Členové BCL-2 proteinové rodiny se vyznačují přítomností až čtyři různé BCL-2 homologie domén (určené BH1–4).6 obecně řečeno, ty, které obsahují všechny čtyři domény (BCL-2, BCL-xL a MCL-1), jsou antiapoptotické, zatímco ty, které obsahují méně, jsou proapoptotické (Obrázek 2). Proapoptotická skupina může být dále rozdělena do dvou skupin, multidoménů nebo členů BH123, jako jsou Bax a BAK, a proteinů pouze BH3, včetně BID, BIM a PUMA. Na odborná proapoptotic BCL-2 proteinů BAX a BAK, jsou konstitutivně exprimovaných a pouze vyvolat MOMP následující apoptotických stimulů, což naznačuje, že jsou neaktivní v nonapoptotic buněk.7, 8 Aktivace některých BH3-only proteinů je nutná pro BAX nebo BAK oligomerize a vložit stabilně do OMM, důležitým předpokladem pro MOMP (na rozdíl od cytosolový BAX, BAK je constitutively mitochondriální; ale stejně jako BAX, vloží do membrány pouze po aktivaci). Korsmeyer a kolegové prokázali, že buňky z myších postrádajících oba bax a bak jsou odolné vůči široké škále proapoptotic urážky podtrhuje důležitost těchto proteinů v mitochondriální dráhy.9 je To také zdůrazněno tím, nedávné studie v růstový faktor-zbaven bax/bak double-knockout buněk, kde přežití je udržována označené autofagie vzhledem k absenci MOMP.10 to naznačuje, že když je permeabilizace inhibována, buňky reagují udržováním minimální úrovně přežití, která má být zachráněna v případě opětovného přidání růstového faktoru nebo živin. Při absenci multidomén, a tedy MOMP, je tedy výchozím celulárním programem udržení životaschopnosti.

s cílem navodit smrt, proapoptotic odborná proteiny musí být aktivován BH3-only proteiny (Obrázek 3a). Nedávno se objevila hypotéza, že členové rodiny proteinů pouze pro BH3 lze rozdělit do dvou odlišných skupin: přímé aktivátory‘, že přímo aktivuje BAX nebo BAK (Obrázek 3b), a ‚de-repressors“ (nebo „senzibilátory‘), které umožňují BAX nebo BAK aktivuje izolovat antiapoptotic proteiny, jako je BCL-xL nebo MCL-1 a umožní následné uvolnění dříve potlačený přímé aktivátory (Obrázek 3c).7, 11 důkazy naznačují, že proteiny pouze BH3, BID a BIM, působí spojením s BAX a BAK, ale zdá se, že je to přechodné, protože není detekovatelné v nepřítomnosti detergentu. Antiapoptotické proteiny BCL-2, MCL-1 a BCL-xL však inhibují tuto interakci vazbou na BID a BIM. Noxa, BMF, HRK, BAD a BIK) nejsou schopni aktivovat přímo BAX a BAK, ale mohou se vázat na BCL-xL, BCL-2 a/nebo MCL-1 v různých stupních. Přímý aktivátor/de-repressor model naznačuje, že tato uvolnění proteinů BID a BIM z jejich antiapoptotic partnery umožňující aktivaci BAX a BAK nepřímým způsobem. Nicméně, další interpretace těchto výsledků je, že proteiny pouze BH3 fungují antagonizovat antiapoptotické členy rodiny BCL-2, spíše než zapojit BAX nebo BAK.12 Tento pojem vysvětluje, proč kombinace BH3-only proteiny jsou potřebné k vyvolání buněčné smrti jako každý ukazuje selektivita v závazné prosurvival cíle. Je důležité si uvědomit, že většina literatury o proteinu pouze pro BH3 je založena na údajích získaných pouze použitím peptidu BH3 odpovídajícího proteinu a nikoli na biologicky relevantním proteinu v plné délce. Podobné BH3-only proteinu p53 lze funkci aktivovat přímo BAX, zatímco to také byl popsán vázat se na BCL-xL a BCL-2 podobně jako de-repressor BH3-only proteiny.13, 14, 15 vzhledem k tomu, že byly popsány pouze tři proteiny s přímým aktivátorem (BID, BIM a p53), mohou mít tuto funkci(funkce) i jiné proteiny.

