Przegląd Urologiczny 2007/6 (46) wersja do druku | skomentuj ten artykuł | szybkie odnośniki
 
strona główna > archiwum > Przegląd Urologiczny 2007/6 (46) > Apoptoza w komórkach nabłonkowych stercza

Apoptoza w komórkach nabłonkowych stercza

Fragment pracy na stopień doktora nauk medycznych w zakresie medycyny lek. med. Bartosza Misterki pt. „Wpływ doxazosyny na ekspresję receptorów błonowych indukujących apoptozę w pierwotnej hodowli komórek nabłonkowych stercza, u chorych z łagodnym rozrostem gruczołu krokowego”.

Słowa kluczowe

Apoptoza, komórki nabłonkowe stercza

Streszczenie

Apoptoza jest zjawiskiem dotyczącym wszystkich komórek organizmu. Zachodzi ona w warunkach fizjologicznych i patologicznych. Dzięki zaprogramowanej śmierci komórki możliwe jest eliminowanie z ustroju komórek nieprawidłowych, uszkodzonych lub „podążających w niewłaściwym kierunku”, a tym samym utrzymanie prawidłowej homeostazy ustroju. Apoptoza jest od wielu lat tematem wielu prac naukowych. Dotychczas ukazało się około 4000 prac opisujących proces apoptozy w sterczu. Cały czas poznawane są nowe szlaki sygna łowe apoptozy, mechanizmy związane z przemianami komórek w procesach patologicznych oraz badane są mechanizmy wpływu leków na przebieg tego procesu. Zjawisko zaprogramowanej śmierci komórki jest złożonym, kilkuetapowym procesem, który po osiągnięciu pewnego etapu jest nieodwracalny. Na jego drodze istnieją liczne miejsca regulacji i modulacji kaskady apoptozy, mogące w przyszłości służyć opracowaniu skutecznych terapii. Badając mechanizmy apoptozy, udowodniono wpływ wielu powszechnie stosowanych leków na jej przebieg w kardiomiocytach mięśnia sercowego czy sterczu. Wyjaśnienie i umiejętny wpływ na te mechanizmy umożliwią w przyszłości syntezę nowych, bardziej skutecznych i działających wybiórczo grup leków mogących mieć zastosowanie kliniczne również w chorobach gruczołu krokowego.

Znaczenie podziałów komórkowych i zaprogramowanej śmierci komórki w łagodnym rozroście stercza

