Апоптоз, что это?

Как выяснилось в последнее время, у клетки есть три способа уйти из жизни, и, в зависимости от контекста, она может выбрать сразу несколько из них, а может отказаться умирать, несмотря на уже начавшийся процесс.

Первый способ — апоптоз. Изящная гибель, не приносящая никаких проблем окружающим собратьям. В принципе, ранее мы уже писали об этом способе, так что мы не будем особо на нем останавливаться. Скажем лишь, что существует два пути активации апоптоза — внутренний и внешний. Внешний запускается при связывании представителей группы с милым названием «рецепторы смерти» со своими лигандами, внутренний же путь активируется под действием митохондриальных проферментов. В обоих случаях итогом служит повышение проницаемости наружной мембраны митохондрий с выходом цитохрома С в цитозоль, где он соединяется с Apaf1 и про-каспазой 9 — получается апоптосома, что приводит к запуску каскада каспаз 9/3 и непосредственно апоптозу.

Аутофагия — еще один распространенный способ клеточной смерти, тщательно регулируемый «генами, ответственными за аутофагию» (Autophagy-related Genes, Atg). Аутофагия играет двоякую роль. Она способствует выживанию, разрушая, например, при голодании внутриклеточные макромолекулы в целях получения энергии, но в то же время гиперактивация аутофагии может приводить к аутофагической гибели клетки. Благодаря избирательному разрушению внутриклеточного содержимого аутофагия может играть как проканцерогенную роль, так и выполнять обратную функцию.

Третий тип клеточной смерти — некроз. Ранее считалось, что в отличие от апоптоза, это спонтанный и ничем не контролируемый процесс, но не так давно обнаружили специальные медиаторы, опосредующие программированный (!) некроз, такие как RIP-киназы, поли-АДФ-рибоза-полимераза-1 (PARP-1), НАДФН-оксидазы и кальпаины. При разрыве мембраны содержимое клетки высвобождается во внеклеточное пространство, что приводит к воспалению в месте некроза, а это в свою очередь может иметь следствием как подавление туморогенеза, так и способствовать росту опухоли.

Морфологически и некроз, и контролируемый некроз идентичны, но под последним термином понимают именно регулируемый процесс, причем разнообразный по формам. Выделяют некроптоз (как правило, он происходит при невозможности активации каспаз, активируется теми же путями, как и апоптоз, о чем ниже); партанатос, запускающийся в ответ на неисправляемое повреждение ДНК, благодаря чему происходит гиперактивация PARP; и ферроптоз — железо-зависимая форма клеточной смерти, отличающаяся по морфологии от некроза и апоптоза, характеризующаяся аккумуляцией АФК и сжатием (shrinkage) митохондрий. Стоит сказать, некоторые авторы ее причисляют к некрозу, некоторые — нет, но упомянуть ее вреда не будет.

Все три пути клеточной смерти взаимодействуют друг с другом. В некоторых случаях апоптоз и аутофагия действуют совместно, в некоторых других же для активации, например, аутофагии необходимо предварительное подавление апоптоза; программированный некроз может быть активирован как резервный механизм при вызванным какими-либо причинами отсутствием активации каспаз. Интересно, что клетка может при некоторых обстоятельствах «одуматься» и от некроза перейти к апоптозу, в чем будет участвовать белок некростатин. Более того, некоторые белки, например, каспаза-8, участвуют как в апоптозе, так и аутофагии.

Внешний путь активации апоптоза начинается с активации представителей группы «рецепторов смерти»: TNF-R1, Fas, DR3, TRAIL-R1/2 (DR4/5) и DR6. Все эти белки cхожи тем, что у каждого имеется специальный участок, образованный шестью альфа-спиралями с грозным названием «домен смерти» (Death domain, DD).

При связывании со специфическими лигандами (для Fas — это Fas-лиганд, Fas-L, для TNF-R1 — ФНО альфа и бета) Fas тримеризуется, и домены смерти связываются друг с другом, после чего специальная адаптерная молекула FADD (Fas-Associated via Death Domain) своим С-концом присоединяется к DD, а на N-конце у этого белка располагается область, необходимая для связывания с дальнейшими участниками инициации апоптоза — Death-Effector Domain, DED. Такой же домен имеется и у про-каспазы 8 и 10.

В итоге оба этих домена взаимодействуют, и образуется огромный комплекс DISK, Death-Inducing Signaling Complex (Fas-FasL-FADD-прокаспаза-8/10). Прокаспазы 8 или 10 гидролизуются до, соответственно, каспаз 8/10, которые активируют каспазы 2, 3, 6, 7, и далее начинается непосредственно апоптоз.

