1 Семестр / Рейтинг №1 +

Трансплантология – отторжение трансплантата включает апоптоз клеток-

мишеней под действием цТЛ через гранзимы (прямое активация каспаз) и FasLFas взаимодействие.

Ишемия почек, печени, мозга – при остром ишемическом повреждении возникает некроз, при хроническом – апоптоз клеток (например, гидронефроз вызывает атрофию паренхимы через апоптоз).

Заключение

Апоптоз – ключевой механизм поддержания тканевого гомеостаза,

уравновешивающий пролиферацию и гибель клеток.

Нарушение регуляции апоптоза приводит к разнообразным патологическим процессам: от атрофии до опухолевого роста и аутоиммунных заболеваний.

В основе патогенеза большинства болезней лежит дисбаланс между

проапоптотическими и антиапоптотическими сигналами, что подчёркивает важность понимания генетических и биохимических механизмов апоптоза для диагностики и лечения заболеваний.

Если какие-либо пункты не могут быть раскрыты из представленного материала,

они отмечены в тексте как «не могут быть раскрыты из представленного материала».

Sources ​

Апоптоз - генетически запрограммированная смерть клетки в живом организме

Апоптоз в норме:

» Устранение клеток во время эмбриогенеза

• Инволюция гормонально-зависимых органов после снижения действия гормона (эндометрий, атрофия яичников, молочных желез)

» Апоптоз в патологии:

в опухолях; смерть иммунных клеток - Т, В -лимфоцитов (при прекращении действия цитокинов), атрофия органов (почки, поджелудочная железа), повреждения вирусами клеток (тельца Каунсильмена при гепатите В), свободнорадикальное повреждение клеток, при отторжении трансплантата.

Пути апоптоза. Морфогенез апоптоза.

• Пути апоптоза: внешний (через домен смерти -FAS-лиганд), внутренний (митохондриальный) через активацию белков семейства bcl-2 и подавления активности гена р53.

» Морфогенез апоптоза: конденсация и маргинация хроматина с образованием глыбок, сморщивание клетки, образование апоптозных тел, фагоцитоз апоптозных тел.

• Отличия апоптоза и некроза: апоптоз захватывает отдельные клетки или их группы,

повреждение клетки происходит под действием каспаз (эндонуклеаз), апоптозные тела подвергаются фагоцитозу, нет воспалительной реакции.

Апоптоз -- генетически запрограммированная смерть клеток в живом организме.

•Апоптоз – форма смерти, при которой устраняются отдельные клетки из живой ткани.

•Основная роль апоптоза в норме – установление нужного равновесия между процессами пролиферации и гибели клеток, что в одних ситуациях обеспечивает стабильное состояние организма, в других – рост, в третьих – атрофию тканей и органов.

•Подавление механизмов смерти клеток путем апоптоза может привести к развитию опухолей.

Апоптоз встречается при следующих состояниях.

•Устранение клеток во время эмбриогенеза (при имплантации, органогенезе, инволюции развития).

•Инволюция гормонально-зависимых органов после снижения действия соответствующего гормона у взрослых (отторжение эндометрия во В]>емя менструаций, атрофия яичников в менопаузе, рег,)ессия лактнрующих молочных желез после прекращения кормления).

•Смерть клеток в опухолях (чаще при спонтанной регрессии, но также и в активно растущих опухолях).

•Смерть иммунных клеток – В- и Т-лимфоцитов – после прекращения стимулирующего действия на них цитокинов.

•Атрофия паренхиматозных органов при обструкции выводящих путей – поджелудочной железы, почек, околоушной железы.

•Смерть клеток вследствие действия цитотоксических Т-лимфоцитов в реакциях отторжения и трансплантат против хозяина.

•Клеточные повреждения при некоторых вирусных болезнях (образование телец Каунсилмена при вирусном гепатите В).

•Клеточная смерть под действием различных повреждающих факторов, способных привести к некрозу в больших дозах (умеренные термические, радиационные повреждения, цитотоксические противоопухолевые препараты, гипоксия).

39. Морфология апоптоза: ультраструктурные особенности. Сравнительная характеристика некроза и апоптоза.

