Anoikis ( engelsk anoikis , fra andet græsk ἀν- "uden", οἶκος - "hus") er et særligt tilfælde af celledød ved apoptose , som opstår som reaktion på forkert celleadhæsion (kommunikation med den ekstracellulære matrix ) eller tab af den. Korrekt adhæsion af cellen til den ekstracellulære matrix ( ECM ) er nødvendig for at forstå, om cellen indtager det rigtige sted. Fjernelse af celler, der har mistet kontakten med deres miljø, forhindrer dem i at binde sig til det forkerte substrat og yderligere vækst. Således er anoikis afgørende for udvikling og vedligeholdelse af vævshomeostase , og dens fejlregulering forekommer i nogle sygdomme. Anoikis er blevet beskrevet i flere celletyper, men celler fra forskellige væv ser ud til at bruge forskellige molekylære veje, der fører til anoikis [1] .
Selvom cellernes afhængighed af tilknytning til den ekstracellulære matrix har været kendt i lang tid, blev fænomenet anoikis i moderne forstand beskrevet i begyndelsen af 1990'erne, hvor forskergrupperne af Martin Schwartz ( eng. Martin Schwartz ) og Steve Frisch ( eng. Steve Frisch ) offentliggjorde næsten samtidigt resultaterne af deres undersøgelser, der viste, at celler, der mistede tilknytning til den ekstracellulære matrix, gennemgik programmeret død ved apoptose [2] .
På trods af det specielle navn er anoikis i det væsentlige apoptose. Starten og det videre forløb af anoikis kan udløses af forskellige veje, der i sidste ende fører til caspase -aktivering og DNA-fragmentering (kendetegnene for apoptose). Ligesom klassisk apoptose kan anoikis udløses internt, gennem beskadigelse af mitokondrier og eksternt, som reaktion på aktiveringen af overfladedødsreceptorer . Bcl-2 proteiner spiller en nøglerolle i anoikis ydre og indre veje . Blandt dem er anti-apoptotiske proteiner såsom Bcl-2 , Bcl-XL og Mcl-1 , og pro-apoptotiske proteiner såsom Bax , Bak og Bok (multi -BH3-domæneproteiner) og Bid , Bik , Bmf , Noxa , Bad , Bim og Puma (proteiner, der kun indeholder BH3-domænet, eller kun- BH3-proteiner ( eng. BH3-only proteins )) [1] .
I den interne anoikis-vej opstår caspaseaktivering på grund af en krænkelse af integriteten af den mitokondrielle membran , som er forårsaget af dannelsen af oligomerer af pro-apoptotiske proteiner fra Bcl-2-familien på den ydre mitokondrielle membran : de danner kanaler i membranen og øger dens permeabilitet kraftigt. En vigtig rolle i dannelsen af kanaler i mitokondriemembranen spilles af spændingsstyrede anionkanaler . Ødelæggelse af den ydre mitokondrielle membran fører til frigivelse af cytochrom c , som sammen med caspase 9 og apoptosis protease activating factor (APAF ) danner apoptosomet . Det sidste initieringstrin består i aktiveringen af effektorcaspase 3 og begyndelsen af effektorstadiet af apoptose. Aktiveringen af anoikis via den iboende vej er hovedsageligt ansvaret for Bim-proteinet, selvom Bid også kan være involveret. Bim aktiveres ved celleadskillelse fra ECM og udløser hurtigt samlingen af Bax-Bak-oligomerer på den ydre mitokondriemembran. I hvile er Bim associeret med dyneiner og actin - mikrofilamenter , indtil tab af integrinbinding til ECM får det til at blive frigivet og translokeret til mitokondrierne, hvor det interagerer med Bcl-XL, hvilket negerer dets overlevelsesfremmende aktivitet. Tab af integrinbinding til ECM undertrykker phosphorylering af Bim af ekstracellulær signalreguleret kinase ERK ) og phosphoinositide-3-kinase (PI3K) / Akt . Takket være dette ophører Bim med at være truet af ødelæggelse i proteasomer , og dens ophobning i cellen begynder. Disse to processer fører således til akkumulering af Bim i cytoplasmaet og en stigning i dets tilgængelighed [1] .
