Medlemmer AV BCL-2 protein familien er preget av tilstedeværelsen av opptil fire FORSKJELLIGE BCL-2 homologi domener (betegnet BH1–4).6 Generelt sett er de som inneholder alle fire domener (BCL-2, BCL-xL og MCL-1) antiapoptotiske, mens de som inneholder mindre er proapoptotiske (Figur 2). Den proapoptotiske gruppen kan videre deles inn i to grupper, multidomener eller BH123 medlemmer SOM BAX OG BAK, OG BH3-only proteiner, inkludert BID, BIM og PUMA, blant andre. De proapoptotiske BCL-2-proteinene, BAX og BAK, er konstitutivt uttrykt og induserer BARE MOMP etter apoptotiske stimuli, noe som tyder på at DE er inaktive i ikke-apoptotiske celler.7, 8 Aktivering av visse BH3-bare proteiner er nødvendig FOR BAX ELLER BAK å oligomerisere og sette stabilt inn i OMM, en viktig forutsetning FOR MOMP (i motsetning til cytosolisk BAX, ER BAK konstitutivt mitokondriell; MEN SOM BAX, setter inn i membranen bare ved aktivering). Korsmeyer og kolleger viste at celler fra mus som mangler både bax og bak, er resistente mot et bredt spekter av proapoptotiske fornærmelser som understreker betydningen av disse proteinene i mitokondriellveien.9 Dette fremheves også av nyere studier i vekstfaktorberøvede bax / bak dobbeltknockout-celler hvor overlevelse opprettholdes av markert autofagi på grunn av fravær AV MOMP.10 dette antyder at når permeabilisering hemmes, reagerer celler ved å opprettholde et minimalt overlevelsesnivå som skal reddes i tilfelle vekstfaktor eller næringsstofftilsetning. Således, i fravær av multidomener, OG DERFOR MOMP, er standard mobilprogrammet å opprettholde levedyktighet.

for å indusere død, må proapoptotiske multidomainproteiner aktiveres AV BH3-only proteiner (Figur 3a). En hypotese har nylig kommet fram at medlemmer AV BH3-only familien av proteiner kan deles inn i to forskjellige grupper: ‘direkte aktivatorer’ som direkte aktiverer BAX ELLER BAK (Figur 3b), Og ‘ de-repressorer ‘(eller ‘sensibilisatorer’) som tillater AT BAX eller BAK aktiveres ved å sekvestere de antiapoptotiske proteinene som BCL-xL eller MCL-1 og muliggjør etterfølgende frigjøring av tidligere hemmede direkte aktivatorer (Figur 3c).7, 11 Bevis tyder PÅ AT BH3-only proteiner, BID og BIM, virker ved å knytte SEG TIL BAX og BAK, men dette synes å være forbigående da det ikke kan påvises i fravær av vaskemiddel. Likevel hemmer de antiapoptotiske proteinene BCL-2, MCL-1 og BCL-xL denne interaksjonen ved å binde SEG til BID og BIM. DE andre MEDLEMMENE AV BH3-familien (F. Eks. NOXA, BMF, HRK, BAD og BIK) kan ikke aktivere DIREKTE BAX og BAK, men kan binde SEG TIL BCL-xL, BCL-2 og / ELLER MCL-1 i ulike grader. Den direkte aktivator / de-repressormodellen antyder at sistnevnte proteiner frigjør BID og BIM fra deres antiapoptotiske partnere som muliggjør aktivering av BAX og BAK på en indirekte måte. EN annen tolkning av disse resultatene er imidlertid AT BH3-only proteiner fungerer for å motvirke antiapoptotiske BCL – 2-familiemedlemmer, i stedet for å engasjere BAX eller BAK.12 denne oppfatningen forklarer hvorfor kombinasjoner AV BH3-bare proteiner er nødvendig for å indusere celledød som hver demonstrerer selektivitet i bindende prosurvival mål. Det er viktig å merke seg at flertallet AV BH3-only protein litteratur er basert på data avledet ved å bruke BARE BH3 peptid av det tilsvarende protein og ikke på en full lengde, biologisk relevant protein. I likhet MED ET BH3-only protein, kan p53 fungere for å aktivere direkte BAX, mens det også har blitt beskrevet å binde SEG TIL BCL-xL og BCL-2 som ligner på et DE-repressor BH3-only protein.13, 14, 15 Viktigere, da bare tre direkte aktivatorproteiner er beskrevet (BID, BIM OG p53), kan andre proteiner også ha denne funksjonen(e).

