مرگ سلولی

مرگ سلول‌­ها از روش‌­های مختلف بدن را قادر می­‌سازد که از سلول­‌های ناخواسته پاکسازی شود. مطالعات در طول سال‌­ها مکانیسم‌­های مولکولی مختلف و نتایج عملکردی چندین مسیر کلیدی مرگ‌­سلولی را بررسی کرده‌­اند.

انواع مرگ سلولی

در حال­ حاضر، انواع مرگ برنامه­‌ریزی­­‌شده سلولی (PCD: Programmed cell death)  که به شدت مورد بررسی قرارگرفته­‌اند شامل: آپوپتوز، نکروپتوز، پیروپتوز، فروپتوز، پانوپتوز، و اتوفاژی می‌­باشد که نقش مهمی در تنظیم ریزمحیط تومور (TME: Tumor microenvironment) سرکوب‌­کننده سیستم­‌ ایمنی، تعیین نتایج بالینی و رویکردهای درمانی سرطان ایفا می‌­کند. مرگ سلول‌­ها از روش‌­های مختلف بدن را قادر میسازد که از سلول‌های ناخواسته پاکسازی شود. مطالعات در طول سال‌­ها مکانیسم‌­های مولکولی مختلف و نتایج عملکردی چندین مسیر کلیدی مرگ‌­سلولی را بررسی کرده‌­اند. در حال­ حاضر، انواع مرگ برنامه­ ریزی­­ شده سلولی که به شدت مورد بررسی قرارگرفته­‌اند شامل: آپوپتوز، نکروپتوز، پیروپتوز، فروپتوز، پانوپتوز، و اتوفاژی می‌­باشد که نقش مهمی در تنظیم ریزمحیط تومور سرکوب‌­کننده سیستم­‌ ایمنی، تعیین نتایج بالینی و رویکردهای درمانی سرطان ایفا می‌­کند.

برای حفظ هموستاز فیزیولوژیکی در حالت‌های نرمال یا تحت فشاراسترس (آسیب یا عفونت و غیره)، سلول‌ها مسیرهای مرگ سلولی متفاوتی را اتخاذ می‌کنند که نتایج مورفولوژیکی و عملکردی متمایز ایجاد می‌کند. در یک بزرگسال، تقریباً 50 تا 70 میلیارد سلول هر روز می­‌میرند تا گردش سلولی سالمی را حفظ کنند. PCD و non-PCD هر دو در این فرآیند شرکت می­کنند. با این تفاوت که مرگ برنامه­‌ریزی­‌شده توسط مسیرهای مولکولی دقیق تنظیم می­شود، در حالی که non-PCD (مانند نکروز) به عنوان یک مرگ زودرس ناشی از آسیب شناخته می‌­شود.

تقسیم بندی مرگ سلولی از نظر ایمونوژنیسته:

با توجه به توانایی شروع و تشدید پاسخ ایمنی اکتسابی​، مرگ برنامه­ریزی­‌شده را می­‌توان به دو دسته ایمنوژنیک (یا التهاب­ زا مثل نکروز) و غیرایمونوژنیک (یا تحمل‎‌­زا مثل آپاپتوز) طبقه­‌بندی کرد. مرگ­ برنامه­‌ریزی‌شده سلولی ایمونوژنیک از طریق انتشار اجزای­‌سلولی، عمدتاً سایتوکین­‌های پیش­‌التهابی یا سایر الگوهای مولکولی مرتبط با آسیب (DAMPs: Damage-associated molecular patterns)، به سیستم­ایمنی اطراف از خطر بالقوه هشدار می­دهد. این سیگنال­‌ها توسط گیرنده‌­های تشخیص­‌الگو (PRRs: Pattern recognition receptors) در سلول­‌های ایمنی‌­ذاتی شناسایی می­شوند، بنابراین پاسخ­‌های ایمنی بعدی را فعال می­‌کنند. از سوی دیگر، مرگ­‌سلولی غیرالتهاب­‌زا مانند آپوپتوز، یکپارچگی غشای‌­سلولی را بدون نشت محتویات سلولی حفظ می‌کند، بنابراین منجر به پاکسازی توسط سلول‌های فاگوسیتی بدون شروع التهاب بیشتر می‌شود «Silent».

