Transcript pps
Slide 1
CHƯƠNG V
CHƯƠNG TRÌNH TẾ BÀO CHẾT
(Molecular biology of the cell: Apoptosis)
TS. ĐỖ HIẾU LIÊM
Slide 2
5.1. ĐẠI CƯƠNG
5.2. TÍN HIỆU “SỐNG” VÀ TÍN HIỆU “CHẾT”
5.2.1. Tín hiệu sống - Yếu tố nuôi dưỡng
5.2.2. Tín hiệu “chết” - Yếu tố tiêu diệt
5.3. CASPASES
5.3.1. Cấu tạo
5.3.2. Sự hoạt hóa procaspases
5.4.CƠ CHẾ APOPTOSIS
5.4.1. Con đường apoptosis nội bào phụ thuộc ty thể
5.4.2. Các yếu tố điều hòa con đường apoptosis nội bào
5.4.3. Con đường apoptosis ngoại bào
5.5. TÍN HIỆU “SỐNG” ỨC CHẾ APOPTOSIS
2
Slide 3
Hình 1. Tiến trình necrosis và apoptosis
3
Slide 4
5.1. ĐẠI CƯƠNG
Hiện tượng tế bào bị chết có thể xem là “số phận nghiệt
ngã của tế bào, một số phận kỳ quặt”. Nhưng dù sao điều
này cũng rất là quan trọng và cần thiết cho sự sống của
động vật.
Cái “chết” của tế bào bao gồm chết không do tự thân non by oneself hay tế bào bị giết chết (nercosis) và chết do
tự thân - by oneself hay tế bào được giết chết hoặc chết
theo chương trình (apoptosis).
-Nercosis là hiện tượng tế bào bị tiêu diệt khi chúng bị tổn
thương do các tác nhân ngoại lai.
-Apoptosis là hiện tượng tế bào chết do các tác nhân nội
tại nhằm cân bằng hệ sinh thái, bảo vệ tính toàn vẹn của
cơ thể và đảm bảo sự sống cho động vật.
4
Slide 5
Apoptosis tiến hành theo 2 phương cách:
(1). Sự sống của hầu hết các tế bào sinh vật đa bào đòi hỏi
sự hiện diện của những tín hiệu “sống” (survival signals)
hay các yếu tố nuôi dưỡng (trophic factors). Nếu không có
tín hiệu này thì tế bào sẽ kích hoạt chương trình tự sát
(suicide program).
(2). Apoptosis có vai trò quan trọng đối với các tế bào miễn
dịch như tập đoàn lymphocytes, những tín hiệu đặc biệt sẽ
có tác động điều dẫn chương trình “sát nhân” (murder
program) để tiêu diệt các tế bào “yếu kém, biến chất…),
chọn lọc những phần tử ưu tú, nhằm tạo sức đề kháng và
giúp cho cơ thể chống chọi với các tác nhân gây bệnh.
5
Slide 6
6
Slide 7
5.2. TÍN HIỆU “SỐNG” VÀ TÍN HIỆU “CHẾT”
5.2.1. Tín hiệu “sống” hay yếu tố nuôi dưỡng
(1).Yếu tố nuôi dưỡng thần kinh (Neurotropin factors )
• Dây thần kinh (thụ trạng và trụ giác) phát triển từ tế bào
chất, kéo dài ra, liên kết với các neuron khác (trụ giác + thụ
trạng) để hình thành hệ thần kinh. Quá trình phát triển do
tác động của yếu tố tăng trưởng thần kinh (nerve growth
factor-NGF)”.
Hình 2. Sự điều chỉnh số lượng tế bào thần kinh
7
Slide 8
• NGF là dimer đồng thể (homodimer) với 2 chuỗi
polypeptide có 118 cấu tử amino acid, NGF thuộc gia đình
yếu tố nuôi dưỡng liên quan đến cấu trúc và chức năng
sinh học của neuron. Ngoài ra, các yếu tố tương tự khác
như yếu tố nuôi dưỡng thần kinh xuất phát từ não (Brainderived neurotrophic factor-BDNF) và yếu tố nuôi dưỡng
thần kinh-3 (neurotrophin 3 -NT-3).
(2). Neurotropin receptors
• Neurotrophin receptors thuộc họ receptor tyrosine
kinases, ký hiệu là Trks ( đọc là tracks).
• Gồm: NGF liên kết với TrkA; BDNF liên kết với
TrkB; và NT-3 liên kết với TrkC.