således synes det å være en rekke kontroller og balanser i cytosolen hvor aktivering av proapoptotiske multidomainproteiner ikke bare krever et DIREKTE aktivator BH3-bare protein, men også undertrykkelse av antiapoptotiske proteiner.bcl-2-FAMILIEMEDLEMMER med ekstra bh3-BARE PROTEINER (kanskje også gjennom transkripsjonell nedregulering eller forbedret PROTEINFORRINGELSE). Så, hva utgjør engasjementstrinnet som, når det er tatt, vil resultere i MOMP? Er det aktivering AV BAX / BAK eller induksjon AV BH3-only protein funksjon? BH3-only proteiner blir aktivert som svar på forskjellige stimuli som er spesifikke for hvert familiemedlem, og dermed fungerer deres regulatorer som primære sensorer for cellulær stress. BID aktiveres ved spaltning av caspase-8, granzyme B og mer svakt ved caspase-2 og -3 og aktiveres som respons på henholdsvis dødsreceptorstimulering, cytotoksisk t-lymfocyttdreping og varmesjokk.16, 17, 18, 19, 20, 21 BIM, derimot, holdes inaktiv i cellen gjennom binding til dynein light chain-1 (DLC1) og kan bare aktivere multidomener ved frigjøring fra cytoskelettet.22 andre BH3-bare proteiner som BAD aktiveres ved defosforylering, MENS PUMA og Noxa blir transkripsjonelt oppregulert av p53 og andre proapoptotiske stimuli.23, 24 i nærvær av antiapoptotiske BCL-2 proteiner, aktivering av en DIREKTE aktivator BH3-bare protein er generelt ikke ansett som tilstrekkelig til å indusere MOMP som det vil bli sekvestrert av antiapoptotiske proteiner, og dermed en eller flere AV DE-repressor BH3-bare proteiner er også nødvendig. Det er derfor sannsynlig at de samme stimuli som aktiverer BID eller BIM også aktiverer collateral DE-repressor BH3-only proteiner. FOR EKSEMPEL binder BMF seg også til myosinmotorkomplekser (DLC2) og kan dermed oppdage lignende cytoskeletale endringer som BIM.25 men aktivering AV BH3-only proteiner er sannsynligvis ikke tilstrekkelig til å sikre at hver celle vil starte MOMP. Dette er absolutt tilfelle i mange humane kreftformer hvor BCL-2 er overuttrykt som gir resistens mot kjemoterapi.26 det er sannsynlig at flere signalkaskader kreves for å starte MOMP, kanskje gjennom den kombinerte innsatsen av transkripsjonell regulering og kompleks post-translasjonell modifikasjon(spaltning, fosforylering, etc.). Med TANKE på kompleksiteten OG irreversibiliteten TIL MOMP, foreslår vi at ubegrenset aktivering AV BAX eller BAK er den ultimate forpliktelsen til celledød.

MOMP: (hvordan) Er Mitokondrier Virkelig Involvert?

PER definisjon FOREKOMMER MOMP I OMM, men dette gir oss ikke en forklaring på hvordan det skjer. Det finnes ulike måter som mitokondrier kan regulere sin egen permeabilization og disse stammer FRA ENTEN IMM eller OMM.

den indre membranen

den indre membranen kan enten forårsake ELLER kontrollere MOMP gjennom involvering av mitokondriell permeabilitetsovergang (mpt) pore.27 mpt pore er et kompleks bestående av flere forskjellige proteiner, inkludert VDAC (spenningsavhengig anionkanal), ANT Og cyclophilin D (cypD), som spenner Over IMMs og OMMs hvor ANT er på den indre membranen og VDAC er på den ytre membranen (Figur 4a). Åpning av denne pore tillater en tilstrømning av ioner og andre små molekyler i mitokondriamatrisen som forårsaker hevelse i matrisen, induserer brudd PÅ OMM og DERMED MOMP. MPT pore har vært involvert som å være ansvarlig FOR MOMP i visse scenarier, inkludert forhold AV er stress eller ROS. Det har blitt foreslått at Under stressindusert apoptose frigjøres Ca2+ fra ER og tas opp av mitokondrier som resulterer i cytokrom c-frigjøring og apoptose. Ca2 + – indusert cytokrom c-frigjøring fra mitokondrier syntes å forekomme i fravær AV BAX og BAK (SELV OM BAX og BAK kan fungere for å kontrollere Ca2 + frigjøring fra ER) som tyder på mpt pore involvering.28 men under fysiologiske forhold er mengden kalsium frigjort fra ER ikke tilstrekkelig til å indusere mPT i mitokondrier, noe som fører til antagelsen Om At Ca2+-indusert mPT forekommer i de mitokondrier som er proksimale TIL ER. I så fall BØR MOMP bare forekomme i disse innstillingene i en liten delmengde av mitokondrier, en prediksjon som ikke støttes av direkte observasjoner av cytokrom c-utgivelse29, 30 (upubliserte observasjoner).

