medlemmer af BCL-2-proteinfamilien er kendetegnet ved tilstedeværelsen af op til fire forskellige BCL–2-homologidomæner (betegnet BH1-4).6 generelt er de, der indeholder alle fire domæner (BCL-2, BCL-l og MCL-1) antiapoptotiske, mens de, der indeholder mindre, er proapoptotiske (figur 2). Den proapoptotiske gruppe kan yderligere opdeles i to grupper, multidomæner eller BH123-medlemmer som f.eks. De multidomæne proapoptotiske BCL – 2-proteiner udtrykkes konstitutivt og inducerer kun MOMP efter apoptotiske stimuli, hvilket antyder, at de er inaktive i ikke-apoptotiske celler.7, 8 Aktivering af visse BH3-kun proteiner er påkrævet for at bak eller BAK kan oligomerisere og indsætte stabilt i omm, en vigtig forudsætning for MOMP (i modsætning til cytosolisk Bak, BAK er konstitutivt mitokondrie; men ligesom Baks, indsættes kun i membranen ved aktivering). Korsmeyer og kolleger demonstrerede, at celler fra mus, der mangler både Baks og bak, er resistente over for en lang række proapoptotiske fornærmelser, der understreger vigtigheden af disse proteiner i mitokondrielvejen.9 Dette fremhæves også af nylige undersøgelser i vækstfaktorberøvede celler med dobbelt knockout, hvor overlevelse opretholdes ved markant autofagi på grund af fraværet af MOMP.10 Dette antyder, at når permeabilisering hæmmes, reagerer cellerne ved at opretholde et minimalt overlevelsesniveau, der skal reddes i tilfælde af vækstfaktor eller næringsstoftilsætning. I mangel af multidomæner og derfor MOMP er standardcelleprogrammet således at opretholde levedygtighed.

for at inducere død skal proapoptotiske multidomæneproteiner aktiveres af de eneste BH3-proteiner (figur 3a). En hypotese er for nylig kommet frem, at medlemmer af den eneste BH3-familie af proteiner kan opdeles i to forskellige grupper: 3b) og de-repressorer (eller’ sensibilisatorer’), der gør det muligt at aktivere bak eller BAK ved at sekvestrere de antiapoptotiske proteiner, såsom BCL-hl eller MCL-1 og muliggøre efterfølgende frigivelse af tidligere hæmmede direkte aktivatorer (figur 3c).7, 11 beviser tyder på, at de eneste BH3-proteiner, BID og BIM, virker ved at forbinde med Bak og BAK, men dette synes at være forbigående, da det ikke kan påvises i fravær af vaskemiddel. Alligevel hæmmer de antiapoptotiske proteiner, BCL-2, MCL-1 og BCL-hl, denne interaktion ved at binde til BID og BIM. De andre medlemmer af BH3-only-familien (f.eks. BMF, HRK, BAD og BIK) er ikke i stand til at aktivere direkte bak og BAK, men kan binde til BCL-HL, BCL-2 og/eller MCL-1 i forskellige grader. Den direkte aktivator / de-repressormodel antyder, at sidstnævnte proteiner frigiver BID og BIM fra deres antiapoptotiske partnere, hvilket muliggør aktivering af BAK og BAK på en indirekte måde. En anden fortolkning af disse resultater er imidlertid, at de eneste BH3-proteiner fungerer til at modvirke ANTIAPOPTOTISKE BCL-2-familiemedlemmer snarere end at engagere bak eller BAK.12 Denne opfattelse forklarer, hvorfor kombinationer af de eneste BH3-proteiner er nødvendige for at inducere celledød, da hver demonstrerer selektivitet i bindende prosurvival-mål. Det er vigtigt at bemærke, at størstedelen af BH3-kun proteinlitteratur er baseret på data afledt ved kun at bruge BH3-peptidet af det tilsvarende protein og ikke på et biologisk relevant protein i fuld længde. I lighed med et BH3-eneste protein kan p53 fungere til at aktivere direkte, mens det også er blevet beskrevet at binde til BCL-hl og BCL-2 svarende til et de-repressor BH3-only protein.13, 14, 15 vigtigere, da kun tre direkte aktivatorproteiner er blevet beskrevet (BID, BIM og p53), kan andre proteiner også have denne funktion(er).

