APOPTOSIS

1. APOPTOSIS
Sự Chết Tế Bào
1. Mục tiêu
- Phân iệt được 3 trạng thái chết của tế bào
- Nêu được định nghĩa, đặc điểm và vai trò của quá trình apoptosis
- Phân tích các loại caspase và các con đường dẫn đến apoptosis
- Trình bày được các nhân tố điều hòa apoptosis
2. Sự chết tế bào
- Có ba dạng chết tế bào:
+ Chết tế bào theo chương trình (apoptosis – Program Cell Death PCD)
+ Tự thực (autophagic cell death)
+ Hoại tử tế bào (necrosis)
- Trong đó apoptosis là cơ chế chính cho sự loại bỏ tế bào trong cơ thể đa bào
nên được nghiên cứu nhiều nhất
2.1 Hoại tử
Định nghĩa:
- Là quá trình chết không tự nhiên của tế bào (trong điều kiện bệnh lý), không
bị tác động bởi enzym tiêu thể, không có sự ngưng tụ chất nhiễm sắc, đặc
trưng bởi sự hình thành các túi không bào trong bào tương.
Nguyễn nhân:
- Bỏng, thiếu oxy, nhiễm trùng, hóa chất độc hại,…
- Hoại tử làm cho tình trạng sinh hóa của tế bào không tương thích với sự tồn
tại bình thường của nó nên gây nên tổn thương nghiêm trọng cho mô và cơ
thể.
- Hình ảnh hoại tử chủ yếu ở nhân tế bào : nhân đông, nhân vỡ, nhân tan

2. Cơ chế:
- Tế bào bị sưng phù,
không còn tồn tại hoạt động
chuyển hóa. Sự sưng phù diễn
ra ở ty thể, lưới nội sinh chất,
bào tương. DNA nhân tập
trung nhiều nhất ở rìa nhân và
các thành phần tế bào bắt đầu
phân hủy nhanh chóng, không
kiểm soát được.
- Sau đó màng tế bào bị
phá vỡ => ly giải tế bào làm
những chất trong nội bào rò rỉ
ra ngoài => kích thích viêm.
Ví dụ: Tế bào cơ thiếu oxy =>
thay vì thực hiện hô hấp tế bào
thì thực hiện lên men lactic =>
trong thời gian dài nồng độ
lactic tăng làm giảm độ pH =>
hoại tử
2.2 Tự thực
Định nghĩa:
- Là một cơ chế sinh tồn được kích hoạt trong các tế bào bị thiếu chất dinh
dưỡng hoặc yếu tố tăng trưởng giúp loại bỏ các bào quan già, mất chức
năng, protein lỗi,các chất không cần thiết của tế bào.
Chức năng:
- Tạo các tiền chất đại phân tử là vật liệu cho tế bào.
- Ngăn chặn sự tích lũy các chất độc cho tế bào.
Cơ chế:
- Ly giải protein liên quan đến cô lập các bộ phận tế bào trong những túi
màng đôi gọi là túi tự thực (autophagosome), các túi này kết hợp với các tiêu
thể (lysosome) để hình thành nên các không bào tiêu hóa hay còn gọi là tiêu
thể thứ cấp.

3. - Các enzym trong tiêu thể sẽ phân hủy các protein hoặc các bào quan hư cũ
=> amino acid, tiền đại phân tử
Ví dụ: bệnh Parkinson, Aizhemer là các bệnh mà tế bào không thể tự thực để
loại bỏ được các chất gây độc
2.3 Chết tế bào theo chương trình (APOPTOSIS)
- Ở người bình thường có 50-70 tỷ tế bào chết 1 ngày (100.000/s). Ở trẻ em là
20-30 tỷ.
- Cần cho phát triển, sàng lọc, biệt hóa ở động vật, ung thư, AIDS và thoái
hóa thần kinh
2.3.1 Định nghĩa:
- Là một dạng chết của tế bào ở những vị trí và những thời điểm đã biết trước
trong quá trình phát triển cá thể và là một phần trong giai đoạn phát triển tế
bào, trong đó 1 chuỗi những quá trình đã được lên chương trình từ trước và
việc loại bỏ tế bào không giải phóng các chất có hại đến môi trường xung
quanh.

4. 2.3.2 Chức năng:
- Loại bỏ những cấu trúc thừa của cơ thể (chức năng chính)
Ví dụ:
+ Trong giai đoạn phát triển thai: loại bỏ màng giữa các ngón tay
+ Khử ống Muller ở nam, ống Wolff ở nữ
+ Apoptosis ở thời kỳ đầu của chu kỳ kinh nguyệt làm bong tróc lớp nội mạc tử
cung
+ Sự hình thành các khớp thần kinh đòi hỏi việc loại bỏ các tế bào dư thừa
- Loại bỏ những tế bào không mong muốn, không còn tác dụng hoặc nguy
hiểm
Ví dụ:
+ Loại bỏ các tế bào lympho thất bại trong hoạt hóa kháng nguyên, loại bỏ tế
bào nhiễm virus
+ Trong quá trình phát triển thần kinh, 1 nửa số neuron bị loại bỏ để chọn lọc
tối ưu
+ Ung thư
- Duy trì sự cân bằng trong phân chia tế bào
2.3.3 Nguyên nhân dẫn đến Apoptosis:
Tất cả các tế bào đều có 1 chương trình tự hủy bên trong và tồn tại là do một loạt
các tín hiệu (nội bào hoặc ngoại bào) ngăn cản việc thực hiện apoptosis.
- Mất tín hiệu dương tính :
+ Mất nhân tố tăng trưởng đối với Neuron
+ Mất chất dinh dưỡng với các tế bào khác
- Nhận tín hiệu âm tính:
+ Protein họ TNF
+ Ca2+
+ Phát triển ung thư
+ UV, gamma
+ Độc tố tế bào