Nylig Har En rekke genetiske modeller kalt inn spørsmålet betydningen av mPT som en generell induktor AV MOMP. MAUR synes å være unnværlig da mus som mangler MAUR fortsatt kan gjennomgå mPT, mens celler som mangler cypD (derfor ikke har mPT) viste ingen forskjell I Ca2+-indusert eller en rekke andre former for apoptose, selv Om Ca2 + – indusert nekrose var defekt.31, 32, 33 disse resultatene Fra ppif KO-musene (genet som koder for cypD) antyder at mPT kanskje ikke kreves under apoptose (i de fleste tilfeller minst) og forekommer under iskemi og ROS-indusert nekrose; imidlertid er dødens rolle og mekanisme ukjent.31 Videre, da mPT er svært temperaturfølsom, argumenterer den koordinerte frigjøringen av cytokrom c ved forskjellige temperaturer mot enhver form for mpt-kjedereaksjon.5, 29 Samlet tyder disse dataene på at mPT-porene, selv om de er viktige for nekrotisk død, kanskje ikke er nødvendige FOR MOMP som oppstår under mitokondriell apoptose (Figur 4a).

den indre membranen kan alternativt kontrollere MOMP ved å regulere OKSFOS (oksidativ fosforylering), som igjen regulerer mitokondriell transmembranpotensial (Δψ).34 Vedlikehold Av Δψ er nødvendig for en rekke mitokondrielle funksjoner, inkludert proteinimport, atp-PRODUKSJON og regulering av metabolitttransport. Utbruddet av MOMP er ofte forbundet MED tap AV Δψ, Men Induserer dette tapet Av δψ Momp ELLER oppstår DET SOM følge AV momp? Forstyrrelse Av Δψ Forårsaket av ufullstendig reduksjon av molekylært oksygen UNDER oxphos FØRER til ros-GENERASJON som utløser momp, men dette kan skje via en interaksjon av ros MED hittil uidentifiserte cytosoliske sensorer. FAKTISK ER ROS som genereres under apoptose ofte forårsaket av caspaseavhengig spaltning av en underenhet av kompleks i i luftveiene, og kan derfor være ET biprodukt AV MOMP i stedet for forårsakende.34, 35 Ellers er det Ingen overbevisende bevis For at tap Av Δψ direkte induserer momp, og oxphos kan tydelig fortsette etter momp, SIDEN i mangel av caspase-aktivering kan ikke bare regenereres, men cellene kan også opprettholde atp-produksjon.34, 35, 36

den ytre membran

Overbevisende bevis for at den indre membran (og faktisk matrisen) er ikke nødvendig FOR MOMP og AT MOMP bare krever OMM har blitt levert Av Kuwana et al.8 Ved å bruke en reduksjonistisk tilnærming til å dissekere kravene TIL MOMP, viste de at unilamellære vesikler som består av lipidene som er tilstede i mitokondriamembranen, frigjør innholdet i nærvær av aktivert BAX. Bruken av definerte liposomer og rekombinante BCL – 2-familieproteiner her kan representere ‘forenklede’ mitokondrier, noe som tyder på at det eneste mitokondrielle kravet til frigjøring av intermembrane romproteiner er kardiolipin, et lipid som er spesifikt for mitokondriale membraner. Siden ingen andre proteiner kreves for å frigjøre liposominnholdet, favoriserer disse observasjonene EN MEKANISME AV MOMP der aktivert BAX (og/eller BAK) danner en pore i lipidmembranen for å tillate frigjøring av cytokrom c. Imidlertid kan dette forenklede liposomsystemet ikke nøyaktig gjenspeile kompleksiteten til permeabiliseringsprosessen som den forekommer i den innfødte OMM, og visse stimuli kan kreve OMM-proteiner for å tillate dannelsen AV BAX / lipidporen. I fravær AV vaskemiddel krever BAX membraner (kardiolipinholdige liposomer eller mitokondrier) for å oligomerisere og aktivere, og bevis tyder på AT BCL-xL bare vil hemme BAX i nærvær av lignende lipidmembraner.8 imidlertid er betydningen av kardiolipin i denne prosessen også kontroversiell. I gjær synes kardiolipin ikke å være nødvendig for BAX-indusert død.37 videre er tilstedeværelsen eller eksakt mengde kardiolipin i omm ikke kjent, og det kan være tilstede i, i beste fall, svært lave nivåer. Immunogold farging eksperimenter tyder på at kardiolipin i den ytre membranen er konsentrert ved kontaktpunktene MELLOM IMM og OMM hvor BAX / BID er foreslått å binde, og kanskje den lokale konsentrasjonen av kardiolipin på disse stedene kan være tilstrekkelig høy til å tillate binding av disse proteinene.38, 39 Alternativt kan DET være omm-proteiner som konsentrerer kardiolipin, slik at innføring av aktivert BAX og / ELLER BAK i OMM for å mediere MOMP.

