DOI: https://doi.org/10.1186/s13008-024-00127-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39097717
تاريخ النشر: 2024-08-03
المؤلف: Frantisek Vana وآخرون
الموضوع الرئيسي: العناصر النزرة في الصحة
نظرة عامة
تستكشف هذه المراجعة أدوار المعادن الانتقالية في أنماط موت الخلايا من الفيروبتوزيس والبايروبتوزيس، وكلاهما حاسم للحفاظ على توازن الخلايا ومشمول في أمراض متنوعة، بما في ذلك السرطان والاضطرابات العصبية. يلخص المؤلفون المسارات الكيميائية الحيوية المرتبطة بهذه الأشكال من موت الخلايا، مع التأكيد على الطبيعة المزدوجة للزنك (Zn) في التأثير على كل من الفيروبتوزيس والبايروبتوزيس. يصنفون تفاعلات المعادن الانتقالية المختلفة – مثل الحديد (Fe) والنحاس (Cu) والسيلينيوم (Se) – مع هذه المسارات، مبرزين كيف يمكن أن تعزز هذه المعادن أو تثبط موت الخلايا من خلال آليات مثل توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، وتعطيل أنظمة مضادات الأكسدة، وتعديل استقلاب الحديد.
تشير النتائج إلى أن الاضطرابات في توازن هذه المعادن تؤثر بشكل كبير على مصير الخلايا، مما يؤثر على كل من الموت والبقاء. توفر المراجعة وسائل بصرية، بما في ذلك الأشكال والجداول، لتوضيح التفاعلات المعقدة بين المعادن الانتقالية ومسارات الفيروبتوزيس والبايروبتوزيس. يستنتج المؤلفون أن فهم هذه التفاعلات أمر حيوي لتطوير استراتيجيات علاجية للأمراض المرتبطة بالالتهابات واستجابات المناعة، مما يبرز أهمية المعادن الانتقالية في بيولوجيا الخلايا وإمكاناتها كأهداف للبحث المستقبلي.
مقدمة
في هذه المراجعة، يستكشف المؤلفون الأدوار الحيوية للمعادن الانتقالية في عمليات موت الخلايا النخرية المنظمة المعروفة باسم الفيروبتوزيس والبايروبتوزيس. يتم التعرف بشكل متزايد على كلا الشكلين من موت الخلايا لأهميتهما في الحفاظ على توازن الخلايا وهما ذوا صلة عبر مجالات متنوعة، بما في ذلك علم الأجنة، وعلم الأمراض، وتطوير العلاجات. تبرز المراجعة أن المعادن الانتقالية، على الرغم من وجودها بكميات ضئيلة، يمكن أن تؤثر بشكل كبير على تنفيذ هذه المسارات لموت الخلايا، مما يؤدي إلى نتائج مفيدة أو ضارة اعتمادًا على السياق.
يعكس اختيار الدراسات لهذه المراجعة مجموعة متنوعة من النماذج التجريبية، بما في ذلك الدراسات الحيوانية وخطوط الخلايا، والتي قد تحد من المقارنات المباشرة بسبب التباين في المنهجيات. من الجدير بالذكر أن البايروبتوزيس مرتبط بشكل أساسي بخلايا الجهاز المناعي، مما يبرز تعقيد هذه المسارات. يؤكد المؤلفون أن فهمًا أعمق للتفاعل بين المعادن الانتقالية وآليات موت الخلايا يمكن أن يوجه استراتيجيات للحفاظ على الصحة وإدارة الأمراض. علاوة على ذلك، فإن الاستخدام الصناعي المتزايد للمعادن الانتقالية يثير المخاوف بشأن التعرض ويستدعي مزيدًا من التحقيق في تفاعلاتها البيولوجية.
نقاش
تناقش هذه القسم اكتشاف وأهمية الفيروبتوزيس والبايروبتوزيس، وهما شكلان متميزان من موت الخلايا المنظم. تم التعرف على الفيروبتوزيس لأول مرة في عام 2012، ويتميز بأكسدة الدهون المعتمدة على الحديد مما يؤدي إلى موت الخلايا، ويتأثر بشكل أساسي بنظام نقل السيستين/الجلوتامات (نظام Xc) وإنزيم الجلوتاثيون بيروكسيداز 4 (GPX4). تشير النتائج الرئيسية إلى أن الإراستين يحفز الفيروبتوزيس عن طريق استنفاد الجلوتاثيون الخلوي (GSH) وتعزيز الإجهاد التأكسدي من خلال أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، حيث تلعب الليبواكسجيناز (LOX) دورًا حاسمًا في أكسدة الدهون. كما يبرز القسم التغيرات الشكلية المرتبطة بالفيروبتوزيس، مثل التغيرات الميتوكوندرية، ويميزه عن الأكسيتوزيس، الذي يشارك بعض الآليات ولكنه يختلف في التنفيذ.
