celbiologie 04 deel 2 - 1,5 uur leren.pdf

# Celcyclus en mitose De celcyclus is de reeks gebeurtenissen die een cel doorloopt tussen twee opeenvolgende celdelingen, waarbij de cel groeit en zich repliceert [14](#page=14). ### 1.1 Fasen van de celcyclus De celcyclus wordt onderverdeeld in twee hoofdperiodes: interfase en mitose (M-fase) [14](#page=14). #### 1.1.1 Interfase De interfase is de periode waarin de cel groeit en zijn DNA repliceert, ter voorbereiding op celdeling. Deze fase wordt verder onderverdeeld in drie subfasen [14](#page=14): * **G1-fase (Gap 1):** In deze fase vindt de synthese van RNA en eiwitten plaats die nodig zijn voor de daaropvolgende S-fase. In de G1-fase heeft de cel 46 strengen DNA in de celkern. De cel kan hier ook de celcyclus verlaten en terechtkomen in de G0-fase [14](#page=14) [8](#page=8). * **S-fase (Synthese):** Tijdens deze fase vindt de replicatie van het DNA plaats, waardoor het volledige genoom wordt verdubbeld. Voor de deling heeft de cel dan 2 chromatinedraden die centraal vastzitten via een centromeer [14](#page=14) [8](#page=8). * **DNA-replicatie:** Het replicatieproces wordt geïnitieerd door het enzym helicase, dat de dubbelstrengs DNA opent. Vervolgens worden losse nucleotiden met behulp van DNA-polymerase complementair aan de enkelvoudige strengen gekoppeld, wat resulteert in de synthese van twee nieuwe dubbelstrengs DNA-moleculen. Elk nieuw DNA-molecuul bestaat uit één oude en één nieuw gesynthetiseerde streng (semi-conservatieve replicatie) [8](#page=8). * **G2-fase (Gap 2):** In deze fase worden eiwitten gesynthetiseerd die noodzakelijk zijn voor de mitose, zoals afbraakenzymen voor de kernmembraan [14](#page=14). #### 1.1.2 Mitose (M-fase) Mitose is de fase van de celcyclus waarin de celkern zich deelt, gevolgd door de verdeling van het genetisch materiaal over twee dochtercellen. De mitose zelf omvat verschillende stadia, waarbij de chromosomen condenseren en naar de tegenovergestelde polen van de cel worden getrokken. De verdeling van dochterchromosomen over twee cellen gebeurt tijdens de mitose [14](#page=14) [15](#page=15). > **Tip:** De duur van de celcyclus varieert aanzienlijk tussen verschillende celtypen. Sommige cellen kunnen de celcyclus verlaten, hetzij tijdelijk (bv. lymfocyten), hetzij permanent (bv. neuronen), en komen dan in de G0-fase terecht [14](#page=14) [1](#page=1). ### 1.2 Rol van DNA-replicatie DNA-replicatie is een cruciaal proces dat plaatsvindt in de S-fase van de celcyclus. Het zorgt ervoor dat elke dochtercel na celdeling een volledige en identieke set genetisch materiaal ontvangt. Zonder correcte DNA-replicatie kunnen fouten in het DNA worden doorgegeven aan de volgende generatie cellen, wat kan leiden tot genetische instabiliteit of ziektes [17](#page=17) [8](#page=8). ### 1.3 Processen tijdens mitose Mitose is een complex proces dat zorgvuldig wordt gereguleerd om de nauwkeurige verdeling van chromosomen te waarborgen [10](#page=10). #### 1.3.1 Chromosoomcondensatie en -scheiding Gedurende de mitose condenseren de chromosomen, waardoor ze zichtbaar worden onder de microscoop. Vervolgens worden de gedupliceerde chromosomen (zusterchromatiden) naar de tegenovergestelde polen van de spoelfiguur getrokken tijdens de anafase [15](#page=15). #### 1.3.2 Afbraak en hervorming van de kernenvelop De kernenvelop speelt een belangrijke rol in de regulatie van de celcyclus en ondergaat significante veranderingen tijdens de mitose [15](#page=15) [16](#page=16). * **Kernenvelop structuur:** De kernenvelop bestaat uit een dubbele membraan met aan de buitenkant ribosomen en aan de binnenkant ondersteuning van de kernlamina, die is opgebouwd uit lamine-eiwitten. De kernporiën regelen het transport in en uit de kern. Lamines zijn intermediaire filamenten die samen met het LINC-complex verbonden zijn aan chromatine en het cytoskelet [16](#page=16) [17](#page=17). * **Afbraak tijdens mitose:** Aan het begin van de mitose worden de lamines gefosforyleerd, wat leidt tot de dissociatie van de lamina en de afbraak van de kernenvelop tot vesikels. Ook de kernporiën (NPC's) vallen uiteen na fosforylatie. Deze processen maken de chromosomen toegankelijk voor de spoelfiguur [15](#page=15) [19](#page=19) [20](#page=20). * **Hervorming na mitose:** Aan het einde van de mitose zorgt defosforylatie van de lamines voor hun reassociatie aan het oppervlak van de chromatiden. De kernenvelop assembleert zich vervolgens progressief en spontaan opnieuw. In de telofase decondenseren de chromosomen en hervormt zich de kernwand [15](#page=15) [20](#page=20). #### 1.3.3 Regulatie van de celcyclus Cycline-dependent kinases (CDK's) spelen een cruciale rol in de controle van de progressie door de celcyclus. Cycline-CDK complexen reguleren de overgang tussen de G1-, S- en M-fasen. De celcyclus kent ook zogenaamde "checkpoints" die de correctheid van de cyclus