Regulacja mitochondrialnych kanałów indukowanych apoptozą (MAC) przez białka z rodziny Bcl-2

Plan prezentacji

• Apoptoza
• Mechanizm uwalniania

mitochondrialnych przekaźników

• Kanały MAC
• Białka z rodziny Bcl-2
• Regulacja kanałów MAC przez białka

z rodziny Bcl-2

• Podsumowanie

Apoptoza

• Apoptoza lub programowana śmierć

komórki jest uporządkowanym, czynnym
procesem przebiegającym z aktywacją
pewnych genów, w wyniku którego
komórka popełnia samobójstwo. Proces ten
jest niezbędny podczas rozwoju
embrionalnego, a u osobników dorosłych
odgrywa istotną rolę w zachowaniu
homeostazy, a także w eliminacji komórek
starych, zmutowanych i autoreaktywnych

Dwa możliwe szlaki apoptozy

• Zewnętrzny (szlak zależny od receptorów śmierci) – białka

Fas/CD95, TNFα lub TRAIL

• Wewnętrzny (mitochondrialny) – cytochrom c, Smac/Diablo i AIF

Antonsson B.; Mitochondria and the Bcl-2 family proteins in apoptosis signaling pathways.; Mol Cell
Biochem. 2004 Jan-Feb;256-257(1-2):141-55.

Cytochrom c

• Rozpuszczalne białko obecne w przestrzeni

międzybłonowej mitochondrium, luźno przyczepione do
wewnętrznej błony

• Uwolnienie cytochromu c aktywuje czynnik Apaf-1 oraz

prokaspazę-9 i prowadzi to powstania apoptosomu

Adams JM, Cory S; Apoptosomes: engines for caspase activation.; Curr Opin Cell Biol. 2002
Dec;14(6):715-20.

Mechanizm uwalniania
mitochondrialnych
przekaźników

• Teoria zakładająca wykorzystanie tzw. porów przejściowej

przepuszczalności PTP (ang. permeability transition pore)

• Teoria zakładająca istnienie bardziej selektywnych metod regulacji

przepuszczalności błony jak na przykład formowanie specjalnych
kanałów

Antonsson B.; Mitochondria and the Bcl-2 family proteins in apoptosis signaling pathways.; Mol Cell
Biochem. 2004 Jan-Feb;256-257(1-2):141-55.

Mitochondrialne kanały
indukowane apoptozą

• Właściwa angielska nazwa to

mitochondrial apoptosis-induced
channel (MAC)

• Kanały o wysokiej przewodności,

średnicy większej od 5 nm, dzięki
czemu mogą uwalniać cytochrom c z
mitochondrium

• Kanały niezależne od napięcia oraz

nieznacznie kationo-selektywne

Formowanie kanałów MAC

• Formowanie tych kanałów jest

jednym z pierwszych etapów w
wewnętrznym szlaku apoptozy i jest
związane z uwalnianiem cytochromu
c

• W FL5.12 uwolnienie cytochromu c i

uformowanie kanałów MAC zachodzi
po 12 godzinach

Kanały MAC, a kanały VDAC i
TOM

• Kanały VDAC to voltage dependent anion-selective channel
• Kanały TOM to translocase of the outer membrane
• Kanały MAC działają niezależnie od napięcia, a VDAC i TOM

zależnie

• Kanały MAC wykazują znacznie wyższą maksymalną przewodność

niż kanały VDAC i TOM

Martinez-Caballero S, Dejean LM, Jonas EA, Kinnally KW.; The role of the mitochondrial apoptosis induced
channel MAC in cytochrome c release.; J Bioenerg Biomembr. 2005 Jun;37(3):155-64.

Białka z rodziny Bcl-2

• Podrodzina proapoptotyczna i

antyapoptotyczna

• Posiadają do 4 konserwatywnych

domen nazywanych Bcl-2
homology domain lub BH domain
oraz HCD czyli hydrofobową
domenę C-końca

Antonsson B.; Mitochondria and the Bcl-2 family
proteins in apoptosis signaling pathways.; Mol Cell
Biochem. 2004 Jan-Feb;256-257(1-2):141-55.

Kuwana T, Newmeyer DD.;

Bcl-2-family proteins and the

role of mitochondria in

apoptosis.; Curr Opin Cell

Biol. 2003 Dec;15(6):691-9.

Podrodzina proapoptotyczna

• Dwie grupy:

– Wielodomenowe białka na

przykład Bak, Bax, Bok –
różnice w lokalizacji

– „BH3 domain only” na

przykład Bid, Bad, Bim –
funkcje pełnią głównie
poprzez aktywację
pierwszej grupy

Kuwana T, Newmeyer DD.;
Bcl-2-family proteins and the
role of mitochondria in
apoptosis.; Curr Opin Cell
Biol. 2003 Dec;15(6):691-9.