Tak, zdá se, že existuje řada kontrol a protivah v cytosolu, kde aktivace proapoptotic odborná proteinů vyžaduje nejen přímý aktivátor BH3-only protein, ale také represe antiapoptotic BCL-2 členy rodiny o další BH3-only proteiny (možná i přes transkripční downregulace nebo zvýšená degradace proteinů). Co tedy představuje krok závazku, který, jakmile bude přijat, bude mít za následek MOMP? Je to aktivace BAX / BAK nebo indukce funkce proteinu pouze pro BH3? Proteiny pouze BH3 se aktivují v reakci na různé podněty specifické pro každého člena rodiny, a proto jejich regulátory slouží jako primární „senzory“ buněčného stresu. NABÍDKA je aktivní při štěpení kaspázy-8, granzyme B a více slabě prostřednictvím kaspázy-2 a -3 a je zapojena v reakci na smrt receptor stimulace cytotoxických T-lymfocytů zabíjet a tepelného šoku, resp.16, 17, 18, 19, 20, 21 BIM, na druhé straně, je držen neaktivní v buňce vazbou na světelný řetězec dynein-1 (DLC1) a může aktivovat multidomény pouze po uvolnění z cytoskeletu.22 jiné proteiny pouze pro BH3, jako je BAD, jsou aktivovány defosforylací, zatímco PUMA a Noxa jsou transkripčně upregulovány p53 a dalšími proapoptotickými podněty.23, 24 V přítomnosti antiapoptotic BCL-2 proteinů, aktivace přímý aktivátor BH3-only protein je obecně není považováno za dostatečné k vyvolání MOMP, jak to bude poutaného antiapoptotic proteiny, a proto jeden nebo více z de-repressor BH3-only proteiny je také zapotřebí. Je proto pravděpodobné, že stejné podněty, které aktivují BID nebo BIM, také aktivují kolaterální de-represorové proteiny pouze BH3. Například BMF se také váže na myosinové motorické komplexy (DLC2), a tak může detekovat podobné cytoskeletální změny jako BIM.25 aktivace proteinů pouze BH3 však pravděpodobně nestačí k tomu, aby každá buňka iniciovala MOMP. To je jistě případ mnoha lidských rakovin, kde je BCL-2 nadměrně exprimován a poskytuje rezistenci na chemoterapii.26 je pravděpodobné, že pro zahájení MOMP je zapotřebí více signalizačních kaskád, snad prostřednictvím kombinovaného úsilí transkripční regulace a komplexní posttranslační modifikace(štěpení, fosforylace atd.). Vzhledem ke složitosti a nevratnosti MOMP, navrhujeme, že neomezená aktivace BAX nebo BAK je konečným závazkem k buněčné smrti.

MOMP: (jak) jsou mitochondrie skutečně zapojeny?

podle definice se MOMP vyskytuje v OMM, ale to nám neumožňuje vysvětlení toho, jak k tomu dochází. Existují různé způsoby, jak mohou mitochondrie regulovat svou vlastní permeabilizaci a ty pocházejí buď z IMM nebo OMM.

vnitřní membrána

vnitřní membrána může způsobit nebo kontrolovat MOMP prostřednictvím zapojení pórů mitochondriální permeability transition (mPT).27 mPT pór je komplex složený z několika různých proteinů včetně VDAC (voltage-dependent anion channel), MRAVENEC a cyclophilin D (cypD), které pokrývají IMMs a OMMs, kde ANT je na vnitřní membráně a VDAC na vnější membránu (Obrázek 4a). Otevření tohoto póru umožňuje příliv iontů a dalších malých molekul do mitochondriální matrice způsobující otok matrice, vyvolávající prasknutí OMM a tím MOMP. MPT pór byl zapojen jako zodpovědný za MOMP v určitých scénářích, včetně podmínek er stresu nebo ROS. Bylo navrženo, že během ER stresu-indukované apoptózy, Ca2+ je propuštěn z nemocnice a je přijata do mitochondrií, což vede k uvolnění cytochromu c a apoptózu. Ca2 + – indukované uvolňování cytochromu c z mitochondrií se objevilo v nepřítomnosti BAX a BAK (ačkoli BAX a BAK mohou fungovat pro kontrolu uvolňování Ca2 + z ER), což naznačuje zapojení pórů mPT.28 za fyziologických podmínek však množství vápníku uvolněného z ER nestačí k indukci mPT v mitochondriích, což vede k předpokladu, že Ca2 + – indukovaná mPT se vyskytuje v těch mitochondriích, které jsou proximální k ER. Pokud ano, pak MOMP by měl nastat pouze v těchto nastavení v malou podmnožinu mitochondrie, předpověď, která není podporována přímé pozorování cytochromu c release29, 30 (nepublikované pozorování).

