Механизмы апоптоза

Апоптоз.- феномен наследственно запрограммированной смерти клеток. Каждая клетка при

своем рождении как бы запрограммирована на самоуничтожение. Условие ее жизни - блокирование этой суицидальной программы.

Апоптоз реализуется для:

старых, отживших свой срок клеток;

клеток с нарушениями дифференцировки;

клеток с нарушениями генетического аппарата;

клеток, пораженных вирусами.

Морфологические признаки апоптоза: сморщивание клетки, конденсация и фрагментация

ядра, разрушение цитоскелета, буллезное выпячивание клеточной мембраны.

Особенность апоптоза - он не вызывает воспаления в окружающих тканях. Причина -

сохранность мембраны, которая изолирует повреждающие факторы цитоплазмы до полного

завершения процесса. Эта особенность - важная позитив ная черта апоптоза, в отличие от

некроза. При некрозе мембрана повреждается (или разрывается) сразу же. Поэтому при некрозе

содержимое цитоплазмы высвобождается (О 2, Н 2О2, лизосомальные ферменты). Возникает

повреждение соседних клеток и воспалительный проц есс. Важная черта апоптоза - удаление умирающих клеток происходит без развития воспаления. Процесс апоптоза может быть разделен на две фазы:

1. Формирование и проведение апоптических сигналов - фаза принятия решения. Это фаза восприятия клеткой стимулов дл я апоптоза. В зависимости от характера стимулов апоптоза может быть два типа сигнальных путей:

Повреждение ДНК в результате радиации, действия токсических агентов, глюкокортикойдов и т.д.

Активация рецепторов «региона клеточной смерти» без повреждения ДНК. Рецепторы «региона клеточной смерти» - это группа рецепторов на мембранах любых клеток, которые воспринимают проапоптические стимулы. Если количество и активность таких рецепторов увеличивается, то увеличивается количество апоптически гибнущих клеток.

К рецепторам «региона клеточной смерти» относятся:

Ø а) TNF-R (связывается с фактором некроза опухолей и активирует апоптоз); Ø б) Fas-R;

Ø в) CD45-R (связывается с антителами и активирует апоптоз).

Демонтаж клеточных структур - эффекторная фаза. Основные фигура нты эффекторной фазы:

Ø цистеиновые протеазы (каспазы); Ø эндонуклеазы;

Ø сериновые и лизосомальные протеазы;

Ø протеазы, активированные ионы Са⁺⁺ (кальпейн).

Среди них основные эффекторы демонтажа клеточных структур - каспазы. Классификация каспаз:

эффекторные каспазы - каспазы 3, 6, 7. Это непосредственные исполнители апоптоза. Эти каспазы находятся в клетке в неактивном состоянии. Активированные эффекторные каспазы начинают цепь протеолитических реакций, целью которых является «демонтаж» клетки. Их активируют индукторы активации эффекторных каспаз.

● индукторы активации эффекторных каспаз - каспазы 2, 8, 9, 10. Основные индукторы -

каспазы 8 и 9. Они активируют эффекторные каспазы. Механизм активации - расщепление аспарагиновых оснований с последующей димеризацией активных субъединиц. Эти каспазы при обычном состоянии в клетках неактивны, существуют в форме прокаспаз.

● активаторы цитокинов - каспазы 1, 4, 5, 13.

Активация тех или иных индукторов зависит от типа сигнального пути:

При повреждении ДНК задействуетс я сигнальный путь № 1, активируется каспаза № 9. При активации рецепторов клеточной смерти задействован сигнальный путь № 2, активируется каспаза № 8.

Сигнальный путь № 1 (связан с повреждением ДНК):

Повреждение ДНК

Активация гена р53 и продукция соответствующего белка

Активация проапоптических генов семейства BCL-2 (ВАХ и BID)

Образование белков этих генов

Активация каспазы 9

Активация каспазы 3

Активация других каспаз и протеаз

Апоптоз

Сигнальный путь № 2 (связан с активацией «региона клеточной смерти»)

Лиганд + рецепторы «региона клеточной смерти»

Активация каспазы № 8

Независимая активация каспазы № 3

Активация других каспаз и протеаз

Апоптоз

Регуляция апоптоза.

