, takich jak flagelina.
W przeciwieństwie do apoptozy
W apoptozie zewnętrzna sygnalizacja poprzez receptory na powierzchni komórki lub wewnętrzna sygnalizacja poprzez uwolnienie cytochromu c z mitochondriów prowadzi do aktywacji kaspazy. Proteolityczna degradacja wnętrza komórki kończy się upakowaniem resztek komórki w ciała apoptotyczne, które są rozkładane i poddawane recyklingowi przez fagocytozę . W przeciwieństwie do apoptozy, martwica i nekroptoza nie obejmują aktywacji kaspazy. Martwa śmierć komórki kończy się wyciekiem zawartości komórki do przestrzeni pozakomórkowej, w przeciwieństwie do zorganizowanego usuwania zawartości komórki do ciał apoptotycznych.
Proces
Podobnie jak we wszystkich formach nekrotycznej śmierci komórek, komórki ulegające nekroptozie pękają i wyciekają swoją zawartość do przestrzeni międzykomórkowej. W przeciwieństwie do martwicy, przepuszczalność błony komórkowej podczas nekroptozy jest ściśle regulowana. Chociaż wiele z tych mechanizmów i elementów szlaku jest wciąż odkrywanych, w ostatnich latach nakreślono główne etapy sygnalizacji nekroptotycznej. Po pierwsze, zewnętrzny bodziec przez receptor TNF przez TNFα sygnalizuje rekrutację domeny śmierci związanej z receptorem TNF (TRADD), która z kolei rekrutuje RIPK1 . W przypadku braku aktywnej kaspazy 8, RIPK1 i RIPK3 auto- i transfosforylują się wzajemnie, co prowadzi do powstania kompleksu przypominającego mikrofilament, zwanego nekrosomem. Następnie nekrosom aktywuje pro-nekroptotyczne białko MLKL poprzez fosforylację. MLKL aktywuje fenotyp martwicy poprzez wprowadzenie do błon bilipidowych organelli i błony plazmatycznej, co prowadzi do wydalenia zawartości komórkowej do przestrzeni pozakomórkowej. Zapalne pęknięcie komórki uwalnia wzorce molekularne związane z uszkodzeniami (DAMP) do przestrzeni pozakomórkowej. Wiele z tych DAMP pozostaje niezidentyfikowanych, jednak wiadomo, że sygnały DAMP „znajdź mnie” i „zjedz mnie” rekrutują komórki odpornościowe do uszkodzonej/zainfekowanej tkanki. Komórki martwicze są usuwane z układu odpornościowego przez mechanizm zwany pinocytozą lub picie komórkowe, w którym pośredniczą makropinosomy, subkomórkowy składnik makrofagów. Proces ten kontrastuje z usuwaniem komórek apoptotycznych przez układ odpornościowy, w którym komórki są usuwane poprzez fagocytozę lub odżywianie komórkowe.
Współregulacja nekroptozy i apoptozy
Ostatnie badania wykazały znaczną zależność między szlakami apoptozy i nekroptozy. Na wielu etapach odpowiednich kaskad sygnalizacyjnych te dwa szlaki mogą się wzajemnie regulować. Najlepiej scharakteryzowanym przykładem tej współregulacji jest zdolność kaspazy 8 do hamowania tworzenia się nekrosomu poprzez rozszczepianie RIPK1. I odwrotnie, hamowanie nekroptozy przez kaspazę 8 może zostać ominięte przez maszynerię nekroptotyczną poprzez antyapoptotyczne białko cFLIP, które inaktywuje kaspazę 8 poprzez tworzenie heterodimeru.
Wiele elementów obu ścieżek jest również wspólnych. Receptor czynnika martwicy nowotworu może sygnalizować zarówno apoptozę, jak i nekroptozę. Białko RIPK1 może również sygnalizować zarówno apoptozę, jak i nekroptozę, w zależności od modyfikacji potranslacyjnych, w których pośredniczą inne białka sygnalizacyjne. Ponadto RIPK1 może być regulowany przez komórkowy inhibitor białek apoptozy 1 i 2 (cIAP1, cIAP2), które poliubikwitynują RIPK1, prowadząc do przeżycia komórki przez dalszy NF-kB sygnalizacja. cIAP1 i cIAP2 mogą być również regulowane przez proapoptotyczne białko SMAC (drugi mitochondrialny aktywator kaspaz), które może rozszczepiać cIAP1 i cIAP2, kierując komórkę w kierunku śmierci apoptotycznej.
Celowanie w organelle
Komórki mogą ulegać nekroptozie w odpowiedzi na zaburzoną homeostazę w określonych okolicznościach. W odpowiedzi na uszkodzenie DNA , RIPK1 i RIPK3 są fosforylowane i prowadzą do degradacji komórki przy braku aktywacji kaspazy. Nekrosom hamuje translokazę nukleotydu adeninowego w mitochondriach, aby obniżyć poziomy ATP w komórce. Rozprzęganie mitochondrialnego łańcucha transportu elektronów prowadzi do dodatkowego uszkodzenia mitochondriów i otwarcia porów przejściowych przepuszczalności mitochondriów, co uwalnia białka mitochondrialne do cytozolu. Nekrosom powoduje również wyciek lizosomalnych enzymów trawiennych do cytoplazmy poprzez indukcję reaktywnych form tlenu przez JNK, wytwarzanie sfingozyny i aktywację kalpainy przez uwalnianie wapnia.
Znaczenie medyczne
Nekroptoza jest zaangażowana w patologię wielu typów ostrych uszkodzeń tkanek, w tym zawału mięśnia sercowego, udaru, uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego. Ponadto odnotowano, że nekroptoza przyczynia się do miażdżycy tętnic, zapalenia trzustki, nieswoistego zapalenia jelit, neurodegeneracji i niektórych nowotworów.
W przypadku przeszczepu narządów miąższowych uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne może wystąpić, gdy krew po raz pierwszy powróci do tkanki biorcy przeszczepu. Główny czynnik przyczyniający się do uszkodzenia tkanek wynika z aktywacji regulowanej nekroptozy, która może obejmować udział zarówno nekroptozy, jak i przejścia przepuszczalności mitochondriów. Leczenie lekiem cyklosporyną , który hamuje cyklofilinę D, efektor przejścia przepuszczalności mitochondriów, poprawia przeżywalność tkanek głównie poprzez hamowanie martwiczej śmierci komórek, a nie przez dodatkową funkcję jako środka immunosupresyjnego.
Terapia oparta na Nekroptozie
Ostatnio zasugerowano terapię nowotworową opartą na nekroptozie, wykorzystującą charakterystyczny szlak molekularny do regulacji nekroptozy, jako alternatywną metodę przezwyciężenia oporności na apoptozę. Na przykład komórki nekroptotyczne uwalniają wysoce immunogenne DAMP , inicjując odporność nabytą . Te umierające komórki mogą również aktywować NF-κB w celu ekspresji cytokin , rekrutując makrofagi . Od 2018 roku niewiele wiadomo o negatywnych regulatorach nekroptozy, ale CHIP , cFLIP i FADD wydają się być potencjalnymi celami terapii opartej na nekroptozie.