مرگ برنامه‌ریزی شده سلول

مرگ برنامه‌ریزی شده سلول

اسلاید 1: هوالعليم

اسلاید 2: مرگ برنامه ریزی شده سلول (Apoptosis) (Programmed Death Cell)

اسلاید 3: ارائه دهنده :دکتر فرح فراهانی دانشگاه آزاد اسلامي – واحد قم دانشكده علوم پايه – گروه ميكروبيولوژي

اسلاید 4:

اسلاید 5: مرگ سلولی (Apoptosis)مرگ سلولی يا خودکشی سلولی به معنای افتادن برگ است. Apoptosis از یک کلمه یونانی به معنی “Falling off leaves from  a tree in autumn” در زیست‌شناسی سلولی به معنای مرگ برنامه‌ریزی‌شده سلول‌ها است.

اسلاید 6: اهمیت مرگ برنامه ریزی شده سلولیروندی فیزیولوژیک و زیستی برای نمو فعال و طبیعی است. برای حفظ هموستازی می‌باشد.بالانس بین تقسیم سلولی و مرگ سلولی برای رشد و نمو و حفظ موجودات زنده اهمیت دارد.

اسلاید 7: تاریخچه مرگ سلولیفرایند مرگ سلولی یک فرایند کاملا طبیعی است که کارل ووگت Carl Vogt دانشمند آلمانی اولین کسی بود که اصول مرگ سلولی را در سال 1842 تشریح کرد. والتر فیلیمینگ Walther Flemming آناتومیست در سال 1885 تشریح دقیقتری را از مرگ برنامه ریزی شده سلول ارائه داد.هر چند این موضوع تا سال 1965 که دوباره احیا شد مورد بحث قرار نگرفت. در این زمان جان فاکستون راس کر John Foxton Ross Kerr ” در بخش پاتولوژی استرالیا با استفاده از میکروسکوپ الکترونی بافتها را تدریس می کرد بین آپوپتوزیز و مرگ سلولها در اثر جراحت تمایز قایل شد.

اسلاید 8: عوامل موثر درمرگ سلولیعوامل مختلف محیطی : اشعه‌های یونیزه کننده، مواد شیمیایی عوامل مختلف درونی : داروهای سیتوتوکسیک (در درمان سرطان‌ها) هایپرترمیا، هورمون‌های گلوکو کورتیکوئیدی و .. برخی باکتری‌های بیماریزای داخل سلولی مانند سالمونلا، شیگلا، لیستریا، لژیونلا و … فشار گرسنگی بیماریها (آلزایمر، پارکینسون و ....)

اسلاید 9: انواع مرگ سلولی در جانوران1) Apoptosis 2) Autophagy - دراین پدیده اندامکها در داخل وزیکل هایی قرار گرفته - سپس وارد لیزوزوم می گردد.سلولهایی در یک روش non-apoptotic می میرند. کاسپازها فعال نمی شوند.

اسلاید 10: 3) Paraptosis:سیتوپلاسم واکوئله شده . ER,Mit شروع به متورم شدن می نمایند .کاسپازها فعال نمی شوند.این پدیده بر عکس apoptosis بوسیله AIP1/Alix مهار میشود.4) Mitotic catastrophe: در اثر نقص در check pointes  تقسیم میتوز بوقوع می پیوندد.در این پدیده عوامل پایدار و ناپایدار کننده میکروتوبولها مختل شده.به DNA آسیب می رسد. سلول در خلال متافاز در یک روش وابسته به P53 کشته می شود.

اسلاید 11: نکروزگی بافت سلول متورم و بزرگ شده .محتویات غشا تراوش می‌کند. کنترل عبور و مرور مواد را از بین می‌برد. سلول و هسته تجزیه و تخریب می‌شود. تراوش و تخریب سلول نکروسیس باعث آسیب سلول‌های مجاور می‌شود. نکروزگی بر اثر جراحت، سرطان، انفارکتوس میوکارد قلب، سل، التهاب و عفونت ایجاد شود.