controleren voordat deze verder gaat [14](#page=14) [1](#page=1). ### 1.4 Detectie van celproliferatie De proliferatie, oftewel de celdeling, van cellen kan op verschillende manieren worden gedetecteerd [22](#page=22): * **Telling van cellen in mitose:** Visuele inspectie van H/E gekleurde preparaten, eventueel geautomatiseerd met deeplearning [22](#page=22). * **Incoroporatie van BrdU:** Bromodeoxyuridine (een analoog van thymidine) wordt opgenomen door cellen die DNA synthetiseren (tijdens de S-fase) [22](#page=22). * **Kleuring voor specifieke eiwitten:** Eiwiiten die tot expressie komen tijdens celdeling, zoals ki67, kunnen worden aangekleurd [22](#page=22). * **Flowcytometrie:** Analyse van DNA-hoeveelheid met kleuringen zoals propidium [22](#page=22). > **Voorbeeld:** Laminopathieën zijn ziektes die ontstaan door mutaties in genen die coderen voor lamine-eiwitten, wat leidt tot verstoringen in de functie van de kernenvelop en uiteenlopende fenotypes, zoals Progeria [17](#page=17). --- # Celdood: apoptose versus necrose Dit hoofdstuk vergelijkt en contrasteert twee belangrijke vormen van celdood: necrose, een pathologisch proces veroorzaakt door externe schade dat leidt tot ontsteking, en apoptose, een geprogrammeerd proces dat celkrimp en fragmentatie zonder ontstekingsreactie induceert [23](#page=23). ### 2.1 Definitie en kenmerken van necrose Necrose wordt gedefinieerd als pathologische celdood, geïnduceerd door afwijkende fysiologische condities zoals hypoxie, hyperthermie of membraanschade. Kenmerkend voor necrose is de zwelling van het cytoplasma en de intracellulaire organellen, inclusief de mitochondriën, als gevolg van een sterke influx van water en extracellulaire ionen. Dit leidt uiteindelijk tot de ruptuur van de plasmamembraan en de vrijstelling van cellulaire inhoud, waaronder autoantigenen. De vrijgekomen stoffen activeren het immuunsysteem, wat resulteert in een intense inflammatoire respons. Door de ruptuur van de membraan gaat essentiële cellulaire inhoud, zoals ATP, verloren, wat bijdraagt aan het verlies van de functie van de Na/K-ATPase pomp en verdere celzwelling (oncosis) door het Gibbs-Donnan-evenwicht. Bij necrose is er ook sprake van een verlies van mitochondriale ultrastructuur en een matige chromatinecondensatie, en de DNA-afbraak is ongeordend, wat resulteert in een 'smeer' op gelelektroforese. Necrose is een proces dat geen ATP vereist [23](#page=23) [28](#page=28) [29](#page=29) [31](#page=31) [46](#page=46). > **Tip:** Onthoud dat necrose vaak wordt geassocieerd met schade van buitenaf en een ontstekingsreactie, terwijl apoptose een gecontroleerd intern proces is. ### 2.2 Definitie en kenmerken van apoptose Apoptose, ook wel geprogrammeerde celdood genoemd, is een fysiologisch proces dat essentieel is voor normale ontwikkeling, weefselhomeostase en het verwijderen van beschadigde of onnodige cellen in multicellulaire organismen. Het is genetisch geprogrammeerd en evolutionair geconserveerd. Apoptose wordt gekenmerkt door een reeks morfologische veranderingen, waaronder celkrimp, de vorming van plasmamembraanuitstulpingen (blebbing), chromatinecondensatie (karyopyknosis) en fragmentatie van de cel in kleine, membraangebonden pakketjes die apoptotische lichaampjes worden genoemd. De mitochondriën blijven intact, wat essentieel is omdat apoptose een energie-afhankelijk proces is en normale cellulaire ATP-concentraties vereist. Een typisch kenmerk van apoptose is de geordende afbraak van DNA in fragmenten van internucleosomale grootte, wat resulteert in een 'ladderpatroon' op gelelektroforese [23](#page=23) [27](#page=27) [31](#page=31) [32](#page=32). Belangrijk is dat apoptose verloopt zonder vrijstelling van intracellulaire componenten, waardoor er geen immunogene respons optreedt. Apoptotische lichaampjes worden efficiënt opgeruimd door fagocyten, mede dankzij 'find-me' signalen (zoals ATP) en 'eat-me' signalen (zoals fosfatidylserine). Fosfatidylserine, dat normaal gesproken aan de binnenzijde van het plasmamembraan is gesitueerd, wordt tijdens apoptose naar de buitenkant geflipt, wat een signaal afgeeft voor fagocyten. Apoptose is een actief, genetisch gecontroleerd proces [23](#page=23) [29](#page=29) [46](#page=46) [47](#page=47). > **Voorbeeld:** De resorptie van de staart van een dikkop of het wegnemen van overtollig weefsel tussen de vingers van een foetus zijn voorbeelden van essentiële apoptose tijdens de embryonale ontwikkeling [32](#page=32). ### 2.3 Vergelijking tussen apoptose en necrose | Kenmerk | Apoptose | Necrose | | :----------------------- | :------------------------------------------- | :----------------------------------------------- | | **Oorzaak** | Geprogrammeerd, fysiologisch | Pathologisch, externe schade | | **Celgrootte** | Krimp | Zwelling | | **Plasmamembraan** | Intact, vorming van blebs | Ruptuur | | **Intracellulaire