Hem fizyolojik hem patolojik koşullarda, hücre ölümü yaşam sürecinde kaçınılmaz ve kritik bir aşamadır ve bir hücrenin yaşam döngüsünün sonlandığını gösterir. Geleneksel olarak, hücre ölümü apoptoz ve nekroz olmak üzere iki gruba ayrılmıştır.

Hücre ölümü, hücrelerin temel yaşamsal işlevlerini sürdüremediği durumlarda meydana gelir. Geleneksel sınıflandırmaya göre, hücre ölümü kazara hücre ölümü (Accidental Cell Death, ACD) ve düzenlenmiş hücre ölümü (Regulated Cell Death, RCD) olarak ikiye ayrılır. ACD, kontrol mekanizmasından yoksun rastlantısal bir biyolojik süreçken, RCD ise efektör moleküllerin rol aldığı bir sinyal iletim sürecini içerir. Bu bağlamda, RCD aynı zamanda programlanmış hücre ölümü (Programmed Cell Death, PCD) olarak da adlandırılır ve genellikle fizyolojik koşullar altında gerçekleşir.

Hücre ölümünün morfolojik yapısına, enzimatik aktivitesine veya immünolojik özelliklerine bağlı olarak çeşitli hücre ölümü türleri tanımlanabilir. Günümüze kadar yapılan çalışmalar, büyük ölçüde programlanmış hücre ölümü (PCD) kategorisine giren apoptoz, piroptoz, nekroptoz ve otofaji üzerinde yoğunlaşmıştır. 2012 yılında Dixon, ilk kez ferroptozis kavramını öne sürmüştür. Ferroptozis, demire bağımlı ve apoptozdan bağımsız bir hücre ölüm biçimi olup, lipid reaktif oksijen türlerinin (ROS) birikimi ile karakterize edilir. Hücre morfolojisi ve işlevi açısından ferroptozis, nekroz, apoptoz ve otofajiden belirgin şekilde ayrışmaktadır.

 

Apoptosis

Apoptoz ile ölen hücreler, zar büzüşmesi, kromatin yoğunlaşması, apoptotik cisimcik oluşumu, sitoskeletonun parçalanması gibi çeşitli morfolojik değişiklikler gösterir; bunlar arasında en kritik olanı çekirdekte meydana gelen değişimlerdir. Hücre bir uyarı (DNA hasarı, büyüme faktörleri) aldığında, apoptozu teşvik eden protein ailesine ait Bad/Bax proteinleri oligomer kompleksleri oluşturarak sitoplazmadan dış mitokondriyal zara taşınır. Bu süreç, dış zarın geçirgenliğini ve transmembran potansiyelini değiştirerek apoptoz ile ilişkili faktörlerin serbest kalmasını sağlar.

 

Sitoplazmaya salınan bu faktörler arasında apoptotik proteaz aktive edici faktör-1 (Apaf-1), sitokrom c ve dATP bulunur. Bu moleküller apoptotik cisimler halinde birleşerek kaspaz-9'un aktivasyonuna yol açar. Sonuç olarak, infaz kaspazları olan kaspaz-3/7, kaspaz-9 tarafından katalize edilerek proteolitik aktivasyonu başlatır ve apoptoz sürecini gerçekleştirir.

 

Yukarıda bahsedilen sitokrom C aracılı apoptoz mekanizmasının yanı sıra, klasik kaspaz bağımlı yola alternatif olarak, apoptotik indükleyici faktör (AIF) proteini tarafından yönlendirilen bir mitokondriyal apoptoz yolu daha bulunmaktadır. AIF normalde mitokondri içinde bulunur. Hücreler içsel apoptoz tetikleyici faktörlere maruz kaldığında, AIF mitokondriden sitoplazmaya taşınabilir ve nihayetinde çekirdeğe ulaşarak DNA hasarına ve hücre ölümüne neden olabilir.

 

Ekstrinsik apoptoz yolunun kritik bileşeni, plazma membranındaki iki farklı reseptör modelidir: bağımlılık reseptörleri ve ölüm reseptörleri. Ölüm reseptörlerinin ortak özelliği, hücre dışı sistein açısından zengin bir bölgeye ve hücre içi ölüm alanına sahip olmalarıdır. Tipik ölüm reseptörleri arasında DR3/4/5, Fas, TNFR1/2 gibi moleküller yer alır.

