שיעור 22 מוות תאי מבוקר

פתיחה: החשיבות הקריטית של מוות תאי

מוות תאי מהווה אחד המנגנונים החשובים ביותר בביולוגיה של התא - לא פחות חשוב מחלוקת תאים. כפי שהודגש בהרצאה, כולנו, התאים שלנו והרקמות שלנו הם תמותיים (mortal), אך המוות התאי אינו רק סוף הסיפור. זהו תהליך מבוקר ומתוזמן בקפידה שמתרחש לאורך כל החיים ומאפשר את קיומנו התקין.

נקודה קריטית להבנה: מוות תאי מבוקר הכרחי לחיים! ללא היכולת לסלק תאים פגומים, שחוקים או מיותרים, לא נוכל להתקיים. התהליך פעיל במהלך ההתפתחות העוברית, בגדילה, ולאורך כל חיינו הבוגרים.

דוגמאות קלאסיות לחשיבות התהליך

דוגמאות מרכזיות שהוזכרו בהרצאה:

במחלות ניווניות: במחלת אלצהיימר, הצטברות חלבונים שלא עברו קיפול נכון (protein aggregates) יוצרת אגרגטים רעילים. תאים אלו חייבים להיות מסולקים במהירות כדי לאפשר לתאים סמוכים להתחלק ולתפוס את מקומם - תהליך שנקרא tissue replacement.

בחיי היומיום: אנחנו חיים בסביבה עוינת וצוברים נזקים לאורך החיים. ללא מנגנוני מוות תאי יעילים, נזקים אלו היו מצטברים ופוגעים בתפקוד.

הטקסונומיה המקיפה של מוות תאי

אנלוגיה מעניינת מהשיעור: המוות כשחקנית סנוקר, כאשר בהתאם לכדור שבו היא פוגעת, כך ייקבע סוג המוות התאי. יש לפחות עשרה סוגים שונים של מוות תאי מבוקר!

החלוקה הבסיסית

מוות מבוקר (Programmed Cell Death - PCD)

זהו מוות תאי המתרחש דרך מסלולי סיגנלינג מוגדרים, עם שרשרת אירועים ביוכימיים ברורה. הדגש החשוב: גם כאשר יש נזק חמור, התא עדיין מפעיל תוכנית מסודרת של מוות.

סוגי מוות מבוקר - סקירה מפורטת

מספר סוגים חשובים:

אפופטוזיס - הכוכב המרכזי

השם מיוונית: “נשירה” - כמו עלים שנושרים מהעץ. אפופטוזיס הוא המנגנון השמור ביותר אבולוציונית והמאופיין ביותר בספרות.

סימן ההיכר המולקולרי: הפעלת קספאזות (Caspases) - ציסטאין פרוטאזות החותכות אחרי אספרטט.

אוטופגיה

“התא אוכל את עצמו” - מתרחש בחוסר מזון. אם נמשך זמן רב מדי, מוביל למוות.

פירופטוזיס

מוות דלקתי המופעל כאשר פתוגנים (כמו סלמונלה או Mycobacterium tuberculosis) חודרים לתא. שונה לחלוטין מאוטופגיה במולקולות המעורבות ובסיגנלים. גורם גם לאיבוד שלמות ממברנת התא (כך התאים הנגועים מסולקים).

פרופטוזיס (Ferroptosis)

גילוי חדש מלפני כ-15-10 שנה: מוות הנגרם מפרוקסידציה של ליפידים עקב הצטברות יוני ברזל.

קופרופטוזיס (Cuproptosis)

מוות מהצטברות יוני נחושת. הקשר הקליני החשוב: מחלת וילסון - הצטברות נחושת בנוירונים ובתאי כבד.

המנגנון המפורט: נחושת נקשרת לחלבונים lipoylated המשתתפים במעגל קרבס, גורמת לאגרגציה שלהם ולעקה פרוטאוטוקסית. התא מאבד את ההומאוסטזיס ומת.

אלקללוזיס (Alkaliptosis)

מוות הנגרם מעלייה ברמות ה-pH בתא, בעיקר עקב חוסר אשלגן. הקשר הקליני: תסמונת Bartter - חוסר אשלגן מולד.

פרטנטוס (Parthanatos)

טאנאטוס הוא אל מוות ביוונית, ופרתנוס הוא “דרך”. מוות הנגרם מהפעלת PARP (Poly ADP-ribose polymerase) - אנזים המתקן נזקי DNA. כאשר יש נזק חמור מדי, PARP מפעיל את מסלול המוות.