v Poslední době, je počet genetických modelů zpochybňuje význam mPT jako obecný induktor MOMP. ANT se zdá být zbytečný, jako jsou myši chybí ANT může ještě projít mPT, vzhledem k tomu, že buňky, které postrádají cypD (tedy ne mPT) neprokázala rozdíl v Ca2+-indukované nebo různé jiné formy apoptózy, i když Ca2+-indukované nekrózy byl vadný.31, 32, 33 Tyto výsledky z Ppif KO myši (gen kódující cypD) naznačují, že mPT nemusí být nutné v průběhu apoptózy (ve většině případů alespoň) a dochází během ischemie a ROS indukované nekrózy; nicméně, role a mechanismus smrti zůstává neznámá.31 kromě toho, protože mPT je vysoce citlivý na teplotu, koordinované uvolňování cytochromu c při různých teplotách argumentuje proti jakémukoli druhu řetězové reakce mPT.5, 29 dohromady tyto údaje naznačují, že pór mPT, i když důležitý pro nekrotickou smrt, nemusí být nezbytný pro MOMP, ke kterému dochází během mitochondriální apoptózy (obrázek 4a).

vnitřní membrána může alternativně ovládání MOMP regulováním OXPHOS (oxidativní fosforylace), což zase reguluje mitochondriální transmembránový potenciál (Δψm).34 udržování Δψm je nutné pro různé mitochondriální funkce včetně importu bílkovin, produkce ATP a regulace transportu metabolitů. Nástup MOMP je často spojen se ztrátou Δψm, ale tato ztráta Δmm indukuje MOMP nebo se vyskytuje v důsledku MOMP? Narušení Δψm způsobené neúplnou redukcí molekulárního kyslíku během OXPHOS vede k ROS generace, která spouští MOMP, ale k tomu může dojít prostřednictvím interakce ROS s dosud neidentifikované cytosolový senzory. Opravdu, ROS, který je generován během apoptózy je často způsobeno tím, kaspázy-dependentní štěpení a podjednotky komplexu I dýchacího řetězce, a proto může být vedlejším produktem MOMP, spíše než kauzální.34, 35 v Opačném případě, není tam žádný přesvědčivý důkaz, že ztrátě Δψm přímo indukuje MOMP, a OXPHOS lze jednoznačně pokračovat i po MOMP, protože v nepřítomnosti kaspázy aktivace, a to nejen může Δψm být obnoven, ale buňky také mohou udržovat produkci ATP.34, 35, 36,

vnější membrány.

Přesvědčivý důkaz, že vnitřní membránu (a opravdu matrix), není nutné pro MOMP a že MOMP vyžaduje pouze OMM byla poskytována Kuwana et al.8 Pomocí redukcionistický přístup k pitvat požadavky na MOMP, které prokázaly, že unilamellar vesicles skládá z lipidů přítomných v mitochondriální membrány, uvolnění jejich obsahu v přítomnosti aktivuje BAX. Použití definovanými liposomy a rekombinantní BCL-2 rodiny proteiny zde mohou představovat „zjednodušená“ mitochondrií, což naznačuje, že pouze mitochondriální požadavek na propuštění z mezimembránového prostoru bílkovin je kardiolipin, lipid, který je specifický pro mitochondriální membrány. Jako žádné jiné bílkoviny jsou nezbytné k uvolnění liposom obsah, tyto připomínky prospěch mechanismus MOMP, kde aktivuje BAX (a/nebo BAK) tvoří póry v lipidové membráně umožnit uvolnění cytochromu c. Nicméně, tento zjednodušený liposom systému nemusí přesně odrážet složitost permeabilization proces, jak se vyskytuje v nativní OMM a určitými podněty může vyžadovat OMM proteiny umožňující tvorbu BAX/lipidů pórů. V nepřítomnosti detergentu vyžaduje BAX membrány (liposomy obsahující kardiolipin nebo mitochondrie) k oligomerizaci a aktivaci a důkazy naznačují, že BCL-xL bude inhibovat BAX pouze v přítomnosti podobných lipidových membrán.8 význam kardiolipinu v tomto procesu je však také kontroverzní. U kvasinek se zdá, že kardiolipin není nutný pro smrt vyvolanou BAXEM.37 kromě toho není přítomnost nebo přesné množství kardiolipinu v OMM známo a může být přítomno v nejlepším případě ve velmi nízkých hladinách. Immunogold barvení experimenty naznačují, že kardiolipin ve vnější membráně je soustředěna na kontaktní místa mezi IMM a OMM, kde BAX/BID navrhuje se vázat, a možná, že místní koncentrace kardiolipin v těchto místech může být dostatečně vysoká, aby umožnila navázání těchto proteinů.38, 39 Alternativně, může být OMM proteiny, které se soustředí kardiolipin, což umožňuje vložení aktivního BAX a/nebo BAK do OMM zprostředkovat MOMP.