Rozwój gruczołu krokowego rozpoczyna się w życiu płodowym około 8 tygodnia ciąży, po rozpoczęciu produkcji testosteronu przez płodowe jądra. Wzrost gruczołu pobudzany jest przez aktywną formę testosteronu, dihydrotestosteron (DHT), powstający pod wpływem 5-alfa reduktazy w jądrach [1]. DHT wpływa na komórki nabłonka stercza pośrednio. Łączy się z receptorem androgenowym zlokalizowanym w jądrach komórek zrębowych, gdzie pobudza geny odpowiedzialne za syntezę czynników wzrostu: czynnika wzrostu fibroblastów (Fibroblast Growth Factor type 2 i 7 - FGF2, FGF7) oraz naczyniowego czynnika wzrostu nabłonka (Vascular Endothelial Growth Factor - VEGF). Związki te bezpośrednio stymulują proliferację komórek nabłonka i zrębu gruczołu krokowego. Jest to pierwszy okres intensywnego wzrostu gruczołu krokowego. Drugi następuje w okresie pokwitania (około 18. roku życia), podczas którego dochodzi do gwałtownego zwiększenia produkcji androgenów. Po tym okresie stercz osiąga ostateczną wielkość i na wiele lat jego wzrost zostaje zatrzymany. Trzeci skok wzrostu stercza pojawia się po 50. roku życia, kiedy w organizmie dochodzi do spadku produkcji testosteronu [2]. Cechą wspólną każdego z wymienionych okresów wzrostu jest rozpoczęcie od etapu proliferacji zrębu włóknisto-mięśniowego, po którym następuje wtórnie znacznie mniej nasilony rozrost nabłonka. Zrąb i nabłonek gruczołowy nie są osobnymi strukturami, są powiązane ścisłymi oddziały waniami mającymi na celu zachowanie homeostazy. Bardzo ważną rolę w jej utrzymaniu pełnią wymienione czynniki wzrostu. Dzięki nim zrąb stercza kontroluje czynność wydzielniczą i utrzymanie ciągłości nabłonka. Zrąb zbudowany jest z tkanki łącznej składającej się z różnorodnych komórek: fibroblastów, miofibroblastów, miocytów gładkich otoczonych macierzą zewnątrzkomórkową (matrix) bogatą w naczynia krwionośne, włókna kolagenowe, elastynowe oraz inne białka. Dzięki tym czynnikom wpływa na sąsiadujące tkanki, tworząc dla nich środowisko. Jest ono dla tkanki nabłonkowej stercza niezwykle istotne ze względu na dostarczanie substancji odżywczych, wywieranie wpływu na kształtowanie i formowanie oraz umożliwienie proliferacji [3]. W sterczu zachodzą stale procesy proliferacji równoważone przez procesy kontrolowanego i celowego usuwania komórek (apoptoza). Apoptoza jest fizjologicznym, zaprogramowanym w każdej komórce mechanizmem samounicestwienia, służącym eliminowaniu z organizmu komórek chorych, starych i wykazujących nieprawidłowe działanie. W mechanizmie powstawania ŁRS kluczowym zjawiskiem jest zaburzenie homeostazy liczby komórek, polegające na przewadze procesu rozrostu nad apoptozą. Proces ten jest związany głównie z rozrostem zrębu, natomiast przyrost ilości nabłonkowych elementów ma marginalny udział w powiększeniu masy narządu [4]. Nasiloną proliferację i apoptozę w nabłonku prawidłowym obserwuje się głównie w strefie obwodowej stercza, mniejszą w strefie środkowej i przejściowej. Ekspresję białka Bcl-2 będącego czynnikiem hamującym apoptozę stwierdzono w komórkach gruczołowych i podstawnych strefy obwodowej stercza prawidłowego. Zwiększoną ekspresję tego białka stwierdzono w gruczolaku stercza w komórkach podstawnych dojrzałych elementów gruczołowych [4]. ŁRS jest zatem wynikiem zarówno zwiększenia proliferacji komórek głównie w warstwie podstawnej elementów gruczołowych stercza, jak i zmniejszenia częstości występowania procesu apoptozy (zwiększona ekspresja Bcl-2), która w prawidłowych warunkach równoważy podziały komórek podstawnych [5].

Mechanizm i fazy procesu apoptozy

Do prawidłowego funkcjonowania organizmu niezbędne jest regulowanie i kontrolowanie liczby komórek zarówno w fazie rozwoju organizmu (jego wzrostu), jak i podtrzymywania funkcji w okresie dojrzałym i okresie starzenia (degeneracji) [6, 7]. Organizmy wyposażone są w bardzo sprawny, naturalny mechanizm, który ma zdolność równoważenia proliferacji komórek na drodze mitozy z eliminacją komórek patologicznych lub starych. Zjawisko to, obserwowane już na początku XX wieku przez embriologów, opisali w 1971 roku J.F. Kerr oraz A. H. Wyllie i A. A. Curne, nosi ono nazwę apoptozy. Termin ten oznacza opadanie lub spadanie, porównywane z opadaniem liści z drzew lub płatków z kwiatów pod koniec okresu wegetacji roślin [8, 9, 10]. Proces apoptozy zachodzi w warunkach fizjologicznych i patologicznych. Wykazano, że wszystkie komórki w organizmie mają zapisaną informację dotyczącą samounicestwienia, ulegającą aktywacji w momencie zadziałania odpowiedniego czynnika wyzwalającego. Proces apoptozy jest wynikiem ekspresji odpowiednich genów i zachodzi przy udziale określonych reakcji biochemicznych [11]. Apoptozę odróżniono od innego rodzaju śmierci komórek, a mianowicie od martwicy - gdzie śmierć komórki zachodzi pod wpływem masywnych czynników uszkadzających, powodujących utratę równowagi osmotycznej w komórce [12, 13].

