beyaz logo.png

Hücre Ölüm Mekanizmaları


 

Ali Aslan-Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Biruni Üniversitesi

 

Bilim insanları hücre ölüm mekanizmalarını uzun süredir araştırmaktadır. Geçtiğimiz yıllarda bu alanda büyük çalışmalar kaydedildi. Bilim insanları, hücre ölüm mekanizmalarının birçok metabolik rahatsızlığın, kanserin ve nörodejeneratif hastalıkların temelinde yer aldığını düşünmektedir.


Hücre ölüm mekanizmaları, hücrenin iç korunumunu sağlamak amacıyla özelleşmiş mekanizmalardır. “Düzenlenmiş Hücre Ölümü” (RCD) adı verilen mekanizma vücut içerisinde zarar görmüş, enfekte olmuş ya da toksik oranı artmış hücrelerin imhasında rol oynar. Bu mekanizmalar özellikle bazı mantar ve bakteri türlerinde gözlemlenmiştir. Bu gözlemler de bu mekanizmaların hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda mevcut olduğunu göstermektedir.[1-6] Hücrelerde bu mekanizmaların etkin olmasını sağlayan belirli etmenler mevcuttur. Örneğin; yüksek basınç, sıcaklık değerleri, osmotik etmenler ve pH değerleri gibi etmenler bu konuda belirleyici rol oynamaktadır. Ayrıca hücre ölüm mekanizmaları kendi içerisinde Düzenlenmiş Hücre Ölümü ve Kaza sonucu Hücre Ölümü olarak ikiye ayrılmaktadır. DHÖ, diğer hücrelerin etkinliğine ve çekirdekten gelen emir sonucunda hareket ederek sistematik bir şekilde hücre imhasını sağlarken KHÖ, beklenmedik bir durumda hücrelerin zarar görmesi sonucu oluşan bir hücre ölümüdür. DHÖ içerisinde bazı şartlarda diğer hücrelerin oluşturmuş olduğu tehlike sinyalleri vardır. Bu tehlike sinyallerine “hasar ilişkili moleküler model” ya da “alarmin” adı verilir.[7-11]


Hücre ölümlerinde makro ölçekte değişimler yaratacak etmenler mevcuttur. Bu etmenlere göre hücre ölüm mekanizmaları 3 tipe ayrılmaktadır. Tip I hücre ölümü ya da Apoptoz, hücrede sitoplazmik büzülme ile kendini gösterir. Kromozom kümelenmesi denilen Piknoz, çekirdeksel parçalanma olarak bilinen Karyorreks, bu tip hücre ölümlerindendir. Tip II hücre ölümünde lizozomal degredasyonun rol oynadığı otofaji temelli hücre ölümü rol oynamaktadır. Tip III hücre ölümünde ise nekroz, diğer tip I ve tip II gibi belirgin özellikler göstermez, herhangi bir fagositik etkinlik ya da lizozomal etkinlik olmadan bozulmuş hücrelerin atılmasıyla sona erer.[12,13]


Apoptoz kendi içerisinde İç Apoptoz (İntrensek) ve Dış Apoptoz (Ekstrensek) olmak üzere ikiye ayrılmaktadır.[14] Bunun sebebi İç Apoptoz’un hücre içerisindeki etmenlerin etkisiyle işleyen bir süreç olması, Dış Apoptoz’un da hücre zarındaki reseptörlerin çeşitli moleküller aracılığı ile uyarılmasıyla işleyen bir süreç olmasından dolayıdır.[15]

Şekil 1: Düzenlenmiş Hücre Ölüm Mekanizmalarının (RCD) gösterimi. Şekil, RCD’nin iki tür morfolojiye ayrıldığını ve bu morfolojilere göre şekillendiğini göstermektedir.[16]

