アポトーシス（内因性および外因性経路）

アポトーシスは、細胞のアポトーシスプログラムが活性化されたときに起こる細胞死の一種です。 このプログラムは、細胞のDNAにコード化された命令のセットです。 アポトーシスが誘発されると、細胞は最終的に死に至る一連の変化を経験します。

アポトーシスが進行すると、それは不可逆的であり、細胞を救うことはできません。 アポトーシスは、私たちの体内で常に起こる正常なプロセスです。 例えば、古い、損傷した、または不要な細胞を除去する責任があります。アポトーシスは開発と免疫においても重要な役割を果たします。

アポトーシスと壊死の主な違いは、アポトーシスは自然で制御された細胞死の過程であり、壊死は制御されていない細胞死の過程であるということです。 アポトーシスは健康な組織の発達と維持に重要であり、壊死は組織損傷をもたらします。

アポトーシスは、DNA損傷やウイルス感染などの様々な刺激に反応して発生するプログラムされた細胞死の一種である。 アポトーシスは、細胞の収縮、プラズマ膜の膨らみ（ブリングとして知られている）、クロマチン縮合、アポトーシス体の形成を含むいくつかの形態学的変化が特徴である。

一方、壊死は毒素や感染症などの極度のストレスに反応して起こる細胞死の一種である。 壊死は細胞の腫れ、膜の破裂、炎症媒介物質の放出が特徴である。

最も重要な腫瘍抑制タンパク質の1つとして、p53は癌細胞で頻繁に変異または消失します。 これは制御されていない細胞の成長を引き起こし、最終的に腫瘍形成を引き起こす可能性があります。p53はアポトーシスまたはプログラムされた細胞死においても重要な役割を果たします。 DNAが損傷すると、p53が活性化され、アポトーシスを誘発して損傷した細胞が分裂して広がるのを防ぎます。

p53媒介アポトーシスには、バク、バッドなどのいくつかのシグナル伝達タンパク質が関与しています。 BaxとBakは細胞死を促進するアポトーシスタンパク質であり、Badは細胞死を抑制する抗アポトーシスタンパク質である。 DNA損傷が発生してp53が活性化されると、バクとバクはミトコンドリアに引き込まれ、そこでサイトクロムcの放出を引き起こします。 シトクロムcは、細胞死につながる一連の事象を引き起こします。 バッドはまた、p53によってリン酸化され、細胞死を阻害することを防ぎます。

要約すると、p53はDNA損傷に対するアポトーシスの仲介に重要な役割を果たします。 p53アポトーシス経路は、Bax、Bak、Badを含むいくつかの主要なシグナルタンパク質を含んでいます。 DNA損傷が発生すると、p53はこれらのタンパク質を活性化して細胞死を誘発し、損傷した細胞が広がるのを防ぎます。

内因性アポトーシスは、しばしばDNA損傷などの細胞ストレス因子に反応して細胞内から開始されるプロセスである。 一方、外因性アポトーシスは他の細胞からの外部信号によって引き起こされます。 アポトーシスは、細胞恒常性を維持し、がんなどの病気の発症を防ぐ重要なメカニズムです。

アポトーシスの外因性経路は、死受容体を活性化する細胞外シグナルによって開始される（例えばFas、 TNF), または感染に対する先天性免疫応答の一部としての細胞毒性リンパ球からのグランザイムBおよびパーフォリンの放出によって（Goping et al.、2003）。 死受容体の活性化は、細胞質アダプタタンパク質（例:FADD、TRADD）のオリゴマー化と採用につながり、死受容体と関連アダプタタンパク質で構成された死誘導シグナル伝達複合体（DISC）の組み立てを促進する（Ashkenazi et al.、1998）。

外因性経路 アポトーシス 腫瘍壊死因子に属する死受容体（DR）によって媒介される (TNF) 受容体スーパーファミリー。 この家族のメンバーは、 TNFR1, CD95 /Fas, TRAIL-R1/DR4 and TRAIL-R2/DR5 Itoh et al.、1991; Pan et al.、1997; Tartagliaet al.、1993）。 これらの受容体は、細胞表面でホモトリマーI型膜貫通タンパク質として一般的に発現され、システイン豊富な細胞外ドメインの存在によって特徴づけられる（Ashkenazi and Dixit, 1998）。 また、死受容体には約80個のアミノ酸からなる細胞質ドメイン（DD）が含まれており、これは細胞表面から細胞内シグナル伝達に重要な役割を果たしています。