inhoud** | Behoud, fragmentatie tot apoptotische lichaampjes | Vrijstelling, verlies van metabolieten (ATP) | | **Organellen** | Meestal intact, ATP-afhankelijk | Zwelling, verlies van ultrastructuur | | **DNA-afbraak** | Geordend (ladderpatroon) | Ongeordend (smeer) | | **Ontstekingsreactie** | Afwezig | Intens | | **ATP-afhankelijkheid** | Ja | Nee | | **Genetische controle** | Ja | Nee | | **Proces** | Actief | Passief | > **Tip:** De dosis van een cytotoxisch agens kan de uitkomst bepalen: een lage dosis kan leiden tot apoptose, terwijl een hoge dosis necrose induceert [30](#page=30). ### 2.4 Rol van caspasen in apoptose Caspasen vormen een familie van 14 cytosolaire proteïnasen die een sleutelrol spelen in apoptose. Ze worden gesynthetiseerd als inactieve zymogenen (procaspasen) en hun naam verwijst naar hun cysteïne-afhankelijke aspartaat-specifieke klievingsactiviteit. Caspasen worden geactiveerd via een 'caspase-cascade', waarbij reeds geactiveerde caspasen andere procaspasen klieven [38](#page=38). Er worden twee hoofdtypen caspasen onderscheiden: 1. **Initiator-caspasen:** Regulatorische caspasen, zoals caspase 8 (extrinsieke pathway) en caspase 9 (intrinsieke pathway), die worden geactiveerd door adaptor-eiwitten [39](#page=39) [42](#page=42). 2. **Executie- of effector-caspasen:** Caspasen, zoals caspase 3 en caspase 6, die door initiator-caspasen worden geactiveerd en vervolgens tal van substraat-eiwitten verknippen, wat leidt tot de celdood [39](#page=39) [44](#page=44). ### 2.5 Apoptotische pathways Apoptose kan worden geïnitieerd via twee belangrijke biochemische cascades die beide caspasen betrekken: de extrinsieke en de intrinsieke pathway [42](#page=42). #### 2.5.1 De extrinsieke pathway Deze pathway wordt geïnitieerd door extracellulaire signalen die binden aan plasmamembraan 'death receptors' (bijvoorbeeld TNF-α aan de TNF-receptor, of Fas ligand aan de Fas receptor). Binding leidt tot de vorming van het 'death-inducing signaling complex' (DISC). De afwezigheid van noodzakelijke extracellulaire groeifactoren kan ook de extrinsieke cascade activeren. Downstream activeert deze pathway het initiator caspase 8, dat vervolgens het executie caspase 3 activeert [39](#page=39) [42](#page=42) [44](#page=44) [48](#page=48). #### 2.5.2 De intrinsieke (mitochondriale) pathway De intrinsieke pathway wordt geïnitieerd door intracellulaire stress-signalen, zoals calciumoverload of de overmatige vorming van reactieve zuurstofspecies (ROS). Dit leidt tot permeabilisatie van de buitenste mitochondriale membraan (MOMP), een onomkeerbaar proces. Bij MOMP wordt cytochroom c vrijgesteld in het cytosol, waar het bindt aan Apaf-1 en procaspase 9, wat de vorming van het apoptosoom initieert. Dit activeert het initiator caspase 9, dat op zijn beurt het executie caspase 3 activeert [39](#page=39) [42](#page=42) [44](#page=44). > **Tip:** De Bcl-2 familie van eiwitten speelt een cruciale regulerende rol in de intrinsieke pathway door de permeabiliteit van de buitenste mitochondriale membraan te beïnvloeden [40](#page=40) [41](#page=41) [45](#page=45). #### 2.5.3 Verbinding tussen de pathways Het 'BCL-2 homology domain 3 (BH3)-only' eiwit BID kan MOMP induceren en fungeert als een verbinding tussen de extrinsieke en intrinsieke pathways, waardoor de extrinsieke cascade de intrinsieke cascade kan activeren [43](#page=43). ### 2.6 Fysiologisch belang van apoptose Apoptose is van fundamenteel belang voor verschillende fysiologische processen: * **Embryonale ontwikkeling:** Coördinatie tussen mitose en apoptose is cruciaal voor de vorming van weefsels en organen, zoals de ontwikkeling van vingers uit zwemvliezen [32](#page=32) [33](#page=33). * **Weefselhomeostase:** In volwassen weefsels handhaaft apoptose de balans tussen celproliferatie en celverlies, bijvoorbeeld tijdens de menstruatie, involutie van borstklieren na het spenen, of de vervanging van darmepitheel [32](#page=32) [34](#page=34). * **Vorming van het immuunsysteem:** Apoptose elimineert autoreactieve T-lymfocyten, wat auto-immuunziekten voorkomt [32](#page=32). * **Cytotoxische respons:** Apoptose voorkomt de vermenigvuldiging van genetisch defecte cellen na schade, bijvoorbeeld door vrije radicalen [32](#page=32). ### 2.7 Ontregeling van apoptose in ziekte Ontregeling van apoptose kan leiden tot verschillende pathologische condities: * **Te weinig apoptose:** Dit kan leiden tot ongecontroleerde celproliferatie, wat bijdraagt aan de ontwikkeling van kanker en auto-immuunziekten [32](#page=32). * **Te veel apoptose:** Overmatige apoptose kan leiden tot neuronale celdood en degeneratieve aandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer [32](#page=32). ### 2.8 Necroptose: een alternatieve vorm van celdood Necroptose is een vorm van gereguleerde celdood die morfologisch lijkt op necrose, maar genetisch gecontroleerd is en afhankelijk is van de