Anoikis ( englanniksi anoikis , muusta kreikasta ἀν - "ilman", οἶκος - "talo") on erityinen tapaus solukuolemasta apoptoosin seurauksena , joka tapahtuu vasteena väärään soluadheesioon (viestintään solunulkoisen matriisin kanssa ) tai sen katoamiseen. Solun asianmukainen adheesio solunulkoiseen matriisiin ( ECM ) on välttämätöntä, jotta voidaan ymmärtää, sijaitseeko solu oikealla paikalla. Yhteyden ympäristöönsä menettäneiden solujen poistaminen estää niitä sitoutumasta väärään substraattiin ja lisääntymästä. Siten anoikis on välttämätön kudosten homeostaasin kehittymiselle ja ylläpitämiselle , ja sen säätelyä esiintyy joissakin sairauksissa. Anoikeita on kuvattu useissa solutyypeissä, mutta eri kudoksista peräisin olevat solut näyttävät käyttävän erilaisia molekyylireittejä, jotka johtavat anoikeihin [1] .
Vaikka solujen riippuvuus kiinnittymisestä solunulkoiseen matriisiin on ollut tiedossa jo pitkään, anoikien ilmiö nykyisessä mielessä kuvattiin 1990-luvun alussa, kun Martin Schwartzin ( eng. Martin Schwartz ) ja Steve Frischin tutkimusryhmät ( eng. Steve Frisch ) julkaisivat melkein samanaikaisesti tulokset tutkimuksistaan, jotka osoittivat, että solut, jotka menettivät kiinnittymisen solunulkoiseen matriisiin, kokivat ohjelmoidun apoptoosin aiheuttaman kuoleman [2] .
Erikoisnimestä huolimatta anoikis on pohjimmiltaan apoptoosi. Anoikien alkaminen ja jatkokulku voidaan laukaista erilaisilla reiteillä, jotka lopulta johtavat kaspaasin aktivaatioon ja DNA:n fragmentoitumiseen (apoptoosin tunnusmerkit). Klassisen apoptoosin tavoin anoikit voivat laukaista sisäisesti mitokondrioiden vaurioitumisen kautta ja ulkoisesti vasteena pintakuolemareseptorien aktivoitumiseen . Bcl-2 -proteiineilla on keskeinen rooli anoikien ulkoisissa ja sisäisissä reiteissä . Niiden joukossa ovat anti-apoptoottiset proteiinit, kuten Bcl-2 , Bcl-XL ja Mcl-1 , sekä pro-apoptoottiset proteiinit, kuten Bax , Bak ja Bok (multi -BH3 -domeeniproteiinit) ja Bid , Bik , Bmf , Noxa , Bad , Bim ja Puma (proteiinit, jotka sisältävät vain BH3-domeenin, tai vain- BH3-proteiinit ( eng. BH3-only proteins )) [1] .
Sisäisessä anoikis-reitissä kaspaasin aktivaatio tapahtuu mitokondriokalvon eheyden rikkomisen vuoksi , mikä johtuu Bcl-2-perheen pro-apoptoottisten proteiinien oligomeerien muodostumisesta ulommalle mitokondriokalvolle : muodostavat kanavia kalvoon ja lisäävät jyrkästi sen läpäisevyyttä. Tärkeä rooli mitokondrioiden kalvon kanavien muodostumisessa on jännitteittäisillä anionikanavilla . Mitokondrioiden ulkokalvon tuhoutuminen johtaa sytokromi c :n vapautumiseen , joka yhdessä kaspaasi 9 :n ja apoptoosin proteaasiaktivoivan tekijän (APAF ) kanssa muodostaa apoptoosin . Viimeinen aloitusvaihe koostuu efektorikaspaasin 3 aktivaatiosta ja apoptoosin efektorivaiheen alkamisesta. Anoikien aktivointi sisäisen reitin kautta on pääasiassa Bim-proteiinin vastuulla, vaikka Bid voi myös olla mukana. Bim aktivoituu, kun solu irtoaa ECM:stä ja laukaisee nopeasti Bax-Bak-oligomeerien kokoamisen mitokondrioiden ulkokalvolle. Lepotilassa Bim liittyy dyneiineihin ja aktiinimikrofilamentteihin , kunnes ECM :ään sitoutuvan integriinin menetys saa sen vapautumaan ja siirtymään mitokondrioihin, missä se on vuorovaikutuksessa Bcl-XL:n kanssa, mikä tekee tyhjäksi sen selviytymistä edistävän aktiivisuuden. Integriinin ECM-sitoutumisen menetys suppressoi Bimin fosforylaatiota solunulkoisen signaalin säätelemän kinaasin ERK ) ja fosfoinositidi-3-kinaasin (PI3K) / Akt :n vaikutuksesta . Tämän ansiosta Bim lakkaa uhkaamasta proteasomien tuhoutumista , ja sen kerääntyminen soluun alkaa. Siten nämä kaksi prosessia johtavat Bimin kerääntymiseen sytoplasmaan ja sen saatavuuden lisääntymiseen [1] .
