Глава 8. Повреждение исполнительного аппарата клетки.

До сих пор мы обсуждали информационные аспекты клеточного повреждения, связанные с нарушениями сигнализации, восприятия и передачи управляющих сигналов, а также с дефектами адаптационных программ клетки. Однако проблема клеточного повреждения имеет и другую, очень важную сторону. Повреждение приводит к типовым изменениям в различных отсеках клетки. Морфологические элементы патологии клетки уже были предметом рассмотрения в классических руководствах (см. напр. А.Поликар, М.Бесси; 1970). Данный раздел посвящен современным данным о типовых патохимических закономерностях повреждения клеточного «исполнительного аппарата». Вначале мы рассмотрим их по отдельности, применительно к различным органеллам, а затем опишем интегральные механизмы разных способов гибели клетки.

Патохимические последствия повреждения клеточного ядра.

Повреждение ядерной ДНК вызывает несколько типовых защитных реакций. Однако, каждый из этих механизмов «погрешим» и , срабатывая, становится причиной вторичных нарушений (рис.27).

Рассмотрим это на примерах. Выше уже шла речь о системе эксцизионной репарации пиримидиновых димеров и однонитевых разрывов ДНК и о потенциальных опасностях, связанных с ее несовершенной работой.

К этому можно добавить, что эндонуклеазы, играющие важную роль в работе репаразной системы , при определенных условиях могут обеспечить начало апоптоза - запрограммированной гибели поврежденной клетки с фрагментацией ее ДНК. Более того, подобный «вызов огня на себя» для устранения повреждения вместе с клеткой, которая его несет, по-видимому, является достаточно характерным результатом повреждения ядра, так как очень многие повреждающие агенты индуцируют апоптоз клеток-мишеней, а конституциональный элемент системы репарирования мутаций - ген р53, упоминавшийся выше, как «замораживатель» митотического цикла поврежденных клеток в G1 -фазе, известен также как ген-индуктор апоптоза.

Достаточно типичным биохимическим последствием повреждения хроматина служит усиление метилирования и АДФ-рибозилирования ДНК и ядерных белков.

Известно, что в хроматине активные гены менее метилированы (В.Дёрфлер, 1981), поэтому первая из данных биохимических реакций может отражать инактивацию во время клеточного повреждения ряда «неэкстренных» текущих клеточных программ, которые на период острой адаптации к повреждению архивируются.

Что же касается роли и последствий усиления полиАДФ-рибозилирования, то эта сторона ядерного ответа на повреждение может весьма драматически влиять на судьбу поврежденной клетки. В присутствии поврежденной ДНК активируется фермент полиАДФ-рибозилполимераза (ПАРП). Фермент превращает остатки НАД в полиАДФ-рибозу и вызывает сшивку белков хроматина через полиАДФ-рибозильные мостики. Данный механизм - универсальный для всех живых клеток - направлен на закрепление концов разорванной хроматиновой нити и , фактически, участвует в работе репаразной системы, склеивая разрывы , препятствуя транскрипции поврежденной ДНК и, возможно, ограничивая хромосомные аберрации.

Однако, активная работа ПАРП приводит к лавинообразному накоплению полиАДФ-рибозилов и истощению пула никотинамиддинуклеотида, вследствие чего ресинтез макроэргических соединений в клетке тормозится. При нехватке энергии пуриновые основания превращаются в гипоксантин и мочевую кислоту, а этот процесс сопровождается выделением супероксидных анионов. Образование активных кислородных радикалов при формировании мочевой кислоты - давно известный факт. Именно эта особенность конечных этапов синтеза мочевой кислоты приводит к обострению воспалительных явлений у подагриков всякий раз, когда они нарушают диету и испытывают пуриновую нагрузку. Но наиболее поразительно, что этот же процесс участвует в опосредовании клеточной гибели после ядерных повреждений. Активные радикалы кислорода наводняют ядро и вызывают вторичное самоповреждение ДНК, усугубляя нарушения в работе генома.

Активация полиАДФ-рибозилирования считается важным механизмом апоптоза, а , возможно, и некробиоза. По крайней мере, ее ингибиторы - большие дозы витамина РР, оксимы и т .д.- обладают цитопротекторным действием и тормозят апоптоз и некроз.

В поврежденных клеточных ядрах происходит включение целого ряда аварийных генетических программ, считывание которых в нормальных условиях отсутствует или минимально.

К ним относятся:

• гены белков теплового шока

• немедленные гены предраннего ответа

• антионкогены

• гены-регуляторы программированой клеточной гибели

• ген маркера стареющих и поврежденных клеток

Работа каждой из этих генетических систем сочетает защитные и вторичные повреждающие эффекты, иллюстрируя концепцию биологической погрешимости.