اتوفاژی یک استراتژی حامی بقا می­‌باشد که برای جلوگیری از مرگ­‌برنامه­‌ریزی‌­­شده سلولی گسترده توسط سلول­‌ها اتخاذ می­شود و می‌­تواند تحت شرایط فیزیولوژیکی خاص به نوع دیگری از مرگ برنامه‌­ریزی­­‌شده سلولی تبدیل شود.

نکته: گرچه آپوپتوز به طور معمول غیر­ایمونوژنیک است، اما مطالعات نشان داده­‌اند که تحت شرایط خاص مانند کمبود کاسپاز، آپوپتوز می­تواند با فعال‌­کردن سیگنالینگ NF-kB  و مسیر cGAS/STING، پاسخ های ایمنی‌­اکتسابی ​​ضدتوموری یا ضدویروسی را تحریک کند. علاوه براین، رادیوتراپی یا شیمی­‌درمانی می‌­تواند آپوپتوز ایمونوژنیک را نیز القا کند.

آپوپتوز: مرگ سلولی به واسطه کاسپاز 3/7

یکی از اولین مرگ‌­های برنامه­‌ریزی­­‌شده سلولی غیرایمونوژنیک که به خوبی شناخته شده‌­است، آپوپتوز می‌باشد. تا به امروز، سه مسیراصلی برای فعال­سازی آپوپتوز شرح داده شده‌­است که شامل مسیرهای بیرونی، درونی و با واسطه پرفورین/گرانزیم می­‌باشد. همه این مسیرها به زیبایی توسط برش‌­های متوالی پروتئازهای خاص آسپارتات (کاسپازها) به صورت زنجیره­ای رخ می­دهند و نهایتا منجر به فعال­‌شدن کاسپاز-3 می­شوند که واسطه القا مرگ­‌سلولی از طریق آسیب‌­های سلولی متعدد می­باشد.

به عنوان مثال کاسپاز-3 با بریدنgelsolin  و Rho effector protein ROCKI باعث سازماندهی مجدد اسکلت‌­سلولی و تشکیل حباب­‌های آپوپتوز می‌­شود. همچنین با بریدن XKR8 و غیرفعال­‌کردن فاکتورهای کمپلکس فسفولیپید فیلیپاز( به وسیله بریدن ATP11A، ATP11C و CDC50a) باعث افزایش در معرض قرار­گرفتن فسفاتیدیل سرین (PS) می­‌شود.

به‌­طورکلی، آپوپتوز با ویژگی‌­های مورفولوژیکی نظیر انقباض‌­سلولی، تکه­‌تکه­‌شدن کروماتین، ایجاد حباب‌غشایی، واکوئلاسیون سیتوپلاسمی و تجزیه به وزیکول­‌های غشاء­دار به نام آپوپتوزم شناخته می­‌شود. این تغییرات در نهایت باعث از­هم‌­پاشیدگی سلولی می‌­شود و به دنبال آن اجسام آپاپتوزوم با PS در غشا‌خارجی خود (که به عنوان نشانگر برای سلول‌­های فاگوسیت‌­کننده عمل می­کند) توسط سلول­‌های فاگوسیت‌کننده از محل خارج می­‌شوند بدون اینکه محتویات‌­سلولی پیش­‌التهابی به محیط خارج‌­سلولی آزاد شود.

آپاپتوز می­تواند به مبارزه با بیماری خودایمنی و سرطان کمک­ کند و از طرف دیگر مهار آپوپتوز می­تواند وقایع مختلف از پیری تا بیماری ایسکمیک قلبی و بیماری مغزی را کنترل کند.