Todisteita kertyy siitä, että muut vain BH3:a sisältävät proteiinit osallistuvat anoikien efektorivaiheeseen eri kudostyypeissä. Esimerkiksi Noxan ja Puman transkriptiota säätelee p53 , ja niiden osallistuminen anoikeihin fibroblasteissa on havaittu . Lisäksi epiteelisoluissa Bcl-2:ta modifioiva tekijä (Bmf) toimii "suojelijana", joka havaitsee sytoskeleton poikkeavuuksia ja muuntaa tämän tiedon kuoleman signaaliksi. Itse asiassa, kun solu irtoaa matriisista, Bmf vapautuu motorisesta kompleksista, jossa se oli myosiini V:hen sitoutuneessa tilassa, ja kerääntyy mitokondrioihin, missä se mitätöi Bcl-2-aktiivisuuden ja johtaa sytokromi c :n vapautumiseen , ja siten anoikien jatkokehitys [1] .
Anoikin ulkoinen reitti alkaa solunulkoisten kuolemanligandien, kuten Fas-ligandin (FasL) tai tuumorinekroositekijän -α:n (TNF-α) sitoutumisesta niiden transmembraanisiin reseptoreihin ( Fas-reseptori ja TNFR , vastaavasti), mikä johtaa signalointikompleksin indusoidun kuoleman kokoonpano ( kuolemaa aiheuttava signalointikompleksi, DISC ) . DISC adapteriproteiinin kautta FADD houkuttelee ja sitoo useita kaspaasi 8 -molekyylejä . Autoaktivoitu kaspaasi 8 aktivoi sitten proteolyyttisesti kaspaasit 3 ja 7, jotka edelleen pilkkovat erilaisia solunsisäisiä proteiineja ja johtavat lopulta solukuolemaan. Kaspaasi 8 ei voi vain aktivoida efektorikaspaaseja (tyypin I ulkoiset anoikit), vaan myös leikata vain BH3 Bid -proteiinia (tyypin II ulkoiset anoikit). Bidin katkaistu muoto (tBid) helpottaa sytokromi c :n vapautumista mitokondrioista ja apoptosomin kokoamista [1] .
Yhteyden menettäminen ECM:n kanssa johtaa Fas:n ja FasL:n ilmentymisen lisääntymiseen ja FLIP :n, endogeenisen Fas - signalointireittien inhibiittorin , ilmentymisen vähenemiseen. Lisäksi solun irtautumisen (solun pyöristymisen) aikana tapahtuvat muutokset solun muodossa voivat laukaista ulkoisen anoikis-polun, pääasiassa Fasin kautta. Lopuksi kuolemanreseptorien aktivaatio voi lopulta johtaa mitokondriovaurioon siten, että anoikin ulkoiset ja sisäiset reitit risteävät [1] .