Oba zjawiska - apoptoza i nekroza - w których przebiegu dochodzi do eliminacji komórek, zachodzą w momencie, gdy zmiany w komórce osiągają tzw. punkt bez powrotu. Po przekroczeniu tego punktu komórka musi zginąć. W odróżnieniu od apoptozy, która charakteryzuje się aktywnym udziałem komórki we własnym unicestwieniu, martwica (necrosis) jest procesem biernym, katabolicznym i degeneracyjnym [14]. Jest to odpowiedź komórki na znaczne uszkodzenie, może być wywołana nadmiarem środków cytotoksycznych. Komórka w procesie apoptozy obkurcza się, ale jej błona komórkowa jest zachowana. Dochodzi do kondensacji chromatyny na obwodzie jądra, tworzą się ciałka apoptotyczne. Organella komórkowe są zachowane. Proces apoptozy przebiega przy udziale energii zgromadzonej w czą- steczce adenozynotrójfosforanu (ATP), w przeciwieństwie do martwicy, która jest procesem biernym. W obu procesach dochodzi do fragmentacji nici kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) - w apoptozie we wczesnym okresie śmierci komórki, a w martwicy w późnym. Kolejną ważną cechą apoptozy jest to, że śmierć dotyczy pojedynczych komórek, a w martwicy jest to zawsze duża ich grupa. Indukcja zaprogramowanej śmierci zachodzi dzięki czynnikom fizjologicznym, komórki ulegają sfagocytowaniu przez otaczające je makrofagi - nie towarzyszy temu procesowi odczyn zapalny. Martwica natomiast cechuje się masywnym odczynem zapalnym i indukowana jest przez czynniki patologiczne [15]. Przypuszcza się, że ten sam bodziec o słabszym nasileniu indukuje apoptozę, natomiast działając silniej, wywołuje martwicę komórki [16].

Apoptoza pełni bardzo ważną rolę w homeostazie organizmu zarówno w trakcie procesów rozwojowych (embriogeneza, morfogeneza), jak i degeneracyjnych [8, 17]. Komórki przewodów Müllera płodów płci męskiej giną w wyniku apoptozy, podobnie jak mezenchyma występująca między palcami w rozwoju embrionalnym kończyn kręgowców. Podczas tworzenia się mózgu kręgowców około połowa neuronów umiera w życiu płodowym na skutek programowanej śmierci komórki [18]. Funkcjonowanie dorosłego organizmu zależy od genetycznie zaprogramowanej śmierci różnych komórek. Zjawisko apoptozy występuje zarówno w czasie atrofii narządów hormonozależnych, jak i podczas normalnego obrotu komórek w każdym narządzie. Apoptoza zachodzi w komórkach macicy w czasie cyklu menstruacyjnego. Odrzucanie przeszczepu przez organizm gospodarza, jak i reakcja przeszczepu przeciwko gospodarzowi (Graft versus Host Reaction) są również efektem indukcji procesu apoptozy [19, 20]. Zaburzenia homeostazy, u podstaw których leżą zjawiska proliferacji i apoptozy, wiążą się z powstaniem wielu stanów patologicznych, takich jak: nowotwory, zespół nabytego upośledzenia odporności (AIDS), choroby neurodegeneracyjne (choroba Alzheimera). Dzięki apoptozie usuwane są niepotrzebne i potencjalnie niebezpieczne komórki, m.in. autoreaktywne limfocyty, komórki zainfekowane przez wirusy, a także komórki nowotworowe [19, 21].

Zaprogramowana śmierć komórki jest złożonym i uporządkowanym procesem. W jej przebiegu można wyróżnić trzy podstawowe fazy:

faza I - w której następuje indukcja kaskady mechanizmów apoptozy (decyzja o śmierci komórki)

faza II - wykonawcza (aktywne mechanizmy apoptozy - rozpad organelli komórkowych i śmierć komórki)

faza III - faza tworzenia ciałek apoptotycznych, degradacji i fagocytozy

Faza I, będąca momentem indukcji całej kaskady zaprogramowanej śmierci komórki, jest etapem, w którym podstawową rolę odgrywają tzw. mechanizmy spustowe (induktory). Ze względu na ich charakter możemy je podzielić na:

  • fizyczne: wpływ promieniowania ultrafioletowego (UV) i jonizującego, wysokiej temperatury
  • chemiczne: cytostatyki [22, 23], wolne rodniki tlenowe [24, 25]
  • biologiczne: wynikające z pobudzenia odpowiednich receptorów, m.in.: indukujących kaskadę mechanizmów apoptozy: receptory CD95 (Apo-1 lub Fas) czy receptorów z grupy czynnika martwicy nowotworu TNF-R1 oraz TNF-R2; pobudzenie receptorów domeny śmierci DR-4 (APO-2) i DR-3 (APO-3) przekazujące kolejno sygnały do wykonawczych kaspaz; pobudzenie receptorów hormonów i czynników wzrostu; działanie enzymów na komórki docelowe - perforyny i granzymy - białka mające zdolność przenikania błon komórkowych.