İntrensek Apoptoz

İntrensek Apoptoz hücre içerisindeki mikroçevrede meydana gelen DNA hasarı, reaktif oksijen türleri (ROS) aşırı yüklenmesi, mitotik bozukluklar gibi etmenleri düzelten, RCD’nin bir çeşididir.[17-22] İntrensek Apoptoz’u düzenleyici rol oynayan Apoptoz düzenleyicisi(BCL2) adı verilen proteinin iki ana düzenleyici daha mevcuttur. Bunlar; BCL ilişkili X(BAX) ve BCL2 antagonist 1(BAK1)’dir. BAX, apoptoz’un işlenmesinden sorumluyken, BAK1 ise BCL2’nin etkinsiz hale getirilmesinde rol oynar. Mitokondrinin yapısına bakılırsa, İntrensek apoptoz, ya BAX ve BAK'ın aracılık ettiği porlara geçirgenlik geçiş gözeneğinin açılmasının mitokondriyal geçirgenlik geçişine (MPT) yanıt olarak ortaya çıkan mitokondriyal dış zar geçirgenliği (MOMP) ile tetiklenir.[23-26] MOMP’dan mitokondri zarlar arası boşluğa salınan sitokrom c gibi hücre ölümü düzenleyici molekülleri APAF1 adı verilen apoptozu aktive edici bir etmene bağlanarak Apoptozom’u oluştururlar ve Kaspaz 9’un etkinleştirilmesiyle diğer Kaspaz türleri etkin olur ve Apoptoz gerçekleşir.[27]


Extrensek Apoptoz

TNF-alfa, FASL, TRAIL gibi dış uyaranların Ölüm reseptörüne bağlanmasıyla birlikte etkinleştirilen Ekstrensek Apoptoz, daha sonrasında Fas ile ilişkili, ölüm alanı olan protein (FADD) adı verilen proteinin reseptörün alt kısmına bağlanarak öncül Kaspaz 8 ve öncül Kaspaz 10 gibi Kaspaz enzim üyeleri ile bir araya gelmesinden sonra Kaspaz 8’in oluşturduğu BID proteini, sonrasında İntrensek Apoptoz’a yönlendirilir.

Ekstrensek Apoptoz iki tip hücre zarı reseptörüne sahiptir. Ligandlar tarafından etkinleştirilen Ölüm reseptörleri ve belirli miktardaki ligandların eşik değerini aşmalarıyla etkinleştirdikleri Bağımlılık reseptörleri, bu iki tip hücre zarı reseptörlerini oluşturmaktadır.[28]


Ekstrensek Apoptoz, Ölüm reseptörü bağlanmasında çoklu proteinlerin, reseptörün kuyruğu olan “Ölüm-indükleyici sinyal kompleksi” (DISC) adı verilen kompleksler içinde bir araya gelmesi ve CASP8’in aktive edilmesi ile sonuçlanır.[29-31]


Şekil 2: Intrensek ve Ekstrensek Apoptoz yolaklarına genel bir bakış.[32]

MPT İlişkili Düzenlenmiş Nekroz

Bir RCD tipi olan MPT İlişkili düzenlenmiş Nekroz, hücreler arasındaki mikroçevrede reaktif oksijen türlerinin ve kalsiyum iyonlarının fazlaca birikmesi nedeniyle oluşmaktadır.[33] Hücre içerisinde sitoplazmik tanecikler, şişkinleşme görülmektedir. Bu düzenlenmiş Nekroz tipi “Mitokondiyel geçirgenlik geçiş gözeneği” (MPT) ile ilişkilidir. Düzenlenmiş nekroz, Kaspaz inhibisyonu, NADPH oksidasyon etkinliği gibi bazı biyokimyasal süreçleri de beraberinde getirir. MPT İlişkili Nekroz’un Mitokondrinin “geçişi sağlayan por kompleksi”ni (PTPC) takiben oluştuğu düşünülmektedir. Bu kompleks Mitokondrinin iç ve dış zarın arasında yer almaktadır. MPT İlişkili Nekroz, özellikle DNA hasarı, toksik maddelerin birikimi gibi etmenler tarafından etkinleştirilir. Belirli sinyal yolaklarına bağlı olarak düzenlenmiş Nekroz kendi içerisinde Nekroptoz, Partanatoz gibi farklı dallara ayrılabilir.[34] Düzenlenmiş Nekroz yolağı incelendiğinde TNF-alfa/FASL ikilisi kinaz alanında fosforillenmiş olan RIPK1 ve RIPK3’ü etkinleştiren TNFR1/FAS reseptörüne bağlanır. RIPK3, Kaspaz-8 ve FADD tarafından etkinleştirilir. En nihayetinde RIPK1 ve RIPK3 de Karışık soy kinaz alanı benzeri protein ve hücre zarı geçirgenliğini etkinleştirerek Düzenlenmiş Nekrozu gerçekleştirir.[35-37]

Kalsiyum iyonlarının birikmesi, çeşitli hastalıkları ve bozuklukları da beraberinde getirmektedir. Reaktif oksijen türlerinin ve kalsiyum iyonlarının yaratmış olduğu stress nöronlarda, kalp kasında ve renal bölgede iskemiye rol açmaktadır. Kemirgenler ile ilgili yapılan bir çalışmada, MPT’nin yapısına katılan siklofilin D (CYPD)’in HCLS1 ilişkili protein X-1(HAX1) tarafından degrade edilmesiyle MPT ilişkili Nekroz’un etkinliğinin kaybolduğu ve iskemi kaynaklı kardiyomiyosit dejenerasyonunun önüne geçildiği görülmüştür.[38] Bunun sonucunda nöral, kardiyak ve renal iskemisi olan kemirgenlerde iyileşme görülmüştür.