8
Slide 9
Hình 3. Các loại
neurotrophin receptor
•Sự liên kết giữa các yếu tố với receptor tương ứng để trở
thành tín hiệu sống, giúp cho quá trình biệt hóa các loại
neurons.
•Type 2 của receptor NTR là p75NTR có thể liên kết với
neurotrophins, nhưng kém hơn.
•Sự tương tác giữa NGF với p75NTR trong trường hợp vắng
mặt TrkA có thể thúc đẩy tế bào chết hơn là ngăn ngừa
chúng.
9
Slide 10
(3). NGF hay NGF receptor knockout ở chuột
Hình 4. NGF hay NGF
receptor knockout ở
chuột
Sự biệt hóa các neuron cảm giác bị tổn thất ở chuột NGF knockout
hay NGF receptor knockout:
(a)Bình thường với các neuron cảm giác.
(b) Đột biến, knockout NGF hoặc TrkA, các neuron cảm giác cạn
(nociceptive neuron)(xanh) phân bố đến da biến mất.
(c) Đột biến, knockout NT-3 hoặc TrkC, các neuron cảm giác sâu
(proprioceptive neuron)(đỏ) phân bố đến mô cơ biến mất.
10
Slide 11
(4). Cơ chế tác động của yếu tố nuôi dưỡng
Hình 5. Tác động của yếu tố nuôi dưỡng (Tropic factor)
11
Slide 12
5.2.2. Tín hiệu “chết” hay yếu tố tiêu diệt
(1). Tumor necrosis factor (Yếu tố tiêu diệt bướu – TNF)
Mặc dù tế bào chết khi vắng mặt các yếu tố sống, nhưng
tiến trình apoptosis có thể bị kích thích bởi các tính hiệu
“chết” như yếu tố tiêu diệt bướu (TNF).
TNF được phóng thích từ macrophage, có tác động gây ra
cái chết cho tế bào, tiêu diệt mô bào trong các trường hợp
viêm nhiễm mãn tính.
Một loại tín hiệu quan trọng khác có thể điều dẫn sự chết
là Fas ligand, Fas là một loại protein trên bề mặt tế bào
được biểu hiện nhờ vào sự kích hoạt của các tế bào sát thủ
tự nhiên (natural killer cells) và cytotoxic T lymphocytes.
Đây là những tín hiệu quan trọng làm bùng nổ sự giết chết
các tế bào cảm nhiễm virus hoặc vài loại tế bào bướu hay tế
bào ghép ngoại lai.
12
Slide 13
Cả hai loại TNF và Fas ligand có tác động thông qua
receptors “chết-death” trên bề mặt tế bào. Các receptors
này có thành phần domain đơn xuyên màng và được hoạt
hóa khi liên kết với ligand.
Phức hợp trimeric receptor tấn công vào protein FADD
(Fas-associated death domain) với tác động uốn nắn và
chọn lọc con đường kích hoạt caspase-8.
Caspase-8 là enzyme mở đầu giúp cho tế bào có khả năng
tiếp nhận tín hiệu “chết”. Domain “chết” được tìm thấy
trong phân tử FADD, đây là bộ phận gồm một số protein
tham gia trong tiến trình apoptosis. Một trong số đó ở dạng
hoạt động như caspase-8. Enzyme này tiếp tục kích hoạt các
caspase khác, đồng thời khuyếch đại tác động dòng thác
của caspases để tiêu diệt tế bào.
13
Slide 14
5.3. CASPASES
5.3.1. Cấu tạo
• Caspases là enzyme phân giải protein (proteases), được
tổng hợp trong tế bào dưới dạng tiền chất không hoạt
động (procaspases).
•Vị trí hoạt động của caspases là cấu tử cystein, enzyme
này có tác động tách tiểu phần protein đích tại cấu tử
aspartic acid. Do vậy, chúng được đặt tên là caspases (“c
“ cysteine và “asp” aspartate).
• Không phải tất cả caspases đều tham dự vào apoptosis.
Caspase đầu tiên được tinh khiết hóa từ một loại protein
ở người được gọi là enzyme hoán chuyển interleukin-1
(interleukin-1-converting enzyme-ICE), có vai trò đáp ứng
với phản ứng viêm bằng cách cắt một đoạn peptide từ
protein tiền chất, tạo ra interleukin 1 đáp ứng phản ứng
viêm (IL-1) hơn là tham gia quá trình chết của tế bào.
