Anoikis ( engleză anoikis , din altă greacă ἀν- „fără”, οἶκος - „casă”) este un caz special de moarte celulară prin apoptoză , care apare ca răspuns la aderența celulară necorespunzătoare (comunicarea cu matricea extracelulară ) sau pierderea acesteia. Aderența corectă a celulei la matricea extracelulară ( ECM ) este necesară pentru a înțelege dacă celula ocupă locul corect. Îndepărtarea celulelor care și-au pierdut contactul cu mediul lor le împiedică să se lege de substratul greșit și să crească în continuare. Astfel, anoikis este esențial pentru dezvoltarea și menținerea homeostaziei tisulare ., iar reglarea greșită a acesteia apare în unele boli. Anoikis a fost descris în mai multe tipuri de celule, cu toate acestea, celulele din diferite țesuturi par să folosească căi moleculare diferite care conduc la anoikis [1] .
Deși dependența celulelor de atașarea la matricea extracelulară este cunoscută de mult timp, fenomenul anoikis în sensul modern a fost descris la începutul anilor 1990, când grupurile de cercetare ale lui Martin Schwartz ( ing. Martin Schwartz ) și Steve Frisch ( ing. Steve Frisch ) au publicat aproape simultan rezultatele studiilor lor care au arătat că celulele care și-au pierdut atașarea la matricea extracelulară au suferit moarte programată prin apoptoză [2] .
În ciuda numelui special, anoikis este în esență apoptoză. Inițierea și evoluția ulterioară a anoikisului pot fi declanșate de diferite căi care conduc în cele din urmă la activarea caspazei și fragmentarea ADN-ului (semnele distinctive ale apoptozei). La fel ca apoptoza clasică, anoikisul poate fi declanșat intern, prin deteriorarea mitocondriilor și extern, ca răspuns la activarea receptorilor morții de suprafață. Proteinele Bcl-2 joacă un rol cheie în căile extrinseci și intrinseci ale anoikisului . Printre acestea se numără proteine anti-apoptotice precum Bcl-2 , Bcl-XL și Mcl-1 , și proteine pro-apoptotice precum Bax , Bak și Bok (multi -BH3 -domain proteins) și Bid , Bik , Bmf , Noxa , Bad , Bim și Puma (proteine care conțin numai domeniul BH3, sau numai- proteine BH3 ( ing. proteine BH3-only )) [1] .
În calea internă anoikis, activarea caspazei are loc din cauza unei încălcări a integrității membranei mitocondriale , care este cauzată de formarea de oligomeri ai proteinelor pro-apoptotice din familia Bcl-2 pe membrana mitocondrială exterioară : ei formează canale în membrană și îi crește brusc permeabilitatea. Un rol important în formarea canalelor în membrana mitocondrială îl au canalele anionice tensionate . Distrugerea membranei mitocondriale exterioare duce la eliberarea citocromului c , care, împreună cu caspaza 9 și factorul de activare a proteazei apoptozei (APAF ) , formează apoptozomul . Etapa inițială finală constă în activarea caspazei efectoare 3 și începutul etapei efectoare a apoptozei. Activarea anoikisului prin calea intrinsecă este în principal responsabilitatea proteinei Bim, deși Bid poate fi, de asemenea, implicat. Bim este activat la detașarea celulelor din ECM și declanșează rapid asamblarea oligomerilor Bax-Bak pe membrana mitocondrială exterioară. În repaus, Bim este asociat cu dineine și microfilamente de actină până când pierderea legării integrinei la ECM face ca aceasta să fie eliberată și translocată în mitocondrii, unde interacționează cu Bcl-XL, anulând activitatea de promovare a supraviețuirii. Pierderea legării integrinei la ECM suprimă fosforilarea Bim de către kinaza reglată de semnal extracelular ERK ) și fosfoinozitid-3-kinaza (PI3K) / Akt . Datorită acestui fapt, Bim încetează să fie amenințat de distrugerea în proteazomi și începe acumularea sa în celulă. Astfel, aceste două procese duc la acumularea de Bim în citoplasmă și o creștere a disponibilității acestuia [1] .