Kaspaasi 3:n aktivaatio on tapahtuma, joka on yhteinen sekä sisäiselle että ulkoiselle anoikis-reitille. Se laukaisee sarjan proteolyyttisiä reaktioita, jotka hajottavat signalointimolekyylejä, kuten fokaaliadheesiokinaasi (FAK), Cas ja paksilliini . FAK:n tuhoaminen mitätöi sen panoksen selviytymiseen ja tuhoaa kontaktit . p130Cas:n leikkaaminen tuottaa C-terminaalisen fragmentin, joka säätelee sykliiniriippuvaisen kinaasi-inhibiittorin p21 transkriptiota ; siten se varmistaa anoikien jatkokulkua estämällä solusyklin . Irrotetut solut, joissa kaspaasi 3 leikkaa FAK:n ja p130Cas:n, voivat sitten käydä läpi seuraavat anoikis-vaiheet [1] .
Anoikis ei salli epiteelisolujen , jotka ovat jostain syystä lähteneet alkuperäisestä paikastaan, asettua muualle. Normaalit epiteelisolut puolestaan on suojattu anoikilta useilla mekanismeilla, erityisesti ne ovat liikkumattomia ja jatkuvassa kontaktissa ECM:n kanssa. Erittäin liikkuville ja jakautuville soluille, esimerkiksi mesenkymaalisille soluille, tarvitaan vakavampi suoja anoikeita vastaan ; itse asiassa ne ovat yleensä vastustuskykyisempiä anoikeille kuin epiteelisoluille. Lisäksi pysyvästi kiinnittymättömillä soluilla, kuten kypsillä hematopoieettisilla soluilla ja leukosyyteillä , on tehokas puolustus anoikeita vastaan [1] .
Yleensä solut suojataan anoikilta ensisijaisesti, kun ne ovat sitoutuneet ECM-proteiineihin. ECM:n rooli voimakkaana anoikien estäjänä on laajalle levinnyt, ja useilla integriineilla (α1β1, α2β1, α3β1, α5β1, α6β1, α6β4, αvβ3) on merkittävä vaikutus sekä normaalien että degeneroituneiden solujen eloonjäämiseen. Keskeisiä proteiineja, jotka välittävät integriinivälitteistä signalointia, joka johtaa suojaukseen anoikeita vastaan, ovat FAK, integriiniin kytketty kinaasi ( eng. integrin-linked kinase, ILK ), tyrosiinikinaasi Src , PI3K, ERK ja adapteriproteiini Shc . Kun integriinit sitoutuvat oikeisiin ECM-proteiineihin, FAK ja ILK värväävät ja aktivoivat PI3K/Akt-, ERK- ja Jun-kinaasin ( JNK ) signalointireittejä. PKB/Akt on välttämätön elementti solujen eloonjäämissignalointireiteissä, koska se vastaanottaa asianmukaiset eloonjäämissignaalit integriineilta, kasvutekijöiltä ja solujen välisiltä kontakteilta. PKB/Akt:n aktivaatio estää useita vaiheita anoikeissa, esimerkiksi se aiheuttaa kaspaasi 9:n inaktivaation ja proapoptoottisen proteiinin Bad fosforylaation, NF-KB :n aktivoitumisen ja transkriptiotekijöiden eston Fork head . ILK vastaanottaa integriinivälitteisiä eloonjäämissignaaleja FAK:sta riippumatta, ja Shc-adapteriproteiini voi myös itsenäisesti välittää adheesiosignaaleja ERK:lle. ERK:t ja PI3K:t voivat säädellä negatiivisesti Bimiä sen fosforylaation kautta, mikä ohjaa sen hajoamaan. Tämä estää Bimiä tukahduttamasta Bcl-2:ta ja aktivoimasta Baxia, joka tarjoaa suojan anoikeita vastaan [1] .