Wiele stosowanych chemioterapeutyków ma zdolność indukowania apoptozy w różnych liniach komórek nowotworowych in vitro [26, 27].

Czynniki indukujące apoptozę działają w powiązaniu z genami supresorowymi nowotworów i onkogenami [28].

Pierwszym etapem indukcji apoptozy jest przekazanie sygnału z układu receptorowego do kaskady mechanizmów wykonawczych zlokalizowanych w komórkach. Pobudzenie układów receptorowych jest przekazywane przez szereg cząsteczek pośredniczących, m.in. przez cząsteczki aktywujące kaspazy, takie jak białkowa, sprzężona z receptorem Fas cząstka mająca domenę śmierci (Fas-Associated Protein with Death Domain FADD), czy sprzężona z receptorem TNFR-1- -białkowa cząsteczka również posiadająca domenę śmierci (TNFR-1 Associated Death Domain Protein TRADD) [29]. Przekaźnikiem sygnału apoptozy mogą być ceramidy syntetyzowane de novo lub wytwarzane przez komórkę ze sfingomieliny [30, 31].

Rycina 1
Schemat przedstawiający dwa prawdopodobne mechanizmy trymeryzacji receptorów

Receptory błonowe z rodziny TNF (TNFR-1, TNFR-2, CD40 i CD95) mają charakterystyczną właściwość. Po indukcji ulegają trymeryzacji i przekazują sygnał do rozpoczęcia apoptozy [32]. Opisano dwa mechanizmy tego zjawiska. Pierwszy, zwany konwencjonalnym, uzależniony jest od przyłączenia odpowiedniego ligandu [33]. Ligand składa się z trzech podjednostek, dla których na receptorze istnieje homologiczne miejsce przyłączenia. Po połączeniu z ligandem dochodzi do trymeryzacji zewnątrzbłonowych podjednostek receptora, które w fazie spoczynku utrzymywane są w oddaleniu od siebie [34, 35]. Sygnał przekazywany jest przez błonę komórkową do wnętrza komórki. Tutaj analogiczne podjednostki receptora kontynuują proces i powstaje kolejny trójczęściowy kompleks [36] (ryc. 1). W drugim mechanizmie receptor błonowy ma na swej zewnątrzkomórkowej części trójelementową domenę PLAD (Pre Ligand Assembly Domain) [37, 38, 39].

Stanowią ją połączone wiązaniami NH2 dystalne odcinki trzech podjednostek receptora TNF. Ligand przyłączający się do właściwego miejsca na receptorze indukuje rozerwanie domeny PLAD i powstaje trójelementowy kompleks analogiczny jak w mechanizmie konwencjonalnym [40]. Rola domeny PLAD nie została do końca poznana, ale przypuszcza się, że kontrolowany wpływ na nią może odgrywać znaczącą rolę w leczeniu różnych chorób. Dotychczas stwierdzono wpływ blokady tej podjednostki receptora na przebieg leczenia reumatoidalnego zapalenia stawów [41].

Istnieje wiele szlaków przekazujących sygnał rozpoczynający kaskadę apoptozy w komórce. Jednym z najlepiej poznanych jest szlak przekazywania sygnału przez układ receptor - ligand CD95/CD95L [21, 42, 43]. Cząsteczka CD95 należy do dużej rodziny białek receptora będącego czynnikiem martwicy guza TNF (Tumor Necrosis Factor). Receptor CD95 zawieszony jest w błonie komórkowej, a po związaniu z odpowiednim ligandem CD95 ulega mechanizmowi opisanemu powyżej - trymeryzacji. Od strony cytoplazmy receptor CD95 ma charakterystyczną sekwencję zwaną DD, czyli domenę śmierci (Death Domain). Poprzez domenę DD receptor ulega połączeniu z analogiczn ą domeną DD na cząsteczce pośredniczącej FADD (MORT1). Cząsteczka FADD ma na swoim drugim końcu domenę efektorową apoptozy DED (Death Effector Domain). Dzięki sekwencji DED, FADD ma zdolność aktywacji pro-kaspazy 8 i jej aktywna forma zapoczątkowuje reakcję lawinową, w której uczestniczą kaspazy efektorowe apoptozy 3, 6 i 7. Kaspazy efektorowe wpływają na cytoplazmatyczne i jądrowe substraty, takie jak: polimeraza poli-ADP-rybozy (PARP-odpowiedzialna za naprawy DNA), DNA-PK (wpływająca na cykl komórkowy), lamina B (składnik błony jądrowej), ICAD (Inhibitor Aktywowanej Kaspazą DNA-zy). Aktywacja przemiany ICAD w formę aktywną CAD skutkuje przemieszczaniem się cząstek CAD do jądra komórkowego, gdzie zapoczątkowuje degradację DNA [44, 45].