activatie van het gen RIPK1 en andere eiwitten, en ook caspasen kan betrekken. In aanwezigheid van remmers van caspase-8 kan tumornecrose factor necroptose veroorzaken. De intracellulaire eiwitten die hierbij vrijkomen, kunnen ontsteking en weefselschade veroorzaken, wat betekent dat necroptose immunogeen is [46](#page=46) [48](#page=48). --- # Regulatie en moleculaire mechanismen van apoptose Apoptose, of geprogrammeerde celdood, is een fundamenteel biologisch proces dat essentieel is voor ontwikkeling en homeostase, gemedieerd door complexe moleculaire mechanismen. Cellen die normaal gesproken afhankelijk zijn van trofische factoren om te overleven, zullen bij afwezigheid daarvan zelfmoord plegen. De moleculaire machinerie die ten grondslag ligt aan apoptose omvat eiwitten met drie hoofdrollen: het initiëren van het proces (killer-eiwitten), het uitvoeren van de afbraak van cellulaire componenten (vernietigingseiwitten), en het faciliteren van fagocytose door andere cellen (verslindingseiwitten). Genetische studies bij *C. elegans* hebben een evolutionair geconserveerde apoptotische route onthuld die bestaat uit membraangebonden regulerende eiwitten, cytosolaire regulerende eiwitten en apoptotische proteasen, de zogenaamde caspasen bij gewervelden [37](#page=37) [42](#page=42) [44](#page=44). ### 3.1 Caspasen: de uitvoerders van apoptose Caspasen vormen een familie van 14 cytosolaire proteïnasen die gekenmerkt worden door hun specifieke klievingsactiviteit en spelen een centrale rol in de inductie en uitvoering van apoptose [38](#page=38) [39](#page=39). #### 3.1.1 Structuur en activatie van caspasen Caspasen worden gesynthetiseerd als inactieve voorlopers, zymogenen genaamd, die procaspasen zijn. Hun naam is afgeleid van 'cysteïne-afhankelijke aspartaat-specifieke proteasen' . Ze bevatten een cruciaal, geconserveerd cysteïnerest in hun actieve centrum en knippen proteïnesubstraten specifiek achter een aspartaat-aminozuurrest. De activatie van caspasen geschiedt meestal door proteolytische klieving door andere caspasen, wat leidt tot een 'caspase-cascade' . Bij activatie ondergaan caspasen afsplitsing van een prodomein en worden ze opgesplitst in een grote subeenheid (~ 20 kDa) en een kleine subeenheid (~ 10 kDa) . De mature, actieve vorm is een heterotetrameer bestaande uit twee van deze subeenheden, met de algemene structuur (p20-p10)$_2$ ] [38](#page=38). #### 3.1.2 Soorten caspasen en hun rol Er wordt onderscheid gemaakt tussen regulatorische initiator-caspasen en effector- of executie-caspasen [39](#page=39). * **Initiator-caspasen:** Dit zijn caspasen zoals caspase 8 en caspase 9, die worden geactiveerd door adaptor-eiwitten. Zij staan aan het begin van de caspasen-cascade en activeren vervolgens de effector-caspasen [39](#page=39). * **Executie-caspasen:** Dit zijn caspasen zoals caspase 3 en caspase 6, die tal van substraat-eiwitten knippen en de daadwerkelijke uitvoering van celdood bewerkstelligen. Ze worden geactiveerd door initiator-caspasen, zoals caspase 8 die caspase 3 activeert [39](#page=39). ### 3.2 Signaalpaden van apoptose Apoptose kan worden geïnduceerd via twee primaire biochemische cascades: de extrinsieke (receptor-gemedieerde) pathway en de intrinsieke (mitochondriale) pathway. Beide paden komen uiteindelijk samen en leiden tot de activatie van executie-caspasen [42](#page=42) [44](#page=44). #### 3.2.1 De extrinsieke pathway De extrinsieke cascadewordts geïnitieerd door extracellulaire signalen die binden aan zogenaamde 'death receptors' (doodreceptoren) aan het celoppervlak. Binding van liganden zoals tumor necrose factor-alfa (TNF-α) aan de TNF-receptor, of Fas ligand (FasL) aan de Fas-receptor, leidt tot de vorming van een Death-Inducing Signaling Complex (DISC) ] . Dit DISC medieert de activering van het initiator-caspase 8 . Verder downstream activeert de extrinsieke cascade het initiator-caspase 8, wat vervolgens executie-caspase 3 activeert. Ook de afwezigheid van noodzakelijke extracellulaire groeifactoren kan via zogenaamde 'dependency receptors' de extrinsieke cascade activeren [42](#page=42) [44](#page=44). > **Tip:** Necroptose is een alternatieve vorm van geprogrammeerde celdood die optreedt bij remming van caspasen, zoals caspase 8, en kan leiden tot ontsteking en weefselschade [48](#page=48). #### 3.2.2 De intrinsieke pathway De intrinsieke mitochondriale apoptose wordt geïnitieerd door intracellulaire stress-signalen, zoals calciumoverload, excessieve vorming van reactieve zuurstofradicalen (ROS) , of DNA-schade. Deze route omvat de permeabilisatie van de buitenste mitochondriale membraan (MOMP), een proces dat onomkeerbaar is zodra het geactiveerd is [42](#page=42) [44](#page=44). * **Rol van de mitochondria:** Bij MOMP komt cytochroom c (Cyt c) vrij uit de mitochondriën in het cytosol. In het cytosol bindt Cyt c aan het adapter-eiwit Apoptotic Peptidase