Siklofilin D’yi inhibe eden birçok farmakolojik inhibitör mevcuttur. Siklosporin A(CsA), Sanglifehrin A(SfA) ve JW47 gibi inhibitörler buna örnektir. Siklofilin D’nin inhibisyonu MPT ilişkili Nekroz’un da inhibisyonuna neden olmaktadır. Ayrıca bazı fiziksel ve fonksiyonel PTPC etkileşimcilerinin MPT ilişkili Nekrozu düzenlediği bilinmektedir. Pro apoptotik ve anti apoptotik BCL2 aile üyeleri olan BAK, BAX ve BID buna örnek olarak gösterilebilir.[39-41]


Şekil 3: Otofajik yolağı etkinleştiren kristallerin fagolizozomal bozulmadan dolayı katepsinleri etkinleştirmesi ve katepsin’in mitokondri geçirgenlik geçiş gözeneğinden geçerek MPT İlişkili Nekroz’u etkinleştirdiği görülmektedir. Diğer taraftan, hücre zarı bozulmasının Nekroz’a neden olduğu görülmektedir.[42]

Partanatoz

Partanatoz, DNA Hasarı Yanıtı mekanizmasının bir bileşeni olan Poli (ADP-riboz) polimeraz I (PARP1)’ın fazlaca etkin olmasından kaynaklı oluşan bir Düzenlenmiş Hücre Ölümü tipidir. Partanatoz’u etkinleştiren birçok etmen vardır, bunların başında nitrosatif stress (NO), hipoksi, hiperglisemi gelmektedir. Reaktif Nitrojen türlerinin birikimi PARP1’in nöronlarda fazlaca etkinleşmesine neden olmaktadır.[43] Bu da nöron ölümüne neden olmaktadır. Partanatoz’u aktifleştiren temel etmenlerden birisi mitokondri ilişkili apoptoz etkinleştirici faktör 1’in(AIF) poli (ADP-riboz) polimer ile birleşmesidir. Bu birleşme, AIF’ın sitozolde serbest kalmasını ve çekirdek içerisine hareket etmesine olanak sağlar ki bu, büyük ölçekte DNA parçalanmasına ve kromozom kümelenmesine neden olmaktadır.[42] Partanatotik DNA parçalanması, RCD hızlandırıcıları olan apoptotik kaspazlardan ve endonükleaz G (ENDOG)’den bağımsız olarak oluşur.[44]

Makrofaj göçü inhibitör faktörü (MIF) AIF-bağlayıcı proteine bağlanarak Partanatoz’u hızlandırıcı etkide bulunur. Sitozolik AIF MIF’in çekirdek içerisine geçişini sağlar. MIF, DNA kırılımını kataliz etmek için Partanatoz’u hızlandırır.

Yapılan hayvan çalışmalarında PARP1’in inhibisyonunun sitoprotektif (hücre koruyucu) bir etkisi olduğu görülmüştür. Yine de PARP1’in mekanizmasını inhibe eden farmakolojik ve genetik ilaçların geliştirilmesi için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmaktadır.


Şekil 4: Hücre çekirdeğinde oluşan DNA hasarı PARP’ı etkinleştirmektedir. Etkin olan PARP, mitokondriye bağlanarak AIF salınımına sebep olmakta bu da hücre çekirdeği içerisinde Kromatin yoğunlaşmasına ve DNA parçalanmasına neden olmaktadır.[45]