5. 2.3.4 Quá trình
1. Nhân co lại
2. Chát nhiễm sắc ngưng tụ
3. Enzyme giới hạn endonucleases cắt DNA giữa những nucleosome => những
mảnh 180 bp
4. Nhân vỡ thành từng mảnh
5. Màng tế bào trương lên và tạo thành các bóng chồi
6. Tế bào vỡ thành từng mảnh nhỏ gọi là thể apoptotic chứa các bào quan còn
nguyên vẹn và các khối chất nhiễm sắc ngưng tụ.
7. Được tiêu hóa bởi đại thực bào
Chú ý:
- Trong thời kỳ muộn apoptosis các bào quan vẫn nguyên vẹn bình thường
cho thấy hoạt động chuyển hóa vẫn quan trọng đối với tế bào trong thời gian
đầu.
- Các thành phần tế bào chất không bị rò rỉ => không kích thích viêm

6. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến APOPTOSIS
Ở giun tròn Caenorhabditis elegans:
- CED-3 là 1 protease (enzyme thủy phân protein) tạo apoptosis
- CED-4 kích hoạt CED-3
- CED-9 cạnh tranh CED-4 làm nó không kích hoạt được CED-3 => bất hoạt
CED-3
- EGL-1 trung hòa CED-9
Ở động vật có vú:
- Họ protein Caspase tương tự CED-3
- Apaf-1 tương tự CED-4
- Bcl-2 tương tự CED-9

7. 3.1 Caspase
- Caspase (cysteine aspartic protease) bản chất là một enzyme phân hủy.
Đến nay có 12 caspase được xác định, chia làm ba loại:
- Caspase liên quan đến quá trình viêm: Caspase 1,4,5
Hai loại caspase còn lại liên quan đến apoptosis là:
- Caspase khơi mào: Caspase 2,8,9,10
+ Cấu tạo 3 phần gồm: vùng prodomain – tiểu phần lớn – tiểu phần nhỏ
+ Vùng prodomain làm cho caspase khơi mào luôn ở dạng bất hoạt và chỉ
hoạt động khi được cắt bỏ vùng prodomain.
- Caspase hành quyết: Caspase 3,6,7
+ Có khả năng phân cắt các cơ chất (đã xác định 250 cơ chất) như bộ xương
tế bào, protein điều hòa phiên mã, dịch mã, protein liên quan sao chép, sửa
chữa DNA
+ Cắt đứt liên kết tế bào, phá vỡ cấu trúc tế bào và nhân tế bào
3.2 Cơ chế
Ở cấp độ phân tử, có 2 con đường dẫn đến apoptosis:
- Lộ trình nội sinh thông qua trung gian ty thể:
+ Đáp ứng với tín hiệu do tổn thương DNA, yếu tố tăng trưởng bị kìm
hãm, tiếp xúc tác nhân hóa trị liệu với một liều nhất định => ty thể phóng
thích cytochrome C và những yếu tố prodeath từ khoang gian màng ty
thể
+ Khơi mào Caspase 9 => một loạt tín hiệu tự hủy
- Lộ trình ngoại sinh thông qua thụ thể chết trung gian:
+ Đáp ứng các tín hiệu bên ngoài thông qua đáp ứng thụ thể
+ Các thụ thể sẽ gây ra các tín hiệu ngược dòng tiếp theo thông qua việc
khơi mào Caspase 8

8. 3.2.1 Lộ trình ngoại sinh
1. Các phối tử gây chết TRAIL
(tumor necrosis factor-related
apoptosis – including ligand) liên kết
với thụ thể (bản chất là cytokine
được sản xuất và chế tiết bởi hầu hết
tế bào và mô bình thường)
- Phối tử Fas
- Nhân tố hoại tử khối u TNF
(tumor necrosis factor)
2. Những vùng trên thụ thể (thể liên
kết) có thể thay đổi cấu hình còn
được gọi là những miền chết (death
domains) – thực chất là những
protein liên kết có khả năng xuyên
màng sẽ giúp truyền tín hiệu gây chết
từ thụ thể đến caspase
- Protein FADD (Fas-associated
death domain protein)
- Protein TRADD (TNF receptor
death domain protein)
3. Procaspase nhận tín hiệu gây chết
4. Procaspase trở thành caspase hoạt
động (Caspase 8 là caspase khơi
mào – chìa khóa của lộ trình ngoại
sinh)
- Trong đó phức hợp bao gồm các thành phần sau được gọi chung là phức hợp tín
hiệu gây chết tế bào DISC (death including signaling complex):
+ Phối tử chết (ligand chết) và thụ thể của nó
+ Thể liên kết
+ Caspase khơi mào
- Chất ức chế: c-Flip sẽ liên kết FADD thông qua DED => bất hoạt caspase 8