Активация некоторых других сигнальных путей, таких как NF-kB, наоборот, препятствует апоптозу, индуцируя транскрипцию pro-survival генов, а семейство белков BCL (B-cell lymphoma), включающих Bcl-2, Bcl-Xl и т. д., действуют другим способом, ингибируя белки, участвующие во внутреннем пути апоптоза. В апоптозе играют роль и микроРНК, которые в зависимости от структуры и контекста ингибируют или же активируют белки клеточной смерти.

Как уже сказано, некроптоз по способу активации схож с апоптозом. При связывании того же FasL с Fas или TNF с соответствующим рецептором абсолютно аналогично образуется комплекс с FADD и про-каспазой 8. Но к этому комплексу может присоединиться специфическая серин-треониновая киназа (receptor-interacting proteinkinase-1, RIP), также обладающая доменом смерти.

При нормальных условиях эта киназа расщепляется под действием каспазы-8. В случае же добавления ингибитора всех, что есть, каспаз — вещества с непроизносимым названием Z-VAK-fmk, или активации рецепторов семейства TLR (в ответ на DAMP), или же из-за инфекции вирусами, заставляющими клетку синтезировать белки-серпины, образуется комплекс Fas-FADD-RIP1-RIP3. Комплекс этот активирует гликоген-фосфорилазу, глутаминсинтазу и глутаматдегидрогеназу, тем самым в разы повышая метаболизм клетки, а таким образом и продукцию АФК.

Активные формы кислорода в свою очередь повышают проницаемость наружной мембраны митохондрий со всеми, практически в буквальном смысле, вытекающими последствиями.

Партанатос — форма контролируемого некроза, основным виновником которой служит PARP — полимераза, которая, обнаружив небольшие повреждения в ДНК, повышает свою активность примерно в 500 раз и начинает образовывать PAR — полимеры, структурным звеном которых является АДФ-рибоза, источником АДФ-рибозы служит НАД+, а источником энергии — АТФ.

Полимеры соединяются друг с другом и гистонами, топоизомеразами 1 и 2, ДНК-полимеразами и прочими белками поблизости. Полимеры в норме разрушаются соответствующей гликогидролазой PARG, и на данный момент считается, что последняя оказывает протективный эффект против клеточной смерти, опосредованной PAR. К смерти, как на данный момент считается, приводит попадание PAR в цитозоль и их взаимодействие с Aif, который является белком не только внутреннего пути апоптоза, но и партанатоса.

АПОПТОЗ НЕЙРОНА — ОБЩИЙ МЕХАНИЗМ ПАТОГЕНЕЗА ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

И. А. Завалишин, М. Н. Захарова НИИ неврологии РАМН, Москва

На современном этапе исследование патогенеза заболеваний и повреждений нервной системы осуществляется с общебиологических позиций. В результате сложилось мнение об общих механизмах формирования патологического процесса при этих состояниях. Следует отметить, что многие изученные пути поражения нервной системы являются избыточным выражением существующих в рамках нормального гомеостаза реакций, что может быть обусловлено как экзогенными, так и эндогенными причинами. Обращает на себя внимание, что общие механизмы заболеваний нервной системы могут реализоваться на разных этапах патологического процесса. Следует также отметить, что большинство из этих данных получено в экспериментальных условиях, в связи с чем перенос их на патологию человека ограничен и требует чрезвычайной осторожности.

В настоящее время является общепризнанным то, что ключевой фактор патогенеза заболеваний нервной системы — гибель нейрона, может быть двух видов: программированная клеточная смерть (апоптоз) и патологическая клеточная смерть (некроз). При этом прекращение жизнедеятельности клетки в процессе апоптоза и некроза имеют четкие морфологические различия.

Примером программированной смерти нейронов служит их гибель в процессе эмбриогенеза. Все более очевидной становится роль апоптоза как при острых заболеваниях и повреждениях нервной системы (ишемия, травма), так и при нейродегенеративных болезнях (болезнь Альцгеймера, боковой амиотрофический склероз, болезнь Паркинсона).

Регуляция апоптоза в нервной системе осуществляется многочисленными сигнальными системами. Причем пути реализации этого процесса могут быть различными: модуляция активности ферментов, модуляция факторов транскрипции (р 53, АР-1, NF-кВ), прямая активация генов раннего немедленного ответа (c-jun, c-fos).

В настоящее время выделены три фазы апоптоза: инициации (индукции), эффекторная и деградации. В качестве инициирующих апоптоз факторов могут выступать: глутамат, (3-амилоид, депривация ростковых факторов, свободнорадикальные соединения, гипогликемия.