Nekroptoz


Nekroptoz, temel olarak Reseptör-etkileşimli Serin-Treonin Kinaz 3(RIPK3) ve Psödokinaz gibi karışık soy kinaz alanına (MLKL) bağlı olan düzenlenmiş bir hücre ölümüdür. Nekroptoz genel olarak nekroz ile aynı morfolojik özellikleri gösterir. Nekroptoz’un moleküler işleyişine bakıldığında, MLKL’nin yapısında yer alan serin ve treonin amino asitlerinin RIPK3 tarafından fosforillenmesiyle ortaya çıkmaktadır. Nekroptoz’un başlatıcı elemanları tümör nekroz faktörü reseptörü 1(TNRF1) ve RIPK3‘dür. RIPK3’ün etkinleşmesiyle birlikte RIPK1 de etkinleşir ve CASP8 yolağını etkinleştirir. Bu da bilinen Nekroptoz’un oluşmasını sağlar. Nekroptoz’un oluşumunda birçok etmen mevcuttur. Nekroptoz’un FAS ve TNRF1 gibi reseptörleri hücre içi ve hücre dışı etmenler tarafından etkinleşerek Nekroptoz’u etkinleştirirler. Ayrıca TLR3 ve TLR4 gibi Patojen Tanıma Reseptörleri (PRRs) de etkinleşerek Nekroptoz’u etkinleştirebilirler. Nekroptoz sadece belirli stres etmenleri yüzünden etkinleşmez, aynı zamanda T Hücresi homeostaz’ının dengede kalmasına da yardımcı olur.[46-48]

Nekroptoz’un oluşmasını sağlayan RIPK1’i inhibe eden kimyasal inhibitörler mevcuttur. Necrostatin-1 ve türevleri TNRF-1 İlişkili Nekroptoz’u inhibe etmektedir. Nekroptoz’u oluşturan MLKL’nin inhibisyonu için ise nekrosülfonamid (NSA) kullanılmaktadır.


Şekil 5: Nekroptoz’un oluşum aşamaları ve yolakları.[49]

Ferroptoz

Ferroptoz, temelinde lipit peroksitlerin ve demir iyonların konsantrasyonuna bağlı olarak etkinleşen, iskemi/reperfüzyon, akut renal bozukluk ve nörodejenerasyon gibi hastalıklarla ilişkili olan düzenlenmiş bir hücre ölüm mekanizmasıdır. Ferroptoz,nekroptoz, netoz, entoz ve siklofilin D aracılı hücre ölümü gibi hücre ölümlerinden ayrı bir sisteme sahiptir.[50,51] Ayrıca nekroptoz mekanizmasında diğer mekanizmalarda olduğu gibi birtakım düzenleyici sistemler de mevcuttur. Ferroptoz’un içeriğinde fosfolipitlerin kontrolsüz peroksidasyonunu önlemek amacıyla selenoenzim glutatyon peroksidaz 4(GPX4) bulunmaktadır.[52] Peroksidazların hücrede kontrolsüz çoğalımı hücre için toksik etki yaratmaktadır. Bu bakımdan GPX4’in ferroptoz içerisinde düzenleyici bir rolü mevcuttur. Elbette hücre içerisindeki demir konsantrasyonu hücrenin sağ kalımı ve çoğalımı açısından oldukça önemlidir.[53] Bunun yanında, hücre içerisindeki demir konsantrasyonunun, lipit ilişkili radikallerin ve lipit peroksitlerin olağan dışı artışı hücre ölümünü tetikleyen unsurlardır. Bunların, hücre içerisinde dengede kalması önemlidir, oluşan dengesizlik hücrenin sağ kalımını ve çoğalımını etkilemektedir.[54] Özellikle oluşan bu dengesizlikler Alzheimer, Parkinson ve Huntington gibi nörodejeneratif rahatsızlıkların oluşumu ile ilişkilidir.[54]

Ferroptoz’un çalışma mekanizmasında, Transferrin yoluyla demir iyonlarının hücre içine alımı, sistein amino asidinin okside hali sistin alımı, glutamat çıkışı, antioksidan tripeptit glutatyon(GSH) sentezi ve GPX4’ün düzenli etkinleşimi gibi faktörler yer almaktadır.[55] Ferroptoz’un morfolojik yapısı, ATP hariç Nikotinamid Adenin Dinükleotit(NADH)’ın azalması, hücre zarı bütünlüğünün kaybıyla beraber mitokondrinin küçülmesi ile hücre zarı yoğunluğunun artması ve mitokondri dış zarının bozulması ile ilişkilidir.[55-60] Ferroptoz’un modüle edilmesinde rol oynayan birkaç modülatör mevcuttur. Bunlardan ilk keşfedilen voltaj bağımlı anyon kanalı 2 diğer adıyla FIN Erastin, katalitik selenosistein alkillenmesiyle direkt olarak GPX4’ü etkinsizleştirerek sistemin etkili inhibisyonunu sağlar.[61,62] FIN’ın keşfini diğer başka ferroptoz inhibitörlerinin geliştirilmesi izledi. Bunlara Ferrostatin-1(Fer-1), Liproxstatin-1(Lip-1) örnek olarak verilebilir.[63-66]


