Ο προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος (PCD), ή απόπτωση, είναι ένα φυσιολογικό μέρος του μεταβολισμού των ζώων. Μερικές φορές αυτή η διαδικασία μπορεί να συμβεί σε λάθος αναπτυξιακό στάδιο, προκαλώντας ασθένεια. Κανονικά, τα ένζυμα που ονομάζονται κασπάσες είναι υπεύθυνα για την πρόκληση κυτταρικού θανάτου. Μια εναλλακτική διαδικασία για την επίτευξη PCD είναι μια πρωτεΐνη που ονομάζεται παράγοντας που προκαλεί απόπτωση (AIF). Αυτή η πρωτεΐνη βρίσκεται στα μιτοχόνδρια και μετατοπίζεται στον πυρήνα για να προκαλέσει υποβάθμιση του DNA και επακόλουθο θάνατο των κυττάρων.
Η απόπτωση είναι ένα φυσιολογικό μέρος του κυτταρικού μεταβολισμού. Το ανθρώπινο σώμα έχει συνεχώς κύτταρα που πεθαίνουν και στη συνέχεια τα αντικαθιστά. Εάν η διαδικασία δεν ρυθμιστεί σωστά, μπορεί να έχει σοβαρές επιπτώσεις στην ανθρώπινη φυσιολογία. Για παράδειγμα, τα καρκινικά κύτταρα υποβάλλονται σε PCD πολύ λιγότερο συχνά από τα υγιή κύτταρα και είναι σε θέση να εξαπλωθούν και να γίνουν όγκοι. Εναλλακτικά, εάν ο κανονισμός κάνει την απόπτωση να συμβαίνει πολύ συχνά, τα κύτταρα μπορούν να πεθάνουν όταν χρειαστούν για τη λειτουργία των ιστών.
Τα μιτοχόνδρια είναι κυτταρικές δομές που χωρίζονται από το υπόλοιπο κύτταρο με μια εξωτερική μεμβράνη. Έχουν επίσης εσωτερική μεμβράνη. Μεταξύ αυτών των δύο μεμβρανών υπάρχει ένας χώρος γεμάτος υγρό που περιέχει πολλές πρωτεΐνες, ιδιαίτερα εκείνες που εμπλέκονται στην παραγωγή ενέργειας για τα κύτταρα. Ο παράγοντας που προκαλεί απόπτωση βρίσκεται σε αυτόν τον χώρο και λειτουργεί στην αναπνευστική οδό.
Πολλές από τις πρωτεΐνες που εμπλέκονται στο θάνατο των κυττάρων είναι κασπάσες, αλλά ο παράγοντας που προκαλεί απόπτωση είναι ένας εντελώς διαφορετικός τύπος πρωτεΐνης. Αυτό το ένζυμο είναι μια φλαβοπρωτεΐνη, μια εξειδικευμένη πρωτεΐνη που εμπλέκεται στη μεταφορά ηλεκτρονίων. Βρίσκεται σε μια ευρεία σειρά ευκαρυωτικών κυττάρων, που κυμαίνονται από τον άνθρωπο μέχρι τον ακτινωτό οργανισμό της λίμνης Tetrahymena. Μελέτες για την αλληλουχία της πρωτεΐνης και των γονιδίων που κωδικοποιούν τους παράγοντες που προκαλούν απόπτωση δείχνουν ότι είναι μια αρχαία πρωτεΐνη και χρονολογείται πολύ μακριά στην εξέλιξη.
Όταν τα πρώιμα σήματα ξεκινούν το PCD, η εξωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων διαρρέει. Ο AIF απελευθερώνεται από το διαμέρισμα του στα μιτοχόνδρια και εισέρχεται στο κυτταρόλυμα, το υγρό περιβάλλον του κυττάρου. Από εκεί, φτάνει στον πυρήνα. Αυτή η πρωτεΐνη προκαλεί τον τεμαχισμό του DNA στον πυρήνα. Κατά τη διαδικασία, επηρεάζει τη δομική ακεραιότητα του πυρήνα διαταράσσοντας τη δομή της χρωματίνης, επιφέροντας ένα πρώιμο στάδιο προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου.
Η ρύθμιση του παράγοντα που προκαλεί απόπτωση έχει μελετηθεί πολύ διεξοδικά σε ζωικά μοντέλα. Αυτό έχει οδηγήσει σε συσχετίσεις της δραστηριότητας AIF και στο θάνατο νευρωνικών κυττάρων. Ασθένειες όπως η νόσος του Lou Gehrig συσχετίστηκαν με τέτοια δραστηριότητα σε μελέτες με ζώα.
Πολλές ανθρώπινες ασθένειες είναι γνωστό ότι οφείλονται σε λειτουργικά προβλήματα με τα μιτοχόνδρια. Ένας άλλος τύπος λανθασμένης ρύθμισης μπορεί να συμβεί σε παράγοντα που προκαλεί απόπτωση ενώ βρίσκεται ακόμα στη μιτοχονδριακή θέση του. Γενετικές μελέτες συσχέτισαν μεταλλάξεις που επηρεάζουν τον AIF ενώ εντοπίζεται στο φυσιολογικό κυτταρικό διαμέρισμα του σε μια σειρά από ανθρώπινες ασθένειες που βασίζονται στη δυσλειτουργία των μιτοχονδρίων.