Первичная реакция со стороны нервной клетки на апоптотическое воздействие, по-видимому, реализуется генами раннего немедленного ответа. Активация этих генов рассматривается как один из основных, сохранившихся в эволюции, компонентов нейронального ответа на повреждение. Эти гены относятся к протоонкогенам, причем наиболее постоянно в центральной нервной системе отмечается экспрессия c-jun. Его продуктом является регуляторный протеин с-Jun, который относится к факторам транскрипции, реализующим клеточный ответ на повреждение через активацию или репрессию генов. Белок c-Jun участвует в регуляции клеточного цикла, дифференцировки, органогенеза, опухолевой трансформации, апоптоза. В последние годы установлено, что активация протоонкогена c-jun с повышенной экспрессией его продукта — протеина c-Jun

происходит при нейродегенеративных заболеваниях (болезнь Альцгеймера, боковой амиотрофический склероз). Современные авторы рассматривают c-jun как ранний маркер активации сигнальных систем при апоптозе . Протеин c-Jun образует димеры с другими белками — D- Jim, c-Fos, ATF (активизирующий фактор транскрипции), в результате чего образуется АР-1 комплекс. При этом механизм активации апоптоза протоонкогенами c-jun и c-fos, а также их продуктом — фактором транскрипции АР-1, по-видимому, обусловлен либо синтезом патологических белков, либо индукцией образования гипотетического апоптотического фактора. Активизация генов немедленного ответа в нейроне может осуществляться через протеинкиназный каскад p21ras-MAPK или сфингомиелиназо-церамидный сигнальный путь. В результате повышается транскрипция этих генов, что способствует развитию апоптоза.

За реализацию эффекторной фазы апоптоза в любой клетке, в частности, в нейроне, ответственны так называемые каспазы. К последним у человека относится, например, интерлейкин-1р-конвертирующая протеаза (ICE) или каспа-за-1 . В настоящее время выделены 3 класса каспаз (ICE, CED-3 и NEDD-2/ICH) . В норме каспазы находятся в неактивном состоянии в виде проэнзимов. Индукторы в этой ситуации выступают лишь в качестве триггеров, запуская реакции аутокатализа каспаз, т. е. самоактивации. Следует отметить, что каспазы, расщепляя как ядерные, так и цитоплазматические белковые структуры нейрона, участвуют не только в эффекторной стадии, но и в фазе деградации апоптоза, выступая в качестве основного повреждающего фактора в этом процессе.

В настоящее время установлено», что активация каспаз может происходить не только за счет внеклеточных механизмов, но и в результате внутриклеточных процессов. Ведущую роль при этом играют митохондриальные факторы, в частности, цитохром-Ц . Первым доказательством участия каспаз в гибели нейрона явилось изучение действия их ингибитора — белка р35 на культуре нейронов черной субстанции (Rabizadeh S., 1993). В этих клетках р35 блокировал каспазы и в результате ингибировал апоптоз, вызванный гипогликемией, избытком Са2+, депривацией нейротрофических факторов. В настоящее время активация каспаз рассматривается в качестве возможного механизма гибели нейрона при нейродегенеративных заболеваниях и СПИД-деменции . Так, установлено, что мишенью для каспазы-3 служит гентингтин — продукт гена хореи Гентингтона, а также пресенилины (PS-1 и PS-2) при болезни Альцгеймера. Эти реакции индуцируют апоптоз при указанных заболеваниях .

Регуляция апоптоза во II стадии (эффекторной) осуществляется преимущественно белками семейства Вс1-2, причем выделяют два класса этих белков: тормозящие апоптоз (Bcl-2, bc! — xl Bcl-w, Bfl-1, Brag-1, Mcl-1, A-l) и индуцирующие этот процесс (Вах, Bak, Bcl-Xs, Bad, Bid, Bik, Hrk). Все белки этого семейства во многом гомологичны между собой, что позволяет им взаимодействовать между собой. Соотношение белков Вс1-2 агонистов и антагонистов апоптоза определяет способность клетки, в том числе и нейрона, отвечать на апоптотические сигналы .

Допускается, что антиапоптотическое действие Вс1-2 связано с нормализацией функции митохондрий, которые участвуют в реализации апоптоза . Конкретными механизмами этого процесса являются: 1) блокирование высвобождения из митохондрий цитоохрома-Ц; 2) участие белков Вс1-2 в формировании трансмембранных митохондриальных пор, что определяет трансмембранный потенциал, а также высвобождение различных активных соединений и ионов из митохондрий; 3) возможность проникновения этих белков в липидные структуры мембран и формирование ионных каналов, что имеет значение в субклеточном распределении Са2+ между ядром, митохондриями и эндоплазматическим ретикулумом.