מוות לא מבוקר - נקרוזה (Necrosis)

מוות פתאומי ומיידי ללא הפעלת מסלולים ביוכימיים. הדוגמה הקלאסית מההרצאה: “תשימו אקונומיקה על התא - הוא ימות מיד”. מאופיין בדזאינטגרציה של ממברנות ושפיכת תוכן התא החוצה.

ההבדל הקריטי: נקרוזה תמיד גורמת לדלקת חריפה בסביבה, בעוד שמוות מבוקר (כמו אפופטוזיס) מתרחש ללא דלקת.

אפופטוזיס - ניתוח מעמיק של המנגנון המרכזי

המאפיינים המורפולוגיים

הפרופסור הדגיש את היכולת לזהות תאים אפופטוטיים במיקרוסקופ:

תא בריא:

• ממברנת תא שלמה
• מעטפת גרעין תקינה
• כרומטין מפוזר עם ריכוזים ליד מעטפת הגרעין
• אברונים תקינים

תא אפופטוטי מוקדם:

• Cell blebbing - בליטות בממברנה עקב חיתוך חלבוני השלד (אקטין)
• עיבוי כרומטין
• התא עדיין שומר על שלמות יחסית

תא אפופטוטי מאוחר (Late apoptotic cell):

• Apoptotic bodies - גושי כרומטין מעובה
• פירוק מעטפת הגרעין
• פרגמנטציה מוחלטת (של הכרומטין והאברונים), על ידי הפעלה של קספאזות

החתיכות נבלעות על ידי תאים פאגוציטיים (כמו מקרופאגים) - כך נמנעת דלקת.

המסלול החיצוני (Extrinsic Pathway) - פירוט מלא

הפרופסור הדגיש שני מנגנונים עיקריים:

מסלול TNF-α

המקור: תאי מערכת החיסון - T cells, מקרופאגים, נויטרופילים, NK cells

המנגנון המפורט:

1. TNF-α נקשר לקולטן (רצפטור) TNFR
2. לא כמו ב-RTK רגיל! - אין זרחון צולב, אלא שינוי קונפורמציוני
3. גיוס קומפלקס DISC (Death Inducing Signaling Complex)
4. הנקודה הקריטית: Caspase-8 מצטרף לקומפלקס (Cas-8)
5. דימריזציה של Cas-8 - יחידה אחת חותכת את השנייה
6. הפיכה מזימוגן (פרו-אנזים) לאנזים פעיל

הדגש: גיוס קאספאזות.

הבדלה בין Intrinsic ל-Extrinsic Pathway היא קריטית להבנת המנגנון:

• Extrinsic: מתחיל מחוץ לתא, דורש סיגנל חיצוני (כמו TNF-α)
• Intrinsic: מתחיל בתוך התא, בעיקר מהמיטוכונדריה

מסלול Fas (FasL)

ההבדל המהותי: דורש מגע פיזי (אינטרקציה) בין תאים!

הדוגמה החשובה: תא T killer המזהה תא פגום חייב “להתיישב” עליו פיזית. זה מבטיח ספציפיות גבוהה - לא כמו TNF-α שיכול להגיע מרחוק.

המנגנון זהה: Fas ligand על תא החיסון נקשר ל-Fas receptor, יוצר DISC, מפעיל Cas-8.

Cas-8 הופך ממצב של זימוגן לאנזים פעיל.

המסלול הפנימי (Intrinsic Pathway) - הפירוט החיוני

המקור תמיד מהמיטוכונדריה! - זו נקודת מפתח שהפרופסור חזר עליה. (- חדירת חלבונים מהמיטוכונדריה לציטופלזמה.)

MOMP: mitochondrial outer membrane permeabilization

הטריגרים למסלול

• היפוקסיה
• נזקי DNA
• חוסר בגורמי גדילה (כמו חוסר גלוקוז)
• הצטברות ROS (Reactive Oxygen Species)
• פגיעה במעגל קרבס

המנגנון המולקולרי המלא

השלב הקריטי: שחרור ציטוכרום c מהמיטוכונדריה (Cytc).

החידוש החשוב: הממברנה המיטוכונדריאלית יכולה להישאר שלמה! מספיק שינוי בתעלות.

השרשרת המלאה:

1. Cytc יוצא לציטופלזמה
2. נקשר ל-Apaf-1 (Apoptotic Protease Activating Factor)
3. מאקטבים את Caspase-9
4. יוצרים יחד עם Caspase-9 את האפופטוזום (Cas-9 + Apaf-1)
5. Cas-9 מופעל
6. חותך את Caspases 3, 6, 7

Cytc נקשר ל Apaf-1

מוות תאי לא-אפופטוטי ממיטוכונדריה

נקודה קריטית שהפרופסור הדגיש: מהמיטוכונדריה יכולים לצאת גם:

• AIF (Apoptosis Inducing Factor)
• Endonuclease G (EndoG)

אלו אינם חלק מאפופטוזיס! הם גורמים ל-“Caspase-independent cell death”.