اسلاید 12: تغییرات مورفولوژیکی مرگ سلولی جانورانکاهش حجم سلول در اثر منقبض شدن سلول متراکم شدن هسته سلولی(کروماتین) DNA قطعه قطعه می گردد.در غشا هسته فرورفتگی ایجاد می گردد.تغییر در توزیع لیپیدهای غشایی که باعث جدا شدن سلول از بستر خارج سلولی می شود.

اسلاید 13: 6) از بین رفت غشا هسته 7) ایجاد وزیکولهای متعدد هسته در سلول8) اندامک‌های داخلی سلول، مانند،میتوکندری‌ها و لیزوزوم‌ها سالم می‌مانند.9) پدیدار شدن پذیرنده های فاگوسیت در سطح غشا10) بهم ریختن یکپارچگی غشا سلول و تبدیل به قطعات کوچک بنام apoptotic bodies که بصورت فاگوسیتوز برداشته می شوند.

اسلاید 14:

اسلاید 15:

اسلاید 16: راههای ایجاد مرگ سلولی1- مسیر در اثر اتصال لیگاندهایی به گیرنده‌های سطح سلول2- مسیردراثر فقدان برخی فاکتورهای رشد3- مسیر در اثر آسیب‌های شدید به ماده ژنتیکی سلول

اسلاید 17: مسیرهای مرگ سلولی Extrinsic Pathway (Receptor Dependent ( Intrinsic Pathway (Mitochondria Dependent( (در هر دو مسیر کاسپاز ها نقش دارند.)

اسلاید 18: Caspasesآنزیم های سیتوزولی (X) و هسته (Z) هستند.آنزیمهای کسپاز (caspase) که آبشار یا کاسپاز نیز ترجمه شده خانواده ای از پروتئازهای آسپارتات می باشند که دارای سیستئین هستند. علت نام گذاری به دلیل برش از ناحیه c-ter ,ASp است.بصورت زیموژن وجود دارد (پروکاسپاز به کاسپاز فعال تبدیل می شود).در حالت غیر فعال ، بصورت تک زنجیرهای که دارای یک دومین کاتالیتیک و یک پیش دومین دارند.

اسلاید 19: 6) در حالت فعال باقیمانده های Asp جدا و بصورت دایمر در می آیند.(دو جایگاه کاتالیتیک دارد)7) ژنوم انسان و موش داراي 13 ژن براي کسپاز (caspase) است (ژنهاي 1-12 و 14). كسپازهاي 3 و 6-10 انسان در مرگ سلولی نقش دارند و بقيه در التهاب مؤثرند. 8) 14 نوع از آنها شناخته شده است.9) به سه دسته تقسیم بندی می شوند.10) Initiator caspase:2,8,9,1011) Executioner or effectors caspase :3,6,712) Remaining caspase:1,4,5,13

اسلاید 20: Intrinsic Pathway (Mitochondria)ویژگي ها1) به این مسیرمرگ برنامه دار سلولی می گویند، مگر اینکه محرکهای بقا مانع مرگ آنها شوند.2) این مسیر بوسیله استرس های داخل و خارج سلولی مثل استرسهای اکسیداتیو ، داروهای سیتوتوکسیک فعال می شوند.

اسلاید 21: 3)موادی که از میتوکندری آزاد می شود با اتصال به protease activating factor (Apaf-1)، مرگ سلولی را فعال کرده apoptosome  تشکیل شده داده و کاسپازها فعال می شوند.4) اگر سلول از محرکهای بقا و کمکی محروم شود در نتیجه نفوذ پذیری غشا میتوکندری افزایش ودر نهایت سیتوکروم C آزاد و سیگنال مرگ را آغاز می کند.

اسلاید 22: عوامل ضد مرگ سلولیBcl پروتئینی طبیعی در سلول است که مانع تشکیل apoptose می شود. (دو نوع پروتئین Bcl2و Bcl-xl وجود دارد) Bid پروتئین ترشحی میتوکندری ضدپروتئین Bcl ، در نتیجه فعالیت Bcl را مهار کرده و سبب تشکیل apoptose شده و مرگ سلولی آغاز می شود.

اسلاید 23: Extrinsic Pathway (Receptor Dependent)ویژگی ها 1)  در اثر اتصال لیگاندها به پذیرنده های مرگ از جمله fas آغاز می شود.( fas یک پروتیین غشایی kD 36 موجود در سلولهای لنفاوی و بسیاری سلولهای دیگراست که با اتصال آنتی بادی اختصاصی در غشا سلولی باعث القا مرگ می شود .