Гены семейства Вс1-2 и каспаз экспрессируются нейронами как в онтогенезе, так и в зрелой нервной системе. Опыты Martinou J. С. et al. (1994) показали, что у трансгенных мышей с избыточной экспрессией Вс1-2 мотонейроны устойчивы к апоптозу. Однако при неонатальной аксонотомии они значительно атрофируются, но выживают . Повышенная экспрессия Вах выявлена при боковом амиотрофическом склерозе и болезни Альцгеймера. Вс1-2 оказывает выраженное влияние на выживание любых нейронов и, в частности, мотонейронов.

Исследование Вс1-2 иммунохимическими методами в нейронах гиппокампа при болезни Альцгеймера в зависимости от степени тяжести, клинических симптомов и нейропатологических изменений (аутопсийные исследования) показало, что в целом экспрессия Вс1-2 в нейронах нарастала по мере прогрессирования и тяжести заболевания. Однако в нейронах, в которых идентифицированы нейрофибриллярные изменения, отмечено снижение Вс1-2, то есть синтез Вс1-2 резко снижается в этих дегенерирующих нейронах. Повышение Вс1-2 выявлено в астроцитах и эндотелии сосудов при болезни Альцгеймера. Повышение Вс1-2 рассматривается авторами как защитный механизм, тормозящий апоптоз в сохранных нейронах .

Выявлены отличия антиапоптотического действия Вс1-2 от эффектов фактора роста нервов (nerve growth factor, NGF): 1) NGF вызывает морфологическую дифференцировку клеток, а Вс1-2 нет; 2) период выживания клеток под действием Вс1-2 короче, чем соответственно с NGF. Однако не продемонстрирована экспрессия Вс1-2 в ответ на NGF. Вместе с тем, Вс1-2 не подавляет апоптоз, вызванный дефицитом цилиарного нейротрофического фактора (ciliary neurotrophic factor, CNTF) в отличие от NGF. Это предполагает существование различных механизмов апоптоза.

Недавние исследования выявили частичную делецию гена, ответственного за экспрессию белка, ингибирующего нейрональный апоптоз, при спинальной мышечной атрофии (NIAP, neuronal inhibitory apoptosis protein) . Этот белок гомологичен белку IAP вирусного происхождения (baculo virus). Установлено двойное действие полиовируса: индуцирование апоптоза за счет блока макромолекулярного синтеза, а при определенных условиях, наоборот, — проявление антиапоптотической активности. В связи с этим следует отметить, что существует гипотеза в отношении фрагментации ДНК, сопровождающей апоптоз, которая, возможно, возникла как механизм противовирусной защиты чтобы не допустить репликации вируса в клетке. В настоящее время показано, что ряд вирусных белков тормозит апоптоз в нейроне.

В 1993 г. был идентифицирован новый ген, индуцирующий апоптоз исключительно в нервной системе — это ген низкоаффинного рецептора к фактору роста нервов (pTSNGFR) .

Следует отметить, что в нейронах зрелой нервной ткани нет экспрессии Р15NGFR, который относится к семейству, включающему и гены рецепторов к Факторам некроза опухоли, однако при болезни Альцгеймера и боковом амиотрофическом склерозе выявлена его повышенная экспрессия, соответственно, в базальных холинергических нейронах и в мотонейронах спинного мозга. Предполагается, что повышенная экспрессия p75NGFR способствует образованию арахидоновой кислоты, активации перекисного окисления липидов и развитию окислительного стресса.

Большое значение в развитии апоптоза отводится цитозольному фактору транскрипции (NF-кВ), который регулирует экспрессию генов, кодирующих белки, которые участвуют в формировании иммунного ответа и реакций воспаления. NF-кВ существует в двух формах: индуцибельный (в цитоплазме и синапсах) и конститутивной (в ядре). Этот фактор выявлен в синапсах коры больших полушарий, мозжечка и гиппокампа. Установлена возможность ретроградного транспорта NF-кВ из синапса в ядро. Это новая сигнальная система для ядра. Экспрессия NF-кВ имеет важное значение в нейрональной пластичности и синаптической активности .

Накапливаются данные в пользу участия NF-кВ в развитии болезни Альцгеймера: (3-амилоид активирует NF-кВ через образование активных метаболитов 02, tau-белки также активируют NF-кВ. При этом NF-кВ активируется вокруг бляшек на самых ранних стадиях болезни путем взаимодействия с RAGE-рецептором, общим для tau и А (3. В свою очередь активированный NF-кВ совместно с метаболитами tau индуцирует экспрессию гена-предшественника амилоидного пептида. Вместе с тем следует отметить, что наряду с апоптотическим эффектом NF-кВ при определенных условиях может оказывать и нейропротективное действие .