der synes således at være en række kontroller og balancer i cytosolen, hvor aktivering af proapoptotiske multidomainproteiner ikke kun kræver en direkte aktivator BH3-kun protein, men også undertrykkelse af det antiapoptotiske protein Bcl-2 familiemedlemmer ved yderligere BH3-kun proteiner (måske også gennem transkriptionel nedregulering eller forbedret proteinnedbrydning). Så hvad udgør det forpligtelsestrin, der, når det først er taget, vil resultere i MOMP? Er det aktiveringen af Bak / BAK eller induktionen af den eneste BH3-proteinfunktion? De eneste BH3-proteiner aktiveres som reaktion på forskellige stimuli, der er specifikke for hvert familiemedlem, og derfor fungerer deres regulatorer som primære ‘sensorer’ til cellulær stress. BID aktiveres ved spaltning af caspase-8, gransym B og mere svagt af caspase-2 og -3 og er involveret i respons på henholdsvis dødsreceptorstimulering, cytotoksisk t-lymfocytdrab og varmechok.16, 17, 18, 19, 20, 21 BIM holdes derimod inaktivt i cellen gennem binding til dynein light chain-1 (DLC1) og kan kun aktivere multidomæner ved frigivelse fra cytoskelettet.22 andre BH3-only proteiner såsom BAD aktiveres ved dephosphorylering, hvorimod PUMA og NOC er transkriptionelt opreguleret af p53 og andre proapoptotiske stimuli.23, 24 i nærvær af antiapoptotiske BCL-2-proteiner, aktivering af en direkte aktivator, der kun er BH3-protein, betragtes generelt ikke som tilstrækkelig til at inducere MOMP, da det vil blive sekvestreret af antiapoptotiske proteiner, og derfor kræves også et eller flere af de-repressor BH3-only-proteinerne. Det er derfor sandsynligt, at de samme stimuli, der aktiverer BID eller BIM, også aktiverer kollaterale de-repressor BH3-only-proteiner. For eksempel BMF binder også til myosinmotorkomplekser (DLC2) og kan således detektere lignende cytoskeletale ændringer som BIM.25 aktivering af kun BH3-proteiner er dog sandsynligvis ikke tilstrækkelig til at sikre, at hver celle vil starte MOMP. Dette er bestemt tilfældet i mange humane kræftformer, hvor BCL-2 er overudtrykt, hvilket giver resistens over for kemoterapi.26 Det er sandsynligt, at der kræves flere signalkaskader til initiering af MOMP måske gennem den kombinerede indsats med transkriptionel regulering og kompleks posttranslationel modifikation (spaltning, phosphorylering osv.). I betragtning af momps kompleksitet og irreversibilitet foreslår vi, at uhæmmet aktivering af BAK eller BAK er det ultimative engagement i celledød.

MOMP: (hvordan) er mitokondrier virkelig involveret?

per definition forekommer MOMP i OMM, men det giver os ikke en forklaring på, hvordan det sker. Der er forskellige måder, hvorpå mitokondrier kan regulere deres egen permeabilisering, og disse stammer fra enten IMM eller omm.

den indre membran

den indre membran kan enten forårsage eller kontrollere MOMP gennem involvering af mitokondriel permeabilitetsovergang (mPT) pore.27 MPT-porerne er et kompleks sammensat af flere forskellige proteiner, herunder VDAC (spændingsafhængig anionkanal), ANT og cyclophilin D (cypD), som spænder over IMMs og omms, hvor ANT er på den indre membran og VDAC er på den ydre membran (figur 4a). Åbning af denne pore muliggør en tilstrømning af ioner og andre små molekyler i mitokondriematricen, der forårsager hævelse af matricen, hvilket inducerer brud på omm og dermed MOMP. MPT-porerne er blevet impliceret som ansvarlig for MOMP i visse scenarier, herunder forhold med er-stress eller ROS. Det er blevet foreslået, at Ca2+ under er-stressinduceret apoptose frigives fra er og optages af mitokondrier, hvilket resulterer i cytokrom C-frigivelse og apoptose. Ca2 + – induceret cytokrom C-frigivelse fra mitokondrier syntes at forekomme i fravær af BAK og BAK (selvom bak og BAK kan fungere til at kontrollere Ca2+ – frigivelse fra ER), hvilket antyder MPT-poreinddragelse.28 under fysiologiske betingelser er mængden af calcium frigivet fra ER imidlertid ikke tilstrækkelig til at inducere mPT i mitokondrier, hvilket fører til antagelsen om, at Ca2+-induceret mPT forekommer i de mitokondrier, der er proksimale for ER. I så fald bør MOMP kun forekomme i disse indstillinger i en lille delmængde af mitokondrier, en forudsigelse, der ikke understøttes af direkte observationer af cytochrom C release29, 30 (upublicerede observationer).

