Απόπτωση-Προγραμματισμένος Κυτταρικός Θάνατος
Τα καρκινικά κύτταρα δεν πεθαίνουν
Τα φυσιολογικά κύτταρα πεθαίνουν με ένα φυσιολογικό μηχανισμό, που λέγεται “απόπτωση“, μόλις συμπληρώσουν τον βιολογικό τους κύκλο ή αν τυχόν υποστούν μη επανορθώσιμη βλάβη. Τα καρκινικά κύτταρα έχουν, μεταξύ άλλων, το χαρακτηριστικό ότι δεν πεθαίνουν (δεν αποπίπτουν), παρά το γεγονός ότι παρουσιάζουν βλάβες στο γενετικό τους υλικό, οι οποίες κανονικά θα οδηγούσαν σε προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο (απόπτωση). Αυτός είναι και ο λόγος του ανεξέλεγκου πολλαπλασιασμού τους, έξω από κάθε έλεγχο. Επίσης, η αδυναμία αυτή για ενεργοποίηση της απόπτωσης είναι και το μεγάλο εμπόδιο στη θεραπεία του καρκίνου. Οι βλάβες που προκαλούν στο DNA των καρκινικών κυττάρων τα χημειοθεραπευτικά και οι ακτινοβολίες δεν μπορούν να προκαλέσουν απόπτωση σε τέτοιο βαθμό, που να φέρει την ίαση. Τα καρκινικά κύτταρα ανθίστανται πολύ περισσότερο από τα φυσιολογικά. Απόπτωση-προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος μπορεί να κινητοποιηθεί μόνο με άλλα συμπληρωματικά μέσα, όπως η ογκοθερμία, που δεν δρούν στο DNA, αλλά στην κυτταρική μεμβράνη του καρκινικού κυττάρου.
Πώς αποφεύγουν τον θάνατο τα καρκινικά κύτταρα;
Με διάφορους τρόπους, αλλά ο συχνότερος είναι η απενεργοποίηση του μηχανισμού της πρωτεΐνης p53, που είναι ο κυριότερος ρυθμιστής του αποπτωτικού μηχανισμού. Σε περισσότερο από 50% των καρκίνων του ανθρώπου υπάρχει ανενεργός πρωτεΐνη p53 ή λείπει τελείως. Σε άλλες περιπτώσεις ο καρκίνος παράγει αναστολείς της p53 ή αναστολείς των πρωτεϊνών που ενεργοποιούν την p53, όπως πχ η πρωτεΐνη Ε7. Άλλοι καρκίνοι παράγουν Ε6, που δεσμεύει και αχρηστεύει την p53. Οι Ε6 και Ε7 είναι παραδείγματα των λεγομένων ογκοπρωτεϊνών.
Άλλοι μηχανισμοί αποφυγής της απόπτωσης είναι
- η παραγωγή αντι-αποπτωτικών παραγόντων, πχ Bcl-2, Bcl-XL,
- η επιβράδυνση παραγωγής αποπτωτικών παραγόντων, πχ Bax και Bak
- η παράκαμψη των “υποδοχέων θανάτου” στην εξωτερική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης (βλέπε video)
Αποτέλεσμα όλων αυτών είναι ο ανεξέλεγκτος κυτταρικός πολλαπλασιασμός χωρίς όριο: Λίγοι θάνατοι, πολλά νέα κύτταρα. Η αναλογία αυτή καθορίζει, μεταξύ άλλων, τον βαθμό κακοήθειας των νεοπλασμάτων και το πόσο δύσκολα είνα αντιμετωπίσιμα.
Απόπτωση και τρόποι θεραπείας του καρκίνου
Απόπτωση-προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος με την Ογκοθερμία Υπερθερμία
Όλοι οι τρόποι θεραπείας αποσκοπούν στο να τροποποιήσουν με κάποιον τρόπο την αναλογία κυτταρικών θανάτων και παραγωγής νέων κυττάρων.
- Χημειοθεραπεία: Τροποποίηση του DNA για έμμεση πρόκληση απόπτωσης
- Ακτινοθεραπεία: Πρόκληση μη επανορθώσιμων βλαβών στο DNA για έμμεση πρόκληση απόπτωσης
- Βιολογικοί παράγοντες: Εμποδισμός νεο-αγγειογένεσης, δηλαδή τροφικός αποκλεισμός και μείωση παραγωγής νέων κυττάρων
- Διατροφή: Στέρηση ορισμένων θρεπτικών ουσιών, παροχή επανορθωτικών παραγόντων (αντιοξειδωτικά, προβιοτικά κλπ)
- Κυτταρικές θεραπείες και εμβόλια: Αύξηση της απόπτωσης μέσω έκθεσης των καρκινικών κυττάρων στην επίδραση του ανοσοποιητικού συστήματος.