Некроз клетки — тип клеточной смерти, принципиально отличный от упорядоченного прекращения жизнедеятельности в процессе апоптоза развивающихся нейронов. Причиной этого процесса могут стать различные патогенные факторы: гипоксия, токсемия, гипертермия и др. При некрозе наблюдаются вакуолизация, резкое набухание клеток, завершающееся лизисом.

В последние годы установлено, что гены, имеющие значение в механизмах развития апоптоза, участвуют и при формировании нейронального некроза. Так, показано, что Вс1-2 ингибирует некроз . Предполагается, что этот ген регулирует внутриклеточные процессы, в одних случаях приводящие к апоптозу, в других — к некрозу. Другой антиапоптотический ген Bcl-XL подавляет не только апоптоз, но и некротическую гибель нейронов при гипоксии. Ингибиторы ICE протеаз также способны затормозить развитие не только апоптоза, но и некоторые формы некроза. Это предполагает наличие общих механизмов гибели клетки как при апоптозе, так и некрозе .

В нейрональной культуре повышенная экспрессия p75NGFR вызывается введением (3-амилоидного пептида ((3-АР), морфологически при этом наблюдается картина в большей степени похожая на некроз, чем на апоптоз. Допускается, что этот механизм может быть одним из звеньев патогенеза болезни Альцгеймера.

Выраженной нейрональной токсичностью обладают и некоторые амилоидогенные пептиды, в частности, (3-АР 1-40 и (3-АР 25-35, а также пептид прионного белка Р^Р 106-126. От концентрации, например, пептидов (3-АР зависит механизм гибели клетки — некроз или апоптоз, pr? 106-126 индуцирует апоптоз. Сложилось мнение, что различные факторы, приводящие клетку к гибели, вызывают либо некроз (большие концентрации за короткое время), либо апоптоз (малые дозы за длительный период) . К этим факторам относятся активные метаболиты кислорода, концентрация внутриклеточного Са2+, нарушение формирования Са2+-каналов и Са2+ гомеостаза, повышение чувствительности к глутамату его рецепторов, блок тахикининовых рецепторов и т. д.

Все эти исследования убеждают в существовании сложной системы регуляции апоптоза и некроза. Предполагается наличие и других пока не идентифицированных генов, регулирующих эти процессы в нервной системе.

Современный уровень знаний о молекулярных механизмах гибели нейрона при болезнях Альцгеймера, Паркинсона и Гентингтона, боковом амиотрофическом склерозе, эпилепсии, ишемии и гипогликемии явно недостаточен для понимания всех аспектов их патогенеза. Тем не менее, представляется весьма вероятным, что в повреждении нервных клеток при этих различных по этиологии заболеваниях принимают участие два стандартных механизма — окислительный стресс и эксайтотоксичность, которые могут индуцировать развитие некроза или апоптоза нейрона .

Таким образом, механизмы гибели нервной клетки при нейродегенеративных заболеваниях осуществляются, главным образом, по механизму апоптоза; при острых заболеваниях и повреждениях нервной системы в основном по пути некроза. Реализация этих эффектов связана с изменением экспрессии ряда онкогенов в связи с развитием реакций окислительного стресса и эксайтотоксичности, являющихся одним из общих механизмов повреждения нервной системы при различных патологических состояниях.

Литература

3. Cebollos-Picot I. The role ofoxidative stress in Neuronal Death. 1997. Springer. 203 P.

5. Holtzman D. M., Deshmukh M. Caspases: a treatement target for neurodegenerative disease.//Nature Medicine 1997, v. 3, p. 954-955.

7. Kroemer G. The proto-oncogene Bcl-2 and its role in regulating apoptosis.// Nature Medicine 1997, v. 3, p. 614-620.

8. Martinou J. K-., Dubois-Dauphin V., Staple J. K. Overexepression of bcl-2 in transgenic

mice protects neurons from naturally occurring cell death and experimental ishemia.// Neuron. 1994, v. 13, P. 1017-1030.

11- Rabizadeh S., Ohj., Zhong 1. et al. Induction ofapoptosis by the low-affinity NGF receptor.//Science 1993, v.,261, p. 345-348.

13. Schwartz L. M., Milligan С. Е. Cold thoughts of death: The role of ICE proteases in neuronal cell death. //TINS 1996 v. 19, p. 555-562.

Апоптоз. Определение. Стадии апоптоза.

Апоптоз.

