Anoikis ( anglicky anoikis , z jiného řeckého ἀν- "bez", οἶκος - "dům") je zvláštní případ buněčné smrti apoptózou , ke které dochází v reakci na nesprávnou buněčnou adhezi (komunikaci s extracelulární matrix ) nebo její ztrátu. Správná adheze buňky k extracelulární matrici ( ECM ) je nezbytná k tomu, abychom pochopili, zda buňka zaujímá správné místo. Odstranění buněk, které ztratily kontakt se svým prostředím, zabraňuje jejich navázání na nesprávný substrát a dalšímu růstu. Anoikis je tedy nezbytný pro rozvoj a udržování tkáňové homeostázy a u některých onemocnění dochází k jeho nesprávné regulaci. Anoikis byl popsán v několika typech buněk, nicméně se zdá, že buňky z různých tkání používají různé molekulární cesty vedoucí k anoikis [1] .
Přestože závislost buněk na přichycení k extracelulární matrix je známá již dlouhou dobu, fenomén anoikis v moderním slova smyslu byl popsán na počátku 90. let, kdy výzkumné skupiny Martina Schwartze ( ang. Martin Schwartz ) a Steva Frische ( angl. Steve Frisch ) téměř současně zveřejnili výsledky svých studií, které ukázaly, že buňky, které ztratily vazbu na extracelulární matrix, prošly programovanou smrtí apoptózou [2] .
Navzdory zvláštnímu názvu je anoikis v podstatě apoptóza. Iniciace a další průběh anoikis mohou být spuštěny různými cestami, které nakonec vedou k aktivaci kaspázy a fragmentaci DNA (znaky apoptózy). Stejně jako klasická apoptóza může být anoikis spuštěn interně poškozením mitochondrií a externě v reakci na aktivaci povrchových receptorů smrti . Bcl-2 proteiny hrají klíčovou roli ve vnějších a vnitřních cestách anoikis . Mezi nimi jsou antiapoptotické proteiny jako Bcl-2 , Bcl-XL a Mcl-1 a proapoptotické proteiny jako Bax , Bak a Bok (multi -BH3 -doménové proteiny) a Bid , Bik , Bmf , Noxa [ , Bad , Bim a Puma (proteiny obsahující pouze doménu BH3, popř. pouze- BH3 proteiny ( angl. BH3-only proteins )) [1] .
Ve vnitřní anoikis dráze dochází k aktivaci kaspáz v důsledku porušení integrity mitochondriální membrány , což je způsobeno tvorbou oligomerů proapoptotických proteinů rodiny Bcl-2 na vnější mitochondriální membráně : vytvářejí kanály v membráně a prudce zvyšují její propustnost. Důležitou roli při tvorbě kanálů v mitochondriální membráně hrají napěťově řízené aniontové kanály . Destrukce vnější mitochondriální membrány vede k uvolnění cytochromu c , který spolu s kaspázou 9 a faktorem aktivujícím apoptózu proteázu (APAF ) tvoří apoptozom . Finální iniciační fáze spočívá v aktivaci efektorové kaspázy 3 a začátku efektorové fáze apoptózy. Aktivace anoikis prostřednictvím vnitřní dráhy je především odpovědností proteinu Bim, i když se na něm může podílet i Bid. Bim je aktivován po oddělení buněk od ECM a rychle spouští sestavení Bax-Bak oligomerů na vnější mitochondriální membráně. V klidu je Bim spojen s dyneiny a aktinovými mikrofilamenty , dokud ztráta vazby integrinu na ECM nezpůsobí jeho uvolnění a translokaci do mitochondrií, kde interaguje s Bcl-XL, čímž neguje jeho aktivitu podporující přežití. Ztráta vazby integrinu na ECM potlačuje fosforylaci Bim kinázou regulovanou extracelulárním signálem ERK ) a fosfoinositid-3-kinázou (PI3K) / Akt . Díky tomu přestává být Bim ohrožen destrukcí v proteazomech a začíná jeho akumulace v buňce. Tyto dva procesy tedy vedou k akumulaci Bim v cytoplazmě a zvýšení jeho dostupnosti [1] .