Vuosina 2008 ja 2010 tehdyssä tutkimuksessa havaittiin yhteys epiteelisolujen anoikis-resistenssin ja autofagian välillä . PERK -kinaasi todellakin helpottaa ECM:stä irrotettujen solujen selviytymistä stimuloimalla autofagiaa ja ATP :n tuotantoa . Yhteyden katkeaminen ECM:n kanssa aktivoi kanonisen autofagiareitin, ylläpitää ATP:n vakiotasoa solussa ja aiheuttaa anoikis-viivettä. Autofagia mahdollistaa epiteelisolujen selviytymisen, kun ne väliaikaisesti menettävät yhteyden ECM:ään ja kiinnittyvät sitten uudelleen siihen. On mahdollista, että kasvainsolut käyttävät samaa mekanismia suojaamaan anoikilta [1] .
Anoikis-resistenssi on erittäin tärkeä syövän kehittymisessä . Toisin kuin normaalit epiteelisolut, syöpäsolujen ei tarvitse olla yhteydessä ECM:ään selviytyäkseen ja lisääntyäkseen . Anoikis-resistenssin vuoksi syöpäsolut voivat kulkeutua kaikkialle kehoon ilman kunnollisia kontakteja ECM:n kanssa ja muodostaa etäpesäkkeitä [1] . Tällä hetkellä kehitetään syöpälääkkeitä , jotka lisäävät kasvainsolujen herkkyyttä anoikeille [3] .
On ehdotettu useita mekanismeja, jotka tarjoavat resistenssin anoikille syöpäsoluissa [1] :
Tunnetaan useita muita mekanismeja resistenssin syntymiseen ja ylläpitämiseen anoikeille. Esimerkiksi caveolin-1 , avainproteiini caveoleissa , tarjoaa anoikis-resistenssin hepatosellulaarisille karsinoomasoluille aktivoimalla IGF-1- signalointireitin [5] . CD24 - proteiinilla on tärkeä rooli munasarjasyöpäsolujen anoikis-resistenssin kehittymisessä [6] . DBC1- proteiini edistää vastustuskykyä anoikille mahasyöpäsoluissa säätelemällä NF-KB-signalointireittiä [7] . Interleukiini 8 :lla on samanlainen vaikutus paksusuolensyöpäsoluihin [8] .
Anoikien lisääntyminen, jota solujen jakautuminen ei kompensoi tai joka on kompensoitu väärin, voi olla monien sydän- ja verisuonitautien rappeutumissairauksien taustalla . Esimerkkejä ovat sydänlihassolujen irtoaminen sydänkohtauksessa , plakin tuhoutuminen ateroskleroosissa , sileiden lihassolujen katoaminen aneurysmoissa ja suonikohjuissa sekä lisääntynyt vaskulaaristen solujen menetys sydän- ja verisuoniinfektioissa [1] .
Krooninen verisuonisairaus on diabeteksen yleisin kuolinsyy . Nämä sairaudet liittyvät lisääntyneeseen anoikin endoteelisolujen irtoamiseen ja kuolemaan, joten anoikilla on tärkeä rooli diabeteksessa [1] .
Anoikit voivat johtua taudinaiheuttajista . Esimerkiksi Pseudomonas aeruginosa aiheuttaa epätyypillisiä anoikisia isäntäepiteelisoluissa [9] .
Tällä hetkellä solunsiirto on houkutteleva vaihtoehto tiettyjen sairauksien, kuten neurodegeneratiivisten häiriöiden , sydänkohtauksen ja myopatioiden , hoidossa . Suurin tällaisten hoitojen kehittäjien kohtaama ongelma on kuitenkin siirrettyjen solujen erittäin alhainen elinkelpoisuus. Siirretyt solut eivät yleensä saa kunnolla yhteyttä uuteen ECM:ään ja kuolevat anoikit. Tästä syystä soluterapian tärkeä tehtävä on sellaisten menetelmien kehittäminen, jotka parantavat solujen eloonjäämistä siirron aikana ja varmistavat solujen suojan anoikilta verenkierron aikana ennen niiden saavuttamista kohde-elimessä [1] .
| Solukuoleman tyypit | |
|---|---|
| ei-ohjelmoitava | Nekroosi |
| Ohjelmoitava |
|