existují dvě další úrovně potenciální regulace, které existují ve fyziologickém kontextu intaktního OMM (obrázek 4b). Za prvé, proteiny spojené s OMM, kromě BCL-2 členy rodiny může přímo regulovat MOMP; a za druhé, možná, že další proteiny spojené s OMM, také kromě BCL-2 členy rodiny, podílet se na MOMP ale neupravují proces. Například mnoho proteinů, které byly popsány pro regulaci pórů mPT, má také nároky na dodatečnou účast na MOMP. Zde vzniká jemný rozdíl, a možná, přehlížený aspekt MOMP. Ačkoli v OMM existuje mnoho proteinů, většina z nich není nutná pro permeabilizaci mitochondrií BAX nebo BAK. Vnější membránové vezikuly připravené z mitochondrií permeabilize při zacházení s tBID podobná intaktní mitochondrie; to musí být nezávislý na mPT pórů funkci jako tyto jsou bez vnitřní mitochondriální membrány složek.8 Přesto, několik proteinů v OMM se spekulovalo regulovat BAX nebo BAK-zprostředkované permeabilization, protože prokázána asociace s těmito proteiny. Například BCL-2, BCL-xL, BAK a BAX mají všechny prokázáno, že se vážou VDAC, i když je třeba poznamenat, že jako VDAC je nejhojnější protein z OMM, vazba může být fyziologické.40, 41, 42, 43 konkrétněji Korsmeyer a jeho kolegové navrhli, že VDAC2 inhibuje aktivaci BAK udržováním BAK jako monomeru v OMM(obrázek 4b).44 i Když to může být případ, VDAC2 nemusí se rozhodnout chcete-li aktivovat nebo deaktivovat BAK, protože v tomto scénáři je cytosolový signál reakci na buněčný stres, s největší pravděpodobností BH3-only protein, který narušuje VDAC2–BAK sdružení.44

podobně bylo navrženo, že periferní benzodiazepinový receptor (PBR) blokuje MOMP.45, 46 tento integrální membránový protein funkčně interaguje s mPT pórem a je navrhovaným inhibitorem MOMP. Přesto, požadavky na buněčné smrti stále nemění, a to jak buněčný stres a BH3-only proteiny jsou nezbytné, stejně jako jednoduché farmakologické inhibice nebo narušení PBR činnost není dostatečná pro mitochondrie vysílat proapoptotic signál; a používat inhibitory rozhodně nemusí odrážet fyziologické funkce těchto proteinů.46 takové proteiny (např. VDAC1 / 2 a PBR) se mohou sdružovat s četnými proteiny BCL-2, ale signál pro MOMP nemůže pocházet z mitochondrií; buňka musí vytvářet proapoptotic zprávu, která se živí vpřed (stres → mobilní detekce → buněčných reakcí → aktivace BH3-only proteiny → BAX/BAK aktivace → MOMP) mitochondriální povrch regulovat tyto interakce.

popis takové „dopředné“ situace zvažuje roli AKT a hexokinázy I / II v prevenci uvolňování cytochromu c v určitých cestách přežití. AKT aktivita se zdá být nutné vyvážit požadavky na vychytávání glukózy, a následného metabolitu dopravu přes oba IMM a OMM přímo regulaci exprese a lokalizace hexokináza na OMM.47, 48 je zajímavé, že aktivita AKT zvýšila hmotnost hexokinázy na povrchu mitochondrií, což bylo prokázáno, že dramaticky ovlivňuje aktivitu kanálu VDAC.47 Když buňky byly ošetřeny látkami, které narušily hexokináza–mitochondrie sdružení, zrychlené cytochromu c uvolnění došlo až po další proapoptotic stresu.47 Dále bylo hlášeno snížení translokace BAX během případů vynucené asociace hexokináza-mitochondriální během stresu.47 Společně, to znamená, že jednoduché odstranění hexokináza z OMM není dostatečné k vyvolání MOMP jako buňky stále nemají uvolnění cytochromu c v nepřítomnosti stresu, a to je signál pro nábor BAX do OMM musí pocházet mimo mitochondrie bez ohledu na to, hexokináza účast.

