Figuur 4
(a) schematische weergave van het MPT-poriemodel. De hypothetische MPT-porie bestaat uit VDAC, mier en een aantal andere proteã nen. Het openen van de porie staat voor een instroom van water en ionen in de matrijs toe die zwelling en breuk van OMM veroorzaken en hoogstwaarschijnlijk resulteert in necrose. Diverse proteã nen zijn voorgesteld om MPT met inbegrip van hexokinase (HK) en PBR te regelen. (b) andere proteã nen zijn voorgesteld om MOMP te regelen, specifiek de vorming van de Bax (of BAK) porie met inbegrip van VDAC2 en proteã nen die mitochondrial splijting en fusie regelen. Verder kunnen mitochondriale componenten onafhankelijk MOMP induceren, waaronder ROS geproduceerd door de elektronentransportketen, wat kan leiden tot het openen van de MPT-porie, maar ook apoptose kunnen induceren door activering van BH3-alleen-eiwitten in het cytoplasma
onlangs heeft een aantal genetische modellen het belang van mPT als algemene inductor van MOMP in twijfel getrokken. De mier schijnt overbodig te zijn aangezien muizen die mier missen nog mPT kunnen ondergaan, terwijl de cellen die cypD (daarom geen MPT hebben) missen geen verschil in Ca2+-veroorzaakte of een verscheidenheid van andere vormen van apoptosis toonden, hoewel Ca2+-veroorzaakte necrose gebrekkig was.31, 32, 33 deze resultaten van de ppif KO muizen (het gen dat codeert voor cypD) suggereren dat mPT mogelijk niet nodig is tijdens apoptose (in de meeste gevallen tenminste) en optreedt tijdens ischemie en ROS-geïnduceerde necrose; echter, de rol en het mechanisme van de dood blijft onbekend.31 bovendien, aangezien mPT zeer temperatuurgevoelig is, pleit de gecoördineerde versie van cytochroom c bij verschillende temperaturen tegen elke vorm van MPT-kettingreactie.5, 29 samen genomen, suggereren deze gegevens dat de MPT-porie, hoewel belangrijk voor necrotische dood, misschien niet nodig is voor MOMP die optreedt tijdens mitochondriale apoptose (figuur 4a).
het binnenste membraan kan als alternatief MOMP controleren door OXFOS (oxidatieve fosforylering) te reguleren, die op zijn beurt het mitochondriale transmembraanpotentieel reguleert (Δψm).34 het behoud van Δψm is vereist voor een verscheidenheid van mitochondriale functies met inbegrip van eiwitimport, ATP productie en regulering van metabolite transport. Het begin van MOMP wordt vaak geassocieerd met een verlies van Δψm, maar veroorzaakt dit verlies van Δψm MOMP of komt het als gevolg van MOMP voor? De verstoring van Δψm veroorzaakt door onvolledige vermindering van moleculaire zuurstof tijdens OXPHOS leidt tot Ros generatie die MOMP teweegbrengt, maar dit kan via een interactie van ROS met nog niet geà dentificeerde cytosolic sensoren voorkomen. ROS dat wordt gegenereerd tijdens apoptose wordt vaak veroorzaakt door caspase-afhankelijke splitsing van een subeenheid van complex I van de respiratoire keten en kan dus een bijproduct van MOMP zijn in plaats van causatief.34, 35 anders, is er geen dwingend bewijs dat het verlies van Δψm MOMP direct veroorzaakt, en OXPHOS kan duidelijk na MOMP aangezien, bij afwezigheid van caspaseactivering, niet alleen Δψm kan worden geregenereerd, maar de cellen ook ATP-productie kunnen handhaven.34, 35, 36
het buitenmembraan
overtuigend bewijs dat het binnenmembraan (en inderdaad de matrix) niet nodig is voor MOMP en dat MOMP alleen de OMM vereist, is geleverd door Kuwana et al.8 gebruikend een reductionistische benadering om de vereisten voor MOMP te ontleden, toonden zij aan dat unilamellar blaasjes die van de lipiden worden samengesteld huidig in het mitochondrial membraan hun inhoud in aanwezigheid van geactiveerde BAX vrijgeven. Het gebruik van gedefinieerde liposomen en recombinante Bcl-2-familieproteïnen kan hier ‘vereenvoudigde’ mitochondriën vertegenwoordigen, wat suggereert dat cardiolipine, een lipide dat specifiek is voor mitochondriale membranen, de enige mitochondriale vereiste is voor de afgifte van intermembrane ruimteproteïnen. Aangezien geen andere proteã nen worden vereist om de liposome inhoud vrij te geven, verkiezen deze observaties een mechanisme van MOMP waar geactiveerde BAX (en/of BAK) een porie in het lipidemembraan vormt om versie van cytochrome c toe te staan. Nochtans, kan dit vereenvoudigde liposome systeem niet nauwkeurig de ingewikkeldheid van het permeabilisatieproces weerspiegelen aangezien het in inheemse OMM voorkomt en bepaalde stimuli kunnen OMM proteã nen vereisen om voor de vorming van de Bax/lipideporie toe te staan. Bij afwezigheid van detergent vereist BAX membranen (cardiolipine-bevattende liposomen of mitochondriën) om te oligomeriseren en te activeren, en het bewijs suggereert dat BCL-xL BAX alleen zal remmen in de aanwezigheid van soortgelijke lipide membranen.8 het belang van cardiolipine in dit proces is echter ook controversieel. In gist lijkt cardiolipine niet nodig te zijn voor Bax-geïnduceerde dood.Bovendien is de aanwezigheid of exacte hoeveelheid cardiolipine in het OMM niet bekend en kan het in het beste geval in zeer lage concentraties aanwezig zijn. Immunogold kleuring experimenten suggereren dat cardiolipine in de buitenste membraan is geconcentreerd op de contactpunten tussen de IMM en OMM waar BAX/BID worden voorgesteld om te binden, en misschien de lokale concentratie van cardiolipine op deze plaatsen kan voldoende hoog zijn om binding van deze eiwitten mogelijk te maken.38, 39 alternatief, kunnen er OMM proteã nen zijn die cardiolipin concentreren, toestaand voor de toevoeging van geactiveerde BAX en/of BAK in OMM om MOMP te bemiddelen.