Activating Factor 1 (Apaf-1) en procaspase 9, wat leidt tot de vorming van het apoptosoom. Het apoptosoom faciliteert de activering van initiator-caspase 9 , dat vervolgens executie-caspase 3 activeert [42](#page=42) [44](#page=44). * **Integratie van signaalpaden:** De intrinsieke pathway is nauw gereguleerd door de Bcl-2 familie van eiwitten. Verschillende stimuli kunnen de permeabiliteit van de buitenste mitochondriale membraan beïnvloeden. In gezonde cellen voorkomen anti-apoptotische eiwitten zoals Bcl-2, of hun homoloog, de oligomerisatie en porievorming door pro-apoptotische eiwitten als Bak en Bax [40](#page=40) [44](#page=44). * **BH3-only eiwitten:** Binding van BH3-only eiwitten, zoals Bad, Bim en Puma, aan Bcl-2 zorgt ervoor dat Bak en Bax vrijkomen en kunnen oligomeriseren, waardoor poriën in de buitenste mitochondriale membraan ontstaan . Puma kan ook direct aan Bak en Bax binden en hun vermogen tot oligomerisatie activeren [40](#page=40) [41](#page=41). * **Invloed van trofische factoren:** De aanwezigheid van trofische factoren, zoals nerve growth factor (NGF), activeert receptor-tyrosinekinasen en het PI-3 kinase-PKB-pad. PKB fosforyleert Bad; gefosforyleerd Bad bindt aan 14-3-3 eiwitten en blijft in het cytosol opgesloten, waardoor het niet aan Bcl-2 kan binden. Bij afwezigheid van trofische factoren bindt niet-gefosforyleerd Bad aan Bcl-2, waardoor Bak en Bax vrijkomen en de porievorming in gang wordt gezet [40](#page=40). * **Schade en mechanische stress:** DNA-schade of UV-bestraling induceert de synthese van het BH3-only eiwit Puma. Verlies van cel-substraat contact verstoort integrine-signalering, wat leidt tot vrijkomen van het BH3-only eiwit Bim uit het cytoskelet, dat vervolgens aan Bcl-2 bindt [41](#page=41). * **Verbinding tussen paden:** Het BH3-only eiwit BID vormt een verbinding tussen de extrinsieke en intrinsieke pathways. Dit betekent dat de extrinsieke cascade de intrinsieke cascade kan activeren, wat bijdraagt aan de uitvoering van apoptose [43](#page=43). > **Example:** Caspase 8, geactiveerd in de extrinsieke pathway, kan het BH3-only eiwit BID knippen. Het geknipte BID kan vervolgens interageren met de intrinsieke pathway door aan pro-apoptotische eiwitten te binden en zo de mitochondriale permeabilisatie te induceren. ### 3.3 Regulatie door de Bcl-2 familie van eiwitten De Bcl-2 familie van eiwitten is een cruciale regulator van de intrinsieke apoptose pathway. Deze familie bestaat uit zowel pro-apoptotische als anti-apoptotische eiwitten die de integriteit van de buitenste mitochondriale membraan reguleren [45](#page=45). * **Pro-apoptotische eiwitten:** Bax en Bak zijn voorbeelden van pro-apoptotische eiwitten. Ze oligomeriseren in de buitenste membraan van de mitochondriën en induceren zo MOMP. Bak staat voor 'Bcl-2 homologous antagonist killer' ] [45](#page=45). * **Anti-apoptotische eiwitten:** Eiwitten zoals Bcl-2 zelf binden aan Bax en Bak en voorkomen hun oligomerisatie en porievorming [40](#page=40). ### 3.4 Celdoodsignalen en fagocytose Apoptose is een fysiologisch proces dat ordentelijk verloopt en leidt tot de fagocytose van de stervende cel, zonder activatie van het immuunsysteem. In tegenstelling tot necrose, dat immunogeen is door de vrijgave van Damage Associated Molecular Patterns (DAMPs) , is apoptose niet-immunogeen [46](#page=46). * **Find-me en Eat-me signalen:** Tijdens apoptose geven cellen 'find-me' signalen af, zoals ATP en UTP, die fagocyten aantrekken. Fagocyten gebruiken vervolgens 'eat-me' signalen op de stervende cel om engulfment te bewerkstelligen [46](#page=46). * **Fosfatidylserine (PS) als 'eat-me' signaal:** Fosfatidylserine (PS) is een fosfolipide dat normaal aan de binnenzijde van het plasmamembraan ligt. In een vroeg stadium van apoptose flipt PS naar de buitenkant van het plasmamembraan . Dit flip wordt veroorzaakt door de inactivatie van ATP-afhankelijke fosfolipide-flippases (zoals ATP11A en ATP11C) door caspase-3. Tegelijkertijd splitst caspase-3 het fosfolipide-scramblase XKR8, wat leidt tot transport van fosfolipiden in beide membraanbladen. Het verschijnen van PS aan de buitenkant fungeert als een duidelijk 'eet mij' signaal voor fagocyten. De engulfment door fagocyten, gestimuleerd door deze signalen, leidt tot de afgifte van anti-inflammatoire cytokines en de interne verwerking van de cel [46](#page=46) [47](#page=47). --- # Het belang en de detectie van celdood Apoptose, een vorm van geprogrammeerde celdood, speelt een cruciale rol in verschillende fysiologische processen, van embryonale ontwikkeling tot weefselhomeostase en de vorming van het immuunsysteem [32](#page=32). ### 4.1 Fysiologisch belang van apoptose Apoptose is essentieel voor het handhaven van de gezondheid en functionaliteit van organismen en kan worden gezien als een proces van zowel 'zelfmoord' als 'moord' [32](#page=32). #### 4.1.1 