活性化されたカスパーゼ-8は、カスパーゼ-3のようなさらなるダウンストリームエフェクターカスパーゼの切断によりアポトーシス信号を伝播することができる（Medemaetal.、1997; Murphyetal.、2004）。 しかし、処理が必要ないcaspase-9と同様の方法でcaspase-8を活性化することができ、二量化によってcaspase-8が活性化されることも報告されている（Boatrightetal.、2003; Donepudi and Grutter、2002）。

いくつかの条件下でcaspase-8はダウンストリームcaspaseを直接活性化することができないため、CD95受容体/リガンド複合体を使用する2つの細胞タイプが説明されている（Scaffidietal.、1998）。 I型細胞と呼ばれてきたものでは、DISCで生成された大量の活性カスパーゼ-8によって死が誘発され、ミトコンドリア膜貫通電位の喪失前にカスパーゼ-3が直接切断されます。 II型細胞と比較して、死受容体経路の活性化だけではアポトーシスを誘発するには不十分である。 これらの細胞ではDISCはほとんど形成されず、したがって少量の活性カスパーゼ-8が利用できるため、アポトーシス信号はミトコンドリア経路の同時結合による増幅を必要とする。

この経路は、BH3ドメインを含むBcl-2ファミリーメンバーBidのカスパーゼ8媒介切断によって実行されます。 活性caspase-8はBidを切断して切断型（tBid）を生成する。これは単独または他の分子と組み合わせて、アポトーソーム複合体の形成をもたらすシトクロムcなどのアポトーシス因子を放出するようにミトコンドリアを誘導する（Lietal.、1998; Luoetal.、1998）。

MOMP とは何ですか？

細胞質コンパートメントへのシトクロムC放出は、Apaf-1との相互作用につながり、プロカスパーゼ-9の開裂、Apaf-1/caspase-9アポトソーム複合体の形成とその後のエフェクターカスパーゼの活性化を可能にする（Lietal., 1997; Zouetal., 1999）。 細胞の運命は、最終的に対立するBcl-2タンパク質の相対的な豊富さと活性によって決定されると考えられています。

Bcl-2ファミリータンパク質はアポトーシスの主要な調節因子です。 Bh 1-4に分類された4つのBcl-2ホモロジードメインを含む、家族の原型的なメンバーであるB細胞リンパ腫-2タンパク質（Bcl-2）とすべての家族がホモロジーを共有します。 Bcl-2ファミリータンパク質は、機能的にアポトーシス前および抗アポトーシス前のメンバーに細分することができます。 親アポトーシスBcl-2タンパク質は、BH3のみのメンバーまたはマルチドメインメンバーとして、構造および機能に基づいてさらに2つのグループに細分することができます。

BaxおよびBakは、外側ミトコンドリア膜（MOMP）にホモ二量体またはヘテロ二量体の孔を形成し、細胞内へのアポトーゲン因子の放出を触媒することによって機能する。 最近の報告によると、Bid、BimおよびPUMAはBax/Bak二量化の主要な活性化因子であり、他のBH3のみのタンパク質は促進的に作用する（Kimetal.,2006）。 抗アポトーシスBcl-2メンバーは全てBHドメイン1~4を有し、Bcl-2A1を除く全てが膜貫通領域を有する。 抗アポトーシスメンバーはBax/Bakダイマーの形成を防ぐために作用します。 したがって、親アポトーシスBcl-2タンパク質の主な機能は、家族の抗アポトーシスメンバーと安定したヘテロダイマーを形成し、それによってBax/Bak二量体化およびその後のMOMP形成を可能にすることである。

MOMP形成のための2つの対照的なメカニズムが提案されています。 間接モデルでは、すべてのアポトーシスBH3のみのタンパク質は抗アポトーシスメンバーとの相互作用によってのみ作用する（Willis et al.、2005; Willis et al.、2007）。 直接モデルにおいて、BH3のみのタンパク質は、さらに抗アポトーシス部材を拮抗させる感作剤（Bad，Bmf，Noxa）と、Bak/Bax二量化を直接促進する活性剤（Bim，Puma，tBid）とに細分される（Galoneketal., 2006; Hyungjinetal., 2006）。

PumaとNoxaは腫瘍抑制剤p53の標的遺伝子発現プロファイリングを通じて確認され、Bcl-2を餌として酵母2ハイブリッドスクリーンから検出された[Han et al., 2001; Nakano and Vousden, 2001; Oda et al., 2000; Yu et al., 2001]。 転写因子p53は、DNA損傷後のPumaとNoxaを転写的に調節し、アポトーシスを誘発する[Villungeretal., 2003a]。