for nylig har en række genetiske modeller sat spørgsmålstegn ved vigtigheden af mPT som en generel inducer af MOMP. ANT synes at være dispensabel, da mus, der mangler ANT, stadig kan gennemgå mPT, mens celler, der mangler cypD (derfor ikke har nogen mPT), ikke viste nogen forskel i Ca2+-induceret eller en række andre former for apoptose, skønt Ca2+-induceret nekrose var defekt.31, 32, 33 disse resultater fra ppif KO-musene (genet, der koder for cypD) antyder, at mPT muligvis ikke er påkrævet under apoptose (i de fleste tilfælde i det mindste) og forekommer under iskæmi og ROS-induceret nekrose; dødens rolle og mekanisme forbliver imidlertid ukendt.31 Da mPT Endvidere er meget temperaturfølsom, argumenterer den koordinerede frigivelse af cytokrom c ved forskellige temperaturer imod enhver form for MPT-kædereaktion.5, 29 tilsammen antyder disse data, at mPT-porerne, selvom de er vigtige for nekrotisk død, muligvis ikke er nødvendige for MOMP, der opstår under mitokondriel apoptose (figur 4a).

den indre membran kan alternativt styre MOMP ved at regulere oksfos (oksidativ phosphorylering), som igen regulerer mitokondrie transmembranpotentialet (LRM).34 vedligeholdelsen af Prism er nødvendig for en række mitokondrielle funktioner, herunder proteinimport, ATP-produktion og regulering af metabolittransport. Begyndelsen af MOMPS er ofte forbundet med et tab af Lrims, men fremkalder dette tab af lrims Momps eller forekommer det som et resultat af momps? Forstyrrelse af Rosm forårsaget af ufuldstændig reduktion af molekylært ilt under oksfos fører til ROS-generation, der udløser momp, men dette kan forekomme via en interaktion mellem ros og endnu uidentificerede cytosoliske sensorer. Faktisk er ROS, der genereres under apoptose, ofte forårsaget af caspase-afhængig spaltning af en underenhed af kompleks i i luftvejskæden og kan derfor være et biprodukt af MOMP snarere end forårsagende.34, 35 ellers er der ingen tvingende beviser for, at tab af LARP direkte inducerer momp, og oksfos kan tydeligt fortsætte efter momp, da der i fravær af caspase-Aktivering ikke kun kan regenereres, men cellerne kan også opretholde ATP-produktion.34, 35, 36

den ydre membran

overbevisende bevis for, at den indre membran (og faktisk matricen) ikke er nødvendig for MOMP, og at MOMP kun kræver OMM er leveret af Kuvana et al.8 ved hjælp af en reduktionistisk tilgang til at dissekere kravene til MOMP viste de, at unilamellære vesikler bestående af de lipider, der er til stede i mitokondriemembranen, frigiver deres indhold i nærvær af aktiveret Baks. Anvendelsen af definerede liposomer og rekombinante BCL-2-familieproteiner her kan repræsentere ‘forenklede’ mitokondrier, hvilket antyder, at det eneste mitokondrie krav til frigivelse af intermembrane rumproteiner er cardiolipin, et lipid, der er specifikt for mitokondrie membraner. Da der ikke kræves andre proteiner for at frigive liposomindholdet, favoriserer disse observationer en mekanisme for MOMP, hvor aktiveret Baks (og/eller BAK) danner en pore i lipidmembranen for at tillade frigivelse af cytokrom c. Imidlertid afspejler dette forenklede liposomsystem muligvis ikke nøjagtigt kompleksiteten af permeabiliseringsprocessen, som det forekommer i den native omm, og visse stimuli kan kræve OMM-proteiner for at muliggøre dannelsen af Baks/lipidporen. I mangel af detergent kræver det membraner (cardiolipinholdige liposomer eller mitokondrier) at oligomerisere og aktivere, og bevis tyder på, at BCL kun vil hæmme Baks i nærvær af lignende lipidmembraner.8 imidlertid er vigtigheden af cardiolipin i denne proces også kontroversiel. I gær synes cardiolipin ikke at være påkrævet for Baks-induceret død.37 desuden er tilstedeværelsen eller den nøjagtige mængde cardiolipin i omm ikke kendt, og det kan i bedste fald være til stede i meget lave niveauer. Immunogold-farvningseksperimenter antyder, at cardiolipin i den ydre membran koncentreres ved kontaktpunkterne mellem IMM og OMM, hvor det foreslås at binde, og måske kan den lokale koncentration af cardiolipin på disse steder være tilstrækkelig høj til at tillade binding af disse proteiner.38, 39 Alternativt kan der være omm-proteiner, der koncentrerer cardiolipin, hvilket muliggør indsættelse af aktiveret Baks og/eller BAK i omm for at formidle MOMP.

