Temel Patoloji

İrreversibl Değişiklikler

Apoptozis

Apoptozis (apoptosis), genetik sistemde kodlanmış kendi kendini yok etme (intihar; suicide) programını içeren sistemin aktifleşmesiyle ortaya çıkan hücre ölümüdür. Bu nedenle, apoptozis olgusuna, “önceden programlanmış hücre ölümü” nitelemesi de yapılır.

Çoğu hücrede bulunan “intihar” programının en önemli amacı, streslerden onarılması olanaksız zararlar gören hücrelerin ortadan kaldırılmasıdır. Böylece ileride ortaya çıkabilecek komplikasyonlar önlenir.

 

Apoptozis olgularında hücre membranı bozulmaz. Hücre, önce fagosite edilebilecek kadar küçük parçalara ayrılır. Küçük parçalara ayrılan ve hızla fagosite edilen ölü hücre çevre dokularda yangısal tepkiye neden olmaz (nekrozdan fark). Nekrozda hücre membranı bozulur, hücre dışına çıkan maddeler yangısal tepki uyandırır ve nekrotik hücreler fagositlerin ürettiği enzimlerle eritilirler.

 

Fizyolojik apoptozis

  • Embryogenezis

  • Hormon kökenli involüsyon  (endometrium, prostat)

  • Hücre yenilenmeleri (intestinal epitel)

  • Saldırgan lenfositlerin eliminasyonu

  • İnvolüsyon (fizyolojik atrofi - ductus thyroglossus involüsyonu,  timus involüsyonu)

 

Patolojik apoptozis

  • DNA zararları (hipoksi, radyasyon, sitotoksik ilaçlar)

  • Bozuk yapıdaki (misfolded) proteinlerin birikmesi (nörodejeneratif hastalıklar

  • Virüs infeksiyonları (hepatit)

  • Tümörler

  • Doku/organ reddi

  • Basınç atrofisi (pankreas, tükürük bezleri, böbrekler)

Seçilmiş örnekler:

  • Alfa-1-antitripsin eksikliği: işlevsiz proteinlerin hepatositlerde birikerek apoptozise neden olmaları; akciğerlerdeki yetersiz enzimatik aktivite nedeniyle elastik liflerde destrüksiyon (emfizem),

  • Creutzfeld-Jacobs hastalığı: anormal PrPsc proteinlerinin nöronlarda apoptozise neden olması,

  • Alzheimer hastalığı: anormal Abeta peptidlerin nöronlarda apoptozise neden olması.

 

Apoptozis olgularında morfoloji

Etkilene hücre büzüşür, Çekirdekler de önce büzüşür (pyknosis), bir süre sonra dağılmaya başlar. Sitoplazmada, içinde parçalanmış çekirdek artıkları bulunan baloncuklar oluşur. Baloncuklar hücreden koparak çevreye dağılır (apoptotik cisimcikler). Apoptotik cisimcikler çevredeki sağlıklı hücreler ve makrofajlar tarafından fagosite edilir. Yangısal tepki oluşmaz.

 

APOPTOZİS MEKANİZMALARININ MOLEKÜLER BİYOLOJİSİ

Apoptozis, çeşitli uyaranların peşpeşe tetiklediği moleküler nitelikteki bir dizi olayın sonucudur. Apoptozis süreci 2 evrelidir;

1. Başlangıç evresi (caspase’lerin aktivasyonu)

1.1. İntrinsik (mitokondrial) yol

1.2. Ekstrinsik (ölü reseptörlere bağlı) yol

2. Bitirme evresi (enzimlerin hücreyi öldürmesi)

 

1. BAŞLANGIÇ EVRESİ (caspase’lerin aktivasyonu)

  • 1.1. İntrinsik (mitokondrial) yol: Mitokondrilerin geçirgenliğini dengeleyen pro-apoptotik ve anti-apoptotik moleküllerin işlevindeki bozulmanın sonucudur.

Mitokondri membranlarının geçirgenliğini Bcl ailesinden 20’yi aşkın protein sağlar (bunlar arasında en etkin olanlar Bcl-2 ve Bcl-x’dir). Öte yandan, hücreye yönelik stresleri (DNA zararı, vd) ve yaşamsal işlevlerinin yitirildiğini algılayan Blc proteinleri vardır (başlıcaları Bim, Bid, Bad).

Bu tür moleküllerden kaynaklı sinyalleri alan 2 önemli pro-apoptotic protein (Bax ve Bak) anında aktive olur. Aktive olan Bax ve Bak proteinlerinin oluşturduğu oligomerler mitokondrilerin membranlarına saplanarak sitoplazmaya açılan kanallar oluştururlar; böylece mitokondrilerin geçirgenliği artar. Açılan çatlaklardan sitoplazma içine cytochrome c ile birlikte öteki pro-apoptotik moleküllerin sızıntısı başlar.

Serbestleşen cytochrome c ” apoptosis activating factor-1 (Apaf-1)” e bağlanarak apoptosome adı verilen büyük bir kompleks oluşturur. Apoptosome kompleksi caspase-9 aktivasyonunu tetikler.

  • 1.2. Ekstrinsik (ölüm reseptörlerine bağlı) yol: Apoptozisi tetikleyen ölüm reseptörleri “tumor necrosis factor (TNF)” ailesinin üyeleridir (örnek, tip1 TNF reseptör ve Fas). Ölüm reseptörleri, etkilerini, sitoplazmadaki ölüm alanlarını hedefleyerek ve protein-protein etkileşimlerine yol açarak gösterirler. Hücre yüzeyinde bağlanan TNF ya da Fas ligandları (FasL), hücredeki caspase sistemini (caspase-8 moleküllerini) aktive ederler.