على النقيض من ذلك، فإن البايروبتوزيس هو شكل من أشكال موت الخلايا المسبب للالتهابات يتم بوساطة الكاسبيز، وخاصة في خلايا المناعة مثل البلعميات. يوضح القسم المسارات الكلاسيكية وغير الكلاسيكية للبايروبتوزيس، مع التأكيد على دور الإنفلامازومات والغازدرمينات في هذه العملية. يرتبط البايروبتوزيس بالالتهابات واستجابات المناعة، مع تداعيات على أمراض متنوعة، بما في ذلك الاضطرابات المناعية الذاتية والسرطان. يتم الإشارة إلى الدور المزدوج للبايروبتوزيس في بيولوجيا الأورام، حيث يمكن أن يثبط نمو الورم أو يساهم في بيئة مؤيدة للورم من خلال إطلاق السيتوكينات الالتهابية. بشكل عام، يتم تسليط الضوء على كل من الفيروبتوزيس والبايروبتوزيس كآليات حاسمة في الصحة والمرض، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في إمكاناتهما العلاجية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s13008-024-00127-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39097717
Publication Date: 2024-08-03
Author(s): Frantisek Vana et al.
Primary Topic: Trace Elements in Health
Overview
This review explores the roles of transition metals in the cell death modalities of ferroptosis and pyroptosis, both of which are critical for maintaining cellular homeostasis and are implicated in various diseases, including cancer and neurological disorders. The authors summarize the biochemical pathways associated with these forms of cell death, emphasizing the dual nature of zinc (Zn) in influencing both ferroptosis and pyroptosis. They categorize the interactions of various transition metals—such as iron (Fe), copper (Cu), and selenium (Se)—with these pathways, highlighting how these metals can either promote or inhibit cell death through mechanisms like reactive oxygen species (ROS) generation, disruption of antioxidant systems, and modulation of iron metabolism.
The findings indicate that disruptions in the homeostasis of these metals significantly impact cellular fate, influencing both death and survival. The review provides visual aids, including figures and tables, to elucidate the complex interactions between transition metals and the pathways of ferroptosis and pyroptosis. The authors conclude that understanding these interactions is vital for developing therapeutic strategies for diseases linked to inflammation and immune responses, thereby underscoring the importance of transition metals in cell biology and their potential as targets for future research.
Introduction
In this review, the authors explore the critical roles of transition metals in the regulated necrotic cell death processes known as ferroptosis and pyroptosis. Both forms of cell death are increasingly recognized for their significance in maintaining cellular homeostasis and are relevant across various fields, including embryology, disease pathology, and therapeutic development. The review highlights that transition metals, although present in trace amounts, can significantly influence the execution of these cell death pathways, leading to either beneficial or detrimental outcomes depending on the context.
The selection of studies for this review reflects a diverse array of experimental models, including animal studies and cell lines, which may limit direct comparisons due to variability in methodologies. Notably, pyroptosis is primarily associated with immune system cells, underscoring the complexity of these pathways. The authors emphasize that a deeper understanding of the interplay between transition metals and cell death mechanisms could inform strategies for health maintenance and disease management. Furthermore, the increasing industrial use of transition metals raises concerns about exposure and necessitates further investigation into their biological interactions.
Discussion
The section discusses the discovery and significance of ferroptosis and pyroptosis, two distinct forms of regulated cell death. Ferroptosis, first identified in 2012, is characterized by iron-dependent lipid peroxidation leading to cell death, primarily influenced by the cystine/glutamate transport system (Xc system) and the enzyme glutathione peroxidase 4 (GPX4). Key findings indicate that erastin induces ferroptosis by depleting cellular glutathione (GSH) and promoting oxidative stress through reactive oxygen species (ROS), with lipoxygenases (LOX) playing a crucial role in lipid peroxidation. The section also highlights the morphological changes associated with ferroptosis, such as mitochondrial alterations, and distinguishes it from oxytosis, which shares some mechanisms but differs in execution.
In contrast, pyroptosis is a proinflammatory form of cell death mediated by caspases, particularly in immune cells like macrophages. The section outlines the canonical and noncanonical pathways of pyroptosis, emphasizing the role of inflammasomes and gasdermins in this process. Pyroptosis is linked to inflammation and immune responses, with implications for various diseases, including autoimmune disorders and cancer. The dual role of pyroptosis in tumor biology is noted, as it can either suppress tumor growth or contribute to a pro-tumorigenic environment through the release of inflammatory cytokines. Overall, both ferroptosis and pyroptosis are highlighted as critical mechanisms in health and disease, warranting further investigation into their therapeutic potential.