der er yderligere to niveauer af potentiel regulering, der findes i den fysiologiske sammenhæng med en intakt omm (figur 4b). For det første kan proteiner, der er forbundet med OMM, ud over BCL-2-familiemedlemmer direkte regulere MOMP; og for det andet, måske yderligere proteiner forbundet med OMM, også ud over BCL-2-familiemedlemmer, deltage i MOMP, men regulerer ikke processen. For eksempel har mange af de proteiner, der er beskrevet for at regulere mPT-porerne, også krav om at deltage yderligere i MOMP. Det er her en subtil forskel, og måske, overset aspekt af MOMP opstår. Selvom der er adskillige proteiner i OMM, er de fleste af disse ikke nødvendige for, at bak eller BAK kan permeabilisere mitokondrier. Ydre membranvesikler fremstillet ud fra mitokondrier permeabiliseres ved behandling med tBID svarende til intakte mitokondrier; dette skal være uafhængigt af mPT porefunktion, da disse er blottet for mitokondrie indre membranbestanddele.8 endnu, flere proteiner ved OMM spekuleres i at regulere bak-eller BAK-medieret permeabilisering på grund af en demonstreret tilknytning til sidstnævnte proteiner. For eksempel har BCL-2, BCL-hl, BAK og Baks alle vist sig at binde VDAC, selvom det skal bemærkes, at da VDAC er det mest rigelige protein i OMM, er bindingen muligvis ikke fysiologisk.40, 41, 42, 43 mere specifikt foreslog Korsmeyer og kolleger, at VDAC2 hæmmer BAK-aktivering ved at opretholde BAK som en monomer i OMM (figur 4b).44 selvom dette kan være tilfældet, kan VDAC2 muligvis ikke træffe beslutningen om at aktivere eller inaktivere BAK, da det i dette scenario er et cytosolisk signalrespons på cellulær stress, sandsynligvis et BH3-eneste protein, der forstyrrer vdac2–BAK-foreningen.44

tilsvarende er det blevet foreslået, at den perifere receptor (PBR) blokerer MOMP.45, 46 dette integrerede membranprotein interagerer funktionelt med mPT-porerne og er en foreslået hæmmer af MOMP. Alligevel ændres kravene til celledød stadig ikke, både cellulær stress og BH3-kun proteiner er nødvendige, da simpel farmakologisk hæmning eller forstyrrelse af PBR-aktivitet ikke er tilstrækkelig til, at mitokondrier udsender et proapoptotisk signal; og brug af hæmmere afspejler bestemt ikke de fysiologiske funktioner af disse proteiner.46 sådanne proteiner (f. eks. VDAC1/2 og PBR) kan associeres med adskillige BCL – 2-proteiner, men signalet for MOMP kan ikke stamme fra mitokondrier; den celle, der skal generere en proapoptotic besked, der føres frem (stress → trådløse opdagelse → cellulære respons → aktivering af BH3-kun proteiner → BAX/BAK aktivering → MOMP) til mitokondrie-overflade til at regulere disse interaktioner.

en beskrivelse af en sådan ‘fremadgående’ situation tager hensyn til Akts og heksokinases rolle i forebyggelsen af cytokrom C-frigivelse i visse overlevelsesveje. AKT-aktivitet synes at være nødvendig for at afbalancere kravene til glukoseoptagelse og efterfølgende metabolittransport over både IMM og OMM ved direkte regulering af ekspression og lokalisering af geksokinase på omm.47, 48 interessant nok øgede AKT-aktivitet massen af geksokinase på overfladen af mitokondrier, hvilket har vist sig at påvirke dramatisk vdac-kanalaktivitet.47 når celler blev behandlet med midler, der forstyrrede geksokinase–mitokondrierforeningen, forekom accelereret cytokrom C-frigivelse kun efter yderligere proapoptotisk stress.47 Endvidere er der rapporteret om en reduktion af translokation under tilfælde af tvungen geksokinase–mitokondriel association under stress.47 tilsammen indikerer dette, at simpel fjernelse af geksokinase fra OMM ikke er tilstrækkelig til at inducere MOMP, da cellerne stadig ikke frigiver cytokrom c i fravær af stress, og at signalet til at rekruttere BRAKS til OMM skal stamme uden for mitokondrier uanset geksokinasedeltagelse.