PumaとNoxaは、抗アポトーシスBcl-2ファミリーであるMcl-1、Bcl-2およびBcl-XLを結合して抑制することができ、アポトーシスを引き起こすことができます[Nakano and Vousden, 2001; Odaetal., 2000; Yuetal., 2001]。 最近では、NoxaはH-Ras媒介性の自己ファジー細胞死に関与しており、自己ファジー調節因子Beclin-1からのMcl-1の発現増加と置換が原因である[Elgendyetal., 2010]。

抗炎症性サイトカインの活性化と処理に関与し、アポトーシスに主要な役割を果たしていないようである。 グループIのカスパーゼは、中のかさばる疎水性残基を好みますP4 チロシンやトリプトファンのような位置 (Nicholson, 1999; Thornberry et al., 1997)

カスパーゼ3と7は、細胞死を開始するために一緒に働く2つの重要なアポトーシス酵素です。 カスパーゼ3は細胞死につながるタンパク質の切断を担当し、カスパーゼ7はカスパーゼ3を活性化する。 この2つの酵素はいずれも、DNA損傷、酸化ストレス、アポトーシスホルモンなど多様な刺激によって活性化することができます。 一旦活性化されると、カスパーゼ3と7が協力して様々な細胞タンパク質を分解し、最終的に細胞死に至る。

カスパーゼ3/7媒介アポトーシスは組織恒常性を維持し、癌の発生を予防するのに役立つ重要な過程であり、アポトーシスはDNA損傷、酸化ストレス、アポトーシスホルモンなど多様な刺激に反応して発生するプログラムされた細胞死の一種である。 カスパーゼ3と7は、アポトーシスを開始するために一緒に働く2つの重要な酵素です。 カスパーゼ3は細胞死につながるタンパク質を切断し、カスパーゼ7はカスパーゼ3を活性化する。

アポトーシスは、組織ホメオスタシスを維持し、がんの発症を防ぐのに役立つ重要なプロセスです。 カスパーゼ媒介性アポトーシスは、DNA損傷、酸化ストレス、アポトーシスホルモンなど多様な刺激に反応して発生するプログラムされた細胞死の一種である。

カスパーゼ8はアポトーシスの重要な調節因子であり、その活性化は細胞死の開始に不可欠です。 アポトーシスが誘発されると、カスパーゼ8は細胞死につながる下流タンパク質を切断して活性化する。 カスパーゼ8切断部位は、DEVDモチーフのアミノ酸Asp315に位置しています。

この切断部位は、カスパーゼ8およびその後のアポトーシスの活性化に不可欠である。 カスパーゼ8シグナル伝達は、カスパーゼ3、6および7を含むいくつかの下流アポトーシスタンパク質の活性化につながる。 その後、これらのタンパク質はDNA断片化と細胞収縮を引き起こすことによって細胞死を実行します。

カスパーゼ9はアポトーシス経路における重要な開始剤カスパーゼである。 特定の部位でのタンパク質分解切断によって活性化され、活性触媒ドメインが放出されます。 これは、アポトーシスの開始における重要な複合体であるアポトーソームの形成につながる。

カスパーゼ9は、大小のサブユニット間のリンカー領域に位置するAsp-315およびAsp-330でタンパク質分解開裂によって活性化する。 これにより、活性触媒ドメインが放出され、アポトーソームが形成されます。 アポトソームはアポトーシスの開始における重要な複合体であり、カスパーゼ9、カスパーゼ3およびシトクロムcのようなアポトーシスタンパク質で構成されています。

Asp-315でカスパーゼ9を切断すると、カスパーゼ3に結合して切断できる活性テトラマーが形成されます。 これによりカスパーゼ3が活性化され、細胞死に関与する多くの重要なタンパク質のタンパク質分解切断につながる。

IAPsは、直接カスパーゼ阻害によるアポトーシスを調節する（DeverauxとReed、1999; Deverauxetal、1998; Riedletal、2001; Shiozakietal、2003）。 興味深いことに、IAPは多機能であり、アポトーシスを調節するだけでなく、受容体媒介シグナル伝達、細胞周期およびユビキタス化にも関与しているようです（Birkey Reffey et al., 2001; Hofer-Warbineket al., 2000; Levkauet al., 2001; Luet 2007; MacFarlaneet 2002; Sanaなど）。 2002年; Sanna et al.、1998年; Varfolomeev et al.、2007年)。