14
Slide 15
Bảng 1. Một số loại caspases ở người
Đáp ứng
Loại caspases
Caspase đáp ứng phản ứng viêm Caspase 1 (ICE), 4, 5
Caspase tham gia apoptosis
Caspase khởi dẫn (Initiator )
Caspase 2, 8, 9, 10
Caspase đao phủ (Executioner)
Caspase 3, 6, 7
5.3.2. Sự hoạt hóa procaspases
• Procaspase là heterodimer, gồm 2 subunit, cắt domain
subunit lớn ở đầu NH2 trên procaspase do caspase khác
đã hoạt động, trùng hợp dạng tetramer. Khi caspase hoạt
động, chúng tiếp tục hoạt hóa các procaspase khác tạo ra
hiệu ứng khuyếch đại dòng thác phân giải protein
(proteolytic cascade).
15
Slide 16
NH2
NH2
Caspase
(hoạt động)
COOH COOH
Procaspase
Caspase
(hoạt động)
Caspase
(hoạt động)
Dòng thác caspases
Prodomain
Các phân tử caspases “đao phủ”
Hình 6. Sự hoạt hóa procaspase và
tác động dòng thác của caspase
Cleavage
of cytosolic
protein
Cleavage
of nuclear
lamin
16
Slide 17
5.3.3. Tác động dòng thác của caspases
•Đối tượng của caspase là các thành phần protein của tế bào
(target protein) như protein phiến nhân, endonuclease phân
giải DNA, protein khung xương (cytoskeleton), protein liên
kết giữa các tế bào (cell-cell adhesion protein).
•Caspase có tác động không chỉ tiêu diệt và khuyếch đại tác
động phân giải protein mà tiến trình này còn không thể đảo
ngược. Do đó, tế bào chỉ còn một cách là đi vào cỏi chết
bằng chương trình apoptosis.
5.4. CƠ CHẾ APOPTOSIS
Cơ chế apoptosis hay kích hoạt tác động dòng thác
caspases ở tế bào hữu nhũ được tiến hành theo 2 con
đường:
- Con đường apoptosis nội bào phụ thuộc ty thể
- Con đường apoptosis ngoại bào.
17
Slide 18
5.4.1. Con đường apoptosis nội bào phụ thuộc ty thể
(Intrinsic pathway apoptosis depend on mitochondria)
Các tế bào có thể kích hoạt apoptosis từ các yếu tố bên
trong và sự đáp ứng này chỉ xảy ra khi tế bào bị tổn
thương hay bị stress, như DNA bị tổn thương hay thiếu
oxygen, dinh dưỡng hoặc sự hiện diện của các tín hiệu
“sống” ở ngoại bào.
Sự kích hoạt apoptosis nội bào phụ thuộc sự phóng thích
cytochrome c (thành phần cấu tạo của chuỗi hô hấp mô
bào).
Tác động của Cyt.c: Liên kết với procaspase-activating
adaptor protein được gọi là Apaf-1(apoptotic protease
activating factor-1), tổ hợp lại với nhau tạo thành
heptamer (7 đơn vị, dạng bánh xe) gọi là apoptosome.
18
Slide 19
Apaf-1 trong apoptosome kích ứng procaspase mở đầu
(procaspase-9), từ đó kích thích dòng thác procaspase sát
thủ để điều dẫn apoptosis.
Hình 7. Sự kích hoạt Apaf-1 và tác động của apoptosome
19
Slide 20
5.4.2. Các yếu tố điều hòa con đường apoptosis nội bào
•Các loại protein tham gia quá trình điều hòa apoptosis:
Bcl-2, IAPs (inhibitor of apoptosis protein) và anti-IAPs
(1). Protein Bcl-2
•Protein Bcl-2 điều hòa con đường apoptosis nội bào bằng
cách kiểm soát sự phóng thích cytochrome c và các protein
khác từ khoảng không gian giữa 2 màng ty thể vào tế bào
chất.
•Protein Bcl-2 có 2 loại: Pro-apoptotic và anti-apoptotic
-Pro-apoptotic Bcl-2: Gia tăng phóng thích Cyt c và nâng
cấp apoptosis. Gồm BH123 proteins và BH3-only proteins.
BH123 proteins là Bax and Bak, có cấu trúc tương tự như
Bcl-2 nhưng thiếu BH4 domain. BH3-only proteins tương
đồng với Bcl-2, chỉ có BH3 domain.