اسلاید 24: 2) Fas ligand یک پروتئینی 3 زیرواحدی است که اگر بطور مکرر با آنتی ژن تحریک شود در سلول T ساخته می شود.3)  fas-Fas ligand باعث فعال شدن کاسپاز ها شده و مسیر مرگ سلولی فعال می شود.4)  کاسپاز 8 می تواند روی Bid اثر گذاشته و آن را هدایت به سمت میتوکندری کرده و باعث رها سازی Cyt C و فعال شدن کاسپاز 3و9 می گردد.

اسلاید 25: 5) در اثر فعال شدن Fas ligand ،به سطح سلول هدایت و شکسته می شود و به شکل محلول در داخل گرانولهایی آزاد می شود. (این گرانولها دارای پروتئاز   granzyme  و pore forming protein یا Perforin  وجود دارد.)6) در مکانیسم دیگر Tcytotoxic، Fas ligand را بیان می کند و متصل به سلول هدف می شود. این اتصال باعث انتقال پرفورین از Tcell و granzyme از طریق Pore وارد سلول هدف می شود و باعث فعال سازی عوامل مرگ سلول از جمله کاسپازها خواهد شد.

اسلاید 26:

اسلاید 27: اندامک های مداخله گر در مرگ سلولیمیتوکندری : تغییرات میتوکندری : ماتریکس میتوکندری آپوپتوتیک متراکم شده و تخریب قابل ملاحظه ای در غشای خارجی میتوکندری دیده نمی شود. اتفاقات اولیه در خلال مرگ سلولی به وسیله فاکتور نکروزدهندة تومورها (TNF) خوشه ای شدن میتوکندریها وتجمع آنها در اطراف هسته (بجای پراکندگی) است . الف- برای تولید مقادیر زیادی ATP است، جهت فرایندهای انرژی خواه، در خلال آپوپتوزیس ضروری می باشد. ب) برای تسهیل در امر جابجایی پروتئینهای میتوکندریایی (AIF )به داخل هسته .

اسلاید 28:   ازاد شدن Cyt C ودر نتیجه فعال نمودن کاسپازها .  آزاد شدن پروتئین Bax,Bak سبب تغییرنفوذ پذیری غشا میتوکندری و فعال شدن سیگنالهای مرگ .     ( پروتئین Bcl2و Bcl-xl مانع عمل Bax و Bakمی شوند.)     Endonuclease Gپروتئاز مستقل از کاسپاز باعث قطعه قطعه کردن DNA می شود.

اسلاید 29:   Apoptosis inducing factor (AIF) که در بین دو غشا میتوکندری و نقش oxido reductase را ایفا می کند ولی به محض رها سازی از بین دو غشا وارد هسته شده و فعال می شود.Cathapsin  لیزوزومی باعث رها سازی AIF  مستقل از مسیر Caspase می شود.

اسلاید 30: 2- دوفرضیه برای علت این تغییر مکان که در اثر عمل ناقص کانیزین ها رخ می دهد، وجود دارد. الف) تجمع خوشه ای میتوکندری در نزدیکی هسته، ب) رها سازی سیتوکروم c به عنوان نقطه مرکزی آپوپتوزیس می باشد .. Cyt-c به عنوان کوفاکتور همراه با 1Apaf-Apoptotic protease activating factor-1)) و پروکاسپار9 باعث شروع فعالیت آبشار کاسپازها می شود .

اسلاید 31:

اسلاید 32:

اسلاید 33:

اسلاید 34: لیزوزومترشحات:            Cys protease Cathapsin B,L      Asp protease Cathapsin D      کاتاپسین B - کاتاپسین B با انتقال به هسته در مرگ سلولی شرکت می کنند.- پروتئازهای لیزوزومی بطور غیرمستقیم باعث غیرطبیعی شدن عمل میتوکندری و آزاد سازی پروتئینهای میتوکندری می گردد.-  پروتئازهای لیزوزومی بطور غیر مستقیم کاسپازها را شکسته وآنها را  فعال می کنند.