הגדרנו מוות אפפטודי כמוות שמבוסס על קאספאזות.

Caspase-independent cell death - לא מוות אפופטוטי!

ההבדל המעשי: תהליך מהיר יותר, עשוי לגרום לדלקת (בניגוד לאפופטוזיס).

משפחת Bcl-2 - מערכת הבקרה המרכזית

הרקע ההיסטורי

Bcl-2 התגלה ב-B-cell lymphoma - תאי סרטן שלא מתים בגלל ביטוי יתר של חלבון זה.

שלוש הקבוצות והדומיינים שלהן

אנטי-אפופטוטיים

• חלבונים: Bcl-2, Bcl-XL
• דומיינים: BH1, BH2, BH3, BH4 (כל הארבעה!)
• תפקיד: מונעים יציאת ציטוכרום c

פרו-אפופטוטיים

• חלבונים: Bax, Bak
• דומיינים: BH1, BH2, BH3 (אין BH4!)
• תפקיד: יוצרים את התעלה בממברנה שמאפשרת יציאת ציטוכרום c

המנגנון המפורט:

1. בתנאי מנוחה - Bax ו-Bak מפוזרים בנפרד
2. בתגובה לעקה (כמו ROS) - עוברים אוליגומריזציה
3. יוצרים תעלה פיזית בממברנה
4. ציטוכרום c יוצא

רגולטורים (BH3-only)

• חלבונים: BID, Bad
• דומיינים: רק BH3!
• תפקיד: מבקרים את הבקרים

שלוש רמות הבקרה - המורכבות המלאה

“תמיד יש בקרה על בקרה על בקרה”

1. רמה 1: Bax/Bak יוצרים תעלות

2. רמה 2: Bcl-2/Bcl-XL קושרים את Bax/Bak ומונעים יצירת תעלות

   ביטול ביטוי שלהם בלימופמה - סרטן הדם

3. רמה 3: BID/Bad קושרים את Bcl-2/Bcl-XL ומשחררים את Bax/Bak

האיזון הקריטי: היחס בין כמויות החלבונים קובע אם התא ימות או ישרוד.

האינטגרציה עם מסלולי הישרדות - החיבור הקריטי

מסלול PI3K/Akt - הקשר לאפופטוזיס

כיצד מסלולי גדילה מונעים מוות:

השרשרת המלאה:

1. גורם גדילה (EGF/PDGF) ← RTK
2. PI3K ← PIP3
3. PDK1 ← Akt activation

הפעולות האנטי-אפופטוטיות של Akt:

1. זרחון Bad:
   • Akt מזרחן את Bad
   • Bad המזורחן יוצא מהמיטוכונדריה
   • Bcl-2 נשאר פעיל ומונע אפופטוזיס

2. עיכוב p27/p21: מאפשר התקדמות במחזור התא

   תזכורת:

   • p27/p21 הם מעכבי ציקלינים
   • Akt מזרחן אותם, מפעיל את ציקלין D1, ומאפשר מעבר מ-G1 ל-S

3. קידום סינתזה: ליפידים, חלבונים, גלוקוז - תומך בחיי התא

הנקודה הקלינית: זו הסיבה שמסלול PI3K/Akt הוא “major drug target” בסרטן!

חלבוני cIAP - קו ההגנה האחרון

משפחת מעכבי האפופטוזיס (Cellular Inhibitor of Apoptosis Proteins):

• cIAPs
• XIAP (X-linked IAP)

התפקיד: קושרים ומנטרלים קספאזות מופעלות

הנקודה החשובה: “מי שמהיר יותר מנצח!” - אם הקספאזות כבר התחילו לחתוך, שום דבר לא יעזור.

SMAC/DIABLO - המאזן הנגדי

חלבונים אנטי-אפופטוטיים (anti-IAPs) שמופרשים מהמיטוכונדריה:

• SMAC/Diablo (Second Mitochondria-derived Activator of Caspases)
• Omi - הופיע במצגת אבל לא הוזכר בהרחבה, למיטב הבנתי.

יוצאים מהמיטוכונדריה יחד עם ציטוכרום c וקושרים את ה-IAPs, משחררים את הקספאזות מעיכוב.

השלכות קליניות

בסרטן - מנגנוני הבריחה מאפופטוזיס

הבעיה המרכזית: תאים סרטניים מפתחים עמידות!

