Anoikis ( engelska anoikis , från andra grekiska ἀν- "utan", οἶκος - "hus") är ett specialfall av celldöd genom apoptos , som inträffar som svar på felaktig celladhesion (kommunikation med den extracellulära matrisen ) eller dess förlust. Korrekt vidhäftning av cellen till den extracellulära matrisen ( ECM ) är nödvändig för att förstå om cellen upptar rätt plats. Att ta bort celler som tappat kontakten med sin omgivning hindrar dem från att binda till fel substrat och växa ytterligare. Således är anoikis avgörande för utveckling och underhåll av vävnadshomeostas . , och dess felreglering förekommer i vissa sjukdomar. Anoikis har beskrivits i flera celltyper, men celler från olika vävnader verkar använda olika molekylära vägar som leder till anoikis [1] .
Även om cellernas beroende av bindning till den extracellulära matrisen har varit känt under lång tid, beskrevs fenomenet anoikis i modern mening i början av 1990-talet, då forskargrupperna av Martin Schwartz ( eng. Martin Schwartz ) och Steve Frisch ( eng. Steve Frisch ) publicerade nästan samtidigt resultaten av sina studier som visade att celler som förlorade fästet till den extracellulära matrisen genomgick programmerad död genom apoptos [2] .
Trots det speciella namnet är anoikis i huvudsak apoptos. Initieringen och det fortsatta förloppet av anoikis kan utlösas av olika vägar som i slutändan leder till kaspasaktivering och DNA-fragmentering (kännetecknande för apoptos). Liksom klassisk apoptos kan anoikis utlösas internt, genom skador på mitokondrier och externt, som svar på aktiveringen av ytdödsreceptorer . Bcl-2 proteiner spelar en nyckelroll i anoikis yttre och inneboende vägar . Bland dem finns anti-apoptotiska proteiner som Bcl-2 , Bcl-XL och Mcl-1 , och pro-apoptotiska proteiner som Bax , Bak och Bok (multi -BH3-domänproteiner) och Bid , Bik , Bmf , Noxa , Bad , Bim och Puma (proteiner som endast innehåller BH3-domänen, eller endast- BH3-proteiner ( eng. BH3-bara proteiner )) [1] .
I den interna anoikis-vägen inträffar kaspasaktivering på grund av en kränkning av det mitokondriella membranets integritet , vilket orsakas av bildandet av oligomerer av pro-apoptotiska proteiner från Bcl-2-familjen på det yttre mitokondriella membranet : de bildar kanaler i membranet och ökar kraftigt dess permeabilitet. En viktig roll i bildandet av kanaler i mitokondriella membranet spelas av spänningsstyrda anjonkanaler . Förstörelse av det yttre mitokondriella membranet leder till frisättning av cytokrom c , som tillsammans med kaspas 9 och apoptos-proteasaktiverande faktor (APAF ) bildar apoptosomen . Det sista initieringssteget består i aktiveringen av effektorkaspas 3 och början av effektorstadiet av apoptos. Aktiveringen av anoikis via den inneboende vägen är huvudsakligen ansvaret för Bim-proteinet, även om Bid också kan vara inblandat. Bim aktiveras vid cellavskiljning från ECM och utlöser snabbt sammansättningen av Bax-Bak-oligomerer på det yttre mitokondriella membranet. I vila är Bim associerad med dyneiner och aktinmikrofilament tills förlust av integrinbindning till ECM gör att det frigörs och translokeras till mitokondrierna, där det interagerar med Bcl-XL, vilket förnekar dess överlevnadsfrämjande aktivitet. Förlust av integrinbindning till ECM undertrycker fosforylering av Bim av extracellulärt signalreglerat kinas ERK ) och fosfoinositid-3-kinas (PI3K) / Akt . Tack vare detta upphör Bim att vara hotad av förstörelse i proteasomer , och dess ansamling i cellen börjar. Således leder dessa två processer till ackumulering av Bim i cytoplasman och en ökning av dess tillgänglighet [1] .
