Генетический контроль физиологической клеточной гибели

Роль генов в регуляции апоптоза, как и других физиологических процессов в клетке – пролиферации и дифференцировки, считается общепризнанной.

В реализации (как запуске, так и модуляции) естественной клеточной гибели доказана роль генотипа, определяющего с участием различных генов последовательность биохимических и морфологических событий апоптоза, поглощения фагоцитами апоптотических телец, пикноз ядра, опзделение ядра на фрагменты, повреждение ДНК и др.

Схематично роль генов в регуляции апоптоза представлена на рис. 12-2. Индукция и осуществление различных этапов апоптоза клеток различных тканей и органов контролируется набором генов, которые обуславливают выбор апоптотического пути, реализацию или ингибирование апоптоза, а также расщепление погибших клеток и их фагоцитоз.

Доказано, что в модуляции апоптоза клеток принимают участие изменения активности следующих генов: p53, ras, Fas/APO-1, c-mys, c-jun, c-fos, nur77, bax, bcl-2, bcl-Х, be 12 и др.

Рис. 12-2. Генетическая иерархия контроля клеточной гибели (Швартц, 1993)

В развитии апоптоза, наряду с внутренней (генетической информацией), немаловажное значение придается влиянию на организм (его клеточные и субклеточные структуры) внешней информации в виде наличия или отсутствия, во-первых, растворимых сигнальных молекул, во-вторых, взаимодействия с другими клетками, в-третьих, взаимодействия с определенными субстратами.

Пусковые и внутриклеточные механизмы апоптоза

В развитии апоптоза выделяют 3 стадии: индукторную, эффекторную и стадию деградации. Две последние стадии едины для всех разновидностей апоптоза. Первая стадия отличается большим разнообразием и существенно зависит от типа клеток и сигналов (ин­дукторных факторов). Показано, что в одних случаях генетическая программа гибели клетки включается внешними факторами, а в дру­гих случаях эта программа реализуется при отсутствии соответствующих защитных факторов (табл. 12-2).

Наи­более полно изучены условия экзогенной индукции (внешними воздействиями) апоптоза Т-лимфоцитов, особенно кор­тикальных тимоцитов. Классическими индукторами апоптоза тимоцитов служат глюкокортикоиды. Последние после проникновения в клетку проявляют свое действие через рецепторы, локализующиеся в ядре. Одни тимоциты гиб­нут под действием кор

Таблица 12-2

Разновидности сигналов, приводящих к индукции апоптоза

Происхождение сигнала	Природа сигнала	Примеры
Внеклеточные сигналы	Антиген. Гормон. Цитокин (FasL).	Негативная селекция тимоцитов. Действие глюкокортикоидов. Fas-зависимый апоптоз. Ци­толиз, вызванный ФНО.
Внутриклеточные сигналы	Повреждение хромосом, другие изменения хроматина.	Радиационная гибель лимфоцитов в интерфазе. Действие топоизомераз.
Дефицит факторов	Дефицит ростовых факторов. Дефицит антигенов. Дефицит корецептора.	Гибель кроветворных клеток. Гибель активированных Т-клеток в отсутствие ИЛ-2. Гибель В-клеток в зароды­шевых центрах. Апоптоз при активации Т-клеток в отсутствие сигна­ла с рецептора CD28.

тикостероидов, а другие – нет (являются гормонрезистентными). Сигнал, поступающий в Т-лимфоциты через рецептор для антигена, в норме может либо приводить к активизации пролиферации клеток, либо вызывать их апоптоз (обозначаемый как активационный).

В качестве сигналов апоптоза могут служить: 1) отсутствие костимуляции через мембранные молекулы CD28, CD40 и др.; 2) отсутствие ростовых факторов, прежде всего ИЛ-2; 3) предварительное перекрестное сшивание молекул CD4; 4) мембранные молекулы лимфоцитов CD2; 5) молекулы главного комплекса гистосовместимости класса I; 6) ₁- и₂-интегрины; 7) ФНОи т.д.

Сигнал к развитию апоптоза подается, главным образом, через рецептор цитокина TNF-, который имеет цитоплазматический домен гибели, передающий летальный сигнал внутрь клетки. Некоторые цитокины, например ИЛ-2 и интерферон-, в зависимости от ситуации могут либо индуцировать, либо предотвращать развитие апоптоза. Такая амбивалентность эффектов свойственна и ряду других факторов: ингибиторам синтеза белка, активаторам и ингибиторам активности протеинкиназ и т.д.

Существуют также рецепторы, для которых передача сигнала к развитию апоптоза является основной их функцией. Это Fas-рецептор (АРО-1, CD95) и белки группы DR (Death receptors — «рецепторы смерти»): DR3(АРО-3), DR4 (TRAIL-R1), DR5 (TRAIL-R2).

В процессе передачи внутриклеточного сигнала, приводя­щего к развитию апоптоза, существуют две фазы. Первая, более ран­няя фаза весьма вариабельна, ее характер зависит от вида пусковых механизмов (FasL → Fas, TNF → TNFR1 и т.д.). Следующая, вторая фаза универсальна для всех разновидностей апоптоза (рис. 12-3).

Как уже указывалось выше, первая фаза передачи апоптогенного сигнала может быть различной в зависимости от вида сигнала, что иллюстрируют следующие примеры.

Как видно на рис. 12-3, в случае Fas-зависимого апоптоза связывание Fas-лиганда (FasL) с тримерным Fas-рецептором приводит к конформационным из­менениям в цитоплазматическом домене смерти рецептора Fas. Это создает возможность его связывания с аналогичным доме­ном адапторной молекулы FADD (Fas-associated death domain), a затем – с таким же доменом белка RIP (receptor interacting pro­tein).

Образующийся DISC-комплекс (death-inducing signaling complex) активирует фер­мент – каспазу 8, последняя - эффекторные каспазы, вызывающие расщепление молекул-мишеней и развитие апоптоза. Исходя из рис. 12-3, можно заключить, что аналогичные события происходят при действии TNF (ФНО) через рецептор TNFR1.

Только в этом случае с рецептором взаи­модействует адапторный белок TRADD (TNFR-associated death domain), который передает сигнал апоптоза через другие белки (FADDиRIP).

Выделяют и многие другие сигналы, ответственные за развитие апоптоза (протеинкиназы, протеинфосфатазы, онкосупрессоры р53 и р21, транскрипционные факторы c-mys, c-jun, c-fos, nur77 и т.д.).

Рис. 12-3.Молекулярные взаимодействия при ин­дукции апоптоза через Fas и TNF-рецепторы. Обозначения: FasL и TNF — индук­торы апоптоза; TNFR1 и Fas — рецепторы сигналов апоптоза; TRADD, FADD, RIP – бел­ки, передающие сигнал апо­птоза.

Схематично сигнализация и последовательность внутриклеточных событий при развитии апоптоза, индуцированного внеклеточными и внутриклеточными сигналами, представлены на рис. 12-4.

Данная схема иллюстрирует множественность пусковых воздействий и механизмов и единство конечных механизмов реализации апоптоза. В частности, доказано, что апоптоз может быть индуцирован многими внутриклеточными регуляторными факторами (LCK, ZAP-70, Ca²⁺, кальциневрин, NFAT, TRADD, FADD, RIP и др.), изменяющими активность каспаз цитоплазмы. Последние через влияние на свои ядерные мишени активируют эндонуклеазы, приводящие к деградации ДНК, и, таким образом, ответственны за универсальный этап индукции апоптоза.

Рис. 12-4. Сигнализация и последовательность внутриклеточных со­бытий при развитии апоптоза, индуцированного различными воздей­ствиями