Er zijn nog twee niveaus van potentiële Regulatie die bestaan in de fysiologische context van een intact OMM (figuur 4b). Ten eerste, kunnen de proteã nen verbonden aan OMM, naast Bcl-2 familieleden MOMP direct regelen; en ten tweede, misschien extra proteã nen verbonden aan OMM, ook naast Bcl-2 familieleden, deelnemen aan MOMP maar regelen het proces niet. Bijvoorbeeld, hebben veel proteã nen die zijn beschreven om de MPT-porie te regelen ook vorderingen om bovendien in MOMP deel te nemen. Dit is waar een subtiel verschil, en misschien, over het hoofd gezien aspect van MOMP ontstaat. Hoewel er talrijke proteã nen in OMM zijn, worden de meesten van deze niet vereist voor BAX of BAK om mitochondria permeabilize. Buitenmembraan blaasjes bereid uit mitochondria permeabilize op behandeling met tbid gelijkaardig aan intacte mitochondria; dit moet onafhankelijk zijn van MPT porie functie aangezien deze verstoken zijn van mitochondriale binnenste membraanbestanddelen.8 nog, worden verscheidene proteã nen bij OMM gespeculeerd om Bax of BAK-bemiddelde permeabilization wegens een gedemonstreerde vereniging met de laatste proteã nen te regelen. Bijvoorbeeld, zijn Bcl-2, BCL-xL, BAK en BAX allen getoond om VDAC te binden, hoewel men zou moeten opmerken dat aangezien VDAC de overvloedigste proteã ne van OMM is, de band niet fysiologische kan zijn.40, 41, 42, 43 meer specifiek, stelden Korsmeyer en collega ‘ s voor dat VDAC2 BAK-activering inhibeert door BAK als monomeer in OMM te handhaven (figuur 4b).44 terwijl dit het geval kan zijn, kan VDAC2 niet de beslissing maken om BAK te activeren of te inactiveren aangezien in dit scenario het een cytosolic signaalreactie op cellulaire spanning is, hoogstwaarschijnlijk een BH3-enige proteã ne, die de vdac2–BAK vereniging verstoort.44
evenzo is gesuggereerd dat de perifere benzodiazepinereceptor (PBR) MOMP blokkeert.45, 46 Deze integrale membraanproteã ne werkt functioneel in wisselwerking met de MPT-porie en is een voorgestelde inhibitor van MOMP. Toch veranderen de vereisten voor celdood nog steeds niet, zowel cellulaire stress als BH3-alleen eiwitten zijn nodig, omdat eenvoudige farmacologische remming of verstoring van PBR-activiteit niet voldoende is voor de mitochondriën om een proapoptotisch signaal uit te zenden; en het gebruik van remmers kan zeker niet de fysiologische functies van deze eiwitten weerspiegelen.46 dergelijke proteã nen (b. v., VDAC1 / 2 en PBR) kunnen met talrijke proteã NEN Bcl-2 associëren, maar het signaal voor MOMP kan niet van binnen mitochondria afkomstig zijn; de cel moet een proapoptotische boodschap genereren die doorvoert (stress → cellulaire detectie → cellulaire respons → activering van BH3-alleen eiwitten → BAX / BAK activering → MOMP) naar het mitochondriale oppervlak om deze interacties te reguleren.