המנגנונים:

1. ביטוי יתר של Bcl-2/Bcl-XL
2. הפעלת יתר של PI3K/Akt
3. ביטוי גבוה של IAPs

הגישה הטיפולית: “גם וגם” - תקיפה במספר מסלולים במקביל

במחלות ניווניות - יותר מדי מוות

דוגמה מההרצאה: באלצהיימר ופרקינסון, הצטברות אגרגטים (β-amyloid, α-synuclein, tau) מפעילה אפופטוזיס.

האסטרטגיה:

1. עיכוב זמני של מוות תאי
2. טיפול בגורם - פירוק האגרגטים
3. “לתת לנוירון לחשוב פעמיים” - כי נוירונים לא מתחלקים!

הסטטיסטיקה המעודדת

המרצה הדגיש שסרטן היא מחלה נדירה יחסית!

• 77% מהגידולים מופיעים בגיל 55+
• המערכת שלנו עובדת מצוין רוב הזמן
• הבעיה: התאים הבודדים שבורחים מנצלים את המערכת לרעה

סיכום

1. מוות תאי הוא תהליך חיוני לחיים - לא פחות חשוב מחלוקת תאים

2. אפופטוזיס = הפעלת קספאזות - זו ההגדרה המולקולרית

3. שני מסלולים עיקריים לאפופטוזיס:
   • התחלה חיצונית לתא:
   \[\text{TNF-α/Fas} \rightarrow \text{DISC} \rightarrow \text{Caspase-8} \rightarrow \text{Apoptosis}\]

   \[\begin{aligned} &\textbf{Extrinsic Pathway:} \\ &\text{TNF-α or FasL} \\ &\downarrow \\ &\text{DISC (Death-Inducing Signaling Complex)} \\ &\downarrow \\ &\text{Caspase-8} \\ &\downarrow \\ &\begin{cases} \text{Caspase-3, Caspase-6, Caspase-7} \rightarrow \text{Apoptosis} \\ \text{Bid} \rightarrow \text{tBid} \rightarrow \text{MOMP} \rightarrow \text{Intrinsic Pathway} \end{cases} \\ &\text{↓ Inhibition:} \\ &\text{cIAP, XIAP} \rightarrow \cancel{\text{Caspase-8, -3, -7}} \\ &\text{↓ Counteracting IAPs:} \\ &\text{SMAC/DIABLO, Omi} \rightarrow \text{Neutralize IAPs} \end{aligned}\]

   • התחלה פנימית - מהמיטוכונדריה:
   \[\text{Mitochondria} \rightarrow \text{Cytochrome c} \rightarrow \text{Caspase-9} \rightarrow \text{Apoptosis}\]

   \[\begin{aligned} &\textbf{Intrinsic Pathway:} \\ &\text{Cellular Stress (DNA damage, ROS, Hypoxia)} \\ &\downarrow \\ &\text{Activation of Bax/Bak} \\ &\downarrow \\ &\text{MOMP (Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization)} \\ &\downarrow \\ &\text{Cytochrome c + SMAC/DIABLO} \\ &\downarrow \\ &\text{Apaf-1 + Cyt c} \\ &\downarrow \\ &\text{Apoptosome Formation} \\ &\downarrow \\ &\text{Caspase-9} \\ &\downarrow \\ &\text{Caspase-3, Caspase-6, Caspase-7} \\ &\downarrow \\ &\text{Apoptosis} \\ &\text{↓ Positive Regulation:} \\ &\text{Bid, Bad (BH3-only)} \rightarrow \text{Inhibit Bcl-2/Bcl-XL} \\ &\text{↓ Negative Regulation:} \\ &\text{Bcl-2, Bcl-XL} \rightarrow \cancel{\text{Bax/Bak activation}} \\ &\text{↓ Survival Pathway:} \\ &\text{PI3K → Akt → Bad phosphorylation → Inhibits apoptosis} \end{aligned}\]

4. תמיד יש ריבוי רמות בקרה - המערכת מוודאת שההחלטה נכונה

5. האיזון קובע: בין פרו- לאנטי-אפופטוטיים, בין קספאזות ל-IAPs

6. ההבנה המולקולרית מאפשרת טיפול - כל חלבון הוא מטרה פוטנציאלית

כפי שהוזכר בהרצאה: הכרת המנגנונים האלה חיונית להבנת מחלות ולפיתוח תרופות. המורכבות של המערכת מבטיחה שתאים ימותו רק כשצריך, וישרדו כשצריך - וזו הסיבה שאנחנו חיים טוב (בלי עין הרע).

path	Initiator Caspase	Executioner Caspases
Extrinsic	Caspase-8	Caspase-3, 6, 7
Intrinsic	Caspase-9	Caspase-3, 6, 7
blocked by IAPs	Caspase-3, 7, 9	–