Se acumulează dovezi că alte proteine numai BH3 sunt implicate în faza efectoră a anoikisului în diferite tipuri de țesut. De exemplu, transcrierea lui Noxa și Puma este reglată de p53 , iar implicarea lor în anoikis în fibroblaste a fost observată . Mai mult, în celulele epiteliale, factorul de modificare a Bcl-2 (Bmf) acționează ca un „gardian” care observă anomalii în citoschelet și transformă această informație într-un semnal de moarte. Într-adevăr, la detașarea celulelor din matrice, Bmf este eliberat din complexul motor, în care era în starea legată de miozina V, și se acumulează în mitocondrii, unde anulează activitatea Bcl-2 și duce la eliberarea citocromului c , și, prin urmare, dezvoltarea în continuare a anoikisului [1] .
Calea extrinsecă anoikis începe cu legarea liganzilor extracelular de moarte, cum ar fi ligand Fas (FasL) sau factorul de necroză tumorală -α (TNF-α) de receptorii transmembranari ai acestora (receptorul Fas și respectiv TNFR ), ducând la asamblare a induced moartea complexului de semnalizare ( death-inducing signaling complex, DISC ) . DISC prin intermediul proteinei adaptoare FADD atrage și leagă mai multe molecule de caspază 8 . Caspaza 8 autoactivată activează apoi proteolitic caspazele 3 și 7, care scindează în continuare diferite proteine intracelulare și conduc în cele din urmă la moartea celulei. Caspaza 8 poate activa nu numai caspazele efectoare (anoikis extrinseci de tip I), ci și reduce doar proteina BH3 Bid (anoikis extrinseci de tip II). Forma trunchiată a lui Bid (tBid) facilitează eliberarea citocromului c din mitocondrii și asamblarea apoptozomului [1] .
Pierderea conexiunii cu ECM duce la o creștere a expresiei Fas și FasL și o scădere a expresiei FLIP , un inhibitor endogen al căilor de semnalizare Fas . În plus, modificările de formă a celulei care apar în timpul detașării celulei (rotunjirea celulei) pot declanșa calea externă a anoikisului, în principal prin Fas. În cele din urmă, activarea receptorilor morții poate duce în cele din urmă la leziuni mitocondriale, astfel încât căile anoikis extrinseci și intrinseci se încrucișează [1] .
Activarea caspazei 3 este un eveniment comun atât căilor anoikis intrinseci cât și extrinseci. Declanșează o cascadă de reacții proteolitice care degradează moleculele de semnalizare, cum ar fi kinaza de adeziune focală (FAK), Cas și paxilin . Distrugerea FAK anulează contribuția sa la supraviețuire și distruge contactele focale . Tăierea p130Cas produce un fragment C-terminal care reglează transcrierea inhibitorului kinazei dependente de ciclină p21 ; astfel, asigură cursul ulterior al anoikisului prin blocarea ciclului celular . Celulele detașate în care caspaza 3 taie FAK și p130Cas pot trece apoi prin etapele ulterioare de anoikis [1] .
Anoikis nu permite celulelor epiteliale care și-au părăsit locul inițial din orice motiv să se așeze în altă parte. Celulele epiteliale normale, pe de altă parte, sunt protejate de anoikis prin mai multe mecanisme, în special, sunt imobile și au contacte continue cu ECM. O protecție mai serioasă împotriva anoikisului este necesară pentru celulele foarte mobile și în diviziune , de exemplu, celulele mezenchimale ; într-adevăr, ele tind să fie mai rezistente la anoikis decât celulele epiteliale. În plus, celulele permanent neaderente, cum ar fi celulele hematopoietice mature și leucocitele , au o apărare puternică împotriva anoikisului [1] .
În general, celulele sunt protejate de anoikis în primul rând atunci când sunt legate de proteinele ECM. Rolul ECM ca inhibitor puternic al anoikis este larg răspândit, iar mai multe integrine (α1β1, α2β1, α3β1, α5β1, α6β1, α6β4, αvβ3) au un efect semnificativ asupra supraviețuirii atât a celulelor normale, cât și a celor degenerate. Proteinele cheie care mediază semnalizarea mediată de integrină care duce la protecție împotriva anoikisului sunt FAK, kinaza legată de integrină ( eng. kinaza legată de integrină, ILK ), tirozin kinaza Src , PI3K, ERK și proteina adaptor Shc . Când integrinele sunt legate de proteinele ECM corecte, FAK și ILK recrutează și activează căile de semnalizare PI3K/Akt, ERK și Jun kinaza ( JNK PKB/Akt este un element necesar al căilor de semnalizare a supraviețuirii celulare, deoarece primește semnalele de supraviețuire adecvate de la integrine, factori de creștere și contacte intercelulare. Activarea PKB/Akt previne o serie de pași în anoikis, de exemplu, provoacă inactivarea caspazei 9 și fosforilarea proteinei proapoptotice Bad, activarea NF-kB și inhibarea factorilor de transcripție Fork head . ILK primește semnale de supraviețuire mediate de integrină independent de FAK, iar proteina adaptor Shc poate transmite, de asemenea, în mod independent semnale de adeziune la ERK. ERK-urile și PI3K-urile pot regla negativ Bim prin fosforilarea sa, care îl conduce spre degradare. Acest lucru împiedică Bim să suprima Bcl-2 și să activeze Bax, care oferă protecție împotriva anoikisului [1] .