Podobnie wygląda przekazywanie i aktywacja procesu apoptozy drogą receptorów TNFR-1 i TNFR-2 [46, 47]. Oba receptory mają taką samą budowę części zewnątrzkomórkowej, ale różnią się strukturą wewnątrzkomórkową. TNFR-1 ma po stronie cytoplazmatycznej domenę DD, natomiast TNFR-2 ją utraciła. Z tego względu przyjmuje się, że TNFR-1 ma zdolność przekazywania zarówno sygnałów stymuluj ących do komórki, jak i sygnałów apoptozy. TNFR-2 z kolei przekazuje tylko sygnały stymulujące procesy wewnątrzkomórkowe [48, 49, 50]. Jednakże w kilku badaniach wykazano wpływ sygnałów przekazywanych przez receptory TNFR-2 na apoptozę [51]. Receptory TNFR-1 i TNFR-2 nie mają aktywności enzymatycznej, do przekazywania sygnału wykorzystują inne substancje. Po połączeniu z odpowiednim TNF-ligandem receptor TNFR-1 ulega trymeryzacji i wraz ze swą domeną DD tworzy kompleks TRADD (TNFR-Associated Death Domain). Ten kompleks stanowi bazę dla przyłączania innych aktywnych molekuł, jak: FADD, TRAF-2 (TNFR-Associated Factor-2) i RIP (Receptor Interactive Protein). RIP i TRAF-2 aktywują drogę apoptozy poprzez indukcję NF-kB (Necrosis Factor - czynnik martwicy), natomiast FADD podobnie jak w szlaku CD95 wykorzystuje kaspazy efektorowe 8 i 3. NF-kB uaktywnia zależną od niego kinazę NIK (NF-kB inducting kinase), która z kolei aktywuje inhibitor I-kB kinazy (IKK) [52]. IKK-kinaza fosforyzuje I-kB, co skutkuje jej degradacją i uwalnianiem NF-kB, który przemieszcza się do jądra komórkowego i aktywuje liczne geny. W ludzkich limfocytach typu T, RIP jest niezbędny do indukcji apoptozy na drodze TNFR-2, natomiast nie aktywuje NF-kB. Wykazano, że w spoczynkowych limfocytach T oraz ich aktywnych formach niebędących pod wpływem IL-2 receptory TNF mogą aktywować NF-kB, a tym samym apoptozę, przez szlak TNFR-2 i TRAF-2 [53]. W limfocytach T poddanych działaniu IL-2 RIP jest zaktywowany i ma udział w przyłączeniu utworzonego kompleksu TNFR-II-TRAF-2 do FADD. Ten mechanizm prowadzi do apoptozy tak samo jak szlak wykorzystujący receptory TNFR-1 i CD95. Receptor CD40 może przekazywać zarówno sygnały pobudzające, jak i hamujące apoptozę. Mechanizm hamowania apoptozy ma miejsce po przyłączeniu adekwatnego ligandu CD40L do receptora. Zjawisko takie zachodzi w limfocytach B, które zostały zaktywowane przez pobudzenie receptora Ig [54]. Oprócz hamowania apoptozy komórki limfocytów B otrzymują sygnał do intensywnych podziałów. W innych przypadkach pobudzenie ligandem odpowiedniego CD40 receptora skutkuje zwiększeniem ilości receptorów CD95 na powierzchni komórki i zwiększa częstość wchodzenia komórek na szlak apoptozy drogą receptora CD95 [55]. Ta droga szlaku apoptozy CD40 jest analogiczna jak droga CD95. W innym mechanizmie aktywny receptor CD40 może podobnie jak receptor TNFR-1 przyłączać cząsteczki TRAF 2 i TRAF 3, które indukują apoptozę dzięki pobudzeniu cząsteczek NF-kB (Necrosis Factor - czynnika martwicy). Przebieg procesu śmierci komórki jest w dalszych etapach analogiczny jak w szlaku TNFR-1. Przekazywanie sygnału apoptozy podlega kontroli i regulacji przez cząsteczki należące do rodziny białek Bcl-2 (B cell leukemia 2). Na etapie przekazywania sygnału przez cząsteczki pośredniczące, np. FADD albo TRADD (TNFR1 Associated Death Domain Protein) istnieje możliwość regulacji procesu apoptozy dzięki białkom należącym do dużej rodziny białek Bcl-2. W tej grupie cząsteczek wyróżnić możemy zarówno czynniki hamujące apoptozę (Bcl-2, Bcl-x, A-1, Mel-1), jak i czynniki indukujące (Bax, Bad, Bmi, Hik, Bak). Czynnik Bcl-2 hamuj ący zaprogramowaną śmierć komórki działa na zasadzie inaktywacji cząsteczki FADD. Wykazano, że cząsteczki rodziny Bcl-2 mają zdolność do tworzenia homo- lub heterodimerów, np. Bax/Bax czy też Bcl-2/Bax. W zależności od tego, które wolne cząsteczki (hamujące czy promujące) mają przewagę liczebną, sygnał śmierci zostaje transmitowany - dochodzi do aktywacji kaspazy 9 lub zahamowany [56, 57, 58, 59, 60].