Další hlavní třída proteinů, které se nacházejí v OMM, je zodpovědná za mitochondriální dynamiku: fúzní a štěpné proteiny (obrázek 4b). Mitochondriální dynamika jsou požadovány pro distribuci mitochondrií do dceřiných buněk po mitóze, a zajistit, že mitochondriální integrita je zachována jako mitochondriální membrány rozdělit a pojistkou.49 Existují nejméně čtyři OMM proteiny, které se potenciálně účastní, nebo regulovat MOMP: DRP-1 (dynamin-related GTPase), endophilin B1 (lipid transferázy potřebné pro určení zakřivení membrány), Fis-1 (a nedílnou OMM bílkovin) a Fzo1/Mfn1 (velké transmembránové GTPase).50

doposud bylo popsáno, že BAX a BAK, po aktivaci, splývají s mitochondriální štěpení ložisek, které se skládají minimálně ze DRP-1 a mitofusin-2, a to BAX může fyzicky interagují s endophilin B1 v OMM, přesto, dominantní negativní formy DRP-1, jako GTPase-nedostatečné DRP-1K38A, neblokují translokaci BAX po aktivaci pomocí BH3-only proteiny.51, 52, 53 opět je signál zodpovědný za podporu translokace BAX na OMM generován jako důsledek konkrétního buněčného stresu(tj. aktivované sady proteinů pouze BH3). Jaký je však účel interakce BAX / BAK s touto třídou proteinů? Účastní se tyto proteiny jednoduše jako „dokovací body“ pro BAX nebo BAK, nebo existuje aktivní regulace MOMP? Po aktivaci BAX musí být schopen zaměřit se na vhodné intracelulární membrány (tj. OMM), aby se zapojily do apoptotických kaskády a tyto proteiny mohou sloužit k ‚doku‘ BAX do OMM. Pokud je to pravda, tento výklad nemohl být rozšířen tak, aby zahrnoval BAK, protože je ústavně umístěn v OMM. Přesto, možná regulátory mitochondriální dynamiky (jako DRP-1 nebo Fis-1) se vyvinuly k účasti v MOMP tím, že nařídí akce BAX a BAK na příslušnou oblast OMM umožňující jejich pórů-tvoří činnosti. V tomto scénáři navrhovaná interakce sama o sobě neslouží k tomu, aby se buněčné rozhodnutí vyvolalo MOMP, ale je to stále nutné. Vzájemná interakce byla také hlášena kde antiapoptotic BCL-2 členy podporoval přestavba mitochondriální sítě prostřednictvím mitofusin-2 interakce, která vyústila v mitochondriální fúze a snížená citlivost k buněčné smrti.54 v tomto scénáři bylo prokázáno, že CED-9, příbuzný Caenorhabditis elegans BCL-2, by mohl vyvolat mitochondriální shlukování. Podobné mitochondriální reorganizace byla také vyvolané vykonáno BCL-xL vyjádření, což naznačuje, že tato činnost může být zachována funkce BCL-2 rodiny.54

další potenciální aspekt tohoto scénáře se týká specifického lipidového požadavku na permeabilizaci OMM pro BAX (a pravděpodobně BAK). Jak bylo uvedeno výše, údaje in vitro naznačují, že BAX vyžaduje kardiolipin k oligomerizaci a zapojení pórovité aktivity.8 Jako je kardiolipin, a primárně je lokalizuje v IMM, fúze/štěpení stroje také regulovat BAX-zprostředkované MOMP vytvářením vhodných lipidů prostředí na kontaktních místech s DRP-1 nebo Fis-1? Endofilin B1, lipidová transferáza, interaguje s BAX a může sloužit k re-distribuci IMM lipidů do kontaktních míst pro účinnou aktivaci BAX (a rozšířením bak).55, 56 pokud je tato aktivita vyžadována, může endofilin B1 sloužit jako bona fide regulátor MOMP, protože jeho nezbytná funkce může sama podléhat mitochondriální dynamice a energetice. Otázkou je, zda regulace endofilinu B1 někdy pomáhá určit, zda a kdy dojde k MOMP.