كتب آليات التفعيل

يتم تنظيم الشروع في الاستماتة أو موت الخلايا المبرمج بشكل محكم من خلال آليات التفعيل، لأنه حينما تبدأ عملية الاستماتة، فإنها ستؤدي لا محالة إلى موت الخلية. وهناك آليتان للتفعيل هما الأكثر وضوحاً وفهماً: المسار الداخلي (أو مسار الميتوكندريا)، والمسار الخارجي. يتم تفعيل المسار الداخلي عن طريق إشارات بين-خلوية تتولد عندما تكون الخلايا في حالة إجهاد، وتعتمد على إطلاق البروتينات من المساحة بين الغشائية للميتوكندريا. أما المسار الخارجي فيتم تفعيله من روابط خارج الخلية ملتصقة بمستقبلات الموت على سطح الخلية، مما يؤدي إلى تشكل منظومة إشارات تحفيز الموت DISC .

تطلق الخلية إشارات بين-خلوية للاستماتة كرد فعل للتعرض إلى إجهاد، مما قد يؤدي إلى انتحار الخلية. إن ارتباط مستقبلات النواة بالغلوكوكورتيكويدات، الحرارة، إشعاع، الحرمان من التغذية، العدوى الفيروسية، نقص الأكسجة، أو زيادة تركيز الكالسيوم، على سبيل المثال من خلال تضرر الغشاء، قد تؤدي إلى تحفيز إشارات الاستماتة داخل الخلية من قبل خلية تالفة. ويساعد عدد من المركبات الخلوية، مثل متعدد البلمرة الريبوزي ADP، إلى المساعدة في تنظيم عملية الاستماتة.

قبل العملية الفعلية لموت الخلية والتي تتم من خلال الانزيمات، يجب أن تؤدي اشارات الاستماتة إلى دفع البروتينات المنظمة إلى بدء مسار الاستماتة. تتيح هذه الخطوة للإشارات بأن تسبب موت الخلية، أو توقف العملية، إذا لم تعد هناك حاجة لموت الخلية. ترتبط بهذا الأمر العديد من البروتينات، لكن تم تحديد منهجين رئيسيين لتنظيمها: استهداف الميتوكندريا، أو تحويل الإشارة بشكل مباشر من خلال البروتينات المحولة إلى آليات الاستماتة. وتم تحديد المسار الخارجي لبداية العملية في العديد من دراسات المواد السامة، بكونه زيادة في تركيز الكالسيوم داخل الخلية بسبب نشاط مادة دوائية أو مخدرة، مما قد يؤدي أيضاً إلى عملية موت الخلية من خلال ملزمة الكالسيوم البروتيني (كالبين).

المسار الداخلي

إن الميتوكندريا أساسية من أجل الحياة متعددة الخلايا. فبدونها، تتوقف الخلية عن التنفس الهوائي وتموت بسرعة. وتشكل هذه الحقيقة أساساً للعديد من مسارات الاستماتة. تؤثر البروتينات المرتبطة بهذه العملية على الميتوكندريا بطرق متعددة. قد تؤدي إلى تضخم الميتوكندريا من خلال تكوين مسامات في غشائها، أو قد تزيد من نفاذية غشاء المتوكندريا والتسبب بتسرب مؤثرات الاستماتة إلى الخارج. وهي مرتبطة بقوة بالمسار الداخلي، وتظهر الأورام أكثر خلال المسار الداخلي من المسار الخارجي بسبب الحساسية. وهناك كم متزايد من الأدلة التي تشير إلى أن أكسيد النيتريك له القدرة على تحفيز الاستماتة من خلال المساعدة على تبديد مكونات غشاء الميتوكندريا وجعله بالتالي أكثر نفاذية. ووجد أن أكسيد النيتريك مرتبط ببدء أو منع الاستماتة من خلال عمله المحتمل كجزيء إشارة في مسارات لاحقة لتحفيز الاستماتة.   

يتم إفراز بروتينات الميتوكندريا المعروفة بـ SMACs إلى العصارة الخلوية للخلية بعد زيادة نفاذية أغشية الميتوكندريا، ترتبط تلك البروتينات بالبروتينات التي تمنع موت الخلية مما يؤدي إلى تثبيطها، مما يسمح بالتالي لعملية الاستماتة بالحدوث. تعمل البروتينات المثبطة لموت الخلية على منع نشاط مجموعة من الانزيمات البروتينية السيستينية تدعى الكاسباس، التي تقوم بعملية تحلل الخلية. ولذلك يمكن اعتبار أن انزيمات التحلل يتم تنظيمها بشكل غير مباشر من خلال نفاذية الميتوكندريا.            

