| Περίληψη |
Ο νεκρωτικός κυτταρικός θάνατος ευθύνεται για την εκτεταμένη απώλεια κυττάρων
υπό ακραίες συνθήκες και συντελείται συνήθως κατά τη διάρκεια έντονων εκφυλιστικών
επεισοδίων, όπως τα εγκεφαλικά και οι ισχαιμίες, καθώς και σε νευροεκφυλιστικές
παθολογικές καταστάσεις του ανθρώπου (Martin, 2001; Syntichaki and Tavernarakis, 2002).
Ανάλογο πρότυπο κυτταρικού θανάτου είναι δυνατόν να επαχθεί στο νηματώδη
Caenorhabditis elegans λόγω υπερενεργοποίησης ιοντικών καναλιών ή χαμηλής
συγκέντρωσης οξυγόνου (Driscoll and Chalfie, 1991; Scott et al., 2002). Μελέτες τόσο σε
νηματώδεις όσο και σε θηλαστικά έχουν δείξει ότι η νεκρωτική καταστροφή των κυττάρων
πραγματοποιείται με τη συμμετοχή καλπαϊνών και πρωτεασών ασπαρτικού (Syntichaki and
Tavernarakis, 2002; Yoshida et al., 2002). Η μέγιστη ενεργότητα των τελευταίων
επιτυγχάνεται υπό όξινες συνθήκες (Goll et al., 2003; Ishidoh and Kominami, 2002). Ωστόσο,
οι παράγοντες που προκαλούν μη φυσιολογική και υπερβολική ενεργοποίηση αυτών των
ενζύμων κατά τη νέκρωση δεν είναι γνωστοί.
Δεδομένα που παρουσιάζονται στην παρούσα διατριβή υποδεικνύουν ότι η
λειτουργία των κυστιδιακών ΑΤΡασών πρωτονίων, που συμβάλλουν στην οξίνιση
ενδοσωμικών και λυσοσωμικών διαμερισμάτων του κυττάρου, απαιτείται για τη νέκρωση
στο νηματώδη C. elegans. Παρεμπόδιση της δραστηριότητάς τους κατέστειλε σημαντικά το
νεκρωτικό θάνατο. Τα επίπεδα νέκρωσης μειώθηκαν επίσης μετά από επώαση ζώων σε
διαλύματα ασθενών βάσεων, που προκαλούν αύξηση στο pH φυσιολογικά όξινων
ενδοκυτταρικών οργανιδίων. Η παρακολούθηση των μεταβολών του pH, με τη χρήση
μορφών της φθορίζουσας πρωτεΐνης GFP ευαίσθητων στις συνθήκες οξύτητας, αποκάλυψε
ότι συμβαίνει οξίνιση του κυτταροπλάσματος σε εκφυλιζόμενα κύτταρα υπό την προϋπόθεση
ότι εκφράζουν λειτουργικές κυστιδιακές ΑΤΡάσες. Η δυσλειτουργία αυτών ενίσχυσε
επιπλέον την καταστολή της νέκρωσης σε νηματώδεις με δυσλειτουργικές πρωτεάσες
ασπαρτικού. Δεν παρατηρήθηκε ωστόσο περαιτέρω αύξηση του κυτταρικού θανάτου σε ζώα
με μειωμένη ενεργότητα καλπαϊνών. Συμπερασματικά, το ενδοκυτταρικό pH παίζει
σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της νέκρωσης στο C. elegans. Προτείνεται ότι η δράση των
κυστιδιακών ΑΤΡασών απαιτείται για τη δημιουργία όξινων συνθηκών που προωθούν το
νεκρωτικό θάνατο, αυξάνοντας πιθανά την ενεργότητα εκτελεστικών πρωτεασών ασπαρτικού
στα εκφυλιζόμενα κύτταρα.
Ωστόσο, η αιτία της μείωσης του κυτταροπλασματικού pH κατά τη νέκρωση
παρέμεινε ασαφής. Μεταλλαγές σε γονίδια, που συμμετέχουν στη βιογένεση και τη
λειτουργικότητα των λυσοσωμάτων, επηρέασαν σημαντικά τα επίπεδα νεκρωτικού
εκφυλισμού. Παρακολούθηση της τύχης των λυσοσωμάτων κατά το νευροεκφυλισμό σε
ζωντανούς νηματώδεις, με τη χρήση ειδικών φθοριζόντων δεικτών, έδειξε ότι τα
λυσοσώματα συντήκονται και τοποθετούνται γύρω από το διογκωμένο πυρήνα των
νευρώνων. Σε πιο προχωρημένα στάδια η εκπομπή φθορισμού από λυσοσωμικές μεμβράνες
μειώθηκε, υποδηλώνοντας διάρρηξη των λυσοσωμάτων. Σε συνδυασμό με την επίδραση της
χορήγησης ασθενών βάσεων, το σύνολο των αποτελεσμάτων υποδεικνύει ότι τα λυσοσώματα
έχουν κυρίαρχο ρόλο στην καταστροφή των κυττάρων κατά τη νέκρωση και συμβάλλουν στη
μείωση του pH, απελευθερώνοντας το όξινο περιεχόμενό τους. Παρόμοιοι μηχανισμοί
συντελούν πιθανά και στο νεκρωτικό κυτταρικό θάνατο κατά τη διάρκεια εγκεφαλικών
επεισοδίων σε ανθρώπους, όπου η δημιουργία όξινων συνθηκών αποτελεί βασικό
χαρακτηριστικό.
Το λυσοσωμικό σύστημα συμμετέχει επίσης στην αποδόμηση ενδοκυτταρικών
πρωτεϊνών και οργανιδίων, που μεταφέρονται μέσω της αυτοφαγικής διαδικασίας.
Δυσλειτουργία της αυτοφαγίας, εξαιτίας απενεργοποίησης αυτοφαγικών γονιδίων ή
χορήγησης φαρμακευτικών αναστολέων, κατέστειλε τη νέκρωση, υποδηλώνοντας ότι η
αυτοφαγία απαιτείται για το νεκρωτικό θάνατο στο C. elegans. Επιπλέον, παρατηρήθηκε
υπερβολική αύξηση του αριθμού των αυτοφαγοσωμάτων σε πρώιμα στάδια
νευροεκφυλισμού, ενώ σε πιο προχωρημένα στάδια τα αυτοφαγοσώματα συγκεντρώθηκαν
στην περιφέρεια του πυρήνα των εκφυλιζόμενων νευρώνων, όπου εμφάνισαν μερικό ή ολικό
συνεντοπισμό με λυσοσώματα και μιτοχόνδρια. Διαπιστώθηκε επίσης ότι η επαγωγή της
αυτοφαγίας έπεται της ενεργοποίησης καλπαϊνών και συμμετέχει στην επιτέλεση του
κυτταρικού θανάτου σε συνεργασία με λυσοσωμικούς καταβολικούς μηχανισμούς.
Συμπερασματικά, η αυτοφαγία συντελεί στην καταστροφή των κυττάρων κατά τη νέκρωση
σε νηματώδεις. Κατά συνέπεια, η παρεμπόδισή της είναι πιθανό να προσφέρει προστασία
έναντι του νεκρωτικού θανάτου και στον άνθρωπο.
|
Διερεύνηση των μηχανισμών νεκρωτικού θανάτου στο νηματώδη Caenorhabditis elegans