det er ytterligere to nivåer av potensiell regulering som eksisterer i den fysiologiske konteksten av en intakt omm (Figur 4b). For det første kan proteiner assosiert med OMM, i TILLEGG TIL BCL-2 familiemedlemmer direkte regulere MOMP; og for det andre, kanskje flere proteiner assosiert med OMM, også i tillegg TIL BCL-2 familiemedlemmer, delta i MOMP, men regulerer ikke prosessen. For eksempel har mange av proteinene som er beskrevet for å regulere mpt-porene også krav på å delta i TILLEGG I MOMP. Det er her en subtil forskjell, og kanskje oversett aspekt AV MOMP oppstår. Selv om det er mange proteiner I OMM, de fleste av DISSE er ikke nødvendig FOR BAX ELLER BAK å permeabilize mitokondrier. Ytre membran vesikler fremstilt fra mitokondrier permeabilize ved behandling med tBID lik intakte mitokondrier; dette må være uavhengig av mPT pore funksjon som disse er blottet for mitokondrie indre membran bestanddeler.8 likevel spekuleres flere proteiner ved OMM for å regulere BAX eller BAKMEDIERT permeabilisering på grunn av en demonstrert tilknytning til sistnevnte proteiner. FOR EKSEMPEL HAR BCL-2, BCL-xL, BAK OG BAX alle vist seg å binde VDAC, selv OM DET skal bemerkes AT DA VDAC er det mest omfattende proteinet I OMM, kan bindingen ikke være fysiologisk.40, 41, 42, 43 Mer spesifikt, Korsmeyer og kolleger foreslo AT VDAC2 hemmer bak aktivering ved å opprettholde BAK som en monomer I OMM (Figur 4b).44 Selv om DETTE kan være tilfelle, KAN VDAC2 ikke ta beslutningen om å aktivere ELLER inaktivere BAK, siden det i dette scenariet er et cytosolisk signalrespons på cellulær stress, mest sannsynlig ET BH3-eneste protein, som forstyrrer vdac2-bak-foreningen.44

på Samme måte har det blitt foreslått at den perifere benzodiazepinreseptoren (PBR) blokkerer MOMP.45, 46 dette integrerte membranproteinet interagerer funksjonelt med mpt-porene og er en foreslått inhibitor AV MOMP. Likevel endres kravene til celledød fortsatt ikke, både cellulær stress og BH3-bare proteiner er nødvendige, da enkel farmakologisk inhibering eller forstyrrelse av PBR-aktivitet ikke er tilstrekkelig for mitokondriene å kringkaste et proapoptotisk signal; og bruk av inhibitorer kan absolutt ikke gjenspeile de fysiologiske funksjonene til disse proteinene.46 slike proteiner (F. eks VDAC1 / 2 OG PBR) kan assosieres med mange BCL – 2 proteiner, men signalet FOR MOMP kan ikke stamme fra mitokondrier; cellen må generere en proapoptotisk melding som strømmer fremover (stress → cellular detection → cellular response hryvnias aktivering av BH3-only proteiner hryvnias BAX/BAK activation → MOMP) til mitokondriens overflate for å regulere disse interaksjonene.