Faza wykonawcza jest fazą nieodwracalną dla komórki. Bez względu na drogę przekazania sygnału aktywującego apoptozę, faza wykonawcza tego procesu ma prawdopodobnie jednakowy przebieg - jest to tak zwana wspólna ścieżka końcowa procesu apoptozy. Białkami fazy wykonawczej apoptozy są proteazy serynowe zwane kaspazami [21, 61, 62, 63, 64, 65].

Nazwa kaspaza (Caspasae) wywodzi się z katalitycznych właściwości enzymu. Litera „C” odnosi się do mechanizmu proteazy cysteinowej, zaś „aspase” do zdolności przecinania wiązania peptydowego w łańcuchu białkowym w sąsiedztwie kwasu asparaginowego. Kaspazy ze względu na ich właściwości są syntetyzowane w postaci nieaktywnych proenzymów [60]. Obecnie zidentyfikowano ponad dziesięć kaspaz w komórkach ssaków. Pierwszą zidentyfikowaną kaspazą był enzym konwertujący pro-IL-1B, w skrócie ICE (Interleukin 1B Converting Enzyme), który zmienia nieaktywny prekursor pro-IL-1B w aktywną cytokinę.

W początkowych etapach apoptozy aktywowana jest kaspaza 3, zbudowana z heterodimerów o masie 17kD i 12 kD. Proenzym ma masę 32kD. Kaspaza 3 nie jest aktywna przed indukcją apoptozy, jej aktywność rośnie w miarę przebiegu apoptozy już od wczesnej fazy [66]. W późnych fazach apoptozy obserwuje się ponowne znaczne obni- żenie jej aktywności. Aktywna kaspaza 3 ma zdolnosć hydrolizowania proteolitycznego innych kaspaz (głównie 6 i 7) w ten sposób je aktywuj ąc, a także hydrolizuje inne substraty polipeptydowe w komórce, efektem czego są morfologiczne zmiany charakterystyczne dla apoptozy. Pozostałe kaspazy mają również silne właściwości proteolityczne. Kaspazy 2, 6, 8 i 10 mają zdolność aktywacji pro-kaspazy 3, natomiast aktywna kaspaza 1 aktywuje odpowiednią pro-kaspazę 1. Te zjawiska tworzą reakcję lawinową dobrze znaną z biochemii enzymów proteolitycznych [63].

Znane są różne substraty dla kaspaz, do których należą m.in. takie cząsteczki, jak polipeptydowe czynniki fragmentacji DNA (DFF- DNA Fragmentation Factor). Kaspazy mają zdolność aktywacji endonukleaz odpowiedzialnych za fragmentację chromatyny. Nukleazy te degraduj ą DNA etapowo - najpierw na duże fragmenty polinukleosomalne (50-300kb), a potem na małe fragmenty oligonukleosomalne. Za fragmentację DNA odpowiedzialne są endonukleazy, które mają zdolność katalizowania hydrolizy wiązań internukleosomalnych. Za najważniejsze uważa się trzy główne enzymy: NUC-18, DNAzę-I i DNAzę-II. Pozostałe cząsteczki polipeptydowe to polimeraza - poli ADP-rybozy (PARP), laminina A i B, kinaza białkowa A i C, aktyna, białko retinoblastomy, kinaza białkowa DNA, białko 41 rybonuklearne [67].