Bevis ackumuleras att andra BH3-bara proteiner är involverade i effektorfasen av anoikis i olika vävnadstyper. Till exempel regleras transkription av Noxa och Puma av p53 , och deras inblandning i anoikis i fibroblaster har noterats . Dessutom, i epitelceller, fungerar den Bcl-2-modifierande faktorn (Bmf) som en "väktare" som märker avvikelser i cytoskelettet och omvandlar denna information till en dödssignal. Faktum är att vid cellavskiljning från matrisen frigörs Bmf från motorkomplexet, i vilket det var i tillståndet bundet till myosin V, och ackumuleras i mitokondrier, där det omintetgör Bcl-2-aktivitet och leder till frisättning av cytokrom c , och därmed vidareutveckling av anoikis [1] .
Anoikis yttre väg börjar med bindningen av extracellulära dödsligander, såsom Fas-ligand (FasL) eller tumörnekrosfaktor -α (TNF-α) till deras transmembranreceptorer ( Fas-receptor respektive TNFR ), vilket leder till sammansättning av inducerad död av signalkomplexet ( dödsinducerande signalkomplex, DISC ) . DISC via adapterprotein FADD attraherar och binder flera kaspas 8- molekyler . Autoaktiverat kaspas 8 aktiverar sedan proteolytiskt kaspas 3 och 7, som ytterligare klyver olika intracellulära proteiner och så småningom leder till celldöd. Caspase 8 kan inte bara aktivera effektorkaspaser (typ I extrinsic anoikis), utan också skära endast BH3 Bid-proteinet (typ II extrinsic anoikis). Den trunkerade formen av Bid (tBid) underlättar frisättningen av cytokrom c från mitokondrier och montering av apoptosomen [1] .
Förlust av anslutning till ECM leder till en ökning av uttrycket av Fas och FasL och en minskning av uttrycket av FLIP , en endogen hämmare av Fas -signalvägar . Dessutom kan förändringar i cellens form som uppstår under cellavlossning (avrundning av cellen) utlösa den externa anoikisvägen, främst genom Fas. Slutligen kan aktivering av dödsreceptorer så småningom leda till mitokondriell skada så att anoikis yttre och inneboende vägar korsar [1] .
Kaspas 3-aktivering är en händelse som är gemensam för både de inneboende och yttre anoikis-vägarna. Det utlöser en kaskad av proteolytiska reaktioner som bryter ned signalmolekyler som fokalt vidhäftningskinas (FAK), Cas och paxillin . Förstörelse av FAK upphäver dess bidrag till överlevnad och förstör fokalkontakterna . Klippning av p130Cas ger ett C-terminalt fragment som reglerar transkription av den cyklinberoende kinashämmaren p21 ; sålunda säkerställer det det fortsatta förloppet av anoikis genom att blockera cellcykeln . Fristående celler i vilka kaspas 3 skär FAK och p130Cas kan sedan genomgå efterföljande stadier av anoikis [1] .
Anoikis tillåter inte epitelceller som har lämnat sin ursprungliga plats av någon anledning att bosätta sig någon annanstans. Normala epitelceller, å andra sidan, skyddas från anoikis av flera mekanismer, i synnerhet är de orörliga och har kontinuerliga kontakter med ECM. Mer seriöst skydd mot anoikis behövs för mycket rörliga och delande celler, till exempel mesenkymala celler; faktiskt, de tenderar att vara mer resistenta mot anoikis än epitelceller. Dessutom har permanent icke-vidhäftande celler, såsom mogna hematopoetiska celler och leukocyter , ett kraftfullt försvar mot anoikis [1] .
I allmänhet skyddas celler från anoikis främst när de är bundna till ECM-proteiner. Rollen av ECM som en potent hämmare av anoikis är utbredd, och flera integriner (α1β1, α2β1, α3β1, α5β1, α6β1, α6β4, αvβ3) har en signifikant effekt på överlevnaden av både normala och degenererade celler. Nyckelproteiner som förmedlar integrin-medierad signalering som leder till skydd mot anoikis är FAK, integrin-linked kinas ( eng. integrin-linked kinase, ILK ), tyrosinkinas Src , PI3K, ERK och adapterprotein Shc . När integriner är bundna till de korrekta ECM-proteinerna, rekryterar och aktiverar FAK och ILK PI3K/Akt, ERK och Jun kinas ( JNK ) signalvägar. PKB/Akt är en nödvändig del av cellulära överlevnadssignaleringsvägar, eftersom den tar emot lämpliga överlevnadssignaler från integriner, tillväxtfaktorer och intercellulära kontakter. Aktivering av PKB/Akt förhindrar ett antal steg i anoikis, till exempel orsakar det inaktivering av kaspas 9 och fosforylering av det proapoptotiska proteinet Bad, aktivering av NF-KB och hämning av transkriptionsfaktorer Fork head . ILK tar emot integrinmedierade överlevnadssignaler oberoende av FAK, och Shc-adapterproteinet kan också oberoende överföra adhesionssignaler till ERK. ERK och PI3K kan negativt reglera Bim genom dess fosforylering, vilket leder till att den brytas ned. Detta hindrar Bim från att undertrycka Bcl-2 och aktivera Bax, vilket ger skydd mot anoikis [1] .