Исследования последних лет привели, к созданию модели апоптоза. По этой модели каждая клетка при своем рождении запрограммирована на самоуничтожение. Следовательно, условием

жизни является блокирование этой суицидальной программы. Основная задача регуляции апоптоза - держать эффекторные каспазы в неактивном состоянии, но быстро переводить их в активную форму в ответ на минимальное действие соответствующих индукторов. Отсюда, понятие ингибиторов и активаторов апоптоза.

Ингибиторы апоптоза (антиапоптические факторы). К наиболее серьезным ингибиторам апоптоза относятся ростовые факторы. Другие: ней тральные аминокислоты, цинк, эстрогены, андрогены, некоторые белки.

Пример: Белки семейства 1АР — подавляют активность каспаз 3 и 9, один из этих белков (Survin) обнаружен в опухолевых клетках. С ним связывают резистентность опухолевых клеток к химиотерапии.

Активаторы апоптоза (проапоптические факторы). Это проапоптические гены и их продукция: гены семейства BCL-2 (ВАХ и BID); гены Rb и Р53 (запускают апоптоз, если клетка задержана механизмом checkpoint).

Патогенез многих заболеваний, в том числе и опухоле вых, связан со снижением способности клеток подвергаться апоптозу. Отсюда накопление поврежденных клеток и формирование опухоли.

Патофизиология клеточного деления

Основное отличие деления здоровой и опухолевой клетки: деление здоровой клетки

регулируется п аракринным и эндокринным способом. Клетка подчиняется этим сигналам и

делится только в том случае, если организм нуждается в образовании новых клеток данного вида. Деление опухолевой клетки регулируется аутокринным способом. Опухолевая клетка сама образует митогенные стимуляторы и сама же делится под их влиянием. Она не отвечает на паракринные и эндокринные стимулы. Существует два механизма опухолевой трансформации клеток:

Активация онкогенов.

Протоонкогены— это нормальные, неповрежденные гены, которые к онтролируют деление здоровой клетки. К протоонкогенам относятся гены, контролирующие образование и работу ростовых факторов, мембранных рецепторов к ростовым факторам (например тирозинкиназных рецепторов), Ras-белков, МАР -киназ, участниц МАР -киназного каск ада, транскрипционных факторов АР-1.

Онкогены - поврежденные протоонкогены. Процесс повреждения протоонкогена и трансформация его в онкоген называется активация онкогена.

Механизмы активации онкогена:

§ Включение (вставка) промотора. Промотор - это участок ДНК, с которым связывается

	РНК-полимераза	протоонкогена. Необходимое условие - промотор должен находится
	в непосредственной близости с протоонкогеном. Отсюда варианты: а) промотор ДНК -
	копия онковирусов; б) «прыгающие гены» - участки ДНК, способные перемеща ться и
	встраиваться в разные участки генома клетки.
§	Амплификация	- увеличение числа протоонкогенов или появление копий
	протоонкогенов. Протоонкогены в норме обладают небольшой активностью. При
	увеличении числа или появлении копий их общая активность значительно возрастает и
	это может привести к опухолевой трансформации клетки.
§	Транслокация протоонкогенов		-	это перемещение протоонкогена в локус с
	функционирующим промотором.
§	Мутации протоонкогенов.
Онкогены образуют свои белки (онкобелки). Синтез онкобелков н					азывается «экспрессия
активных клеточных онкогенов». Онкобелки				- аналоги белков протоонкогенов: ростовые

факторы, Ras-белки, МАР -киназы, транскрипционные факторы. Но есть количественные и качественные отличия онкогенов от белков протоонкогенов: увеличение синтеза онкобелков по сравнению с синтезом белков протоонкогенов, онкобелки имеют структурные отличия от белков протоонкогенов.

Механизм действия онкобелков:

Онкобелки соединяются с рецепторами для факторов роста и образуют комплексы,

постоянно генерирующие сигналы к делению клетки.

Онкобелки повышают чувствительность рецепторов к факторам роста или понижают

чувствительность к ингибиторам роста.

Онкобелки могут сами действовать как факторы роста.

2. Инактивация генов -супрессоров. Гёны-супрессоры: Rb и р53. Их продукция - соответствующие белки. Инактивация генов -супрессоров (наследственная илиприобретенная)

ведет к пропуску в митоз клеток с поврежденной ДНК, размножению и накоплению этих клеток.

Это – возможнаяпричина формирования опухоли.