20
Slide 21
Hình 8. Các loại pro-apoptotic BH 123 protein và
anti-apoptotic Bcl-2 protein
•Bax và Bak trong tế bào chất và chỉ chuyển vị vào ty thể,
hệ lưới võng nội, màng nhân khi có tín hiệu apoptosis, làm
tăng sự phóng thích Cyt c và protein ở khoảng không gian
giữa hai màng ty thể hoặc là phóng thích Ca2+ ở hệ võng
nội.
21
Slide 22
-Anti-apoptotic Bcl-2: Ngăn chận sự phóng thích Cyt c và
ức chế apoptosis. Gồm Bcl-2 tự thân và Bcl-XL, phân biệt
dựa vào Bcl-2 homology (BH) domains (BH1, 2, 3, 4).
Anti-apoptotic protein trong tế bào chất định vị ở lớp
màng ngoài ty thể, hệ võng nội và màng nhân, tác động
ngược lại Bax và Bak.
(2).IAPs trong tế bào chất, có tác động ngăn ngừa
apoptosis xảy ra bất chợt khi procaspases được hoạt hóa
tự nhiên.
(3). Anti-IAPs là protein ở khoảng không gian giữa 2 màng
ty thể, chúng được phóng thích vào tế bào chất khi có tín
hiệu apoptosis và thực hiện tác động khóa IAPs
22
Slide 23
Hình 9. Tác động proapoptotic BH3 - only protein
và anti-apoptotic Bcl-2
protein điều hòa apoptosis
nội bào
23
Slide 24
Hình 10. Tác động IAPs và anti-IAPs điều hòa apoptosis nội bào
24
Slide 25
5.4.3. Con đường apoptosis ngoại bào
(Extrinsic pathway apoptosis)
Tín hiệu protein ngoại bào liên kết với receptor “chết” trên
bề mặt tế bào mở đầu apoptosis.
Receptor “chết” là một loại protein xuyên màng có chứa
những domain: domain liên kết với ligand ngoại bào, và
domain “chết” trong tế bào chất.
Apoptosis chỉ có thể bắt đầu khi receptor “chết” được kích
hoạt. Các receptor “chết” là homotrimers, thuộc họ
receptor của yếu tố tiêu diệt bướu (tumor necrosis factorTNF) gồm TNF receptor và Fas-death receptor.
Ligands kích hoạt receptor “chết” cũng là trimer đồng thể,
chúng có cấu trúc liên hệ với protein tín hiệu trong họ TNF.
25
Slide 26
•Phản ứng kích hoạt Fas - death receptor ở tế bào đích khi
liên kết với Fas ligand ở lymphocyte sát thủ (cytotoxic
lymphocyte) khơi mào apoptosis.
•Domain “chết” (Fas-associated death domain-FADD) ở
phần đuôi của receptor “chết” trong tế bào chất sẽ kích
ứng các protein uốn nắn (adaptor proteins) nội bào, dẫn
đến sự kích thích thành phần procaspase mở đầu (initiator
procaspases) như procaspase-8, procaspase-10 hoặc cả
hai) bằng cách tạo phức hợp tín hiệu điều dẫn sự chết
(death-inducing signaling complex-DISC).
•Một trong số phức hợp DISC được hoạt hóa trở thành
caspases mở đầu, chúng kích thích dòng thác procaspases
sát thủ (executioner procaspases) điều dẫn apoptosis.
26
Slide 27
•Tuy nhiên, ở một vài loại tế bào, con đường ngoại bào phối
hợp cùng con đường nội bào để khuyếch đại chuỗi phản
ứng caspases để giết chết tế bào.
•Nhiều loại tế bào có khả năng tạo ra các protein ức chế tác
động trong tế bào và ngoài tế bào nhằm ngăn cản con
đường ngoại bào.
Ví dụ:
-Tạo ra các receptors “ngụy trang” trên bề mặt tế bào,
receptors này có domain liên kết với ligand nhưng không
phải là domain “chết” nên không kích hoạt apoptosis.
-Tế bào cũng có thể tạo các protein ức chế nội bào như Flip,
chúng tác động vào domain phân giải protein trong
procaspase mở đầu, cạnh tranh với procaspase-8 và
procaspase-10 cho vị trí liên kết trong DISC.
