Les 11: Celdood (deel 1)
• Geprogrammeerde celdood (PCD)
1) Klassieke celdoodprocessen: necro(pto)se vs apoptose
2) Extrinsieke en intrinsieke apoptose-signalisatiewegen en de respectievelijke rol
van verschillende types caspasen
3) De Bcl-2-eiwitfamilie met pro- en anti-apoptotische leden
4) Fysiologische en pathologische beschermingsmechanismen tegen apoptose
<-> accidentele (niet-geprogrammeerde) celdood: celdood als gevolg van schade
(e.g. door mechanische, chemische, fysische schade)
Necro(pto)se versus apoptose (1)
• Necrose of necrotische celdood is ofwel niet-geprogrammeerd, bv door afwijkende
fysiologische condities zoals hyperthermie, membraanschade (accidentele celdood)
maar kan ook geprogrammeerd / gereguleerd verlopen (=necroptose, vaak wanneer
apoptose mechanismen defectief zijn - Plan B)
o Gaat gepaard met een sterke influx van water en extracellulaire ionen wat
uiteindelijk resulteert in de zwelling en destructie van intracellulaire organellen zoals
o.a. de mitchondriën, en de zwelling van het cytoplasma (oncosis) en finaal de
permeabilisatie van het plasmamembraan.
o Resulteert in de vrijstelling van de cellulaire inhoud (damage-associated-molecular-
patterns, DAMPs) wat resulteert in een intense inflammatoire respons
o Er is slechts een beperkte chromatine-condensatie
• Apoptose is een vorm van geprogrammeerde celdood (PCD, programmed cell death) en is
een fysiologisch proces in de normale ontwikkeling en de homeostasis van een multicellulair
organisme
o Het wordt gecodeerd door een endogeen genetisch programma, dat geconserveerd
bleef gedurende de evolutie van de Metazoa
o Deze fysiologische manier van celdood wordt oa. gekarakteriseerd door afronding
van de cel, inkrimping van de cel en celkern (pyknosis), plasmamembraan-blebbing,
sterke chromatine-condensatie en internucleosomale DNA-fragmentatie, maar de
vorm van de organellen wordt amper gewijzigd
o Verloopt zonder vrijstelling van intracellulaire componenten en aldus zonder
immunogene respons. Apoptotisch afgestorven cellen worden opgeruimd door
fagocyterende cellen, en een anti-inflammatoire respons.
1
,Een samenvattend overzicht
Apoptose, meer in detail
Detectie van apoptose adhv annexine-V kleuring
• Annexine V bindt en kleurt phosphatidylserine PS (Ca2+ afhankelijk)
o In levende cellen wordt PS selectief in het binnenste blad v/h celmembraan
gehouden
o Bij apoptose wordt PS echter ook aan het buitenste plasmamembraan geëxposeerd
(o.a. door veranderde activiteit van ‘scramblases’ en ’flipases’), waardoor het kan
gebonden worden door Annexine V (hier gelinkt aan FITC – groen)
▪ PS expositie aan het buitenzijde is een ‘eet-me’ signaal voor fagocyten,
waardoor apoptotische cellen in het lichaam snel worden opgeruimd
▪ Enkel in vitro zullen de apoptotische celfragmenten uiteindelijk barsten
(secundaire necrose) omdat fagocytose niet mogelijk is waardoor Annexine V
ook kan binden aan de binnenzijde van het celmembraan
• Propidiumiodide (rood) intercaleert in het nucleaire DNA eens dat de membraan-integriteit
verloren is (vooral bij necrose, in vitro ook laat bij apoptose = secundaire necrose)
2
,Fasen van apoptotische cel opruiming
• Cellen die apoptose ondergaan vertonen morfologische veranderingen (blebbing en krimpen)
om het loskomen van de cellen in het weefsel en organel fragmentatie te stimuleren
• Voor of tijdens de morfologische veranderingen laten apoptotische cellen ‘vind me’ (find me)
signalen vrij om fagocyten te recruteren
o Eiwitten (fractalkine)
o Nucleotiden (ATP, UTP, AMP)
▪ Nucleotiden kunnen worden verspreid door caspase-geactiveerde ‘pannexin
1’ (PANX1) membraankanalen.