Rycina 2
Schemat indukcji apoptozy związanej z białkami receptorowymi czynnika martwicy nowotworu (wg Verhagen A)

Istotną rolę w procesie apoptozy odgrywają transglutaminazy tkankowe, których zadaniem jest sieciowanie ciałek apoptotycznych. Zaobserwowano, że w czasie apoptozy wzrasta również aktywność beta-glutamylotranspeptydazy, aktywatora plazminogenu i rybonukleazy [68].

Aktywacja enzymów z grupy kaspaz prowadzi do nieodwracalnej reakcji łańcuchowej, w efekcie czego dochodzi do cięcia wiązań peptydowych innych substratów polipeptydowych, jak PARP, laminina A i B, topoizomeraza I i II, aktyna. Wynikiem tych reakcji jest faza zniszczenia komórki. śmierci komórki towarzyszą liczne zmiany zachodzą- ce w potencjale błonowym mitochondrium, w DNA (fragmentacja DNA) i w cytoszkielecie oraz formują się ciałka apoptotyczne [69]. Fagocytoza jest poprzedzona znacznymi zmianami w zewnętrznej warstwie błony komórkowej. Zmiany te polegają na utracie asymetrii części lipidowej błony, dzięki czemu dochodzi do łatwiejszego rozpoznania komórki jako apoptotycznej przez okoliczne makrofagi oraz inne komórki sąsiadujące. Zmiany te obserwuje się już we wczesnych stadiach apoptozy. W prawidłowej komórce błona komórkowa ma niesymetryczne ułożenie lipidów. Fosfatydyloseryna znajduje się głównie na wewnętrznej stronie błony komórkowej od strony cytoplazmy. W komórce apoptotycznej ta asymetria zostaje zachwiana i reszty fosfatydyloseryny pojawiają się także na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej. Jest to sygnał dla komórek fagocytujących do rozpoczęcia procesu usunięcia zniszczonej komórki [70, 71, 72].

Modulacje procesu apoptozy w łagodnym rozroście stercza

Procesy apoptozy są regulowane i kontrolowane za pomocą precyzyjnych mechanizmów działających poprzez aktywację genów, których produkty działają na różnych etapach mechanizmu zaprogramowanej śmierci komórki. Apoptoza ma trzy podstawowe fazy: fazę indukcji i regulacji, fazę wykonawczą oraz fazę końcową (usuwania ciałek apoptotycznych). W fazie inicjacji apoptozy biorą udział liczne białka. W tkankach gruczolaka zidentyfikowano białka z grupy czynników wzrostu fibroblastów (FGF family). Głównym przedstawicielem tej rodziny mającym wpływ na stercz jest drugi czynnik wzrostu fibroblastów FGF2 [73]. Jest on niezbędny zarówno w płodowym okresie wzrostu stercza, jak i w utrzymaniu homeostazy liczby komórek w wieku dorosłym. Czynność stercza, jego różnicowanie i wzrost są procesem androgenozależnym, aczkolwiek czynność nabłonka wydzielniczego nie jest bezpośrednio zależna od androgenów, w przeciwieństwie do komórek zrębu. Pobudzenie receptora androgenowego komórek mezenchymalnych zrębu powoduje wydzielanie czynników wzrostu z rodziny FGF pobudzających wzrost nabłonka (FGF7) oraz tkanki łącznej (FGF2). FGF2 ma zdolność aktywowania proliferacji fibroblastów oraz syntezy białek macierzy międzykomórkowej. FGF2 ma zdolność pobudzania angiogenezy poprzez aktywację komórek nabłonka naczyniowego, indukcji jego podziałów oraz w efekcie tworzenia nowych naczyń [74]. Produkcja FGF7 zachodzi w komórkach zrębu pod wpływem 5-aDHT, lecz odpowiednie dla niego receptory zlokalizowane są tylko na komórkach nabłonkowych. Uważa się, że FGF7 jest głównym przekaźnikiem oddziaływań pomiędzy nabłonkiem a zrębem [75]. W mechanizmie przerostu i rozrostu gruczołu krokowego odgrywają rolę także: wzrostowy czynnik transformacji beta (TGFb), płytkopochodny czynnik wzrostu (PDGF) oraz czynnik wzrostu śródbłonka (VEGF). TGFb pełni w sterczu istotną rolę [76]. Jest on wydzielany przez płytki krwi w miejscu uszkodzenia oraz ma wpływ na różnicowanie komórek zrębu, fibroblastów w kierunku miofibroblastów oraz pobudza angiogenezę i syntezę białek kurczliwych w miocytach prostaty. TGFb indukuje produkcję białek istoty zewnątrzkomórkowej zrębu (kolagenu i fibronektyny) oraz innych czynników wzrostu. Zwiększa produkcję i wydzielanie FGF, hamuje natomiast wzrost komórek nabłonka stercza, będąc niejako antagonistą FGF2. Bardzo istotną właściwością TGFb jest zdolność indukcji apoptozy w komórkach nabłonka gruczołu krokowego [77]. W mechanizmie powstawania ŁRS zaburzona zostaje równowaga pomiędzy podziałami komórek a ich śmiercią. Wykazano, że w liniach komórkowych nabłonka wydzielniczego uzyskanych z preparatów gruczolaka stercza znaleziono komórki, na które nie ma wpływu indukujący apoptozę TGFb. Jest to prawdopodobna przyczyna zachwiania homeostazy liczby komórek w gruczole krokowym.