Fas etkisiyle olası caspase aktivasyonunu FLIP adı verilen bir protein engelleyebilmektedir. Bu tür bir ölümden korunmaya çalışan virüsler ve normal hücreler FLIP proteini üretirler.

 

2. BİTİRME EVRESİ (enzimlerin hücreyi öldürmesi)

Caspase’ler inaktif pro-enzimlerdir. Aktivasyonları proteolitik enzimlerin etkisiyle gerçekleşir.  Caspase 8 ve 9 “ateşleyici” enzimlerdir; aktive olduklarında “ölüm işlemi” başlamıştır, geriye dönüş yoktur.

Caspase 8 ya da 9 aktivasyonunu bitirici (executioner) olarak bilinen caspase 3 ve 6’nın aktivasyonu izler.

Bitirici caspase’ler çok sayıda hücre komponentini etkiler;

  • Sitoskeletal ve nükleer matriks proteinlerini parçalayarak sitoskeletal ve nükleer yıkıma yol açarlar,

  • Transkripsiyon, DNA replikasyon ve DNA onarımı ile ilgili proteinleri parçalarlar,

  • Caspase-3 özellikle sitoplazmik DNAase enzimini aktive ederek sarmalda ayrışmalara neden olur.

Caspase nedir?

Caspase’ler hücre proteinlerini parçalayan, apoptozise özgü intrasitoplazmik enzimlerdir. Proteinlerin Cysteine ve ASPartate kesimlerinde aktif oldukları için bu ad verilmiştir.

Normal koşullarda inaktif pro-enzim olarak bulunurlar. Proteolitik bir kimyasal madde ile karşılaşınca aktive olurlar:

  • İlk aktivasyondan sonra, birbirlerini aktive ederler,

  • İlk aktive olan (initiator) caspase’ler 8 ve 9’dur,

  • Caspase 8 ve 9, intrasellüler proteolitik yıkıma yol açan bitirici (executioner ) caspase’leri (caspase 3 ve caspase 6) aktive ederler.

 

APOPTOZİS İLKELERİ

  1. Büyüme Faktörü (Growth Factor) eksikliği: Eksik olan hormondan yoksun kalan duyarlı hücreler apoptozisle ortadan kalkar.

  2. Kusurlu (misfolded) proteinler: Oksidatif stresler, hipoksi ya da genetik mutasyonlar nedeniyle oluşan kusurlu (misfolded) proteinler organizmada “korunmak amacı güden” değişik tepkilere neden olurlar. Bu tepkilerin en önemlisi “nörodejeneratif hastalıklar” grubu içinde yer alır. İlk tepki “chaperone”ların üretiminin artması biçimindedir. Ek olarak, proteasomal yıkımda hızlanma ile protein sentezinde azalma izlenir. Bu tepkilerin yetersiz kaldığı olgularda caspase aktivasyonu tetiklenir ve apoptozis başlar.

  3. DNA zedelenmesi: DNA zedelenmesi onarılamadığında p53 (tumor-suppressor protein) devreye girerek apoptozis sürecini tetikler. p53 eksikliğinde ya da mutasyonunda apoptozis yetersiz kalır ya da gerçekleşemez. Bu durum DNA zedelenmesi olan hücrelerden kökenli kanserlerin oluşumunda ilk adımdır.

  4. TNF ailesi reseptörleri: TNF yangısal tepkilerde rastlanan çok önemli bir medyatör olmakla birlikte apoptozisin uyarılmasında da etkin rolü vardır. Fas-FasL etkileşimi, otoreaktif lenfositlerin eliminasyonunda ve otoimmun hastalıklarda önemlidir.

  5. Sitotoksik T Lenfositleri: Sitotoksik T lenfositleri (CTLs), yüzeyinde yabancı antijen algıladıkları karaciğer epitel hücrelerine (hepatosit) yapışarak “perforin” adı verilen membran delici bir molekül salgılarlar. Delinen hücre içine proteaze niteliğndeki granzyme B moleküllerini yollayarak, caspase 3 ya a 6 aktivasyonunu doğrudan başlatır. Sitotoksik T lenfositleri, hedef hücrenin öldürülmesi için yüzeylerindeki Fas ligandını (FasL) da kullanabilirler.


Kontrolsüz (az ya da çok) apoptozisin sonuçları

  • Yetersiz apoptozis

(1) Kanserler: p53 mutasyonları; hormon-kökenli tümörler (meme, prostat, ovaryum)

(2) Otoimmun hastalıklar (otoreaktif lenfositlerde apoptozis gerçekleşmediğinde)

(3) Dudak ve damak yarıkları

  • Aşırı apoptozis

(1) Nörodejeneratif hastalıklar: nöronlardaki gereksiz apoptozis

(2) İskemik zararlar: myokard infarktı, serebrovasküler atak (stroke)

(3) Virüsle infekte hücrelerin ölümü: hepatit, AIDS

  

Hücre ölümü ile ilgili yeni kavramlar

  • Nekroptozis (necroptosis): nekroz ve apoptozis niteliklerinin birlikte görüldüğü hücre ölümüdür; Caspase aktivasyonu yoktur.

Fizyolojik nekroptozis (programlı nekroz): epifizlerdeki büyüme kıkırdağının silinmesi.

Patolojik nekroptozis: karaciğer yağlanması, akut pankreatit, reperfüzyon zararları, Parkinson hastalığı.

  • Piroptozis (pyroptosis): infeksiyon hastalıklarında, ateş nedeniyle aktive olan cytokine (IL-1) etkisiyle caspase-1 ve caspase-11 aktivasyonu gerçekleşir.