انواع مسیر‌های آپوپتوز:

سیگنال‌­های آپوپتوز خارج سلولی، مانند فاکتور نکروز تومور-آلفا (TNF-a)، منجر به فعال‌­شدن گیرنده سطح­‌سلولی آن­‌ها شده که در ادامه منجر به تشکیل یک کمپلکس پروتئینی چندجزئی در سمت سیتوزولی غشای پلاسمایی به نام کمپلکسI می­شود. کمپلکسI از پروتئین‌های آداپتور TRADD و TRAF2، گیرنده‌پروتئین‌کیناز-1 (RIPK1) و یک­‌جفت لیگاز مهارکننده‌­کاسپاز (cIAP: Caspases inhibiting activity)، تشکیل شده‌­است. کمپلکسI به طور معمول مسیرسیگنالینگ NF-KB را فعال می­کند و باعث رونویسی سایتوکین­‌های مختلف و پروتئین­ های ضدآپوپتوز می­شود. بعلاوه، کاسپاز-3 و کاسپاز-7 از طریق برش توسط کاسپازهای آغازگر، از جمله کاسپاز-8، در پاسخ به سیتوکین­‌های القاکننده مرگ­ سلولی از مسیر خارج ­سلولی فعال می­‌شوند و اثرات خود را اعمال می­‌کنند.

آپوپتوز مسیر داخل­ سلولی (وابسته به کاسپاز9) در پاسخ به اختلالات میکرو محیطی مختلف، از جمله آسیب DNA، استرس شبکه‌­آندوپلاسمی (ER)، تجمع گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) و کمبود فاکتور رشد آغاز می‌شود. این تغییرات منجر به اختلال در یکپارچگی غشای خارجی میتوکندری (MOM: Mitochondrial outer membrane) شده و باعث نشت برخی از پروتئین­ های میتوکندری مانند سیتوکرومc و Smac/Diablo می­شود. سیتوکرومc به C-ترمینال Apaf-1 متصل می­شود که یک ذره چرخ ­مانند هپتامر به نام آپوپتوزوم را تشکیل می­دهد. Apaf-1 پروکاسپاز-9 را به آپوپتوزوم جذب می­کند موجب فعال­ شدن کاسپاز-9 از طریق برش خودکار می­‌شود.

بنابراین، هر دو کاسپاز-3 و کاسپاز-7 از طریق برش توسط کاسپازهای آغازگر، از جمله کاسپاز-8، در پاسخ به سیتوکین­‌های القا­کننده مرگ­ سلولی خارج ­سلولی و کاسپاز-9 در پاسخ به نفوذپذیری غشا ­خارجی میتوکندری (MOMP: Mitochondrial outer membrane permeabilization) فعال می­‌شوند.

همانطورکه گفته­‌شد، مرحله اساسی مسیر آپوپتوز به واسطه کاسپاز-9، MOMP می­‌باشد که به شدت توسط پروتئین‌های خانواده BCL-2 کنترل می‌شود.

خانواده BCL-2 را می­توان با توجه به عملکرد آن­ها در آپوپتوز به سه گروه تقسیم کرد:

• گروه اول شامل BAX و BAK هستند که باعث MOMP می­‌شوند.
• گروه دوم شامل اعضای ضدآپوپتوز شامل BCL-2، BCL-XL، BCL-W و MCL-1 است که مستقیماً به BAX و BAK متصل می­شوند و به عنوان آنتاگونیست عمل می­کنند.
• گروه سوم شامل اعضای proapoptotic، حاوی یک دومین BH3 (BH3-only) می­باشند که شامل BIM، BID، BAD، PUMA و NOXA می­شود. این پروتئین‌ها در مرحله رونویسی یا پس از ترجمه بر اثر اختلال هموستاز سلولی فعال می­‌شوند و به اعضای ضدآپوپتوز BCL-2 متصل می­‌شوند تا برهمکنش­‌های مهاری آن­ها با BAX/BAK را کاهش دهند و به BAX/BAK اجازه می‌­دهند الیگومرهایی را روی MOM تشکیل دهند تا آن را در برابر پروتئین­‌های فضای بین غشایی میتوکندری نفوذپذیر کنند.

 نکته: مسیر آپوپتوز با واسطه کاسپاز-8 همچنین می‌­تواند باعث فعال­ شدن MOM شود. بنابراین آپوپتوز میتوکندری از طریق برش BID توسط کاسپاز-8  نیز اعمال می‌­شود.

BID یک پروتئین منحصر به فرد BH3-only است که پس از برش قسمت N ترمینال آن فعال می­‌شود و موجب تولید BID کوتاه شده (tBID) می­‌شود که قادر است به آسانی از سیتوزول به میتوکندری منتقل شود و MOM را تحریک کند.