يتم إفراز السيتوكروم (سي) أيضاً من الميتوكندريا بسبب تشكل القناة (قناة الاستماتة المحفزة عن طريق الميتوكندريا) في الغشاء الخارجي للميتوكندريا، وله وظيفة تنظيمية حيث يسبق التغير المورفولوجي المرتبط بالاستماتة. وحين يتم افراز السيتوكروم (سي) يرتبط بعامل تنشيط الانزيم البروتيني للاستماتة (Apaf) وجزيئات ATP، التي ترتبط بدورها بمحفز الكاسباس-9 لتكوين مركب بروتيني يعرف باسم apoptosome، مشكلا الكاسباس-9 الذي ينشط الكاسباس-3. ويتم تنظيم القناة من خلال العديد من البروتينات.

المسار الخارجي

تم اقتراح نظريتين حول البدء المباشر لآليات الاستماتة في الثدييات: TNF  أي نموذج عامل النخر الورمي، وFAS وهو نموذج يتم بواسطة جزيئات FAS. ويتعلق النموذجان بمستقبلات TNF  المرتبطة بإشارات خارجية.

مسار TNF:

إن ألفا-TNF هو سايتوكين يتم إنتاجه من قبل الخلايا البلعمية، وهو الوسيط الخارجي الرئيسي للاستماتة. معظم الخلايا في الجسم البشري لديها مستقبلين للألفا-TNF : TNF-1 و TNF-2. وجد أن ارتباط الألفا-TNF بالمستقبل الأول يؤدي إلى إطلاق مسار تنشيط الكاسباس من خلال البروتينات الغشائية الوسيطة المرتبطة بنطاق الإماتة (TRADD) و(FADD). يؤدي الارتباط بهذا المستقبل بشكل غير مباشر إلى تفعيل عوامل النسخ المتعلقة ببقاء الخلية وردود الفعل الالتهابية. لكن إطلاق الاشارات من خلال هذا المستقبل قد يؤدي إلى تفعيل الاستماتة على نحو مستقل عن الكاسباس. وتظهر الصلة بين ألفا-TNF والاستماتة سبب كون الإنتاج غير الطبيعي من الالفا-TNF يلعب دورا في العديد من الامراض البشرية، خاصة أمراض المناعة الذاتية.

مسار FAS :

يرتبط مستقبل فاس (أول إشارة للاستماتة) ويعرف أيضا بـ Apo-1   أو CD95، ببروتين FasL، وهو بروتين عابر للأغشية من عائلة TNF. يؤدي التفاعل بين الاثنين إلى تكوين منظومة إشارات تحفيز الموت، المحتوية على كاسباس-8 وكاسباس-10 والفاد (FADD). وهذه المكونات تطلق بشكل مباشر كاسباسات أخرى تؤدي إلى تنفيذ عملية الاستماتة في بعض انواع الخلايا.  وفي بعض انواع الخلايا الاخرى تؤدي هذه المكونات إلى اطلاق حلقة من العوامل المحفزة للاستماتة من الميتوكندريا وزيادة تنشيط كاسباس-8.

مكونات مشتركة:

بعد تفعيل المسارات السابقة في خلايا الثدييات يتم خلق توازن بين المكونات المحفزة للاستماتة وتلك المثبطة لها. وهذا التوازن ينجم عن كمية مركبات محفزة للاستماتة في الغشاء الخارجي للميتوكندريا. وهذه المركبات لازمة لجعل الغشاء نفاذا لاطلاق محفزات الكاسباس مثل السيتوكروم (سي) وSMAC.

الكاسباس:

تلعب الكاسباس دورا اساسيا في نقل اشارات الاستماتة، والكاسباس هي بروتينات انزيمية سيستينية محددة الاسبارتات. وهناك نوعان من الكاسباس: الكاسباس البادئ (2-8-9-10-11-12) والكاسباس المستجيب (3-6-7).

وهناك أيضاً مسارات استماتة مستقلة عن الكاسباس تتم عن طريق عوامل منشطة للاستماتة AIF.

نموذج الاستماتة في البرمائيات

يشكل الضفدع البرمائي Xenopus laevis   نموذجاً مثالياً لدراسة آليات الاستماتة. في الواقع، يحفز اليود والثيروكسين أيضاً عمليات الاستماتة المدهشة في خلايا خياشيم وذيل وزعانف اليرقة خلال عملية تحول البرمائي، وتعمل على تحفيز تطور الجهاز العصبي ليتحول الشرغوف النباتي المائي إلى ضفدع أرضي آكل للحم.