 

Ölüm reseptörleri, hücre yüzeyindeki ligandlarına bağlandığında, adaptör proteinleri (kaspaz-8) toplayarak stabil trimer kompleksleri oluşturur ve bu sayede Ölüm İndüksiyon Sinyal Kompleksi'ni (DISC) meydana getirir. DISC, apoptotik cisimler gibi işlev göstererek apoptoz proteazlarını (kaspaz-3) kesip aktive eder. Aktif kaspaz-3, ardından hücre ölümünü başlatan bir dizi reaksiyonu tetikleyerek apoptoz sürecinin tamamlanmasına neden olur.

​

​

​

​

​

​

 

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

 

Apoptoz için iki klasik sinyal yolu: eksojen apoptoz sinyal yolu ve endojen apoptoz sinyal yolu.

 

Apoptoz çalışmalarınız için ürünlerimize göz atın!

​

​

 

Piroptosis

Piroptosis, klasik ve klasik olmayan yollar olmak üzere ikiye ayrılır. Klasik yol genellikle iki aşamada gerçekleşir. İlk aşamada, “sinyal başlatma” adımı gerçekleşir; burada, çoğu protein NF-κB yolunu aktive ederek ekspresyonunun artmasına teşvik edilir. Bu proteinler inflamatuar gövdelerin bir bileşeni olacaktır. İnflamatuar gövdeler, bir sitoplazmik desen tanıma reseptörü (PRR), bir adaptör protein ve pro-kaspaz-1 içerir.

 

Ardından ikinci aşamada, kaspaz-1 aktive olarak gasdermin D'nin N-terminal parçalarını keser ve bu kesilen parçalar plazma membranına yerleşerek gözenekler oluşturur, böylece piroptosis süreci başlar. Aynı zamanda, pro-IL-1β ve pro-IL-18'in hidrolizi ve aktivasyonu gerçekleşerek pro-inflamatuar formları olan IL-1β ve IL-18’in üretilmesini sağlar; bu da inflamasyon ve bağışıklık tepkilerini tetikler.

 

Bunun yanı sıra, piroptosis klasik olmayan bir LPS yolu aracılığıyla da gerçekleşebilir. Bu mekanizmada, farelerde kaspaz-11, insanlarda ise kaspaz-4 ve kaspaz-5, gasdermin D'yi (GSDMD) parçalayarak piroptosis sürecini başlatır.

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

 

Hücre piroptosisinin sinyal yolu: Cas-1 bağımsız piroptosis ve Cas-1 bağımlı piroptosis.

 

Piroptosis Çalışmalarınız için ürünlerimize göz atın!

​

​

 

 

Nekroptosis

Düzenlenmiş bir nekroz türü olan nekroptoz, apoptoz mekanizmasının başka bir şekilde engellenmesi durumunda devreye giren, hücrenin kendi kendini yok etme sürecidir. Nekroptoz, kaspaz aktivitesinden bağımsız olarak ilerlemesi bakımından apoptozdan ve diğer programlanmış nekrotik hücre ölüm yollarından farklılık gösterir. Bunun yerine, bu süreç MLKL'nin RIPK3 aracılığıyla fosforilasyonunu gerektirir.

 

Bu fosforilasyon olayı, MLKL’nin plazma membranında gözenek benzeri bir yapı oluşturmasını sağlayarak DAMP'lerin salgılanmasına, hücrenin şişmesine ve membranın yırtılmasına neden olur. Nekroptoz sırasında, organellerin şişmesi, hücre zarının parçalanması ve nihayetinde sitoplazma ile çekirdeğin bozulması gibi hücresel yıkımın çeşitli aşamaları gözlemlenebilir.

 

Genellikle nekroptoz, TNF-α gibi ligandların hücre zarındaki Ölüm Reseptörlerine (DR'ler) bağlanmasıyla hücre dışından gelen sinyallerle tetiklenir. TNF süper ailesine ait bu reseptörler arasında TNFR1, Fas/CD95, DR4/TRAIL-R1 ve DR5/TRAIL-R2 bulunur. Bu reseptörler aktive olduktan sonra adaptör proteinler TRADD ve TRAF2'ye bağlanarak RIP kinazlarının aşağı akış aktivasyonunu başlatır.

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

 

 

 

 

Apoptoz ve nekroptozisin moleküler mekanizması. Ölüm reseptörü, hem ekstrinsik apoptozu hem de nekroptozisi yönlendirir; RIPK1, apoptoz ve nekroptoziste kilit bir rol oynar.

 

Necroptosis ürünlerine göz atın!