27
Slide 28
Hình 11. Con đường tác động apoptosis ngoại bào
APOPTOSIS
DULANERMIN
NAVITOCLAX
28
Slide 29
5.5.TÍN HIỆU “SỐNG” ỨC CHẾ APOPTOSIS
Các tín hiệu ngoại bào-tín hiệu “sống” có tác động ức
chế apoptosis bằng nhiều con đường
Hình 12. Tín hiệu ngoại bào ức chế apoptosis
29
CHƯƠNG V
CHƯƠNG TRÌNH TẾ BÀO CHẾT
(Molecular biology of the cell: Apoptosis)
TS. ĐỖ HIẾU LIÊM
Slide 2
5.1. ĐẠI CƯƠNG
5.2. TÍN HIỆU “SỐNG” VÀ TÍN HIỆU “CHẾT”
5.2.1. Tín hiệu sống - Yếu tố nuôi dưỡng
5.2.2. Tín hiệu “chết” - Yếu tố tiêu diệt
5.3. CASPASES
5.3.1. Cấu tạo
5.3.2. Sự hoạt hóa procaspases
5.4.CƠ CHẾ APOPTOSIS
5.4.1. Con đường apoptosis nội bào phụ thuộc ty thể
5.4.2. Các yếu tố điều hòa con đường apoptosis nội bào
5.4.3. Con đường apoptosis ngoại bào
5.5. TÍN HIỆU “SỐNG” ỨC CHẾ APOPTOSIS
2
Slide 3
Hình 1. Tiến trình necrosis và apoptosis
3
Slide 4
5.1. ĐẠI CƯƠNG
Hiện tượng tế bào bị chết có thể xem là “số phận nghiệt
ngã của tế bào, một số phận kỳ quặt”. Nhưng dù sao điều
này cũng rất là quan trọng và cần thiết cho sự sống của
động vật.
Cái “chết” của tế bào bao gồm chết không do tự thân non by oneself hay tế bào bị giết chết (nercosis) và chết do
tự thân - by oneself hay tế bào được giết chết hoặc chết
theo chương trình (apoptosis).
-Nercosis là hiện tượng tế bào bị tiêu diệt khi chúng bị tổn
thương do các tác nhân ngoại lai.
-Apoptosis là hiện tượng tế bào chết do các tác nhân nội
tại nhằm cân bằng hệ sinh thái, bảo vệ tính toàn vẹn của
cơ thể và đảm bảo sự sống cho động vật.
4
Slide 5
Apoptosis tiến hành theo 2 phương cách:
(1). Sự sống của hầu hết các tế bào sinh vật đa bào đòi hỏi
sự hiện diện của những tín hiệu “sống” (survival signals)
hay các yếu tố nuôi dưỡng (trophic factors). Nếu không có
tín hiệu này thì tế bào sẽ kích hoạt chương trình tự sát
(suicide program).
(2). Apoptosis có vai trò quan trọng đối với các tế bào miễn
dịch như tập đoàn lymphocytes, những tín hiệu đặc biệt sẽ
có tác động điều dẫn chương trình “sát nhân” (murder
program) để tiêu diệt các tế bào “yếu kém, biến chất…),
chọn lọc những phần tử ưu tú, nhằm tạo sức đề kháng và
giúp cho cơ thể chống chọi với các tác nhân gây bệnh.
5
Slide 6
6
Slide 7
5.2. TÍN HIỆU “SỐNG” VÀ TÍN HIỆU “CHẾT”
5.2.1. Tín hiệu “sống” hay yếu tố nuôi dưỡng
(1).Yếu tố nuôi dưỡng thần kinh (Neurotropin factors )
• Dây thần kinh (thụ trạng và trụ giác) phát triển từ tế bào
chất, kéo dài ra, liên kết với các neuron khác (trụ giác + thụ
trạng) để hình thành hệ thần kinh. Quá trình phát triển do
tác động của yếu tố tăng trưởng thần kinh (nerve growth
factor-NGF)”.
Hình 2. Sự điều chỉnh số lượng tế bào thần kinh
7
Slide 8
• NGF là dimer đồng thể (homodimer) với 2 chuỗi
polypeptide có 118 cấu tử amino acid, NGF thuộc gia đình
yếu tố nuôi dưỡng liên quan đến cấu trúc và chức năng
sinh học của neuron. Ngoài ra, các yếu tố tương tự khác
như yếu tố nuôi dưỡng thần kinh xuất phát từ não (Brainderived neurotrophic factor-BDNF) và yếu tố nuôi dưỡng
thần kinh-3 (neurotrophin 3 -NT-3).
(2). Neurotropin receptors
• Neurotrophin receptors thuộc họ receptor tyrosine
kinases, ký hiệu là Trks ( đọc là tracks).
• Gồm: NGF liên kết với TrkA; BDNF liên kết với
TrkB; và NT-3 liên kết với TrkC.