Şekil 6 : Ferroptik hücre ölümü mekanizmasının yolakları. Lipid peroksit’in ve reaktif oksijen türlerinin(ROS) Ferroptoz’a yol açtığı görülmektedir.[67]

Piroptoz


Piroptoz, hücre içi ve hücre dışı dengeyi bozan patojenik etkinin yaratmış olduğu düzenlenmiş bir hücre ölüm mekanizmasıdır. Piroptoz’un patojenik etkiden ötürü doğal immünite ile ilişkili olduğu bilinmektedir.[68] Piroptoz’un morfolojik yapısı içerisinde kromatin kümelenmesi, hücre zarı geçirgenliğinin artması ile beraber görülen hücre şişmesi gibi belirtiler mevcuttur.[69] Başlarda, piroptoz’un kanonik CASP1 etkinliğinin neden olduğu monosit veya makrofaj ölümleri ile ilişkili olduğu düşünülmüştür.[70] CASP1’e bağlı olarak pironekroz’a yol açtığı bilinmekteydi. Fakat daha sonra yapılan araştırmalarda piroptoz’un CASP3 gibi diğer kaspazlarla da ilişkisi olduğu görüldü. Ayrıca hücre içi patojenlere karşı doğal immünitenin etkinleştirilmesinde ve diğer patolojik etmenlerle ilişkili olduğu görülmüştür.[71-72] CASP1 ilişkili piroptoz, enfekte olmuş konak hücreleri öldürerek ve eferositoz yoluyla zararsız hale getirilen ölü makrofajların ve bakterilerin temizlenmesinde görevli por kaynaklı hücre içi tuzaklarını(PIT) üreterek hücre içi bakterilerin yayılmasını önlemektedir.[73] Ayrıca CASP1’in Parkin RBR E3 Ubikuitin Protein Ligaz ya da kısaca PARKIN olarak bilinen proteinin yıkımını sağlayarak mitokondriyal hasara neden olarak piroptozu etkinleştirdiği de söylenmektedir.[74]

Piroptozom, Patojen ilişkili moleküler örüntü(PAMP) ya da Tehlike ilişkili moleküler örüntü(DAMP) gibi hücre içi etmenlerin oluşturmuş olduğu çoklu protein kompleksleridir. Herhangi bir patojenik etkinliğin etkisinde ya da sitokin-kemokin salınımıyla oluşturulan bu örüntüler Piroptozom’un şekillenmesinde rol alır. Ayrıca piroptozom’un çeşitli kaspaz tipleri tarafından etkinleştirildiği de bilinmektedir. Kanonik enflamazomların etkinleştirdiği CASP1 ve kanonik olmayan enflamazomların etkinleştirdiği CASP11 buna örnek verilebilir.[75]

Piroptoz’un etkinliğine bakıldığında, ana tetikleyici olarak Gram negatif bakterilere ait olan lipopolisakkaritler(LPS) ortaya çıkmaktadır. CASP11, Gram negatif bakterilerin etkinliğinden sorumludur.[76] Piroptoz’un etkinleştirilmesinde diğer bir önemli faktör Gasdermin D’dir.(GSDMD) Gasdermin D’nin proteolitik ayrımı Piroptozu tetikleyerek yolağın etkin olmasına neden olur.[77] Bu yolla her koşulda olmasa da piroptoz’un IL-1β ve IL-18 salınımıyla ilişkili olduğu ve pro-eflamatuar sitokinlerin etkisinin güçlendirilmesinde rol oynadığı söylenebilir.


Şekil 7 : Görüldüğü üzere, GSDMD, enflamatuvar kaspazların indüklediği piroptozu hücre zarında porlar oluşturarak etkisiz hale getirmektedir. Görselde, hücre içine giren patojenlerin tipine göre farklı yolakların oluştuğu görülmektedir. Bakterilerin kendilerine özel yapıları olan lipopolisakkaritler(LPS) ile Prokaspaz 4,5 ve 11’i oluşturduğu, bunun da Kaspaz 4,5 ve 11 kompleksine neden olduğu ve bu yolla GSDMD’nin hücre zarında yoğunlaştığı görülmektedir. Diğer yandan üç etmeni de tanımlayan enflamazom sensörleri bulunmaktadır. Bunlara örnek olarak NLRP1,NLRP3, AIM2 ve Pyrin verilebilir. NLRC4, ASC ve Prokaspaz-1 gibi uyarlaçların enflamazom sensörleri tarafından uyarılarak Etkin Kaspaz ile IL-1B’in GSDMD porlarından salınımında ve böylece de enflamasyonun başlatılmasında rol oynamaktadır.[78]