اسلاید 35:

اسلاید 36:

اسلاید 37: شبکه آندوپلاسمیER سنسور مهم استرس سلولی است که مانع از سنتز پروتئین و متابولیسم برای حفظ هموستازی سلول شود.اگر به ER آسیب برسد درپاسخ به آن unfolded protein response ساخته شده و باعث شروع مرگ سلولی می شود.آزاد کردن کلسیم در بخش سیتوزولی ER (به حالت غیر فعال) به سیتوپلاسم باعث فعال شدن کاسپاز 12 شده در نتیجه مرگ سلولی شروع می شود.

اسلاید 38: ER stress باعث القا نفوذپذیری غشا میتوکندری شده و بنابراین باعث فعال شدن مسیر کلاسیک آپوپتوز می شود.در اثر ER stress کلسیم آزاد شده از ER یک دسته از پروتئین های سیتوزولی بنام calpain فعال می شوند که باعث القا مرگ سلولی می گردد.

اسلاید 39:

اسلاید 40:

اسلاید 41: عوامل مهارکننده يا پیشبرنده مرگ سلولی    ارتباط CD28-B7 باعث فعال شدن پروتئین ضد apoptose،( Bcl ) می گردد.      Bidبه Bcl-2 متصل و مانع فعالیت آن شده و باعث القا مرگ سلولی می گردد.  Bimآنتاگونیست Bcl-2 است مرگ سلولی را القا می کند. مرگ سلولی از مسیر fas-Fas ligand را پروتئینی به نام Flip مهار می کند.

اسلاید 42: نقش مرگ سلولی در زندگی موجودات زنده کنترل اندازه‌ی بدن واندامهای موجودات زنده با سه فرآیند اساسی است: رشد سلولی تقسیم سلولی مرگ سلولی

اسلاید 43: سیگنال‌های داخلی : پروتئین‌های محلول که فرمان ساخت آنها توسط سلول‌های دیگر یا اتصال پروتئین های متصل شده به سطح سلول فراهم شده و محرک تقسیم، رشد و با بقا سلولی به کنترل موجود زنده کمک می کنند.میتوززا: پروتئین‌هایی‌ هستند که با رسپتور سلول باند می‌شوند و باعث تبدیل مرحله‌ی G1 سلولی به S می‌شوند. مثل رتینوبلاستوما (Rb) در مهره‌داران و منجر به فعال شدن G1-Cdk و G1/S-Cdk می‌شود

اسلاید 44: فاکتورهای رشد: محرک سلول برای رشد (افزایش توده‌های سلولی) با تحریک سنتز و از بین بردن پروتئین ها و ماکروملکول‌ها. . در جراحت PDGF) Platelet derived growth factor) توسط پلاکت‌های خون باعث تقسیم سلولی و ترمیم بافت می‌شود. بسیاری از PDGFها می‌توانند به عنوان فاکتور رشد نیز عمل کنند. فاکتورهای بقا: تحریک بقای سلول با جلوگیری از مرگ سلولی.

اسلاید 45: مصرف چای سبز پیشگیری از مرگ سلولیبیماران مبتلا به سوریازیس(آسیب DNA در مقابل نور UVA ) با استعمال موضعی، تقریباً به طور کامل ارتیمای ناشی از نور UV را حذف مي‌کند و همچنین آسیب‌های DNA وارد شده توسط نور UV نیز تا حدود زیادی برطرف مي‌شود. چای سبز فولیکول‌های موهای سطح پوست بدن را نیز در مقابل آپوپتوز  (مرگ برنامه ریزی شده ) ناشی از تابش پرتو گاما محافظت مي‌کند. اپی گالو کاتچین 3-گالات  (EGCG) یکی از معروف‌ترین پلی‌فنل‌های موجود در برگ‌های چای سبز است .

اسلاید 46: نقش EGCG در القاي بیان کاسپاز  14 (یکی از پروتئین‌های دخیل در مرگ برنامه‌ریزی شده سلول و همچنین تمایز سلول‌ها) و پروتئین P53 است. در بیماری‌هایی از قبیل سوریازیس بیان پروتئین کاسپاز 14 در سطح پایینی انجام مي‌شود و همین امر مسئول تمایز  ناقص ‌اين سلول‌ها مي‌باشد . می توان از ترکیب EGCG در القاي بیان کاسپاز 14 و درمان بیماری سوریازیس و حتی درمان سایر بیماری‌های پوستی که به نوعی به تمایز سلول‌های پوست مربوط مي‌شوند، کمک گرفت .