Der akkumuleres beviser for, at andre BH3-only proteiner er involveret i effektorfasen af anoikis i forskellige vævstyper. For eksempel er transkription af Noxa og Puma reguleret af p53 , og deres involvering i anoikis i fibroblaster er blevet bemærket . Desuden fungerer den Bcl-2-modificerende faktor (Bmf) i epitelceller som en "værge", der bemærker abnormiteter i cytoskelettet og konverterer denne information til et dødssignal. Faktisk frigives Bmf fra det motoriske kompleks ved celleadskillelse fra matrixen, hvor det var i tilstanden bundet til myosin V, og akkumuleres i mitokondrier, hvor det annullerer Bcl-2-aktivitet og fører til frigivelse af cytochrom c , og dermed videreudvikling af anoikis [1] .
Anoikis ydre vej begynder med bindingen af ekstracellulære dødsligander, såsom Fas-ligand (FasL) eller tumornekrosefaktor -α (TNF-α) til deres transmembrane receptorer ( henholdsvis Fas-receptor og TNFR ), hvilket fører til samling af induceret død af signalkomplekset ( dødsinducerende signalkompleks, DISC ) . DISC via adapterprotein FADD tiltrækker og binder adskillige caspase 8 - molekyler . Autoaktiveret caspase 8 aktiverer derefter proteolytisk caspase 3 og 7, som yderligere spalter forskellige intracellulære proteiner og til sidst fører til celledød. Caspase 8 kan ikke kun aktivere effektorcaspaser (type I extrinsic anoikis), men også kun skære BH3 Bid proteinet (type II extrinsic anoikis). Den trunkerede form af Bid (tBid) letter frigivelsen af cytochrom c fra mitokondrier og samling af apoptosomet [1] .
Tab af forbindelse med ECM fører til en stigning i ekspressionen af Fas og FasL og et fald i ekspressionen af FLIP , en endogen inhibitor af Fas signalveje . Derudover kan ændringer i cellens form, der opstår under celleafløsning (afrunding af cellen), udløse den eksterne anoikis-vej, hovedsageligt gennem Fas. Endelig kan aktivering af dødsreceptorer i sidste ende føre til mitokondriel skade, således at anoikis ydre og indre veje krydser [1] .
Caspase 3-aktivering er en begivenhed, der er fælles for både de indre og ydre anoikis-veje. Det udløser en kaskade af proteolytiske reaktioner, der nedbryder signalmolekyler såsom focal adhæsion kinase (FAK), Cas og paxillin . Ødelæggelse af FAK ophæver dets bidrag til overlevelse og ødelægger de fokale kontakter . Skæring af p130Cas giver et C-terminalt fragment, der regulerer transkription af den cyclinafhængige kinaseinhibitor p21 ; dermed sikrer det det videre forløb af anoikis ved at blokere cellecyklussen . Løsne celler, hvor caspase 3 skærer FAK og p130Cas, kan derefter gennemgå efterfølgende stadier af anoikis [1] .
Anoikis tillader ikke epitelceller , der har forladt deres oprindelige plads af nogen grund, at slå sig ned andre steder. Normale epitelceller er på den anden side beskyttet mod anoikis af flere mekanismer, især er de immobile og har kontinuerlig kontakt med ECM. Mere seriøs beskyttelse mod anoikis er nødvendig for meget mobile og delende celler, for eksempel mesenkymale celler; ja, de har en tendens til at være mere modstandsdygtige over for anoikis end epitelceller. Derudover har permanent ikke-adhærente celler, såsom modne hæmatopoietiske celler og leukocytter , et kraftigt forsvar mod anoikis [1] .