o Lipiden (LPC, lysofosfatidylcholine)
o Lipide producten (sphingosine 1-fosfaat)
o micropartikel geassocieerde moleculen CX3CL1 en ICAM3
• Apoptotische cellen of fragmenten ervan (apoptotic bodies) presenteren ook ‘eet-me’
signalen op hun celmembraan (tegelijk worden ‘eet me niet op’ signalen onderdrukt)
o Fofatidylserine (PtdSer)
o Calreticuline (CRT)
• Fagocytose van apoptotische celfragmenten leidt tot de productie van anti-inflammatoire
cytokines zoals
o IL-10
o TGFβ
3
, Sterke chromatine-condensatie, internucleosomale DNA-fragmentatie en inactivatie van
DAMPs
• Chromatine condensatie
o Caspase gemedieerde proteolyse van MST1 kinase
o Actief MST1 fosforyleert histon eiwit H2AX
• DNA verknipping
o ‘Caspase activated Dnase’ (CAD), een endonuclease, wordt normaal geïnhibeerd
door ‘inhibitor of caspase activated Dnase’ (ICAD)
o Tijdens apoptose verknipt effector caspase Caspase-3 ICAD
o CAD wordt geactiveerd
• Inactivatie van DAMPs
o Caspase activatie
o Directe en indirecte inactivatie van DAMPs
▪ Indirecte inactivatie van HMGB1
➢ Neutralisatie door reactieve zuurstofradicalen (ROS)
▪ Directe inactivatie van IL-33
➢ Proteolyse door caspasen
In geval van secundaire necrose worden enkel geneutraliseerde DAMPs vrijgesteld
Enkel necrotische cellen stellen actieve DAMPs vrij die pro-inflammatoire responsen
stimuleren
4
• Geprogrammeerde celdood (PCD)
1) Klassieke celdoodprocessen: necro(pto)se vs apoptose
2) Extrinsieke en intrinsieke apoptose-signalisatiewegen en de respectievelijke rol
van verschillende types caspasen
3) De Bcl-2-eiwitfamilie met pro- en anti-apoptotische leden
4) Fysiologische en pathologische beschermingsmechanismen tegen apoptose
<-> accidentele (niet-geprogrammeerde) celdood: celdood als gevolg van schade
(e.g. door mechanische, chemische, fysische schade)
Necro(pto)se versus apoptose (1)
• Necrose of necrotische celdood is ofwel niet-geprogrammeerd, bv door afwijkende
fysiologische condities zoals hyperthermie, membraanschade (accidentele celdood)
maar kan ook geprogrammeerd / gereguleerd verlopen (=necroptose, vaak wanneer
apoptose mechanismen defectief zijn - Plan B)
o Gaat gepaard met een sterke influx van water en extracellulaire ionen wat
uiteindelijk resulteert in de zwelling en destructie van intracellulaire organellen zoals
o.a. de mitchondriën, en de zwelling van het cytoplasma (oncosis) en finaal de
permeabilisatie van het plasmamembraan.
o Resulteert in de vrijstelling van de cellulaire inhoud (damage-associated-molecular-
patterns, DAMPs) wat resulteert in een intense inflammatoire respons
o Er is slechts een beperkte chromatine-condensatie
• Apoptose is een vorm van geprogrammeerde celdood (PCD, programmed cell death) en is
een fysiologisch proces in de normale ontwikkeling en de homeostasis van een multicellulair
organisme
o Het wordt gecodeerd door een endogeen genetisch programma, dat geconserveerd
bleef gedurende de evolutie van de Metazoa
o Deze fysiologische manier van celdood wordt oa. gekarakteriseerd door afronding
van de cel, inkrimping van de cel en celkern (pyknosis), plasmamembraan-blebbing,
sterke chromatine-condensatie en internucleosomale DNA-fragmentatie, maar de
vorm van de organellen wordt amper gewijzigd
o Verloopt zonder vrijstelling van intracellulaire componenten en aldus zonder
immunogene respons. Apoptotisch afgestorven cellen worden opgeruimd door
fagocyterende cellen, en een anti-inflammatoire respons.