اسلاید 47: مصرف زردچوبه در پیشگیری از مرگ سلولیکورکومین در دوزهای خاصی باعث القاء آپوپتوزیس در بسیاری از سلولهای سرطانی شده و اغلب باعث توقف این سلولها در فاز G2 میتوز می شود. توقف سلولها در فاز G2 آنها را نسبت به اثرات سیتوتوکسیک رادیوتراپی حساس تر می کند. القاء آپوپتوزیس در اثر افزایش بیان کاسپازهای مختلف بخصوص کاسپازهای 3 و 8 و 9 در سلولهای سرطانی رخ می دهد. کورکومین با مهار پروتئازوم باعث فعال شدن کاسپاز 9 می گردد.

اسلاید 48: اثرات ضدباکتریائی، ضدویروسی و ضد قارچی کورکومین نیز ممکن است بخاطر اثرات آن روی القاء آپوپتوزیس در باکتریها، قارچها و سلولهای آلوده باشد. کورکومین روی آزاد شدن سیتوکروم C، تولید رادیکالهای آزاد و ثبات P53 موثر بوده و اثرات مرگ سلولی نشان می دهد. میتوکندریها نیز نقش مهمی در پرولیفراسیون سلولها و آپوپتوزیس دارند. کورکومین باعث افزایش نفوذپذیری غشاء میتوکندریها می شود و نظیر سایر مهارکننده های پروتئازوم روی سلولهای در حال پرولیفراسیون اثر قوی تری نسبت به سلولهای تمایز یافته دارد.

اسلاید 49: مثال هایی از پدیده مرگ سلولیایجاد انگشت در دست و پا افتادن دم قورباغه چوب پنبه‌ای شدن تنه درخت ایجاد بافت‌هایی مانند اسکلرانشیم

اسلاید 50:

اسلاید 51:

اسلاید 52:

اسلاید 53:

اسلاید 54:

اسلاید 55: بیماریهای ناشی از نقص مرگ سلولی پارکینسون هانتینگتون آلزایمر

اسلاید 56: مرگ سلولی در گیاهانتشكيل شدن آوندهاي چوبي از بين رفتن سلول هاي آلورون در غلات ايجاد پاسخ فوق حساسيت HR(hypersensitive response) در نتيجه حمله عوامل بيماريزا پير شدن برگ ها پیر شدن گل ها تشكيل بافت آئرانشيم

اسلاید 57: عوامل موثر در مرگ سلولی گیاهان انواع اكسيژن فعال (ROS) تركيبات NO NO و نقش آن در هومئوستازي آهن هورمون ها ساليسيليك اسيد (SA)اتیلنانتقال سیگنال کلسیمپاسخ فوق حساسیت

اسلاید 58: تغییرات مورفولوژیکی مرگ سلولی گیاهانواكوئله شدن تغيير تراوايي غشا شكسته شدن كروموزوم ها

اسلاید 59: نقش انواع اكسيژن فعال (O, OH, Ho) (Reactive Oxygen Species) با توليد سوپراكسيد خارج سلولي و انجام فرآیند اكسيداتيو، غشاء سلول غير قطبي شده و الكتروليت ها تجزيه مي شوند.توليد تركيبات (reactive oxygen species) ROS خارج سلولي با توليد تركيبات ROS در درون سلول همراه است . تولید تركيبات ROS خارج سلولي تحت تاثیرآنزيم هاي پراكسيداز متصل به ديواره سلول و نيز آنزيم NADPH اكسيداز متصل به غشاء پلاسمايي نقش انجام می شود . H O خارج سلولي مي تواند سبب افزايش رونوشت ژن HSR203 (نشانگر شناسایی فرآیند HR ) در درون سلول شود .