- Ογκοθερμία-Υπερθερμία: Άμεση ενεργοποίηση του αποπτωτικού μηχανισμού στην κυτταρική μεμβράνη.
Είναι προφανές ότι όλοι οι τρόποι, και άλλοι ακόμη που θα βρεθούν στο μέλλον, ενργώντας σε συνδυασμό και αλληλοσυμπληρωματικά, επιτυχάνουν καλλίτερο αποτέλεσμα από την δογματική εφαρμογή ενός μόνο τρόπου, όπως επιμένουν άσκοπα και επικίνδυνα οι χημειοθεραπευτές ογκολόγοι. Αυτό προσφέρεται σήμερα σε ορισμένα ογκολογικά κέντρα (και στην Ελλάδα), και λέγεται “ολοκληρωμένη ογκολογία” (integrative oncology), με έμφαση στην πρόληψη της τοξικότητας ορισμένων θεραπειών, διότι και αυτή σκοτώνει τον ασθενή, το ίδιο όπως και ο καρκίνος.
Απόπτωση-Προγραμματισμένος Κυτταρικός Θάνατος: Βιντεοπαρουσίαση
Απόπτωση-Προγραμματισμένος Κυτταρικός Θάνατος: Επεξηγήσεις στο βίντεο
Η απόπτωση συνιστά μια αρχαία, εξελικτικά διατηρημένη κυτταρική διεργασία, η οποία συμμετέχει καθοριστικά στη φυσιολογική ανάπτυξη και λειτουργία πλήθους διαφορετικών ιστών, ρυθμίζοντας τους πληθυσμούς των κυττάρων των ιστών αυτών. Η έναρξη και εκτέλεση του αποπτωτικού προγράμματος ρυθμίζεται από την ενεργοποίηση ειδικών πρωτεασών, των κασπασών, οι οποίες υδρολύουν εκλεκτικά πλήθος διαφορετικών κυτταροπλασματικών και πυρηνικών πρωτεϊνών (πηκτωλυματίνη, λαμίνες, PARP, ICAD, κλπ), οδηγώντας τελικά το κύτταρο στον θάνατο, εφ΄ όσον αυτό έχει συμπλρώσει τον κύκλο της ζωής του. Αν ο μηχανισμός αυτός δεν λειτουργεί, τότε τα κύτταρα πολλαπλασιάζονται ανεξέλεγκτα, οι ιστικές δομές χάνουν τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά, τη δομή και τις διαστάσεις τους, αποκτούν διαφορετική βιολογική συμπεριφορά (διήθηση, μετάσταση), και λέγονται κακοήθεις όγκοι.
Ο μηχανισμός της απόπτωσης περιλαμβάνει σχηματικά 3 βήματα:
- Έναρξη: Πυροδοτείται είτε η εξωτερική, είτε η εσωτερική οδός
- Εκτέλεση: Σχάση του DNA και του κυτταροσκελετού
- Φαγοκυττάρωση: Απομάκρυνση των προϊόντων αποδόμησης του κυττάρου που αποπίπτει
1ο βήμα-Έναρξη
Με την εσωτερική οδό πυροδοτείται η έναρξη απόπτωσης, όταν παρουσιασθούν μη επανορθώσιμες βλάβες στο γενετικό υλικό (DNA). Τέτοιες βλάβες οδηγούν στην ενεργοποίηση της πρωτεΐνης ATM, η οποία ενεργοποιεί στη συνέχεια την ογκοκαταπιεστική πρωτεΐνη p53, και αυτή την BAX. Η BAX δημιουργεί πόρους στην επιφάνεια των μιτοχονδρίων, από τους οποίους εκρέουν κατιόντα υδρογόνου και ασβεστίου, καθώς και κυττόχρωμα C. To κυττόχρωμα-C συνδέεται με τον παράγοντα APAF του κυτταροπλάσματος, και στο σύμπλεγμά τους συνδέεται ο παράγων προ-κασπάση-9. Η προ-κασπάση-9 καθίσταται έτσι ασταθής και διασπάται, απελευθερώνοντας την ενεργό κασπάση. Η ενεργός κασπάση κινητοποιεί τον μηχανισμό μαζικής αναπαραγωγής της, που λέγεται “καταρράκτης της κασπάσης“, και είναι στην πραγματικότητα πρωτεάσες αυτοκαταστροφής του κυττάρου, με την έννοια ότι επιτίθενται στον κυτταροσκελετό, τον κατακερματίζουν και τον αποδομούν (βήμα 2). Ως αποτέλεσμα αυτού, το κύτταρο καταρρέει και διασπάται σε μικρά αυτόνομα θραύσματα, τα λεγόμενα αποπτωτικά σωμάτια (βλέπε παρακάτω). Τα αποπτωτικά σωμάτια φαγοκυτταρώνονται (3ο βήμα).