8
Slide 9
Hình 3. Các loại
neurotrophin receptor
•Sự liên kết giữa các yếu tố với receptor tương ứng để trở
thành tín hiệu sống, giúp cho quá trình biệt hóa các loại
neurons.
•Type 2 của receptor NTR là p75NTR có thể liên kết với
neurotrophins, nhưng kém hơn.
•Sự tương tác giữa NGF với p75NTR trong trường hợp vắng
mặt TrkA có thể thúc đẩy tế bào chết hơn là ngăn ngừa
chúng.
9
Slide 10
(3). NGF hay NGF receptor knockout ở chuột
Hình 4. NGF hay NGF
receptor knockout ở
chuột
Sự biệt hóa các neuron cảm giác bị tổn thất ở chuột NGF knockout
hay NGF receptor knockout:
(a)Bình thường với các neuron cảm giác.
(b) Đột biến, knockout NGF hoặc TrkA, các neuron cảm giác cạn
(nociceptive neuron)(xanh) phân bố đến da biến mất.
(c) Đột biến, knockout NT-3 hoặc TrkC, các neuron cảm giác sâu
(proprioceptive neuron)(đỏ) phân bố đến mô cơ biến mất.
10
Slide 11
(4). Cơ chế tác động của yếu tố nuôi dưỡng
Hình 5. Tác động của yếu tố nuôi dưỡng (Tropic factor)
11
Slide 12
5.2.2. Tín hiệu “chết” hay yếu tố tiêu diệt
(1). Tumor necrosis factor (Yếu tố tiêu diệt bướu – TNF)
Mặc dù tế bào chết khi vắng mặt các yếu tố sống, nhưng
tiến trình apoptosis có thể bị kích thích bởi các tính hiệu
“chết” như yếu tố tiêu diệt bướu (TNF).
TNF được phóng thích từ macrophage, có tác động gây ra
cái chết cho tế bào, tiêu diệt mô bào trong các trường hợp
viêm nhiễm mãn tính.
Một loại tín hiệu quan trọng khác có thể điều dẫn sự chết
là Fas ligand, Fas là một loại protein trên bề mặt tế bào
được biểu hiện nhờ vào sự kích hoạt của các tế bào sát thủ
tự nhiên (natural killer cells) và cytotoxic T lymphocytes.
Đây là những tín hiệu quan trọng làm bùng nổ sự giết chết
các tế bào cảm nhiễm virus hoặc vài loại tế bào bướu hay tế
bào ghép ngoại lai.
12
Slide 13
Cả hai loại TNF và Fas ligand có tác động thông qua
receptors “chết-death” trên bề mặt tế bào. Các receptors
này có thành phần domain đơn xuyên màng và được hoạt
hóa khi liên kết với ligand.
Phức hợp trimeric receptor tấn công vào protein FADD
(Fas-associated death domain) với tác động uốn nắn và
chọn lọc con đường kích hoạt caspase-8.
Caspase-8 là enzyme mở đầu giúp cho tế bào có khả năng
tiếp nhận tín hiệu “chết”. Domain “chết” được tìm thấy
trong phân tử FADD, đây là bộ phận gồm một số protein
tham gia trong tiến trình apoptosis. Một trong số đó ở dạng
hoạt động như caspase-8. Enzyme này tiếp tục kích hoạt các
caspase khác, đồng thời khuyếch đại tác động dòng thác
của caspases để tiêu diệt tế bào.
13
Slide 14
5.3. CASPASES
5.3.1. Cấu tạo
• Caspases là enzyme phân giải protein (proteases), được
tổng hợp trong tế bào dưới dạng tiền chất không hoạt
động (procaspases).
•Vị trí hoạt động của caspases là cấu tử cystein, enzyme
này có tác động tách tiểu phần protein đích tại cấu tử
aspartic acid. Do vậy, chúng được đặt tên là caspases (“c
“ cysteine và “asp” aspartate).
• Không phải tất cả caspases đều tham dự vào apoptosis.
Caspase đầu tiên được tinh khiết hóa từ một loại protein
ở người được gọi là enzyme hoán chuyển interleukin-1
(interleukin-1-converting enzyme-ICE), có vai trò đáp ứng
với phản ứng viêm bằng cách cắt một đoạn peptide từ
protein tiền chất, tạo ra interleukin 1 đáp ứng phản ứng
viêm (IL-1) hơn là tham gia quá trình chết của tế bào.
