6. アポトーシス（apoptosis）
アポトーシス（apoptosis）は計画細胞死（programmed cell death）とも呼ばれ、発生や分化における形態と機能の獲得、生体の恒常性維持や防御、老化と個体死に至るまでの各段階で重要な役割を果たす。複雑に制御された細胞死実行経路によって誘導されるものであり、物理的、化学的組織障害によって惹起される壊死とは根本的に異なる。DNAや核の断片化、核凝縮を特徴とする。アポトーシスを誘導する特異的受容体がFasである。FasとFasリガンドが結合した三量体は、FADDを介してcaspaseカスケードの初期反応であるcaspase−８の活性化を行う。そこから下流のシグナル伝達経路は現在二つあると考えられ、細胞の種類（Type1と2）によって使いわけられている １） 。Type1の細胞では、caspase−８が他のcaspase前駆体を切断して活性化することによりcaspaseカスケードが活性化され、染色体の断片化などの特徴的現象がおこる。Type2の細胞では、caspase−８はBcl−２ファミリーのメンバーであるBidを切断する。切断されたBidはミトコンドリアに移動し膜の透過性を亢進させる。その結果、ミトコンドリアからは、Apaf−１の活性化を介してcaspaseカスケードを活性化するチトクロムCやAIF、Smac／DIBLOが放出され、同様に染色体の断片化などの特徴的現象がおこる。Bcl−２はアポトーシスを抑制するが、反対に促進に働くBaxやBidとホモロジーを有する。これら三者は、互いに結合してミトコンドリアの膜の存在し、その透過性を調節している２）。アポトーシスによる細胞死は神経疾患、心筋症などの疾患関連の細胞脱落、放射線療法および化学療法時の腫瘍細胞死の一部にも関与する。また、心筋梗塞など虚血にともなう細胞死へのアポトーシスの関与も判明した ３） 。さらに、経腸栄養が腸管上皮細胞のアポトーシスを抑制するとの報告もみられ、栄養管理との関連も注目されている（参考文献抄録参照）。なお、アポトーシスの判定にはTUNEL法による染色や、DNAの泳動像からDNA断片化によるラダーパターンを証明する方法が簡便である。
文 献
- Scaffidi C,Fulda S,Srinivasan A et al:Two CD ９５（APO−１／Fas）signaling pathways.EMBO J １７:１６７５−８７,１９９８
- 清水重臣，辻本賀英：Bcl−２ファミリータンパク質とミトコンドリア．実験医学１９（増刊）：１６３７−４３，２００１
- Itoh G,Tamura J,Suzuki M,et al:DNA fragmentation of human infarcted myocardial cells demonstrated by the nick end labeling method and DNA agarose gel electrophoresis.Am J Pathol １４６:１３２５−３１,１９９５
参考文献抄録
Diet and apoptosis.
A range of compounds in or derived from the diet modulates apoptosis in cell cultures in vitro.These observations have important implications concerning the mechanisms.Whereby dietary components affect health.Proapoptotic compounds couldprotect against cancer by enhancing elimination of initiated,precancerous cells,and antiapoptotic compounds could promote tumor formation by inhibiting apoptosis in genetically damaged cells.Proapoptotic compounds could also contribute to age‐related degenerative diseases by activating cell death in postmitotic cells or shifting the normal balance of mitosis and apoptosis in tissues with regenerative capacity.Many age‐related diseases,for example macular degenertion and Parkinson’s disease,appear to have oxidative stress as an underlying componentthat interacts with genetic,dietary,and environmental factors to determine relative risk in an individual.Oxidative stress activates apoptosis,and antioxidants protect against apoptosis in vitro;thus,a central role of dietary antioxidants may be to protect against apoptosis.However,little in vivo data are available to directly link diet with altered apoptosis as an underlying determinant of disease.
Moreover,the possible antagonistic effects of different dietary components and the uncertainty about whether proapoptotic compounds that may protect against cancer could contribute to degenerative diseases and vice versa indicate that there is a great need for better in vivo assessment of apoptosis and that caution should be exercised when extrapolating in vitro data on apoptosis to in vivo dietary recommendations.
Watson WH,Cai J,Jones DP:Annu Rev Nutr 20:485−505,2000
Recommended dietary allowances（RDAs）for genomic stability.
Diet as a key factor in determining genomic stability is more important than previously imagined because we now know it impacts on all relevant pathways,i.e. exposure to dietary carcinogens,activation／detoxification of carcinogens,DNA repair,DNA synthesis and apoptosis.Current recommended dietary allowances for vitamins and minerals are based largely on the prevention of diseases of deficiency such as a scurvy in the case of Vitamin C.Because diseases of development,degenerative discase and ageing itself are partly caused by damage to DNA,it seems logical that we should focus better our attention on defining optimal requirements of key minerals and vitamins for preventing damage to both nuclear and mitochondrial DNA.To date our knowledge on optimal micronutrient levels for genomicstability is scanty and disorganised.Appropriately designed placebo,controlled trials are required to define recommended dietary allowances for genomic stability.Recently,it has been shown that above RDA intakes of folic acid and Vitamin B12 are required to reduce the micronucleus index in humans by ２５％.In the future,clinical trials with a defined wider array of complementary DNA damage end‐points would be necessary.That there is a need for an international collaborative group to establish RDAs for genomic stability is self‐evident and this paperis a call for such a process to begin.
Fenech M.Mutat Res 480−1:51−4,2001
Enteral feeding decreases gut apoptosis,permeability,and lung inflammation during murine endotoxemia.