Hromadí se důkazy, že v efektorové fázi anoikis v různých typech tkání jsou zapojeny další proteiny pouze BH3. Například transkripce Noxa a Puma je regulována p53 a bylo zaznamenáno jejich zapojení do anoikis ve fibroblastech . Navíc v epiteliálních buňkách působí Bcl-2-modifikující faktor (Bmf) jako „strážce“, který si všímá abnormalit v cytoskeletu a převádí tyto informace na signál smrti. Po oddělení buňky od matrice se Bmf uvolňuje z motorického komplexu, ve kterém byl ve stavu navázaný na myosin V, a hromadí se v mitochondriích, kde ruší aktivitu Bcl-2 a vede k uvolnění cytochromu c , a odtud další vývoj anoikis [1] .
Anoikis vnější cesta začíná vazbou ligandů extracelulární smrti, jako je Fas ligand (FasL) nebo tumor nekrotizující faktor -α (TNF-α) na jejich transmembránové receptory ( Fas receptor a TNFR ), což vede k shromáždění indukované smrti signalizačního komplexu ( death-indducing signaling complex, DISC ) . DISC prostřednictvím adaptorového proteinu FADD přitahuje a váže několik molekul kaspázy 8 . Autoaktivovaná kaspáza 8 pak proteolyticky aktivuje kaspázy 3 a 7, které dále štěpí různé intracelulární proteiny a nakonec vedou k buněčné smrti. Kaspáza 8 může nejen aktivovat efektorové kaspázy (externí anoikis typu I), ale také štěpit pouze protein BH3 Bid (externí anoikis typu II). Zkrácená forma Bid (tBid) usnadňuje uvolnění cytochromu c z mitochondrií a sestavení apoptozomu [1] .
Ztráta spojení s ECM vede ke zvýšení exprese Fas a FasL a snížení exprese FLIP , endogenního inhibitoru signálních drah Fas . Navíc změny ve tvaru buňky, ke kterým dochází během odlučování buňky (zaoblování buňky), mohou spustit vnější anoikis dráhu, hlavně prostřednictvím Fas. Konečně, aktivace receptorů smrti může nakonec vést k poškození mitochondrií, takže se vnější a vnitřní cesty anoikis kříží [1] .
Aktivace kaspázy 3 je událost společná pro vnitřní i vnější dráhu anoikis. Spouští kaskádu proteolytických reakcí, které degradují signální molekuly, jako je fokální adhezní kináza (FAK), Cas a paxillin . Zničení FAK ruší jeho příspěvek k přežití a ničí ohniskové kontakty . Řezání p130Cas poskytuje C-terminální fragment, který reguluje transkripci inhibitoru cyklin-dependentní kinázy p21 ; tedy zajišťuje další průběh anoikis blokováním buněčného cyklu . Oddělené buňky, ve kterých kaspáza 3 štěpí FAK a p130Cas, pak mohou podstoupit následující fáze anoikis [1] .
Anoikis neumožňuje epiteliálním buňkám, které z jakéhokoli důvodu opustily své původní místo, aby se usadily kdekoli jinde. Normální epiteliální buňky jsou na druhé straně chráněny před anoikis několika mechanismy, zejména jsou nepohyblivé a mají nepřetržitý kontakt s ECM. Vážnější ochrana proti anoikis je nutná pro vysoce pohyblivé a dělící se buňky, například mezenchymální buňky; skutečně mají tendenci být odolnější vůči anoikis než epiteliální buňky. Navíc trvale neadherentní buňky, jako jsou zralé hematopoetické buňky a leukocyty , mají silnou obranu proti anoikis [1] .
Obecně jsou buňky chráněny před anoikis primárně, když jsou navázány na proteiny ECM. Úloha ECM jako silného inhibitoru anoikis je rozšířená a několik integrinů (α1β1, α2β1, α3β1, α5β1, α6β1, α6β4, avβ3) má významný vliv na přežití normálních i degenerovaných buněk. Klíčové proteiny, které zprostředkovávají integrinem zprostředkovanou signalizaci vedoucí k ochraně proti anoikis, jsou FAK, integrin-linked kinase ( eng. integrin-linked kinase, ILK ), tyrosin kináza Src , PI3K, ERK a adaptorový protein Shc . Když jsou integriny navázány na správné proteiny ECM, FAK a ILK se rekrutují a aktivují signální dráhy PI3K/Akt, ERK a Jun kinázy ( JNK PKB/Akt je nezbytným prvkem signálních drah buněčného přežití, protože přijímá vhodné signály pro přežití z integrinů, růstových faktorů a mezibuněčných kontaktů. Aktivace PKB/Akt zabraňuje řadě kroků v anoikis, například způsobuje inaktivaci kaspázy 9 a fosforylaci proapoptotického proteinu Bad, aktivaci NF-κB a inhibici transkripčních faktorů Fork head . ILK přijímá signály přežití zprostředkované integrinem nezávisle na FAK a adaptérový protein Shc může také nezávisle přenášet adhezní signály do ERK. ERK a PI3K mohou negativně regulovat Bim prostřednictvím jeho fosforylace, která vede k jeho degradaci. To zabraňuje Bim potlačit Bcl-2 a aktivovat Bax, který poskytuje ochranu proti anoikis [1] .