Апоптоз – это программированная клеточная смерть (инициирующаяся под действием вне- или внутриклеточных факторов) в развитии которой активную роль принимают специальные и генетически запрограммированные внутриклеточные механизмы. Он, в отличие от некроза активный процесс, требующий определенных энергозатрат. Первоначально пытались разграничить понятия «программированная клеточная гибель» и «апоптоз»: к первому термину относили устранение клеток в эмбриогенезе, а ко второму – программированную смерть только зрелых дифференцированных клеток. В настоящее время выяснилось, что никакой целесообразности в этом нет (механизмы развития клеточной гибели одинаковы) и два понятия превратились в синонимы, хотя это объединение и не бесспорно.

Прежде чем приступить к изложению материала о роли апоптоза для жизнедеятельности клетки (и организма) в норме и патологии, мы рассмотрим механизм апоптоза. Их реализацию можно представить в виде поэтапного развития следующих стадий:

1 стадия – стадия инициации (индукции).

В зависимости от происхождения сигнала, стимулирующего апоптоз, различают:

  • внутриклеточные стимулы апоптоза. Среди них к наиболее известным относят – разные виды облучения, избыток Н+, оксид азота, свободные радикалы кислорода и липидов, гипертермия и др. Все они могут вызывать различные повреждения хромосом (разрывы ДНК, нарушения ее конформации др.) и внутриклеточных мембран (особенно митохондрий). То есть в данном случае поводом для апоптоза служит «неудовлетворительное состояние самой клетки» (Мушкамбиров Н.П., Кузнецов С.Л., 2003). Причем, повреждение структур клеток должно быть достаточно сильным, но не разрушительным. У клетки должны сохраниться энергетические и материальные ресурсы для активации генов апоптоза и его эффекторных механизмов. Внутриклеточный путь стимуляции программированной смерти клетки можно обозначить как «апоптоз изнутри»;

  • трансмембранные стимулы апоптоза, т.е., в этом случае он активируется внешней «сигнализацией», которая передается через мембранные или (реже) внутриклеточные рецепторы. Клетка может быть вполне жизнеспособной, но, с позиции целостного организма или «ошибочной» стимуляции апоптоза, она должна погибнуть. Этот вариант апоптоза получил название «апоптоз по команде».

Трансмембранные стимулы подразделяются на:

  • «отрицательные» сигналы. Для нормальной жизнедеятельности клетки, регуляции ее деления и размножения необходимо воздействие на нее через рецепторы различных БАВ: факторов роста, цитокинов, гормонов. Среди прочих эффектов, они подавляют механизмы клеточной гибели. И естественно, дефицит или отсутствие данных БАВ активирует механизмы программированной смерти клетки;

  • «положительные» сигналы. Сигнальные молекулы, такие как ФНОα, глюкокортикоиды, некоторые антигены, адгезивные белки и др., после взаимодействия с клеточными рецепторами могут запускать программу апоптоза.

На клеточных мембранах находится группа рецепторов, в задачу которых передача сигнала к развитию апоптоза является основной, возможно даже единственной функцией. Это, например, белки группы DR (death receptos – «рецепторы смерти»): DR3, DR4, DR5. Наиболее хорошо изучен Fas-рецептор, появляющийся на поверхности клеток (гепатоцитах) спонтанно или под влиянием активации (зрелые лимфоциты). Fas-рецептор при взаимодействии с Fas-рецептором (лигандом) Т-киллера запускает программу смерти клетки мишени. Однако, взаимодействие Fas-рецептора с Fas-лигандом в областях, изолированных от иммунной системы, заканчивается гибелью самого Т-киллера (см. нижеигандом в областях, изолированных от иммунной системы, заканчивается гибелью самого Т-киллера ()ожно000000000000000000000000000).

Следует помнить, что некоторые сигнальные молекулы апоптоза, в зависимости от ситуации могут наоборот, блокировать развитие программированной смерти клеток. Амбивалентность (двойственное проявление противоположных качеств) характерна для ФНО, ИЛ-2, интерферона γ и др.

На мембранах эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов, а так же клеток легкого и кожи обнаружены особые антигены-маркеры. На них синтезируются физиологические аутоантитела, и они, выполняя роль опсонинов, способствуют фагоцитозу этих клеток, т.е. гибель клеток происходит путемаутофагоцитоза. Выяснилось, что антигены-маркеры появляются на поверхности «старых» (прошедших свой путь онтогенетического развития) и поврежденных клетках, молодые и неповрежденные клетки их не имеют. Данные антигены получили название «антигены-маркеры стареющих и поврежденных клеток» или «белок третьей полосы». Появление белка третьей полосы контролируется геномом клетки. Следовательно, аутофагоцитоз можно рассматривать, как вариант запрограммированной гибели клеток.

  • Смешанные сигналы. Это сочетанное воздействие сигналов первой и второй группы. Например, апоптоз происходит с лимфоцитами, активированных митогоном (положительный сигнал), но не вступивших в контакт с АГ (отрицательный сигнал).