en beskrivelse av en slik feedforward-situasjon vurderer rollen AKT og heksokinase I/II spiller i forebygging av cytokrom c-frigivelse i visse overlevelsesveier. AKT-aktivitet synes å være nødvendig for å balansere kravene til glukoseopptak og påfølgende metabolitttransport over BÅDE IMM og OMM ved direkte regulering av ekspresjon og lokalisering av heksokinase på omm.47, 48 Interessant økte AKT-aktiviteten massen av heksokinase på overflaten av mitokondrier, som har vist seg å påvirke dramatisk VDAC-kanalaktivitet.47 når celler ble behandlet med midler som forstyrret heksokinase-mitokondrieforeningen, oppstod akselerert cytokrom c-frigjøring bare etter ekstra proapoptotisk stress.47 videre er det rapportert en reduksjon AV bax-translokasjon ved tilfeller av tvungen heksokinase-mitokondriell assosiasjon under stress.47 Sammen indikerer dette at enkel fjerning av heksokinase fra OMM ikke er tilstrekkelig til å indusere MOMP da cellene fortsatt ikke frigjør cytokrom c i fravær av stress, og at signalet for å rekruttere BAX til OMM må stamme utenfor mitokondrier uavhengig av heksokinasedeltakelse.En annen stor klasse proteiner som bor I OMM er ansvarlig for mitokondriell dynamikk: fusjons-og fisjonsproteinene (Figur 4b). Mitokondriell dynamikk er nødvendig for å distribuere mitokondrier til datterceller etter mitose og sikre at mitokondriell integritet bevares som mitokondrielle membraner deler seg og smelter.49 Det er minst fire omm-proteiner som potensielt deltar I ELLER regulerer MOMP: DRP-1 (en dynaminrelatert GTPase), endofilin B1 (en lipidtransferase som kreves for å bestemme membrankurvatur), Fis-1 (og integrert omm-protein) og Fzo1/Mfn1 (en stor transmembran GTPase).50

Så langt har DET blitt beskrevet AT BAX og BAK, ved aktivering, koaleserer med mitokondriell scission foci som består minimalt AV DRP-1 og mitofusin-2, og AT BAX fysisk kan interagere med endophilin B1 I OMM; likevel, dominant-negative former FOR DRP-1, som GTPase-mangelfull DRP-1K38A, ikke blokkerer translokasjonen AV BAX etter aktivering av ET BH3-only protein.51, 52, 53 igjen genereres signalet som er ansvarlig FOR å fremme BAX-translokasjon TIL OMM som følge av det spesielle cellulære stresset (dvs.det aktiverte settet AV BH3-only proteiner). Men hva er formålet MED BAX/BAK som interagerer med denne klassen av proteiner? Deltar disse proteinene bare som ‘dockingspunkter’ FOR BAX eller BAK, eller er det en aktiv regulering av MOMP involvert? VED aktivering MÅ BAX være i stand til å målrette den passende intracellulære membranen (dvs. OMM) for å engasjere den apoptotiske kaskaden, og disse proteinene kan tjene TIL å dokke BAX til OMM. Hvis sant, denne tolkningen kan ikke utvides til å inkludere BAK som det er konstitusjonelt ligger I OMM. Likevel har kanskje regulatorer av mitokondriell dynamikk (SOM DRP-1 eller Fis-1) utviklet seg til å delta I MOMP ved å lede handlingen AV BAX og BAK til den aktuelle regionen AV OMM som tillater deres poreformende aktivitet. I dette scenariet tjener den foreslåtte interaksjonen ikke seg selv til å ta den cellulære beslutningen om Å indusere MOMP, men det er fortsatt nødvendig. En gjensidig interaksjon har også blitt rapportert hvor antiapoptotiske BCL-2 medlemmer fremmet remodeling av mitokondrielt nettverk via en mitofusin-2 interaksjon som resulterte i mitokondriell fusjon og redusert følsomhet for celledød.54 i dette scenariet ble DET vist AT CED-9, Caenorhabditis elegans BCL-2 slektning, kunne indusere mitokondriell clustering. Lignende mitokondriell omorganisering ble også indusert av håndhevet BCL-xL-uttrykk, noe som tyder på at denne aktiviteten kan være en bevart funksjon AV BCL-2-familien.54

Et annet potensielt aspekt til dette scenariet gjelder det spesifikke lipidbehovet FOR BAX (og antagelig BAK) for å permeabilisere EN OMM. Som diskutert tidligere, antyder in vitro-data at BAX krever kardiolipin for å oligomerisere og engasjere poreformende aktivitet.8 da kardiolipin primært lokaliseres I IMM, regulerer fusjon / fisjonsmaskineriet OGSÅ BAX-mediert MOMP ved å skape det riktige lipidmiljøet på kontaktstedene med DRP-1 eller Fis-1? Endofilin B1, en lipidtransferase, interagerer MED BAX og kan tjene TIL å distribuere IMM lipider til kontaktsteder for effektiv aktivering AV BAX (OG i forlengelse, BAK).55, 56 hvis denne aktiviteten er nødvendig, kan endophilin B1 fungere som EN bona fide regulator AV MOMP, da den nødvendige funksjonen selv kan være gjenstand for mitokondriell dynamikk og energetikk. Spørsmålet er om regulering av endophilin B1 noen gang bidrar til å avgjøre om OG når MOMP vil oppstå.