Entotik Hücre Ölümü

Entoz, sağlıklı ve habis memeli hücrelerinde yaşayan hücrelerin fagositik olmayan yolla fagosite edilmesini içeren hücre yamyamlığının bir biçimidir.[79] Her zaman olmasa da sıklıkla içselleştirme, içselleştirilmiş hücrelerin ölümü ile devam eder. İçselleştirilmiş hücreler “entotik hücreler” olarak adlandırılır.


Entoz’un oluşum mekanizması, hücre dışı matrikste bulunan epitelyal hücrelerin ayrılması ve sonuç olarak integrin sinyalinin kaybolmasıyla sonuçlanır.[80] Araştırmacılar, yaptıkları araştırmalarda entoz’un oluşum mekanizmasında alternatif mekanizmalar olduğunu keşfetti. Hücre-hücre iletişiminin biçimlenmesi sırasında miyozin proteini üretiminin tekrar düzenlenmesi buna örnek olarak gösterilebilir. Ayrıca hücre içerisinde oluşan metabolik strese verilen yanıt ya da kanser hücrelerinin çoğalmak için hücresel düzeyde rekabete girmesi bu alternatif mekanizmalara başka bir örnektir.[81] Özellikle, son zamanlarda yapılan bir çalışma, mitoz sırasında kanser hücrelerinde meydana gelen bir tür entoz’un (entotik mitoz), hücre bölünme döngüsü 42’nin (CDC42) azalması ve anti-mitotik ajanlara maruz kalması durumunda anormal mitotik yuvarlama ile tetiklendiğini gösterdi.[82] Yapılan son çalışmalar, entotik hücrelerin internalizasyonu, fagositozdan ziyade hücre invazyonuyla gerçekleştiğini gösterdi.[82] Entotik hücrelerin alımı E-cadherin ve catenin alfa-1 sayesinde gerçekleşir.[83] Ayrıca entoz’un gerçekleşmesinde diğer başka yardımcı proteinler de sürece dahil olmaktadır.[84]


Entoz’da en önemli yolaklardan birisi Rho-ROCK sinyal yolağıdır. Bu yolağın içerisinde Rho-GTP ailesi ve efektör ROCK bulunmaktadır. GTPaz ailesi olan Rho, Rho (RhoA, RhoB, ve RhoC),Rac (Rac1, Rac2, ve Rac3) ve hücre bölünme döngüsü 42(Cdc42) gibi küçük proteinleri içeren bir protein ailesidir. ROCK proteini ailesi ise ROCK1 ve ROCK2 olmak üzere iki izoformu barındırmaktadır.[85] Rho GTPazların hücre içerisinde önemli işlevleri mevcuttur. Hücre adezyonu, migrasyonu ve hücre hareketi gibi kritik öneme sahip işlevlerde rol oynamaktadır. Rho GTPaz’ın çalışma prensibinde etkinleşme, GTP’nin Rho’ya bağlanması ile meydana gelir. GDP’nin Rho’ya bağlanması ise etkinsizleşmeyi sağlamaktadır. Bu süreç Rho GTPaz’ın çalışmasında anahtar-kilit rolü oynamaktadır. Ayrıca Rho-GTPaz döngüsünde üç önemli düzenleyici protein bulunmaktadır. GTPaz-etkinleştirici protein(GAP), guanin ayrılma inhibitörü(GDI) ve guanin nükleotit-takas faktörü(GEF), Rho-GTPaz dögüsünde GDP-GTP değişimini yaratarak döngünün sürdürülmesinde rol oynar.[86]

Şekil 8: Entotik hücre ve internalizasyonu.