2 стадия – стадия программирования (контроля и интеграции механизмов апоптоза).

Для этой стадии характерно два, диаметрально противоположных процесса, наблюдающихся после инициации. Происходит либо:

  • реализация пускового сигнала к апоптозу через активацию его программы (эффекторами являются каспазы и эндонуклеазы);

  • блокируется эффект пускового сигнала апоптоза.

Различают два основных, но не исключающих друг друга, варианта исполнения стадии программирования (рис. 14):

Рис. 14. Каспазный каскад и его мишени

R– мембранный рецептор; К – каспазы;AIF– митохондриальная протеаза; Цит. С – цитохром с;Apaf-1 – цитоплазматический белок;IAPs– ингибиторы каспаз

1. Прямая передача сигнала (прямой путь активации эффекторных механизмов апоптоза минуя геном клетки) реализуется через:

  • адапторные белки. Например, так осуществляется запуск апоптоза Т-киллером. Он активирует каспазу-8 (адапторный белок). Аналогично может действовать и ФНО;

  • цитохром С и протеазу ΑIF (митохондриальная протеаза). Они выходят из поврежденной митохондрии и активируют каспазу-9;

  • гранзимы. Т-киллеры синтезируют белок перфорин, который образует каналы в плазмолемме клетки-мишени. Через эти каналы в клетку проникают протеолитические ферменты гранзимы, выделяемые все тем же Т-киллером и они запускают каскад каспазной сети.

2. Опосредованная передача сигнала. Она реализуется с помощью генома клетки путем:

  • репрессии генов, контролирующих синтез белков-ингибиторов апоптоза (гены Bcl-2, Bcl-XL и др). Белки Bcl-2 в нормальных клетках входят в состав мембраны митохондрий и закрывают каналы по которым из этих органоидов выходят цитохром С и протеаза AIF;

  • экспрессии, активации генов, контролирующих синтез белков-активаторов апоптоза (гены Bax, Bad, Bak, Rb, P53 и др.). Они, в свою очередь активируют каспазы (к-8, к-9).

На рис. 14 представлена примерная схема каспазного принципа активации каспаз. Видно, что откуда бы не запускался каскад, его узловым моментом является каспаза 3. Она активируется и каспазой 8 и 9. Всего в семействе каспаз – более 10 ферментов. Локализуются в цитоплазме клетки в неактивном состоянии (прокаспазы). Положение всех каспаз в данном каскаде до конца не выяснено, поэтому на схеме ряд из них отсутствует. Как только активируются каспазы 3,7,6 (возможно и их другие типы) наступает 3 стадия апоптоза.

3 стадия – стадия реализация программы (исполнительная, эффекторная).

Непосредственными исполнителями («палачами» клетки) являются выше указанные каспазы и эндонуклеазы. Местом приложения их действия (протеолиза) служат (рис. 14):

  • цитоплазматические белки – белки цитоскелета (фодрин и актин). Гидролизом фодрина объясняют изменение поверхности клетки – «гофрирование» плазмолеммы (появление на ней впячиваний и выступов);

  • белки некоторых цитоплазматических регуляторных ферментов: фосфолипазы А2, протеинкиназы С и др.;

  • ядерные белки. Протеолиз ядерных белков занимает основное место в развитии апоптоза. Разрушаются структурные белки, белки ферментов репликации и репарации (ДНК-протеинкиназы и др.), регуляторные белки (рRb и др.), белки-ингибиторов эндонуклеаз.

Иннактивация последней группы – белков ингибиторов эндонуклеаз приводит к активации эндонуклеаз, второму «орудию» апоптоза. В настоящее время эндонуклеазы и в частности, Са2+, Мg2+ -зависимая эндонуклеаза, рассматривается как центральный фермент программируемой смерти клетки. Она расщепляет ДНК не в случайных местах, а только в линкерных участках (соединительные участки между нуклеосомами). Поэтому хроматин не лизируется, а только фрагментируется, что определяет отличительную, структурную черту апоптоза.

Вследствие разрушения белка и хроматина в клетке формируются и от нее отпочковываются различные фрагменты – апоптозные тельца. В них находятся остатки цитоплазмы, органелл, хроматина и др.

4 стадия – стадия удаления апоптозных телец (фрагментов клетки).

На поверхности апоптозных телец экспрессируются лиганды, они распознаются рецепторами фагоцитов. Процесс обнаружения, поглощения и метаболизирования фрагментов погибшей клетки происходит сравнительно быстро. Это способствует избежать попадания содержания погибшей клетки в окружающую среду и тем самым, как отмечено выше, воспалительный процесс не развивается. Клетка уходит из жизни «спокойно», не беспокоя «соседей» («тихий суицид»).