Embryonale ontwikkeling Tijdens de embryonale ontwikkeling is er een nauwkeurige coördinatie tussen celdeling (mitose) en celdood (apoptose). Een bekend voorbeeld is de ontwikkeling van de tussenliggende weefsels van ledematen bij zoogdierfoetussen, waarbij apoptose ervoor zorgt dat zwemvliezen verdwijnen en vingers en tenen gevormd worden. Bij de worm *Caenorhabditis elegans* ondergaan precies 131 van de 1090 gevormde somatische cellen apoptose. Een ander voorbeeld is de resorptie van de staart van een dikkop [32](#page=32). > **Voorbeeld:** Apoptose in de interdigitale weefsels van een muizeëmbryo transformeert een zwemvlies-structuur naar een vingerstructuur door het afsterven van cellen tussen de toekomstige vingers [33](#page=33). #### 4.1.2 Weefselhomeostase Ook bij volwassen weefsels is apoptose van belang voor het handhaven van de weefselhomeostase. Dit omvat processen zoals de afbraak van het baarmoederslijmvlies tijdens de menstruatie, de involutie van de borstklier na het spenen, en de continue vervanging van darmepitheel. Organen reguleren hun omvang door een combinatie van celproliferatie en apoptose. Als een deel van de lever wordt verwijderd, groeit deze terug aan onder invloed van groeifactoren. Wanneer de lever echter te groot dreigt te worden, stopt apoptose dit groeiproces [32](#page=32) [34](#page=34). > **Voorbeeld:** De atresie (afbraak) van ovariumfollikels tijdens de menstruatiecyclus is een voorbeeld van fysiologische apoptose. Van de meerdere follikels die zich ontwikkelen, ondergaan de meeste atresie door apoptose van granulosacellen, waardoor slechts één follikel rijpt voor ovulatie. Macrophagen helpen bij het geordend opruimen van deze atretische follikels om de verspreiding van potentieel immunogene stoffen te voorkomen [34](#page=34). #### 4.1.3 Vorming van het immuunsysteem Apoptose is cruciaal voor de correcte vorming van het immuunsysteem. Thymocyten (T-lymfocyten) die autoreactieve receptoren hebben tegen 'zelf-antigenen' worden geëlimineerd door apoptose om auto-immuunziekten te voorkomen [32](#page=32). #### 4.1.4 Cytotoxische respons en pathologische processen Als cytotoxische respons voorkomt apoptose de vermenigvuldiging van cellen met defect genetisch materiaal, bijvoorbeeld na schade door vrije radicalen. Ontregeling van apoptose kan leiden tot pathologische processen [32](#page=32): * **Te weinig apoptose** kan resulteren in ongecontroleerde celproliferatie, wat leidt tot kanker en auto-immuunziekten [32](#page=32). * **Te veel apoptose** kan leiden tot weefselverlies, zoals waargenomen bij de ziekte van Alzheimer, waar dementie wordt veroorzaakt door het afsterven van neuronen [32](#page=32). > **Voorbeeld:** Tijdens de ontwikkeling van de hersenen worden meer neuronen geproduceerd dan nodig. Neuronen die niet elektrisch actief zijn, sterven af via apoptose. Neuronen die functionele verbindingen vormen, overleven dankzij groeifactoren van de verbonden neuronen en worden zo stabiele onderdelen van het neurale netwerk [34](#page=34). ### 4.2 Detectie van celdood (apoptose) Een veelgebruikte methode om apoptose te detecteren is door de binding van fluorescent annexine-V. Annexine-V bindt specifiek aan fosfatidylserine. Dit fosfolipide bevindt zich normaal gesproken voornamelijk aan de binnenkant van het plasmamembraan, maar tijdens apoptose wordt het ook aan de buitenkant van de celmembraan blootgesteld. Deze externe lokalisatie maakt het een betrouwbare marker voor vroege stadia van apoptose [33](#page=33). > **Tip:** Het aantonen van de aanwezigheid van fosfatidylserine aan de buitenzijde van de celmembraan met behulp van annexine-V is een gevoelige methode om apoptotische cellen te identificeren, zelfs in vroege stadia [33](#page=33). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celcyclus | De periode tussen twee opeenvolgende celdelingen, die essentieel is voor celgroei, DNA-replicatie en mitose. | | Mitose | Een proces van celdeling waarbij een moedercel zich deelt in twee identieke dochtercellen, cruciaal voor groei en weefselherstel. | | Profase | De eerste fase van mitose, gekenmerkt door de condensatie van chromosomen en de vorming van de spoelfiguur. | | Metafase | De fase in mitose waarin de chromosomen op één lijn liggen op het equatoriale vlak van de cel, klaar voor scheiding. | | Ana fase | De fase in mitose waarin de zusterchromatiden van elkaar gescheiden worden en naar de tegenovergestelde polen van de cel bewegen. | | Telofase | De laatste fase van mitose, waarin de chromosomen de tegenovergestelde polen bereiken, de kernenvelop zich hervormt en de cel deelt. | | Interfase | De fase tussen twee mitotische delingen, bestaande uit G1, S (DNA-replicatie) en G2, waarin de cel groeit en zich voorbereidt op deling. | | DNA-replicatie | Het proces waarbij een dubbelstrengs DNA-molecuul wordt gekopieerd om twee identieke dubbelstrengs