Şekil 9 : Rho-GTP ve Rho-GDP takasının ROCK proteinini etkinleştiği ve bunun aktomiyozin birikmesine neden olduğu ve cadherin birikmesiyle beraber entoz oluşumu görülmektedir.[87]

Şekil 10 : a. Hücre yamyalığının oluşum süreci. Görselde görüldüğü üzere kanser hücreleri canlı ve cansız hücrelerini yiyebilir. Aktin,ezrin ve kaveolin proteinlerinin bu yeme işlemine yardımcı oldukları görülmektedir. Araştırmada ortama eklenmiş lateks boncuğun da kanser hücresi tarafından fagosite edildiği görülmektedir. b. Histokimyasal boyama yöntemiyle Metastatik melanom hücrelerinin fagosite ettikleri lateks boncuklar açıkça görülmektedir. c. Meme kanseri hücrelerinde entoz süreci. Mavi oklar yenilmiş hücreleri gösterirken, beyaz oklar yenilmekte olan hücreleri göstermektedir. Kırmızı oklar ise kısmen internalize edilmiş hücreleri göstermektedir. d. Entoz sürecinde yenilen ve yiyen hücrelerin gösterimi. Bu hücreler arasında, düşük enerji, matrik ayrımı ve anormal mitoz oluşumu görülmektedir. Daha ayrıntılı incelendiğinde, miyokardın-ilişkili transkripsiyon faktörünün Ezrin’i etkinleştirdiği ve bunun da hücre yenilimini sağladığı görülmektedir.[88]

NETotik Hücre Ölümü

Bu hücre ölümünün isminde yer alan “NET” kısmı nötrofil hücre dışı kapanlar anlamına gelmektedir. Bu kapanların yapısına bakıldığında NET, sitoplazma ve granüler proteinlere bağlanan kromatin ve histonları içeren fiber ağ örgüsü şeklindedir.[89,90] Yapılan araştırmalarda, NET içerisinde oluşan nükleik asit bölüntülerinin köken olarak çekirdekten ziyade mitokondriden kaynaklandığı düşünülmektedir.[91] Ayrıca NETotik hücre ölümünün kanserde ve diyabette rol oynadığı bilinmektedir. Araştırmalarda, NET yapısının nötrofil dışında diğer granüllerden de salındığı görülmüştür.[92]


NETotik hücre ölümünde yer alan faktörler, Raf-1 proto-onkogeni serin-treonin kinazı(RAF1), mitojen etkinleştirici protein kinaz kinazı(MAP2K) ve NADPH oksidaz etkinliği ve ROS etkinliğinde oluşan ERK2 olarak gösterilebilir.[93-95]


Şekil 11 : NETotik hücre ölümü iki yolla gerçekleşir. İlkinde çekirdek ayrılması, çekirdek zarının ayrılması ve hücresel polarizasyonun kaybıyla beraber kromatin kümelenmesi ve hücre zarı parçalanması bu sirecin ilk basamağını oluşturur. İkincisi, hücre ölümünden bağımsız ortaya çıkabilen, litik olmayan bir NETosis biçimidir ve granül proteinlerinin degranülasyon yoluyla salınmasına eşlik eden çekirdek kromatinin salgılanmasını içerir.[96]

Lizozom İlişkili Hücre Ölümü

Otoliz olarak da bilinen Lizozomal Hücre Ölümü(LCD), Lizozom zarı geçirgenliği(LCP) sonucunda oluşan bir hücre ölüm mekanizmasıdır. LCD, katepsin B,D ve L gibi proteazların sitozomdan salınması sonucu oluşmaktadır.[97] DNAz II’nin salınımı çekirdek yıkımına neden olur.[98] LCD’in çalışma prensibi tam olarak bilinmemektedir, fakat diğer hücre ölüm mekanizmaları ile beraber etkinleşerek ortaya çıktığı düşünülmektedir. LCD’i etkinleştiren bazı sinyal türleri mevcuttur. Bunlar arasında 9-tetrahidrokanabinol ile indüklenen dihidroseramid, lizozomal p53 ve Bax veya tBid yoluyla lizozomal por oluşumu gibi sinyal türleri sayılabilir. Yapılan araştırmalarda, LCD’nin nörodejeneratif hastalıklarda rolü olabileceği görülmüştür. İskemi, kalsiyumla etkinleşen proteaz kalpain I'in lizozomlara lokalize olmasına ve nöronlarda LMP'ye neden olabilir. Isı şoku proteini 70(Hsp70) kalpain yıkımı ile lizozomları LMP'ye karşı stabilize edebilir, bu da iskemik beyinde kalpainin lizozomları geçirgen hale getirdiğine dair bir kanıt olabilir.[99,100]