Программированная клеточная гибель имеет важное значение для многих физиологических процессов. С апоптозом связаны:

  • поддержание нормальных процессов морфогенеза – запрограммированная смерть клеток в процессе эмбриогенеза (имплантации, органогенеза) и метаморфоза;

  • поддержание клеточного гомеостаза (в том числе ликвидация клеток с генетическими нарушениями и инфицированных вирусами). Апоптозом объясняется физиологическая инволюция и уравновешивание митозов в зрелых тканях и органах. Например, гибель клеток в активно пролиферирующих и самообновляющихся популяциях – эпителиоцитов кишечника, зрелых лейкоцитов, эритроцитов. Гормонально-зависимая инволюция – гибель эндометрия в конце менструального цикла;

  • селекция разновидностей клеток внутри популяции. Например, формирование антигенспецифической составляющей иммунной системы и управление реализацией ее эффекторных механизмов. С помощью апоптоза происходит выбраковка ненужных и опасных для организма клонов лимфоцитов (аутоагрессивных). Сравнительно недавно (Griffith T.S., 1997) показали значение программированной гибели клеток в защите «иммунологически привилегированных» зон (внутренние среды глаза и семенников). При прохождении гисто-гематических барьеров данных зон (что случается редко), эффекторные Т-лимфоциты гибнут (см. выше). Включение механизмов их смерти обеспечивается при взаимодействии Fas-лиганда барьерных клеток с Fas-рецепторами Т-лимфоцита, тем самым предотвращается развитие аутоагрессии.

Роль апоптоза в патологии и виды различных заболеваний связанных с нарушением апоптоза представлены в виде схемы (рис. 15) и таблицы 1.

Конечно, значение апоптоза в патологии меньше чем некроза (возможно, это связано с недостаточностью таких знаний). Однако, проблема его в патологии имеет и несколько иной характер: она оценивается по степени выраженности апоптоза — усиление или ослабление при тех или иных болезнях.

Программируемая клеточная гибель

Программи́руемая кле́точная ги́бель, или программи́руемая кле́точная смерть, или запрограмми́рованная ги́бель кле́ток (ПКГ, англ. Programmed cell death) — гибель клетки, которая происходит за счёт запрограммированных внутриклеточных процессов. Ко второму десятилетию XXI века насчитывается более десяти известных видов программируемой клеточной гибели. С 2005 года классификацией видов клеточной гибели занимается Комитет по номенклатуре видов клеточной гибели (англ. Nomenclature Commitee on Cell Death). Программируемая клеточная гибель описана для всех крупных групп эукариот: животных, растений, грибов, слизевиков и даже одноклеточных организмов (например, дрожжей). ПКГ выполняет множество функций как на уровне клетки, так и на уровне целого организма: у животных она играет важнейшую роль в развитии, с её помощью элиминируются повреждённые клетки, у растений она задействована в образовании тканей, состоящих из мёртвых клеток, таких как ксилема. Программируемая клеточная гибель известна не только у эукариот: несколько видов программируемой гибели было описано у бактерий. Все виды программируемой клеточной гибели можно подразделить на внешние, которые запускаются сигналами извне клетки, и внутренние, вызванные нарушениями в функционировании клеток.

Энциклопедичный YouTube

  • 1/5 Просмотров:627 13 104 11 118 22 326 404
  • ✪ Апоптоз — программируемая клеточная гибель | Клеточная биология | НМИЦ им. В. А. Алмазова
  • ✪ Лекция 2. Клеточная гибель. Некроз. Апоптоз.
  • ✪ Запрограммированная смерть(Апоптоз)
  • ✪ Механизм апоптоза
  • ✪ «Программируемая гибель клеток: роль в развитии и терапии опухолей». Гость: Животовский Б.Д.

Субтитры

  • 1 Классификация
    • 1.1 Зависимая от лизосом клеточная гибель
    • 1.2 Зависимая от аутофагии клеточная гибель
    • 1.3 Иммуногенная клеточная гибель
    • 1.4 Внутренний апоптоз
    • 1.5 Внешний апоптоз
    • 1.6 Некроз, зависимый от проницаемости митохондрий
    • 1.7 Некроптоз
    • 1.8 Ферроптоз
    • 1.9 Пироптоз
    • 1.10 Партанатоз
    • 1.11 Энтоз
    • 1.12 Нетоз
  • 2 У беспозвоночных
  • 3 У растений
  • 4 У грибов
  • 5 У слизевиков
  • 6 У бактерий
  • 7 Физиологическое значение
  • 8 История изучения
  • 9 Примечания

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *