Az autofágia és az apoptózis kapcsolata a C.elegans egyedfejlődése során

Erdélyi Péter

ELTE Genetikai Tanszék

A C. elegans, mint genetikai modellrendszer

1-1,2 mm hosszú mérsékelt övi fonalféreg

Ivari dimorfizmus: XX hermafroditák és X0 hímek

Az embrionális fejlődés után 4 lárvastádiumon keresztül éri el a felnőtt kort

Nobel díj: 2002 - Sydney Brenner, John Sulston és Robert H. Horvitz, orvosi2006 - Andrew Z. Fire és Craig C. Mello, orvosi2008 - Martin Chalfie, kémiai

A programozott sejthalál két fő típusa

APOPTÓZIS (I-es típus)• rák• autoimmun betegségek• neurodegeneratív betegségek• virális fertőzések• szívinfarktus• stroke• hepatitisz• meddőség• stb.

AUTOFÁGIA (II-es típus)• rák• neurodegeneratív betegségek

• Alzheimer kór• Huntington kór• Parkinson kór

• stroke• diabetes (type II)• szívizomsorvadás• szív és érrendszeri

betegségek• izom rendellenességek• stb.

Orvosbiológiai és egyedfejlődési jelentősége ellenére a két folyamat szabályozási kapcsolata kevéssé ismert

Apoptotikus sejt Autofág vakuóla

Autofágia

• Az eukarióta sejt szabályozott önemésztő folyamata

• Főbb funkciói a sejtek túlélésében és halálában• károsodott sejtalkotók eltávolítása (öregedési folyamat)• sejtes stresszválasz (éhezés, hipoxia stb.)• véd a fertőzésekkel szemben• programozott sejthalál (II-es típusú PS)• differenciáció• sejtnövekedés és -osztódás

• 3 alapvető típusa ismert:• mikroautofágia• chaperon közvetített autofágia• makroautofágia

Az autofágia három fő típusa

Apoptózis

• I-es típusú programozott sejthalál

• Fő funkciói: • fejlődésmenet során feleslegessé váló sejtek

eltávolítása • fertőzések kivédése• tumorszuppresszió

• C. elegans egyedfejlődése során 131 sejt hal el apoptózissal

• Apoptózis mutánsok:• magasabbrendű organizmusokban letális• C. elegans-ban vad típusú morfológia és

viselkedés

Az autofágia és az apoptózis előfordulása hogyan koordinált?

Kérdésünk:

Genotoxikus stressz (dut-1RNSi kezelés) hatására az apoptózissal elhaló sejtek száma megnő

Vad típus

nuc-1

dut-1(RNSi)

TUNEL

0

2

4

6

8

10

12

wild-type nuc-1 dut-1(RNAi)Nu

mb

er o

f T

UN

EL

-po

siti

ve c

ells

/em

bry

o

N= 45 67 32

vad-típus nuc-1 dut-1(RNSi)TU

NE

L p

ozi

tív

sejt

ek s

zám

a/e

mb

rió

stresszhatástólmentes állat

pozitív kontroll

stresszelt állat

stresszhatástól

mentes állat

pozitív kontrollstresszelt állat

dut-1(RNSi) kezelés hatására autofág riporter gének aktiválódnak az embriókban

fénymikroszkópos kép

fluorescens kép(stresszhatástól mentes állat)

fluorescens kép(stresszelt állat)

Genotoxikus stressz hatására apoptózis és autofágia együtt indukálódik C. elegans embriókban

Kondenzált, elektrondenz kromatin

Autofág struktúrák

Apoptózis

Autofágia

% elpusztult embriók

% elpusztult lárvák

% életképes felnőttek

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

N2

ced-

3(n71

7)

ced-

4(n11

62)

ced-

4(n22

73)

atg-

18(gk3

87)

unc-5

1(e3

69)

unc-5

1(e1

189)

atg-

7(tm297

6)

atgr

-18(

gk378

);ced

-4(n

1162

)

atg-

18(gk3

78);ce

d-4(n

2273)

atg-

18(gk3

78);ce

d-3(n

717)

unc-5

1(e3

69);c

ed-4

(e11

62)

unc-5

1(e1

189)

;ced-

4(e1

162)

atg-

7(tm297

6);ce

d-4(

n1162

)

% É

letk

épte

len

ség

C. elegans-ban az autofágia és az apoptózis együtt szabályozzák a normális egyedfejlődést

apoptózismutánsok

autofágmutánsok

kettősmutánsok

Sejthalál mechanizmusok hiányában nincs élet sem

Autofágia

Apoptózis

Autofágia

Apoptózis

Autofágia

Apoptózis

Autofágia

Apoptózis

Az autofágia és az apoptózis egyidejű inaktiválása morfológiai defektusokat és életképtelenséget okoz

vad típus ced-4(n1162);atg-18(gk378)

ced-4(n1162);atg-7(tm2976)

Az autofágia és apoptózis együttes indukciója: közös kontroll alatt állnak?

ATF-2 transzkripciós faktor képes kötődni a bec-1 és lgg-1 autofág gének szabályozó régiójához

% (

rela

tív)

GF

P::

LG

G-1

felh

alm

ozó

dás

Alacsony expresszió

Normál expresszió

Magas expresszió

atf-2(-) mutánsokban az autofág gének kifejeződése lecsökken

Az ATF-2 faktor hatására az lgg-1 gén kifejeződik

ATF-2

lgg-1

lgg-1

ATF-2

Az autofágia és az apoptózis egymást kiegészítő mechanizmusok

Apoptózis

Autofágia

1) Genotoxikus stresszautofág sejthalál

2) Az autofágia és az apoptózis redundánsan szabályozzák a C. elegans egyedfejlődését

3)

apoptózis

Autofágia és apoptózis közös transzkripcionális kontrol alatt áll

ATF-2

Köszönetnyilvánítás

ELTE TTK

Vellai TiborTakács KrisztinaBorsos ÉvaSigmond TímeaKovács Attila LajosHargitai BalázsPásztor ErzsébetKovács Tibor

Oslo-i egyetem

Hilde NilsenMarlene Dengg

Enzimológiai Int.

Vértessy BeátaPécsi IldikóTóth Judit

Köszönöm a figyelmet!