Generelt er celler beskyttet mod anoikis primært, når de er bundet til ECM-proteiner. Rollen af ECM som en potent inhibitor af anoikis er udbredt, og adskillige integriner (α1β1, α2β1, α3β1, α5β1, α6β1, α6β4, αvβ3) har en signifikant effekt på overlevelsen af både normale og degenererede celler. Nøgleproteiner, der medierer integrin-medieret signalering, der fører til beskyttelse mod anoikis, er FAK, integrin-linked kinase ( eng. integrin-linked kinase, ILK ), tyrosinkinase Src , PI3K, ERK og adapterprotein Shc . Når integriner er bundet til de korrekte ECM-proteiner, rekrutterer og aktiverer FAK og ILK PI3K/Akt, ERK og Jun kinase ( JNK ) signalveje. PKB/Akt er et nødvendigt element i cellulære overlevelsessignalveje, da det modtager de passende overlevelsessignaler fra integriner, vækstfaktorer og intercellulære kontakter. Aktivering af PKB/Akt forhindrer en række trin i anoikis, for eksempel forårsager det inaktivering af caspase 9 og phosphorylering af det proapoptotiske protein Bad, aktivering af NF-κB og hæmning af transkriptionsfaktorer Fork head . ILK modtager integrin-medierede overlevelsessignaler uafhængigt af FAK, og Shc-adapterproteinet kan også uafhængigt transmittere adhæsionssignaler til ERK. ERK'er og PI3K'er kan negativt regulere Bim gennem dets phosphorylering, hvilket leder det til at blive nedbrudt. Dette forhindrer Bim i at undertrykke Bcl-2 og aktivere Bax, som giver beskyttelse mod anoikis [1] .
En undersøgelse fra 2008 og 2010 fandt en sammenhæng mellem epitelcellers modstand mod anoikis og autofagi . Faktisk letter PERK kinase overlevelsen af celler løsrevet fra ECM ved at stimulere autofagi og ATP -produktion . Tab af kommunikation med ECM aktiverer den kanoniske autofagi-vej, opretholder et konstant niveau af ATP i cellen og forårsager anoikis-forsinkelse. Autofagi gør det muligt for epitelceller at overleve, når de midlertidigt mister kontakten med ECM og derefter genbinder sig til den. Det er muligt, at den samme mekanisme bruges af tumorceller til at beskytte mod anoikis [1] .
Anoikis-resistens er af stor betydning for udviklingen af kræft . I modsætning til normale epitelceller behøver cancerceller ikke at være forbundet til ECM for at overleve og formere sig . På grund af resistens over for anoikis kan kræftceller migrere gennem hele kroppen i mangel af ordentlig kontakt med ECM og danne metastaser [1] . I øjeblikket udvikles lægemidler mod kræft , der øger tumorcellernes følsomhed over for anoikis [3] .
Flere mekanismer er blevet foreslået, der giver resistens over for anoikis i kræftceller [1] :
Adskillige andre mekanismer til fremkomst og opretholdelse af resistens over for anoikis er kendt. For eksempel giver caveolin-1 , et nøgleprotein i caveolae , anoikis-resistens over for hepatocellulære carcinomceller ved at aktivere IGF-1 -signalvejen [5] . En vigtig rolle i udviklingen af resistens over for anoikis i æggestokkræftceller spilles af CD24 -proteinet [6] . DBC1 -proteinet fremmer resistens over for anoikis i mavekræftceller ved at regulere NF-KB-signalvejen [7] . Interleukin 8 har en lignende effekt på tyktarmskræftceller [8] .
En stigning i anoikis, der ikke kompenseres af celledelinger eller kompenseres forkert, kan ligge til grund for mange kardiovaskulære degenerative patologier . Eksempler inkluderer løsrivelse af kardiomyocytter i et hjerteanfald , plaquedestruktion i åreforkalkning , forsvinden af glatte muskelceller i aneurismer og åreknuder og øget tab af vaskulære celler ved kardiovaskulære infektioner [1] .
Kronisk vaskulær sygdom er den hyppigste dødsårsag ved diabetes . Disse sygdomme er forbundet med øget anoikis endotelcelleløsning og død, så anoikis spiller en vigtig rolle ved diabetes [1] .
Anoikis kan være forårsaget af patogener . For eksempel forårsager Pseudomonas aeruginosa atypiske anoikis i værtsepitelceller [9] .
I øjeblikket er celletransplantation en attraktiv mulighed for behandling af visse sygdomme, såsom neurodegenerative lidelser , hjerteanfald og myopatier . Imidlertid er hovedproblemet for udviklerne af sådanne behandlinger den ekstremt lave levedygtighed af transplanterede celler. Transplanterede celler formår ikke at skabe ordentlig kontakt med den nye ECM og dør anoikis. Af denne grund er udviklingen af metoder, der forbedrer celleoverlevelse under transplantation, og sikrer beskyttelse af celler fra anoikis under cirkulation gennem blodbanen, før de når målorganet, en vigtig opgave for celleterapi [1] .
| Typer af celledød | |
|---|---|
| ikke-programmerbar | Nekrose |
| Programmerbar |
|