Με την εξωτερική οδό η απόπτωση πυροδοτείται από τον παράγοντα TNFa, ο οποίος εκκρίνεται από τα φονικά Τ-λεμφοκύτταρα (T-killer cells), τα οποία περιπολώντας, ανακαλύπτουν το άρρωστο, γηρασμένο ή προβληματικό κύτταρο. Ο TNFa προσκολλάται στον αντίστοιχο υποδοχέα, που βρίσκεται στην έξω επιφάνεια του κυττάρου, σε ειδική περιοχή, που λέγεται “περιοχή θανάτου” (death domain). Η σύνδεση αυτή προκαλεί μεταβολές σε όλο το πάχος της περιοχής θανάτου της κυτταρικής μεμβράνης, οι οποίες προκαλούν προσκόλληση στην εσωτερική πλευρά κατά σειρά των παραγόντων TRADD, FADD και προ-κασπάση-8. Η προ-κασπάση 8 μέσα στο σύμπλεγμα αυτό αποσταθεροποιείται και απελευθερώνεται ενεργός κασπάση 8, η οποία προκαλεί παραγωγή ενεργού κασπάσης-3, η οποία αρχίζει τον καταρράκτη της κασπάσης, όπως και στην εσωτερική οδό, με όμοια αποτελέσματα για το προβληματικό κύτταρο, δηλαδή απόπτωση και φαγοκυττάρωση των αποπτωτικών σωματίων.
2ο βήμα-Μαζική παραγωγή κασπασών
Το 2ο βήμα έχει δύο σκέλη:
Σχάση του DNA: Το ένζυμο που διασπά το DNA λέγεται DNAάση, και είναι φυσιολογικά ανενεργό, διότι βρίσκεται συνδεδεμένο με τον αναστολέα του. Η κασπάση, που έχει παραχθεί μαζικά κατά το προηγούμενο βήμα, απελευθερώνει την DNAάση, ή οποία προκαλεί σχάση του DNA ανά τακτά διαστήματα 180 ζευγών βάσεων, στα σημεία που δεν καλύπτονται από ιστόνες, τις προστατευτικές πρωτεΐνες.
Σχάση του κυτταροσκελετού: Η κασπάση προκαλεί επίσης σχάση των πρωτεϊνών του κυτταροσκελετού. Έτσι, το κύτταρο χάνει το σχήμα του, καταρρέει και διασπάται σε μικρά κυστίδια, τα αποπτωτικά σωμάτια. Αυτά περιέχουν μιτοχόνδρια και θραύσματα DNA, και γι΄ αυτό δεν χάνουν την μεταβολική τους ικανότητα (παραγωγή ενέργειας και πρωτεϊνοσύνθεση). Επειδή παραμένουν μέχρι τέλους λειτουργικά, δεν διαλύονται μέσα στον εξωκυττάριο χώρο, ώστε δεν προκαλούν φλεγμονώδη αντίδραση στους ιστούς. Αυτή είναι και η διαφορά με τον άλλο μηχανισμό κυτταρικού θανάτου, τη νέκρωση, όπου υπάρχει διάλυση των θραυσμάτων και πρόκληση φλεγμονής.
3ο βήμα-Φαγοκυττάρωση
Τα αποπτωτικά σωμάτια, αν και λειτουργούν, δεν μπορούν να συντηρήσουν τα χαρακτηριστικά της μεμβράνης τους όπως ήταν πριν από την απόπτωση. Αναγνωρίζονται ως ξένο υλικό από τα μακροφάγα και φαγοκυτταρώνονται.
Ογκοθερμία και Απόπτωση
Παραπάνω περιγράφηκε η αποπτωτική διαδικασία σε γενικές γραμμές. Ειδικότερα, μετά την ογκοθερμική συνεδρία τα αποπτωτικά φαινόμενα ακολουθούν την εξής περίπου χρονική αλληλουχία:
- σε 1/2 ώρα: Συρρίκνωση
- σε 8 ώρες: Πυρηνική πύκνωση και αλλοίωση κυτταρικής μορφολογίας
- σε 24 ώρες: Καρυόρρηξη και αποπτωτικά σωμάτια
- σε 72 ώρες: Φαγοκυττάρωση