Studie z let 2008 a 2010 zjistila souvislost mezi rezistencí epiteliálních buněk vůči anoikis a autofagií . Ve skutečnosti kináza PERK usnadňuje přežití buněk oddělených od ECM stimulací autofagie a produkce ATP . Ztráta komunikace s ECM aktivuje kanonickou autofagickou dráhu, udržuje konstantní hladinu ATP v buňce a způsobuje zpoždění anoikis. Autofagie umožňuje epiteliálním buňkám přežít, když dočasně ztratí kontakt s ECM a poté se k němu znovu připojí. Je možné, že stejný mechanismus využívají nádorové buňky k ochraně před anoikis [1] .
Rezistence Anoikis má velký význam při vzniku rakoviny . Na rozdíl od normálních epiteliálních buněk nemusí být rakovinné buňky připojeny k ECM, aby přežily a množily se . Kvůli odolnosti vůči anoikis mohou rakovinné buňky migrovat po celém těle v nepřítomnosti správných kontaktů s ECM a vytvářet metastázy [1] . V současné době jsou vyvíjeny protinádorové léky , které zvyšují citlivost nádorových buněk na anoikis [3] .
Bylo navrženo několik mechanismů, které poskytují odolnost vůči anoikis v rakovinných buňkách [1] :
Je známo několik dalších mechanismů pro vznik a udržení rezistence vůči anoikis. Například kaveolin-1 , klíčový protein v caveolae , poskytuje rezistenci vůči anoikis buňkám hepatocelulárního karcinomu aktivací signální dráhy IGF-1 [5] . Důležitou roli ve vývoji rezistence k anoikis u buněk rakoviny vaječníků hraje protein CD24 [6] . Protein DBC1 podporuje odolnost vůči anoikis v buňkách rakoviny žaludku regulací signální dráhy NF-κB [7] . Interleukin 8 má podobný účinek na buňky rakoviny tlustého střeva [8] .
Nárůst anoikis, který není kompenzován buněčným dělením nebo je kompenzován nesprávně, může být základem mnoha kardiovaskulárních degenerativních patologií . Příklady zahrnují odchlípení kardiomyocytů při srdečním infarktu , destrukci plaku při ateroskleróze , vymizení buněk hladkého svalstva u aneuryzmat a křečových žil a zvýšenou ztrátu vaskulárních buněk při kardiovaskulárních infekcích [1] .
Chronické cévní onemocnění je hlavní příčinou úmrtí u diabetu . Tato onemocnění jsou spojena se zvýšeným odlučováním a smrtí endoteliálních buněk anoikis, takže anoikis hraje důležitou roli u diabetu [1] .
Anoikis může být způsobeno patogeny . Například Pseudomonas aeruginosa způsobuje atypické anoikis v hostitelských epiteliálních buňkách [9] .
V současné době je transplantace buněk atraktivní možností pro léčbu některých onemocnění, jako jsou neurodegenerativní poruchy , srdeční infarkt a myopatie . Hlavním problémem, kterému vývojáři takové léčby čelí, je však extrémně nízká životaschopnost transplantovaných buněk. Transplantované buňky obvykle nedokážou navázat správné kontakty s novým ECM a zemřou anoikis. Z tohoto důvodu je důležitým úkolem buněčné terapie vývoj metod, které zlepšují přežití buněk během transplantace a zajišťují ochranu buněk před anoikis během cirkulace krevním řečištěm před dosažením cílového orgánu [1] .
| Typy buněčné smrti | |
|---|---|
| neprogramovatelné | Nekróza |
| Programovatelné |
|