اسلاید 60: نقش سیگنال NO NO مرگ سلولي ناشي از (reactive oxygen specis) ROS را تشديد مي كند .NO به همراه H O خارج سلولي به صورت تشديد كننده عمل كرده و مرگ سلولي را تا ده برابر افزايش مي دهند.

اسلاید 61: No و نقش آن در هموستازی آهنافزایش آهن به فرم آزاد در سلول سبب تولید راديكال هاي هيدروكسيل ، H O و O شده و افزايش ناگهاني آهن آزاد موجب ايجاد تنش هاي اكسيداتيو در فرايند HR مي شود . تبديل آهن آزاد به فرم فریتین سبب تنظيم ابزار ژن در سطح DNA انجام مي دهد. تركيباتي مانند 9 _NOC و1 _SIN بعنوان دهنده NO نقش بازدارندگي بر آنزيم آكونيتاز دارند. NO با تاثير بر آكونيتاز سيتوزولي آن را به پروتئين تنظيم كننده سطح آهن آزاد (IRP) تبديل مي كند .

اسلاید 62: نقش هورمون هاي گياهي تزریق جيبرليك اسيد (GA) به پروتوپلاست و سلول هاي آلورون دانه غلات سبب مرگ آنها مي شود . واكوئله شدن سلولهاي آلورون تسريع مي گردد . در تراوايي غشاء پلاسمايي (PM) تغييراتي ايجاد مي شود و قابليت اتساع سلول از بين مي رود . بيان ژن رمز كننده آنزيم آلورائين بوسيله ABA كنترل مي شود، تظاهر و فعاليت اين آنزيم در جهت مرگ سلول هاي آلورون بسيار مهم است.

اسلاید 63: نقش سالیسیلیک اسید (SA)SA در سنتز يكي از دو پروتئين كيناز وابسته به ميتوژن MAPKs (Mitogen activated protein kinase) نقش اساسي دارد. اين پروتئين در توليد فرآیند HR مؤثر است .در بافت آلوده به ويروس TMV بيشترين مقدار SA در نواحي نزديك تر به سلول هاي نكروز وجود دارد، که مي تواند سيگنال هاي مقاومتي را در گياه فعال كند .

اسلاید 64: واکنشهای وابسته به ROS با تولید مقادير زياد SA به سرعت سبب تخريب ميتوكندري مي شود . احتمالا اسيد ساليسيليك نقش خود را در دو فرايند ايفاء مي كند : 1) افزايش توليد H O 2) عدم بيان سيستاتين (فرايند اخير با افزايش حساسيت سلول به پراكسيد ، در غلظت هاي كم H O سبب مرگ آن مي شود .)

اسلاید 65: نقش اتیلن تشكيل بافت آئرانشيم در ريشه از اولين نشانه مرگ سلول توسط اتيلن است . (آئرانشيم ، نسج ثانويه يا پوست تغيير يافته گياهان آبي و داراي حفره هاي بزرگ داخل سلول است .) وجود پيش ماده سنتز اتيلن بنام آمينو سيكلوپرويان كربوكسيليك اسيد (ACC) موجب مرگ سلول هاي اپيدرم درگیاهان غوطه ور در آب مي شود .(به كمك بازدارنده هاي اتيلن مي توان از مرگ سلولها جلوگيري كرد .)

اسلاید 66: نقش انتقال سیگنال کلسیم پروتئين كينازهاي حاوي مركز فعال شبه كالمودوليني (Calmodulin _like domain protein kinases ) CDPKs هستند كه از طريق نظام آبشاري فسفريله كردن، پروتئين ها را فعال مي كنند . هنگام ايجاد پاسخ هاي مقاومتي پروتئين CDPKs فعال شده و احتمالا در پاسخ به افزايش سطح كلسيم سيتوزولي موجب فعال شدن NADPH اكسيداز مي شود .

اسلاید 67: نقش مرگ سلولی - پاسخ فوق حساسیت (HR) - پیری گیاهان ایجاد سرعت عمل زیاد برای مقابله با بیماریهای گیاهی است.تولید پروتئین های حاصل از ژنهای پیری كه گياه را از آسيب هاي اكسيداتيو ناشي از يونهاي فلزي و اختلالات ذخيره اي و انتقالي آنها محافظت مي كنند .

اسلاید 68: از توجه شما سپاسگزارم