We tested the hypothesis that endotoxemia and fasting are associated with increased gut apoptotic activity,gut permeability,and inflammation in a distant organ.Fed or fasted CD−１ mice were studied ６h after intraperitoneal injection of either saline （sham） or endotoxin （４mg／kg of ０１１１:B４ Escherichia coli lipopolysaccharide）.We found that endotoxin increased gut caspase−３ and −６ activity by ４．９＋／−０．６− and ４．５＋／−０．５− fold,respectively （P＜０．００１）,and increased terminal deoxynucleotidyltransferase‐mediated dUTP nick‐end labeling（TUNEL） staining of mucosal cells （P＜０．０５）.Feeding decreased caspase−３ activity by ４０％（P＜０．０５） and decreased endotoxin‐induced TUNEL staining （P＜０．０５）.Endotoxin increased gut poly （ADP‐ribose） polymerase activity by １５％ （P＜０．０５）.Endotoxin increased gut permeability by ４４％ （P＜０．０５）,an effect reduced ３６％ by feeding （P＜０．０５）.Similarly,endotoxin increased pulmonary neutrophil infiltration （６．０＋／−１．０−fold,P＜０．００１） and increased lung interleukin （IL）−６ （５．９＋／−０．１−fold,P＜０．００１） and macrophage inflammatory protein （MIP）−２ expression （２９０＋／−４０−fold,P＜０．００１）,whereas feeding decreased this effect by ４３％ for neutrophils,４０％ for IL−６ （P＜０．０５）,and ３５％ for MIP−２ （P＜０．０５）.Thus endotoxin increases gut apoptotic activity,gut permeability,and pulmonary inflammation.Enteral feeding may decreast the distant organ inflammation by reducing gut apoptosis,thereby maintaining gut mucosal function during endotoxemia.
Alscher KT,Phang PT,McDonald TE,Walley KR:Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 281(2):G569−76,2001
関 連 用 語
| 英文表記 | 略語 | 和文表記 | 定 義 ・ 備 考 |
|---|---|---|---|
| apoptotis‐inducing factor | AIF | ミトコンドリアから放出される蛋白。核凝縮を引き起こす。caspase非依存経路を担う蛋白の一つ。 | |
| apoptotic proetase activating factor |
Apaf | 種を超えたアポトーシス誘導経路においてcaspaseを活性化するアダプター分子として同定された蛋白質。dATP/ATPの依存下でチトクロムCの作用により重合し、apoptosomeを形成する。Apoptosomeはcaspase−９を誘導・活性化し、これによってcaspase−３から細胞死への最終段階へとシグナルが伝達される。 | |
| Bcl‐２ family | Blcl−２ ファミリー |
主としてミトコンドリアの膜透過性を制御することによって細胞の生死を決定する蛋白群。その機能と構造から以下の三つに分類される。(1)Bcl−２に代表されるアポトーシスを抑制するグループ（Bcl−２サブファミリー）。多くはBH（bcl−２‐homology）ドメインと呼ばれる特徴的なアミノ酸配列を四つ（BH１〜４）全て有しており、主にミトコンドリア膜のコンタクトサイトに局在している。(2)BaxやBakに代表されるアポトーシスを促進するグループ（Baxサブファミリー）。多くはBH４を除く三つのBHドメインを有する。(3)BidやBikに代表されるアポトーシスを促進するグループ。このグループはBH３のみを有しているためBH３−only蛋白質と呼ばれる。これら三つのグループは、互いに直接結合することによって相互調節を行い、ミトコンドリア膜に作用しその透過性を調節している。その結果、アポトーシス促進蛋白質の活性が抑制蛋白質を上回った場合にミトコンドリア膜の透過性が亢進し、細胞死へのプロセスが実行される。 | |
| caspase | カスパーゼ | アポトーシスにおいて中心的役割を果たす細胞内システインプロテアーゼ。cysteineの“c”にアスパラギン酸の後で切断するというこのfamilyの特徴を表す“aspase”をつなげることによってつくられた名称である。細胞質や核の骨格蛋白質などを分解し、さらにDNA分解酵素などを活性化する。caspaseの作用により、細胞はアポトーシス特有の形態的・生化学的変化を呈する。 | |
| death domain | DD | death receptorの細胞内領域に存在する約８０のアミノ酸からなる保存された領域。aeath receptorからのアポトーシス誘導シグナル伝達に本質的な役割を果たしている。 | |
| death inducing signaling complex |
DISC | Fasの細胞質内death domainとFADDおよびpro‐caspase−８が形成する三者複合体。 | |
| death receptor | DR | リガンドの結合によってアポトーシスを誘導するレセプター。 | |
| Fas‐associating protein with a novel death domain |
FADD | Fasのアダプター分子。Fasリガンドと結合して三量体化したFasの細胞質内DDおよびpro‐caspase−８とともに三者複合体DISC（death inducing signaling complex）を形成する。DISC上でpro‐caspase−８は自己触媒的に活性化され、成熟型pro‐caspase−８となる。 | |
| inhibitor of apoptosis | IAP | アポトーシス 阻害物質 |
caspase阻害によってアポトーシスを抑制する因子。ヒトIAPの中で最もcaspase阻害作用が強力なXIAP（X chromosome‐linked IAP）は、caspase−３、７、９を阻害する。 |
| second mitochondria‐derived activator of caspase／direct IAP binding protein with low PI |
Smac／ DIAB‐ LO |
ヒトIAP阻害因子。チトクロムCとともにミトコンドリア内に存在する。チトクロムCとApafによって活性化されたcaspase−９はIAPによって阻害されるが、Smac／DIABLOはIAPをcaspase−９から引き離す作用を有する。 |