Ważną rolę w organizmie mężczyzny odgrywa również stan homeostazy hormonalnej. W prawidłowo funkcjonującym organizmie istnieje równowaga pomiędzy testosteronem i estrogenami. Ponad 70% estrogenów powstaje na drodze aromatyzacji androgenów nadnerczowych przez komórki mięśniowe i tłuszczowe, pozostała część syntetyzowana jest w jądrach. Komórki mające receptory estrogenowe zlokalizowane są głównie w zrębie stercza. Z wiekiem u mężczyzn zmniejsza się aktywność hormonalna jąder i tym samym produkcja testosteronu. Dochodzi do zachwiania równowagi i ilościowa przewaga estrogenów doprowadza do hiperplazji komórek zrębu (głównie fibroblastów, miofibroblastów oraz komórek mięśni gładkich) oraz nasilenia produkcji czynników wzrostu (szczególnie FGF2). Wykazano, że w ŁRS dochodzi głównie do przerostu nabłonka gruczołowego oraz śródmiąższowych włókien mięśni gładkich [78, 79].

Podsumowanie

Apoptoza jest niezwykle istotnym mechanizmem umożliwiającym prawidłowe funkcjonowanie organizmu. Bez niej nie funkcjonowałby żaden prawidłowy organizm. Od poczęcia odgrywa znaczącą rolę w organogenezie, wzroście i utrzymaniu prawidłowych funkcji organizmu. Chroni go przed patologicznymi procesami. Zachwianie tej równowagi skutkuje powstawaniem wad, chorób oraz niekontrolowanego procesu nowotworowego. Apoptoza jest istotnym mechanizmem w komórkach gruczołu krokowego. Patogeneza łagodnego przerostu gruczołu krokowego polega na wzmożonej proliferacji komórek nabłonkowych i zrębowych stercza, przy równoczesnym zmniejszeniu ilości komórek ginących na drodze apoptozy. W raku stercza procesy apoptozy są jeszcze bardziej zaburzone. Apoptoza odgrywa ważną rolę w patogenezie tej choroby. W terapii raka stercza ważne jest wprowadzenie jak największej ilości komórek do szlaku apoptozy i ich unicestwienie. Apoptoza jest złożonym i precyzyjnie działającym mechanizmem. Podlega wielu regulacjom i modulacjom. Ma na nią wpływ wiele czynników fizycznych, chemicznych oraz biologicznych. Trwają liczne badania mające na celu poznawanie coraz to nowych szlaków i reguł zawiadujących tym procesem. Umożliwi to dokładniejsze poznanie i wyjaśnienie patologicznych mechanizmów zachodzących w organizmie. Kontrola i umiejętność wpływania na szlaki apoptozy może umożliwić w przyszłości opracowanie nowych schematów leczenia oraz syntezę wybiórczo działających substancji mogących mieć zastosowanie w praktyce klinicznej.

lek. med. Bartosz Misterek
Katedra i Klinika Urologii Ogólnej, Onkologicznej i Dziecięcej
Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy,
Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu
promotor pracy: prof. dr hab. n. med. Zbigniew Wolski
kierownik kliniki: prof. dr hab. n. med. Zbigniew Wolski