DNA-moleculen te produceren, voornamelijk tijdens de S-fase van de celcyclus. | | Helicase | Een enzym dat de dubbele helix van DNA ontwindt, wat essentieel is voor DNA-replicatie en transcriptie. | | DNA-polymerase | Een enzym dat verantwoordelijk is voor de synthese van DNA door het koppelen van nucleotiden aan een bestaande DNA-streng. | | Karyogram | Een geordende weergave van de chromosomen van een cel, gerangschikt naar grootte en morfologie, vaak gebruikt voor genetische analyse. | | Zusterchromatiden | Twee identieke kopieën van een chromosoom, verbonden door een centromeer, die tijdens de mitose en meiose worden gescheiden. | | Meiose | Een type celdeling dat leidt tot de vorming van vier haploïde gameten (geslachtscellen), essentieel voor seksuele reproductie. | | Crossing over | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld tussen homologe chromosomen tijdens de meiose I, wat genetische variatie bevordert. | | Centrosomen duplicatie | Het proces waarbij het centrosomeer, dat een rol speelt bij de vorming van de spoelfiguur tijdens de celdeling, wordt verdubbeld. | | Cyclin-dependent kinases (CDK’s) | Enzymen die een cruciale rol spelen bij de regulatie van de celcyclus door fosforylatie van doelwitten, waardoor de progressie door de celcyclus wordt bevorderd. | | G0 fase | Een rustfase buiten de actieve celcyclus waarin cellen zich niet delen, hetzij tijdelijk of permanent. | | Kernenvelop | De dubbele membraan die de celkern omgeeft en de inhoud van de kern scheidt van het cytoplasma. | | Kernporiën | Complexen van eiwitten die de kernenvelop doorboren en selectief transport van moleculen tussen de kern en het cytoplasma regelen. | | Kernlamina | Een netwerk van intermediaire filamenten (lamines) aan de binnenkant van de kernenvelop, die structurele ondersteuning biedt en betrokken is bij genoomorganisatie. | | Laminopathiën | Een groep erfelijke ziekten die worden veroorzaakt door mutaties in de genen die coderen voor lamine-eiwitten, wat leidt tot verstoringen van de kernstructuur en functie. | | Progeria | Een zeldzame genetische aandoening die versnelde veroudering veroorzaakt, vaak geassocieerd met defecten in de kernstructuur en lamine-eiwitten. | | Vesikels | Kleine, membraangebonden blaasjes die betrokken zijn bij intracellulair transport en secretie. | | Proliferatie | De snelle vermenigvuldiging van cellen. | | Necrose | Een vorm van ongecontroleerde celdood geïnduceerd door schadelijke externe omstandigheden, wat leidt tot celzwelling en ontstekingsreacties. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces van zelfvernietiging dat essentieel is voor normale ontwikkeling en weefselhomeostase, zonder ontstekingsreacties. | | Cytoplasma | Het cytoplasma omvat alle materiaal binnen de celmembraan, exclusief de celkern. | | Mitochondriën | "Krachtcentrales" van de cel, verantwoordelijk voor energieproductie door cellulaire ademhaling. | | Plasmamembraan | De buitenste barrière van de cel, die de celinhoud reguleert en de cel scheidt van zijn omgeving. | | Chromatinedcondensatie | Het proces waarbij chromatine (DNA en eiwitten) zich comprimeert tot compacte chromosomen, met name tijdens celdeling. | | DNA-fragmentatie | De afbraak van DNA in kleinere stukken, kenmerkend voor apoptose (geordend) en necrose (ongeordend). | | Apoptotisch lichaampje (apoptotic body) | Een klein blaasje dat wordt gevormd wanneer een cel apoptose ondergaat en wordt vervolgens gefagocyteerd door andere cellen. | | Fagocyt | Een cel die in staat is om vaste deeltjes, zoals bacteriën, celresten en andere vreemde stoffen, op te nemen en te verteren. | | Macrofaag | Een type fagocyt dat een belangrijke rol speelt in het immuunsysteem door ziekteverwekkers, celresten en vreemde deeltjes te verwijderen. | | Ultrastructuur | De fijnere structuur van cellen en weefsels, zichtbaar met behulp van elektronenmicroscopie. | | Karyopyknosis | Sterke chromatinecondensatie in de celkern, een kenmerk van apoptose. | | Blebbing | Het vormen van uitstulpingen of blaren op het oppervlak van een cel, vaak waargenomen tijdens apoptose. | | DNA laddering | Een patroon van DNA-fragmenten van specifieke lengtes, zichtbaar op een gel-elektroforese, typisch voor geordende DNA-afbraak tijdens apoptose. | | Donnan effect | Een osmotisch effect dat optreedt wanneer ionen met verschillende ladingen worden gescheiden door een semipermeabel membraan, wat celzwelling kan veroorzaken bij een tekort aan ATP. | | Cytotoxtoxische stimuli | Stimuli die de cel kunnen doden. | | Homeostase | Het vermogen van een organisme of cel om zijn interne omgeving stabiel te houden ondanks veranderingen in de externe omgeving. | | Autoimmuniteit | Een aandoening waarbij het immuunsysteem van het lichaam zijn eigen weefsels aanvalt. | | Kanker | Een ziekte waarbij cellen ongecontroleerd groeien en zich delen, en gezonde cellen kunnen binnendringen