En studie från 2008 och 2010 fann ett samband mellan epitelcellers resistens mot anoikis och autofagi . Faktum är att PERK -kinas underlättar överlevnaden av celler som lossnar från ECM genom att stimulera autofagi och ATP- produktion . Förlust av kommunikation med ECM aktiverar den kanoniska autofagivägen, upprätthåller en konstant nivå av ATP i cellen och orsakar anoikis fördröjning. Autofagi gör att epitelceller kan överleva när de tillfälligt tappar kontakten med ECM och sedan kopplas till den igen. Det är möjligt att samma mekanism används av tumörceller för att skydda mot anoikis [1] .
Anoikis-resistens är av stor betydelse för utvecklingen av cancer . Till skillnad från normala epitelceller behöver inte cancerceller vara anslutna till ECM för att överleva och föröka sig . På grund av resistens mot anoikis kan cancerceller migrera genom hela kroppen i avsaknad av ordentliga kontakter med ECM och bilda metastaser [1] . För närvarande utvecklas läkemedel mot cancer som ökar tumörcellernas känslighet för anoikis [3] .
Flera mekanismer har föreslagits som ger resistens mot anoikis i cancerceller [1] :
Flera andra mekanismer för uppkomst och upprätthållande av resistens mot anoikis är kända. Till exempel ger caveolin-1 , ett nyckelprotein i caveolae , anoikis-resistens mot hepatocellulära karcinomceller genom att aktivera IGF-1 -signalvägen [5] . En viktig roll i utvecklingen av resistens mot anoikis i äggstockscancerceller spelas av CD24 -proteinet [6] . DBC1- proteinet främjar resistens mot anoikis i magcancerceller genom att reglera NF-KB-signalvägen [7] . Interleukin 8 har en liknande effekt på tjocktarmscancerceller [8] .
En ökning av anoikis som inte kompenseras av celldelningar eller kompenseras felaktigt kan ligga bakom många kardiovaskulära degenerativa patologier . Exempel är avlossning av kardiomyocyter vid en hjärtinfarkt , plackdestruktion vid åderförkalkning , försvinnande av glatta muskelceller i aneurysm och åderbråck och ökad förlust av kärlceller vid kardiovaskulära infektioner [1] .
Kronisk kärlsjukdom är den vanligaste dödsorsaken vid diabetes . Dessa sjukdomar är förknippade med ökad anoikis endotelcellavlossning och död, så anoikis spelar en viktig roll vid diabetes [1] .
Anoikis kan orsakas av patogener . Till exempel orsakar Pseudomonas aeruginosa atypiska anoikis i värdepitelceller [9] .
För närvarande är celltransplantation ett attraktivt alternativ för behandling av vissa sjukdomar, såsom neurodegenerativa sjukdomar , hjärtinfarkt och myopatier . Det största problemet som utvecklarna av sådana behandlingar står inför är emellertid den extremt låga livsdugligheten hos transplanterade celler. Transplanterade celler misslyckas vanligtvis med att få ordentliga kontakter med den nya ECM och dör anoikis. Av denna anledning är utvecklingen av metoder som förbättrar cellöverlevnaden under transplantation, som säkerställer skydd av celler från anoikis under cirkulation genom blodomloppet innan de når målorganet, en viktig uppgift för cellterapi [1] .
| Typer av celldöd | |
|---|---|
| ej programmerbar | Nekros |
| Programmerbar | |