Un studiu din 2008 și 2010 a găsit o legătură între rezistența celulelor epiteliale la anoikis și autofagie . Într-adevăr, kinaza PERK facilitează supraviețuirea celulelor detașate din ECM prin stimularea autofagiei și a producției de ATP . Pierderea comunicării cu ECM activează calea autofagiei canonice, menține un nivel constant de ATP în celulă și provoacă întârzierea anoikisului. Autofagia permite celulelor epiteliale să supraviețuiască atunci când pierd temporar contactul cu ECM și apoi se reatașează de acesta. Este posibil ca același mecanism să fie folosit de celulele tumorale pentru a proteja împotriva anoikisului [1] .
Rezistența anoikis este de mare importanță în dezvoltarea cancerului . Spre deosebire de celulele epiteliale normale, celulele canceroase nu trebuie să fie conectate la ECM pentru a supraviețui și a prolifera . Datorită rezistenței la anoikis, celulele canceroase pot migra în tot corpul în absența unor contacte adecvate cu ECM și pot forma metastaze [1] . În prezent, se dezvoltă medicamente anticanceroase care cresc sensibilitatea celulelor tumorale la anoikis [3] .
Au fost propuse mai multe mecanisme care asigură rezistență la anoikis în celulele canceroase [1] :
Sunt cunoscute alte câteva mecanisme pentru apariția și menținerea rezistenței la anoikis. De exemplu, caveolin-1 , o proteină cheie în caveole , oferă rezistență anoikis celulelor carcinomului hepatocelular prin activarea căii de semnalizare IGF-1 [5] . Un rol important în dezvoltarea rezistenței la anoikis în celulele canceroase ovariane îl joacă proteina CD24 [6] . Proteina DBC1 promovează rezistența la anoikis în celulele canceroase gastrice prin reglarea căii de semnalizare NF-κB [7] . Interleukina 8 are un efect similar asupra celulelor canceroase de colon [8] .
O creștere a anoikisului care nu este compensată de diviziunile celulare sau este compensată incorect poate sta la baza multor patologii degenerative cardiovasculare . Exemplele includ detașarea cardiomiocitelor într- un atac de cord , distrugerea plăcii în ateroscleroză , dispariția celulelor musculare netede în anevrisme și vene varicoase și pierderea crescută a celulelor vasculare în infecțiile cardiovasculare [1] .
Boala vasculară cronică este principala cauză de deces în diabet . Aceste boli sunt asociate cu creșterea detașării celulelor endoteliale anoikis și cu moartea, astfel încât anoikisul joacă un rol important în diabet [1] .
Anoikis poate fi cauzat de agenți patogeni . De exemplu, Pseudomonas aeruginosa provoacă anoikis atipice în celulele epiteliale gazdă [9] .
În prezent, transplantul de celule este o opțiune atractivă pentru tratamentul anumitor boli, cum ar fi tulburările neurodegenerative , infarctul și miopatiile . Cu toate acestea, principala problemă cu care se confruntă dezvoltatorii unor astfel de tratamente este viabilitatea extrem de scăzută a celulelor transplantate. Celulele transplantate de obicei nu reușesc să facă contacte adecvate cu noul ECM și mor anoikis. Din acest motiv, dezvoltarea unor metode care sporesc supraviețuirea celulelor în timpul transplantului, asigurând protecția celulelor de anoikis în timpul circulației prin fluxul sanguin înainte de a ajunge la organul țintă, este o sarcină importantă a terapiei celulare [1] .
| Tipuri de moarte celulară | |
|---|---|
| neprogramabile | Necroză |
| Programabil |
|