14
Slide 15
Bảng 1. Một số loại caspases ở người
Đáp ứng
Loại caspases
Caspase đáp ứng phản ứng viêm Caspase 1 (ICE), 4, 5
Caspase tham gia apoptosis
Caspase khởi dẫn (Initiator )
Caspase 2, 8, 9, 10
Caspase đao phủ (Executioner)
Caspase 3, 6, 7
5.3.2. Sự hoạt hóa procaspases
• Procaspase là heterodimer, gồm 2 subunit, cắt domain
subunit lớn ở đầu NH2 trên procaspase do caspase khác
đã hoạt động, trùng hợp dạng tetramer. Khi caspase hoạt
động, chúng tiếp tục hoạt hóa các procaspase khác tạo ra
hiệu ứng khuyếch đại dòng thác phân giải protein
(proteolytic cascade).
15
Slide 16
NH2
NH2
Caspase
(hoạt động)
COOH COOH
Procaspase
Caspase
(hoạt động)
Caspase
(hoạt động)
Dòng thác caspases
Prodomain
Các phân tử caspases “đao phủ”
Hình 6. Sự hoạt hóa procaspase và
tác động dòng thác của caspase
Cleavage
of cytosolic
protein
Cleavage
of nuclear
lamin
16
Slide 17
5.3.3. Tác động dòng thác của caspases
•Đối tượng của caspase là các thành phần protein của tế bào
(target protein) như protein phiến nhân, endonuclease phân
giải DNA, protein khung xương (cytoskeleton), protein liên
kết giữa các tế bào (cell-cell adhesion protein).
•Caspase có tác động không chỉ tiêu diệt và khuyếch đại tác
động phân giải protein mà tiến trình này còn không thể đảo
ngược. Do đó, tế bào chỉ còn một cách là đi vào cỏi chết
bằng chương trình apoptosis.
5.4. CƠ CHẾ APOPTOSIS
Cơ chế apoptosis hay kích hoạt tác động dòng thác
caspases ở tế bào hữu nhũ được tiến hành theo 2 con
đường:
- Con đường apoptosis nội bào phụ thuộc ty thể
- Con đường apoptosis ngoại bào.
17
Slide 18
5.4.1. Con đường apoptosis nội bào phụ thuộc ty thể
(Intrinsic pathway apoptosis depend on mitochondria)
Các tế bào có thể kích hoạt apoptosis từ các yếu tố bên
trong và sự đáp ứng này chỉ xảy ra khi tế bào bị tổn
thương hay bị stress, như DNA bị tổn thương hay thiếu
oxygen, dinh dưỡng hoặc sự hiện diện của các tín hiệu
“sống” ở ngoại bào.
Sự kích hoạt apoptosis nội bào phụ thuộc sự phóng thích
cytochrome c (thành phần cấu tạo của chuỗi hô hấp mô
bào).
Tác động của Cyt.c: Liên kết với procaspase-activating
adaptor protein được gọi là Apaf-1(apoptotic protease
activating factor-1), tổ hợp lại với nhau tạo thành
heptamer (7 đơn vị, dạng bánh xe) gọi là apoptosome.
18
Slide 19
Apaf-1 trong apoptosome kích ứng procaspase mở đầu
(procaspase-9), từ đó kích thích dòng thác procaspase sát
thủ để điều dẫn apoptosis.
Hình 7. Sự kích hoạt Apaf-1 và tác động của apoptosome
19
Slide 20
5.4.2. Các yếu tố điều hòa con đường apoptosis nội bào
•Các loại protein tham gia quá trình điều hòa apoptosis:
Bcl-2, IAPs (inhibitor of apoptosis protein) và anti-IAPs
(1). Protein Bcl-2
•Protein Bcl-2 điều hòa con đường apoptosis nội bào bằng
cách kiểm soát sự phóng thích cytochrome c và các protein
khác từ khoảng không gian giữa 2 màng ty thể vào tế bào
chất.
•Protein Bcl-2 có 2 loại: Pro-apoptotic và anti-apoptotic
-Pro-apoptotic Bcl-2: Gia tăng phóng thích Cyt c và nâng
cấp apoptosis. Gồm BH123 proteins và BH3-only proteins.
BH123 proteins là Bax and Bak, có cấu trúc tương tự như
Bcl-2 nhưng thiếu BH4 domain. BH3-only proteins tương
đồng với Bcl-2, chỉ có BH3 domain.