9. 3.2.2 Lộ trình nội sinh
- Con đường nội sinh sinh ra để đáp ứng với các tổn thương nội bộ.
1. Sau khi tổn thương xảy ra
sẽ diễn ra sự thẩm thấu bên
ngoài màng ty thể cho phép
phóng thích các yếu tố tiền
apoptosis (pro-death) như
cytochrome C từ khoang
gian màng vào trong bào
tương.
2. Cytochrome C + Yếu tố
kích hoạt apoptosis 1 – Apaf
1 (Apoptosis activating
factor 1) theo tỉ lệ 1:1 dưới
sự hiện diện của ATP (phức
hợp gồm 7 tiểu đơn vị)
3. Hình thành phức hợp
Apoptosome gồm 3 thành
phần:
- Cytochrome C
- Apaf – 1
- Procaspase-9
4. Apoptosome kích hoạt
caspase 9 khơi mào
5. Caspase 9 cắt gọt các
caspase hành quyết thành
dạng hoạt hóa => apoptosis
1 số chất khác tham gia vào con đường nội sinh:
- Chất ức chế các protein của quá trình apoptosis IAPs (inhibitor of apoptosis
proteins)
- Chất hỗ trợ quá trình apoptosis bằng cách trung hòa IAPs: Smac/DIABLO

10. 3.2.3 Điều hòa APOPTOSIS
3.2.3.1 Họ Bcl-2
Họ Bcl-2 điều tiết lộ trình nội sinh, gồm 3 nhóm protein chính:
- Nhóm A: ức chế apoptosis (như Bcl-2, Bcl-XL)
+ Có đủ 4 vùng protein từ BH1-BH4
+ Ức chế bằng cách bám trên màng ty thể, màng của LNSC và nhân để ngăn
cản các bào quan phóng thích các chất gây apoptosis hoặc ức chế nhóm B
- Nhóm B: hoạt hóa apoptosis (Bax,Bak,Bok)
+ Chỉ có 3 vùng protein từ BH1-BH3
+ Tạo kênh trên màng ty thể giải phóng cytochrome C hoặc kênh trên nhân,
LNSC để giải phóng Ca2+
- Nhóm C: hỗ trợ quá trình apoptosis (Bid,Bim,Puma,Noxa, Bad)
+ Chỉ có 1 vùng BH3
+ Ức chế nhóm A và kích thích nhóm B

11. 3.2.3.2 Chất ức chế apoptosis IAP
- Được phát hiện đầu tiên trên virus côn trùng
- Khi nhiễm virus, tế bào thường thực hiện apoptosis để ngăn việc virus tăng
sinh cùng quá trình sao chép của vật chủ => virus tiết IAP khiến tế bào của
vật chủ không thể thực hiện apoptosis
- Hoạt động chính của IAP là kết hợp với caspase và ngăn chặn hoạt động của
caspase đó

12. 3.2.3.3 Chất kháng IAP
- Được giải phóng từ khoan gian màng ti thể khi lộ trình nội sinh được kích
hoạt
- Vô hiệu hóa IAP
3.2.3.4 Chất truyền tin thứ nhất
- Trong lộ trình ngoại sinh, tín hiệu khơi mào có nguồn gốc ngoại bào
- Giữ vai trò truyền tin tế bào – tế bào, quyết định thời điểm chết, sinh sản,
sinh trưởng của tế bào
- Gồm: hormone, yếu tố tăng trưởng, cytokine
3.2.3.4.1 Yếu tố tăng trưởng
- Quan trọng cho sinh sản và biệt hóa
- Kích thích chung hoặc kích thích đặc hiệu
Ví dụ: Neuron và NGF (neuron growth factor)
- Thiếu hụt trầm trọng hoặc sự ngắt quãng cung cấp tín hiệu tăng trưởng sẽ
dẫn đến apoptosis
3.2.3.4.2 Hormone
- Chức năng cân bằng duy trì nội mô, truyền tải theo con đường nội tiết.
- Có thể kích thích hoặc ức chế apoptosis:
+ Kích thích apoptosis: hormone tuyến giáp => nòng nọc mất đuôi
+ Ức chế apoptosis: progesterone (1 loại hormone steroid) bảo vệ cơ tim
khỏi apoptosis bằng cách tăng Bcl-XL.
3.2.3.4.3 Cytokine
- Là tiếng nói chung của tế bào, đặc biệt với hệ miễn dịch trong đáp ứng viêm,
nhiễm và cân bằng nội môi.
- Là tín hiệu kích thích apoptosis qua trung gian caspase: TNF, Fas,
TRAIL,…
- Đa dạng ở dòng tế bào lympho T gây độc (Tc), tế bào giết tự nhiên, đại thực
bào hoạt hóa.