en vernietigen. | | Ziekte van Alzheimer | Een neurodegeneratieve aandoening die gekenmerkt wordt door progressief geheugenverlies en cognitieve achteruitgang, gerelateerd aan de afsterving van neuronen. | | Caenorhabditis elegans | Een kleine, transparante rondworm die veel wordt gebruikt in biologisch onderzoek vanwege zijn eenvoudige anatomie en genetische manipulatiegemak. | | Thymocyten | Immatuur T-lymfocyten die zich in de thymus ontwikkelen. | | Autoreactieve receptoren | Receptoren die reageren op antigeen van het eigen lichaam, wat kan leiden tot auto-immuunziekten. | | Vrije radikalen (reactive oxygen species, ROS) | Moleculen met ongepaarde elektronen die zeer reactief zijn en cellulaire schade kunnen veroorzaken. | | Autofagie | Een cellulair proces waarbij de cel beschadigde componenten of overbodige eiwitten recycleert door ze in te pakken in membraanblaasjes en naar de lysosomen te transporteren voor afbraak. | | Lysosomale celdood | Een vorm van celdood die wordt geïnitieerd door de activiteit van lysosomale enzymen, die celcomponenten afbreken. | | Immunogene celdood | Celdood die leidt tot de vrijgave van moleculen die het immuunsysteem activeren, wat een ontstekingsreactie kan veroorzaken. | | Caspasen | Een familie van proteasen (enzymen die eiwitten knippen) die een centrale rol spelen bij het initiëren en uitvoeren van apoptose. | | Zymogenen | Inactieve voorlopers van enzymen die na activatie hun katalytische activiteit vertonen. | | Proteolytische activatie | Activering van een enzym door de klieving van specifieke peptidebindingen. | | Adaptor-eiwitten | Eiwitten die fungeren als schakels tussen andere eiwitten, vaak betrokken bij signaaltransductie. | | Initiator-caspasen | Caspasen die aan het begin van de apoptose cascade worden geactiveerd en op hun beurt effector-caspasen activeren. | | Executie-caspasen | Caspasen die verantwoordelijk zijn voor het knippen van veel substraat-eiwitten, wat leidt tot de karakteristieke veranderingen van apoptose. | | Bcl-2 familie | Een groep eiwitten die de mitochondriale membraanpermeabiliteit reguleren en een sleutelrol spelen bij de intrinsieke apoptose route. | | Bax en Bak | Pro-apoptotische eiwitten van de Bcl-2 familie die oligomeriseren in de buitenste mitochondriale membraan en poriën vormen, waardoor cytochroom c vrijkomt. | | MOMP (Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization) | Permeabilisatie van de buitenste mitochondriale membraan, wat de vrijlating van cytochroom c naar het cytoplasma veroorzaakt en de intrinsieke apoptose route activeert. | | Cytochroom c | Een eiwit dat normaal gesproken deel uitmaakt van de elektronentransportketen in de mitochondriën, maar bij vrijlating in het cytoplasma de apoptose-cascade initieert. | | Apaf-1 | Een adapter-eiwit dat cytochroom c bindt om het apoptosoom te vormen, wat leidt tot de activering van initiator-caspase 9. | | Apoptosoom | Een groot proteïnecomplex dat zich vormt in het cytoplasma tijdens de intrinsieke apoptose route en cruciaal is voor de activering van caspase 9. | | BH3-only eiwitten | Een subgroep van de Bcl-2 familie die fungeert als sensoren van cellulaire stress en de pro-apoptotische eiwitten Bax en Bak kan activeren. | | Extrinsieke pathway | Een signaalroute die apoptose initieert via plasmamembraanreceptoren (doodreceptoren) die reageren op extracellulaire signalen zoals TNF-α en Fas ligand. | | Intrinsieke pathway | Een signaalroute die apoptose initieert als reactie op intracellulaire stress, zoals DNA-schade of oxidatieve stress, en gemedieerd wordt door de mitochondriën. | | DISC (Death-Induced Signaling Complex) | Een complex dat zich vormt na de binding van doodliganden aan doodreceptoren en de initiatie van de extrinsieke apoptose cascade. | | TNF-α (Tumor Necrosis Factor Alpha) | Een cytokine dat een belangrijke rol speelt bij ontstekingen en geprogrammeerde celdood (apoptose). | | Fas ligand | Een membraangebonden eiwit dat kan binden aan de Fas-receptor, wat de extrinsieke apoptose cascade activeert. | | Necroptose | Een vorm van geprogrammeerde necrose die wordt geïnitieerd door specifieke signaalpaden, vaak in aanwezigheid van remmers van caspasen. | | DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende cellen en het immuunsysteem activeren, wat leidt tot ontsteking. | | Find-me signalen | Signalen (zoals ATP) die door stervende cellen worden uitgescheiden om fagocyten aan te trekken. | | Eat-me signalen | Signalen (zoals fosfatidylserine) op het oppervlak van stervende cellen die door fagocyten worden herkend voor opname. | | Fosfatidylserine (PS) | Een fosfolipide dat normaal in het binnenste blad van de plasmamembraan voorkomt, maar tijdens apoptose naar buiten flipt en fungeert als een "eat-me" signaal. | | TUNEL assay | Een techniek die wordt gebruikt om DNA-fragmentatie te detecteren, een kenmerk van apoptose. |