een beschrijving van een dergelijke “feedforward” – situatie houdt rekening met de rol van AKT en hexokinase I/II bij de preventie van de afgifte van cytochroom c in bepaalde overlevingsroutes. De activiteit van AKT schijnt te worden vereist om de vereisten voor glucoseopname, en het daaropvolgende metabolite vervoer over zowel IMM als OMM in evenwicht te brengen door de uitdrukking en de lokalisatie van hexokinase op OMM direct te regelen.Interessant is dat de activiteit van AKT de massa van hexokinase op het oppervlak van mitochondriën verhoogde, waarvan is aangetoond dat deze de activiteit van het VDAC-kanaal dramatisch beïnvloedt.Wanneer cellen werden behandeld met middelen die de hexokinase–mitochondriënassociatie verstoorden, trad een versnelde afgifte van cytochroom c alleen op na extra proapoptotische stress.Verder is een vermindering van Bax-translocatie gemeld tijdens gevallen van gedwongen hexokinase–mitochondriale associatie tijdens stress.Samen geeft dit aan dat de eenvoudige verwijdering van hexokinase uit het OMM niet voldoende is om MOMP te induceren, aangezien de cellen cytochroom c nog steeds niet afgeven bij afwezigheid van stress, en dat het signaal om BAX aan het OMM te werven buiten de mitochondriën moet ontstaan, ongeacht de deelname aan hexokinase.
een andere belangrijke klasse van proteã nen die in OMM verblijven is verantwoordelijk voor mitochondrial dynamics: de fusie-en splijtingseiwitten (figuur 4b). Mitochondriale dynamica zijn vereist voor het distribueren van mitochondriën naar dochtercellen na mitose en ervoor te zorgen dat mitochondriale integriteit wordt bewaard als mitochondriale membranen verdelen en smelten.Er zijn minstens vier OMM-proteã nen die potentieel aan MOMP deelnemen, of MOMP regelen: DRP-1 (een dynamin-verwante GTPase), endophilin B1 (een lipidentransferase die voor het bepalen van membraankromming wordt vereist), Fis-1 (en integrale OMM-proteã ne) en Fzo1/Mfn1 (een grote transmembrane GTPase).50
tot nu toe is beschreven dat BAX en BAK na activering samensmelten met mitochondriale scissiefoci die minimaal bestaan uit DRP-1 en mitofusine-2, en dat BAX fysiek kan interageren met endophiline B1 in het OMM; toch blokkeren dominante negatieve vormen van DRP-1, zoals GTPase-deficiënte DRP-1K38A, de translocatie van BAX na activering door een enkel BH3-eiwit niet.51, 52, 53 Nogmaals, het signaal dat verantwoordelijk is voor het bevorderen van Bax translocatie naar de OMM wordt gegenereerd als gevolg van de specifieke cellulaire stress (d.w.z. de geactiveerde set van BH3-alleen-eiwitten). Maar, wat is het doel van BAX / BAK interactie met deze klasse van eiwitten? Doen deze eiwitten gewoon mee als ‘docking points’ voor BAX of BAK, of is er een actieve regulatie van MOMP betrokken? Na activering, moet BAX het aangewezen intracellular membraan (d.w.z., OMM) kunnen richten om de apoptotic cascade in dienst te nemen en deze proteã nen kunnen aan ‘dok’ BAX aan OMM dienen. Indien Waar, kan deze interpretatie niet worden uitgebreid tot BAK omdat het constitutief in het OMM verblijft. Toch, misschien regulators van mitochondrial dynamica (zoals DRP-1 of Fis-1) zijn geëvolueerd om deel te nemen aan MOMP door de actie van BAX en BAK naar de juiste regio van de OMM waardoor voor hun porievormende activiteit. In dit scenario, dient de voorgestelde interactie niet zelf om het cellulaire besluit te maken MOMP te veroorzaken, maar het is nog vereist. Een wederzijdse interactie is ook gemeld waar antiapoptotische Bcl-2-leden de remodellering van het mitochondriale netwerk bevorderden via een mitofusine-2-interactie die resulteerde in mitochondriale fusie en verminderde gevoeligheid voor celdood.54 In dit scenario werd aangetoond dat CED-9, Caenorhabditis elegans Bcl-2 relatief, mitochondriale clustering kon veroorzaken. Soortgelijke mitochondriale reorganisatie werd ook veroorzaakt door afgedwongen BCL-xL expressie, wat suggereert dat deze activiteit een behouden functie van de Bcl-2 familie kan zijn.
een ander potentieel aspect van dit scenario heeft betrekking op de specifieke lipidenbehoefte voor BAX (en vermoedelijk BAK) om een OMM te permeabiliseren. Zoals eerder besproken, suggereren de gegevens in vitro dat Bax cardiolipine vereist om porievormende activiteit te oligomeriseren en in dienst te nemen.8 als cardiolipine voornamelijk lokaliseert in de IMM, reguleert de fusie / splijting machines ook Bax-gemedieerde MOMP door het creëren van de juiste lipide milieu op de contact sites met DRP-1 of Fis-1? Endophilin B1, een lipidentransferase, interageert met BAX en kan dienen om IMM-lipiden opnieuw te verdelen naar contactplaatsen voor efficiënte activering van BAX (en bij uitbreiding BAK).55, 56 als deze activiteit nodig is, dan kan endophiline B1 dienen als een bonafide regulator van MOMP als zijn noodzakelijke functie kan zelf worden onderworpen aan mitochondriale dynamiek en energetica. De vraag is of regulering van endophiline B1 ooit helpt om te bepalen of en wanneer MOMP zal optreden.