en anden vigtig klasse af proteiner, der befinder sig i OMM, er ansvarlig for mitokondrie dynamik: fusions-og fissionsproteinerne (figur 4b). Mitokondrie dynamik er påkrævet for at distribuere mitokondrier til datterceller efter mitose og sikre, at mitokondrie integritet bevares, når mitokondrie membraner deler sig og smelter sammen.49 Der er mindst fire omm-proteiner, der potentielt deltager i eller regulerer MOMP: DRP-1 (en dynaminrelateret GTPase), endophilin B1 (en lipidtransferase, der kræves til bestemmelse af membrankrumning), Fis-1 (og integreret OMM-protein) og Fso1/Mfn1 (en stor transmembran GTPase).50

indtil videre er det blevet beskrevet, at bak og BAK efter aktivering smelter sammen med mitokondrielle scisionsfoci, der minimalt består af DRP-1 og mitofusin-2, og at bak fysisk kan interagere med endophilin B1 i OMM; alligevel blokerer dominerende-negative former for DRP-1, såsom GTPASE-mangelfuld DRP-1k38a, ikke translokationen af BAK efter aktivering af et BH3-eneste protein.51, 52, 53 igen genereres signalet, der er ansvarligt for at fremme Baks-translokation til OMM, som en konsekvens af den særlige cellulære stress (dvs.det aktiverede sæt af BH3-only-proteiner). Men hvad er formålet med Bak/BAK at interagere med denne klasse af proteiner? Deltager disse proteiner simpelthen som’ dockingspunkter ‘ for bak eller BAK, eller er der en aktiv regulering af MOMP involveret? Efter aktivering skal den være i stand til at målrette mod den passende intracellulære membran (dvs.OMM) for at engagere den apoptotiske kaskade, og disse proteiner kan tjene til at ‘dokke’ den til OMM. Hvis det er sandt, kunne denne fortolkning ikke udvides til at omfatte BAK, da den er konstitutionelt bosat i omm. Endnu, måske regulatorer af mitokondrie dynamik (såsom DRP-1 eller Fis-1) har udviklet sig til at deltage i MOMP ved at dirigere virkningen af BAK og BAK til det passende område af OMM, der muliggør deres poreformende aktivitet. I dette scenarie tjener den foreslåede interaktion ikke i sig selv til at tage den cellulære beslutning om at inducere MOMP, men det er stadig nødvendigt. En gensidig interaktion er også blevet rapporteret, hvor antiapoptotiske BCL-2-medlemmer fremmede ombygningen af mitokondrielle netværk via en mitofusin-2-interaktion, der resulterede i mitokondriel fusion og nedsat følsomhed over for celledød.54 i dette scenarie blev det vist, at CED-9, Caenorhabditis elegans BCL-2-relativ, kunne inducere mitokondriel klyngedannelse. Lignende mitokondrie-reorganisering blev også induceret ved tvungen BCL-HL-ekspression, hvilket antyder, at denne aktivitet kan være en bevaret funktion af BCL-2-familien.54

et andet potentielt aspekt ved dette scenarie vedrører det specifikke lipidbehov for at bak (og formodentlig BAK) kan gennemtrænge en omm. In vitro-data tyder på, at cardiolipin skal oligomerisere og engagere poreformende aktivitet.8 Da cardiolipin primært lokaliseres i IMM, regulerer fusion / fissionsmaskineriet også Baks-medieret MOMP ved at skabe det passende lipidmiljø på kontaktstederne med DRP-1 eller Fis-1? Endophilin B1, en lipid transferase, interagerer med Baks og kan tjene til at omfordele IMM lipider til kontaktsteder for effektiv aktivering af Baks (og i forlængelse heraf BAK).55, 56 hvis denne aktivitet er påkrævet, kan endophilin B1 tjene som en bona fide regulator af MOMP, da dens nødvendige funktion i sig selv kan være underlagt mitokondrie dynamik og Energetik. Spørgsmålet Er, om regulering af endophilin B1 nogensinde hjælper med at afgøre, om og hvornår MOMP vil forekomme.