1
,Een samenvattend overzicht
Apoptose, meer in detail
Detectie van apoptose adhv annexine-V kleuring
• Annexine V bindt en kleurt phosphatidylserine PS (Ca2+ afhankelijk)
o In levende cellen wordt PS selectief in het binnenste blad v/h celmembraan
gehouden
o Bij apoptose wordt PS echter ook aan het buitenste plasmamembraan geëxposeerd
(o.a. door veranderde activiteit van ‘scramblases’ en ’flipases’), waardoor het kan
gebonden worden door Annexine V (hier gelinkt aan FITC – groen)
▪ PS expositie aan het buitenzijde is een ‘eet-me’ signaal voor fagocyten,
waardoor apoptotische cellen in het lichaam snel worden opgeruimd
▪ Enkel in vitro zullen de apoptotische celfragmenten uiteindelijk barsten
(secundaire necrose) omdat fagocytose niet mogelijk is waardoor Annexine V
ook kan binden aan de binnenzijde van het celmembraan
• Propidiumiodide (rood) intercaleert in het nucleaire DNA eens dat de membraan-integriteit
verloren is (vooral bij necrose, in vitro ook laat bij apoptose = secundaire necrose)
2
,Fasen van apoptotische cel opruiming
• Cellen die apoptose ondergaan vertonen morfologische veranderingen (blebbing en krimpen)
om het loskomen van de cellen in het weefsel en organel fragmentatie te stimuleren
• Voor of tijdens de morfologische veranderingen laten apoptotische cellen ‘vind me’ (find me)
signalen vrij om fagocyten te recruteren
o Eiwitten (fractalkine)
o Nucleotiden (ATP, UTP, AMP)
▪ Nucleotiden kunnen worden verspreid door caspase-geactiveerde ‘pannexin
1’ (PANX1) membraankanalen.
o Lipiden (LPC, lysofosfatidylcholine)
o Lipide producten (sphingosine 1-fosfaat)
o micropartikel geassocieerde moleculen CX3CL1 en ICAM3
• Apoptotische cellen of fragmenten ervan (apoptotic bodies) presenteren ook ‘eet-me’
signalen op hun celmembraan (tegelijk worden ‘eet me niet op’ signalen onderdrukt)
o Fofatidylserine (PtdSer)
o Calreticuline (CRT)
• Fagocytose van apoptotische celfragmenten leidt tot de productie van anti-inflammatoire
cytokines zoals
o IL-10
o TGFβ
3
, Sterke chromatine-condensatie, internucleosomale DNA-fragmentatie en inactivatie van
DAMPs
• Chromatine condensatie
o Caspase gemedieerde proteolyse van MST1 kinase
o Actief MST1 fosforyleert histon eiwit H2AX
• DNA verknipping
o ‘Caspase activated Dnase’ (CAD), een endonuclease, wordt normaal geïnhibeerd
door ‘inhibitor of caspase activated Dnase’ (ICAD)
o Tijdens apoptose verknipt effector caspase Caspase-3 ICAD
o CAD wordt geactiveerd
• Inactivatie van DAMPs
o Caspase activatie
o Directe en indirecte inactivatie van DAMPs
▪ Indirecte inactivatie van HMGB1
➢ Neutralisatie door reactieve zuurstofradicalen (ROS)
▪ Directe inactivatie van IL-33
➢ Proteolyse door caspasen
In geval van secundaire necrose worden enkel geneutraliseerde DAMPs vrijgesteld
Enkel necrotische cellen stellen actieve DAMPs vrij die pro-inflammatoire responsen
stimuleren
4