Podrodzina antyapoptotyczna

• Zawierają wszystkie 4 domeny BH
• Bcl-2 zlokalizowane tylko w błonach

wewnątrzkomórkowych

• Bcl-x

zlokalizowane zarówno w błonach jak i w

cytozolu

Kuwana T, Newmeyer DD.; Bcl-2-family proteins and the role of mitochondria in apoptosis.;
Curr Opin Cell Biol. 2003 Dec;15(6):691-9.

Regulacja kanałów MAC przez
białko Bax

• Monomery Bax posiadają możliwość formowania dosyć dużych

kanałów

• Istnieje wiele dowodów wskazujących na to, że Bax pełni kluczową

rolę przy formowaniu MAC

• Aktywność MAC jest obecna tylko w całkowitym lizacie

mitochondrialnym oraz we frakcji zawierającej oligomery Bax, a nie
monomery

Dejean LM, et al.; Oligomeric Bax is a component of the putative cytochrome c release channel MAC,
mitochondrial apoptosis-induced channel.; Mol Biol Cell. 2005 May;16(5):2424-32.

Regulacja kanałów MAC przez
białko Bak

• Aktywność MAC jest obecna tylko w komórkach, w których

obecny jest co najmniej jeden z genów

• W komórkach, w których nie występuje białko Bax, białko

Bak może zająć jego miejsce jako element strukturalny w
kanałach MAC

Dejean LM, et al.; MAC and Bcl-2 family proteins conspire in a deadly plot.; Biochim Biophys
Acta. 2010 Jun-Jul;1797(6-7):1231-8

Regulacja kanałów MAC przez
białko Bid

• t-Bid prowadzi do

powstawania
oligomerów Bax i Bak
na zewnętrznej błonie
miotochondrium oraz
prowadzi do
uwalniania
cytochromu c

• t-Bid może pozwalać

na transport
cytochromu c poprzez
bezpośrednią
aktywację kanałów
MAC

Dejean LM, et al.; Regulation of the mitochondrial
apoptosis-induced channel, MAC, by BCL-2 family
proteins.; Biochim Biophys Acta. 2006
Feb;1762(2):191-201

Regulacja kanałów MAC przez
białka antyapoptotyczne

• Bcl-2 oraz Bcl-x

hamują
formowanie
kanałów MAC

• Bcl-2 nie

wykazuje żadnej
aktywność
polegającej na
tworzeniu
kanałów, ale Bcl-
x

może tworzyć

kanały

Mikhailov V, et al.; Bcl-2 prevents Bax oligomerization in the
mitochondrial outer membrane.; J Biol Chem. 2001 May
25;276(21):18361-74.

Podsumowanie

• Kanały MAC są jednym z bardzo ważnych elementów

pośredniczących w apoptozie komórki

• Białka z rodziny Bcl-2 pełnią zasadniczą rolę w regulacji

aktywności kanałów MAC:

– Białko Bax prawdopodobnie jest ważnym elementem

strukturalnym tych kanałów

– Białko Bak może zajmować również być ważnym elementem

strukturalnym w kanałach MAC

– Białko Bid pełni rolę aktywacyjną białek wielodomenowych
– Białka z podrodziny antyapoptotycznej blokują tworzenie

oligomerów białek wielodomenowych na zewnętrznej błonie
mitochondrialnej

Literatura

•

Antonsson B.; Mitochondria and the Bcl-2 family proteins in apoptosis
signaling pathways.; Mol Cell Biochem. 2004 Jan-Feb;256-257(1-2):141-55.

•

Martinez-Caballero S, Dejean LM, Jonas EA, Kinnally KW.; The role of the
mitochondrial apoptosis induced channel MAC in cytochrome c release.; J
Bioenerg Biomembr. 2005 Jun;37(3):155-64.

•

Kuwana T, Newmeyer DD.; Bcl-2-family proteins and the role of
mitochondria in apoptosis.; Curr Opin Cell Biol. 2003 Dec;15(6):691-9.

•

Dejean LM, et al.; Oligomeric Bax is a component of the putative
cytochrome c release channel MAC, mitochondrial apoptosis-
induced channel.; Mol Biol Cell. 2005 May;16(5):2424-32.

•

Dejean LM, et al.; MAC and Bcl-2 family proteins conspire in a deadly plot.;
Biochim Biophys Acta. 2010 Jun-Jul;1797(6-7):1231-8

•

Dejean LM, et al.; Regulation of the mitochondrial apoptosis-induced
channel, MAC, by BCL-2 family proteins.; Biochim Biophys Acta. 2006
Feb;1762(2):191-201

•

Mikhailov V, et al.; Bcl-2 prevents Bax oligomerization in the mitochondrial
outer membrane.; J Biol Chem. 2001 May 25;276(21):18361-74.

•

Adams JM, Cory S; Apoptosomes: engines for caspase activation.; Curr Opin
Cell Biol. 2002 Dec;14(6):715-20.

Document Outline