Şekil 12 : LMP bileşenleri ve bu bileşenlerin seviyesi, hücre ölümünde belirleyici rol oynamaktadır. Düşük veya orta seviyedeki LMP bileşenleri, apoptotik hücre ölümüne veya düzenlenmiş nekroza yol açabilir, lizofajinin devreye girmesi hücrelerin sağ kalımında etkili olabilir. LMP bileşenleri çok yüksek olduğunda, nekroz ihtimali artar.[101]

Otofaji İlişkili Hücre Ölümü

Otofaji, hücre bileşenlerinin sindirim ve geri dönüşüm için lizozoma verildiği, hücrenin "kendi kendini yeme" sürecidir. Normalde otofaji hücre ölümünü önleyen bir mekanizmadır, fakat otofajinin aşırı uyarımı hücre ölümüne sebep olmaktadır. Hücre içerisinde otofajinin birçok kullanım alanı mevcuttur. Ölmüş hücrelerin bölgeden uzaklaştırılması, enfekte olmuş hücrelerin sindirilmesi ve patojenlerin elenmesi gibi işlevleri vardır.[102-104] Otofajinin en bilinen çeşidi makrootofajidir. Bu tip otofajide hücre bileşenlerini lizozoma taşıyan “otofagozom” adı verilen veziküller oluşur. Ayrıca otofajinin başlaması için bir grup sinyal yolağının etkinleşmesi ve otofaji ilişkili genlerin(ATG) etkinleşmesi gerekmektedir.[105] Otofaji içerisinde ana işlevde rol alan elemanlar mevcuttur. Bunlardan biri PI3P-kinaz’dır.[106,107] Otofajide vezikül oluşumundan sorumlu olan proteinler lipidat Atg8 [MAP-LC3] ve onun homoloğu olan GABARAP(Gate-16)’dır.[108,109]

Otofajinin tespitini yapmak için belirli işaretleyiciler kullanılmaktadır. Hayvan modellerinde ve ölmüş insan dokularında otofajinin devam ettiğini ya da bozulduğunu anlamak oldukça zordur. Otofagozomların birikimi, otofajiyi anlamak için yeterli değildir. Üretimin artması ya da yıkımın azalması otofajiyi tetikleyebilir. Dokularda otofajinin tayini için kullanılan işaretleyicilerden birisi p62/SQTM1’dir.[110,111] p62, otofagozomlar üzerindeki LC3'ü veya benzerlerini sitoplazmada veya otofajik yıkıma yönelik organellerde bulunan proteinlere bağlayan LC3 etkileşimli bölge (LIR) motiflerine sahip adaptör proteinleri ailesinin bir üyesidir.[112] p62 genelde nörodejeneratif hastalıklarda biriken yanlış katlanmış proteinlere bağlanır. Hücre içerisinde p62’nin eksikliğini tespit etmek oldukça zordur. Ayrıca bu, otofajik akışın oluşması için yeterli değildir. p62 dışında LIR-alanı proteinleri NDF2 ve optinörin, mutasyonlarının Parkinson hastalığında rol oynadığı Pink1 (PARK6) / Parkin (PARK2) yolu ile yıkıma işaret eden mitokondri mitofajisinde önemli bir rol oynar.[113,114]


Özellikle beyin dokusunda ve diğer dokularda otofajik akış ile otofajik hücre ölümü arasında ilişkinin anlaşılması açık değildir. Otofaji ile ilişkili ATG genlerinin diğer hücre süreçlerinde yer alması ve nöronlardaki Beclin-1 gibi, otofajide “bypass” rolü üstlenen anahtar ATG genleri olduğuna dair kanıtlar mevcuttur.[115,116] Otofajinin diğer bir tipi olan şaperon-aracılı otofaji Parkinson ve Huntington hastalıklarının temelinde yer almaktadır. Proteinlerin lizozoma götürülmesinde KFERQ motifine bağlanan Hsp70-akraba proteini(Hsc70), Lamp2a yoluyla proteinleri lizozom içerisine aktarır.[117] Bu yolağın mutasyonlar veya başka sebeplerle bozulması, Hsc70’e bağlanan alfa-sinüklein proteininin yanlış katlanmasına ve hücre ölümüne neden olabilmektedir.


Fare modelleriyle yapılan çalışmada, Atg5 ve Atg7 gibi genlerin susturulması, yanlış katlanmış proteinlerin neden olduğu nörodejenerasyonu önlediği görülmüştür. Ayrıca yapılan diğer çalışmalarla otofajinin ve apoptoz’un köken olarak birbirinden farklı oldukları sonucuna ulaşılmıştır.[118,119]