20
Slide 21
Hình 8. Các loại pro-apoptotic BH 123 protein và
anti-apoptotic Bcl-2 protein
•Bax và Bak trong tế bào chất và chỉ chuyển vị vào ty thể,
hệ lưới võng nội, màng nhân khi có tín hiệu apoptosis, làm
tăng sự phóng thích Cyt c và protein ở khoảng không gian
giữa hai màng ty thể hoặc là phóng thích Ca2+ ở hệ võng
nội.
21
Slide 22
-Anti-apoptotic Bcl-2: Ngăn chận sự phóng thích Cyt c và
ức chế apoptosis. Gồm Bcl-2 tự thân và Bcl-XL, phân biệt
dựa vào Bcl-2 homology (BH) domains (BH1, 2, 3, 4).
Anti-apoptotic protein trong tế bào chất định vị ở lớp
màng ngoài ty thể, hệ võng nội và màng nhân, tác động
ngược lại Bax và Bak.
(2).IAPs trong tế bào chất, có tác động ngăn ngừa
apoptosis xảy ra bất chợt khi procaspases được hoạt hóa
tự nhiên.
(3). Anti-IAPs là protein ở khoảng không gian giữa 2 màng
ty thể, chúng được phóng thích vào tế bào chất khi có tín
hiệu apoptosis và thực hiện tác động khóa IAPs
22
Slide 23
Hình 9. Tác động proapoptotic BH3 - only protein
và anti-apoptotic Bcl-2
protein điều hòa apoptosis
nội bào
23
Slide 24
Hình 10. Tác động IAPs và anti-IAPs điều hòa apoptosis nội bào
24
Slide 25
5.4.3. Con đường apoptosis ngoại bào
(Extrinsic pathway apoptosis)
Tín hiệu protein ngoại bào liên kết với receptor “chết” trên
bề mặt tế bào mở đầu apoptosis.
Receptor “chết” là một loại protein xuyên màng có chứa
những domain: domain liên kết với ligand ngoại bào, và
domain “chết” trong tế bào chất.
Apoptosis chỉ có thể bắt đầu khi receptor “chết” được kích
hoạt. Các receptor “chết” là homotrimers, thuộc họ
receptor của yếu tố tiêu diệt bướu (tumor necrosis factorTNF) gồm TNF receptor và Fas-death receptor.
Ligands kích hoạt receptor “chết” cũng là trimer đồng thể,
chúng có cấu trúc liên hệ với protein tín hiệu trong họ TNF.
25
Slide 26
•Phản ứng kích hoạt Fas - death receptor ở tế bào đích khi
liên kết với Fas ligand ở lymphocyte sát thủ (cytotoxic
lymphocyte) khơi mào apoptosis.
•Domain “chết” (Fas-associated death domain-FADD) ở
phần đuôi của receptor “chết” trong tế bào chất sẽ kích
ứng các protein uốn nắn (adaptor proteins) nội bào, dẫn
đến sự kích thích thành phần procaspase mở đầu (initiator
procaspases) như procaspase-8, procaspase-10 hoặc cả
hai) bằng cách tạo phức hợp tín hiệu điều dẫn sự chết
(death-inducing signaling complex-DISC).
•Một trong số phức hợp DISC được hoạt hóa trở thành
caspases mở đầu, chúng kích thích dòng thác procaspases
sát thủ (executioner procaspases) điều dẫn apoptosis.
26
Slide 27
•Tuy nhiên, ở một vài loại tế bào, con đường ngoại bào phối
hợp cùng con đường nội bào để khuyếch đại chuỗi phản
ứng caspases để giết chết tế bào.
•Nhiều loại tế bào có khả năng tạo ra các protein ức chế tác
động trong tế bào và ngoài tế bào nhằm ngăn cản con
đường ngoại bào.
Ví dụ:
-Tạo ra các receptors “ngụy trang” trên bề mặt tế bào,
receptors này có domain liên kết với ligand nhưng không
phải là domain “chết” nên không kích hoạt apoptosis.
-Tế bào cũng có thể tạo các protein ức chế nội bào như Flip,
chúng tác động vào domain phân giải protein trong
procaspase mở đầu, cạnh tranh với procaspase-8 và
procaspase-10 cho vị trí liên kết trong DISC.
27
Slide 28
Hình 11. Con đường tác động apoptosis ngoại bào
APOPTOSIS
DULANERMIN
NAVITOCLAX
28
Slide 29
5.5.TÍN HIỆU “SỐNG” ỨC CHẾ APOPTOSIS
Các tín hiệu ngoại bào-tín hiệu “sống” có tác động ức
chế apoptosis bằng nhiều con đường
Hình 12. Tín hiệu ngoại bào ức chế apoptosis
29