​

​

 

Ferroptosis

Tipik nekrozda görülen sitoplazma ve organel şişmesi ya da hücre zarının yırtılması gibi morfolojik özellikler ferroptozda bulunmaz. Ayrıca, hücre büzüşmesi, kromatin yoğunlaşması, apoptotik cisim oluşumu ve sitoskeletonun parçalanması gibi klasik apoptoz süreçlerine ait özellikler de gözlenmez. Otofajiden farklı olarak, ferroptoz sırasında çift katmanlı zar yapısına sahip otofajik vakuoller oluşmaz.

 

Ferroptozis, demire bağımlı olarak gerçekleşen yeni bir programlanmış hücre ölüm mekanizmasıdır. Tümörler, nörolojik hastalıklar, akut böbrek hasarı, iskemi/reperfüzyon gibi birçok hastalığın oluşum ve ilerlemesinde kritik bir düzenleyici role sahiptir. Hastalıkların seyrini yavaşlatmak amacıyla ferroptoz yolunun aktive edilmesi veya inhibe edilmesi, pek çok hastalık için umut vadeden bir tedavi yaklaşımı sunmaktadır.

 

Demir, hücre içindeki lipid peroksidasyonu ve ferroptoz sürecini yönlendiren temel bir faktördür. Ferroptoz, demir şelatörleri (örneğin, deferoksamin) ile engellenebilirken, eksojen demir takviyesi (örneğin, ferrik amonyum sitrat) süreci hızlandırabilir. Yapılan çeşitli çalışmalar, demir metabolizmasına bağlı genlerin düzenlenmesinin ferroptotik hücre ölümünü de etkileyebileceğini göstermiştir. Bu genler arasında transferin, azot fiksasyonu 1 (NFS1), demir tepki elementi bağlayıcı protein 2 (IREB2) ve nükleer reseptör koaktivatörü 4 (NCOA4) gibi moleküller yer alır. Bu nedenle, hücre içindeki demir miktarının fazlalığı, ferroptozu izlemek için temel göstergelerden biri olarak kabul edilir.

 

Ferroptoz sürecinde kararsız demir seviyelerindeki değişiklikleri tespit etmek amacıyla yaygın olarak kullanılan bir floresan prob olan FRET Demir Probu 1 (FIP-1) önemli bir araçtır. Demir konsantrasyonu ayrıca indüktif olarak eşleşmiş plazma-MS (ICP-MS) veya Perls' Prussian Blue boyama yöntemi ile de ölçülebilir.

 

Lipid peroksidasyon seviyesi, ferroptozisin en temel biyokimyasal göstergelerinden biridir. Birçok ferroptoz modelinde peroksitlenmiş fosfolipid seviyelerinde belirgin bir artış gözlenmiştir. BODIPY-C11 (veya C11-BODIPY) ve LiperFluo, ferroptoz sırasında lipid peroksidasyonunu ölçmek için kullanılan iki temel testtir. LiperFluo, daha yüksek özgüllüğe sahip olması nedeniyle daha güvenilir bir prob olarak kabul edilmektedir. Ayrıca, ferroptoz sürecini takip etmek amacıyla GPx4 enzim aktivitesindeki değişiklikler veya LC-MS ile fosfatidilkolin hidroperoksit seviyesinin belirlenmesi gibi yöntemler de kullanılabilir.

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

 

Ferroptozisin sinyal yolunun şematik açıklaması. Belirtilen yollar, lipid ROS üretimi aracılığıyla ferroptozis duyarlılığını kontrol eder. Fosfatidiletanolaminler (PE); fosfolipid (PLH); fosfolipid alkoksil radikali (PL-O·); fosfolipid peroksil radikali (PL-OO·); fosfolipid hidroperoksit (PL-OOH); transferrin (TF).

 

Ferroptosis çalışmalarınız için ürünlerimize göz atın!

​

​

​

​

 

REFERANSLAR

​

Frank D, Vince JE. Pyroptosis versus necroptosis: similarities, differences, and crosstalk. Cell Death Differ. 2019;26(1):99-114. doi:10.1038/s41418-018-0212-61.

Yang WS, Stockwell BR. Ferroptosis: Death by Lipid Peroxidation. Trends Cell Biol. 2016;26(3):165-176. doi:10.1016/j.tcb.2015.10.014

Dixon, S. J. et al. Ferroptosis: an iron-dependent form of nonapoptotic cell death. Cell 149, 1060–1072 (2012).

Galluzzi L, Vitale I, Abrams JM, Alnemri ES, Baehrecke EH, Blagosklonny MV, et al. Molecular definitions of cell death subroutines: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death. Cell Death Differ. 2012;19:107.

He, S. et al. Receptor interacting protein kinase-3 determines cellular necrotic response to TNF-α. Cell 137, 1100–1111 (2009).