Морфогенез апоптоза

Конденсация и маргинация хроматина (наиболее характерная черта апоптоза)

Образование глыбок причудливой формы под ядерной мембраной

Ядро становится изрезанным, может фрагментироваться

Сморщивание клетки

Возникает вследствие конденсации внутриклеточных органелл

Образование апоптозных тел

Состоят из:

Фрагмента цитоплазмы с плотно упакованными органеллами

Фрагмента ядра (иногда отсутствует)

Фагоцитоз апоптозных тел или клеток

Осуществляется рядом расположенными нормальными клетками:

Паренхиматозными

Макрофагами

При гистологическом исследовании:

Апоптозные тела выглядят как округлые или овальные частицы

Обладают интенсивно эозинофильной цитоплазмой

Содержат тёмные фрагменты ядерного хроматина

Отличия некроза от апоптоза

Апоптоз захватывает всегда только отдельные клетки или их группы

В отличие от некроза, разрушение клетки происходит:

Не активированными гидролитическими ферментами

А с участием специальных кальций-магнийзависимых эдонуклеаз (каспаз)

Разрезают ядро на множество фрагментов

Образующиеся фрагменты клеток – апоптозные тела – фагоцитируются:

Близлежащими клетками

Паренхиматозными

Стромальными

Апоптоз не сопровождается развитием воспаления

Не очень кратко:

Морфологические проявления апоптоза

При световой микроскопии апоптоз обнаружить сложно из-за его относительной редкости и немедленного фагоцитоза апоптозных телец соседними клетками.

Для верификации применяют специальные методы, основанные на обнаружении неспаренных участков ДНК в местах её расщепления эндонуклеазами (метод метки in situ уридиновыми основаниями – TUNEL-тест), выявляющие клетки со:

сморщенными ядрами с конденсированным хроматином,

пикнотическими ядрами,

округлыми апоптозными тельцами.

Иммуногистохимические методы выявляют активность некоторых каспаз и экспрессию мембранных рецепторов, индуцирующих апоптоз, что позволяет отличить апоптоз от некроза на ранних этапах.

В результате клетка:

Теряет контакт с соседними клетками,

Приобретает округлую форму,

Сморщивается,

Имеет изрезанные, фрагментированные ядра с конденсированным хроматином,

Цитоплазма становится сморщенной,

Теряются микроворсинки и межклеточные мостики (десмосомальные контакты).

Апоптозные тельца отличаются:

Небольшими размерами,

Высоким ядерно-цитоплазматическим соотношением,

Округлыми контурами,

Конденсированным хроматином и цитоплазмой,

Отсутствием воспалительной реакции, что исключает выброс биологически активных веществ в окружающую среду и предотвращает воспаление.

Ультраструктурные признаки апоптоза

Изменения затрагивают отдельные клетки, а не обширную зону, как при некрозе.

Отсутствие специализированных поверхностных структур:

Нет микроворсинок,

Нет межклеточных контактов,

Вследствие этого клетка теряет взаимодействие с соседями.

Уменьшение размеров клетки связано с конденсацией цитоплазматических органелл, что приводит к изменению формы клетки и зачастую к её разделению на несколько апоптозных телец:

Каждое апоптозное тельце содержит фрагмент ядра, ограниченный

двухконтурной ядерной мембраной, и свой набор органелл,

Органеллы, особенно митохондрии, сохраняются относительно целыми,

При этом наблюдается агрегация рибосом в полукристаллоидные структуры,

Появляются пучки микрофиламентов, располагающиеся параллельно мембране.

Почти всегда происходит дилатация гладкого эндоплазматического ретикулума (ЭПР) с формированием пузырей, заполненных жидкостью, которую клетка затем выводит.

Ядро подвергается конденсации хроматина в виде полусфер и глыбок, появляются осмиофильные тельца в ядре, ядро становится изрезанным и фрагментированным, при этом ядерные поры концентрируются только в областях, где нет маргинации хроматина.

Фагоцитоз апоптозных телец другими клетками происходит очень быстро,

вследствие этого апоптозные клетки сохраняются лишь несколько минут in

vivo.

Апоптоз происходит очень быстро (в среднем за 30 мин), что обеспечивает немедленный клиренс и предотвращает воспаление, в отличие от некроза, при котором органеллы разрушаются гидролитическими ферментами, вызывая воспалительную реакцию.

Сравнительная характеристика некроза и апоптоза

Область проявления:

Апоптоз распространяется только на отдельные клетки или их группы,

Некроз может захватывать территорию от части клетки до целого органа.

Генетические и биохимические механизмы:

Апоптоз возникает в клетках при определённых генетических перестройках

и активации «генов смерти» (например, c-fos, c-myc, c-bcl-2, р53),

Активированные антионкогены (р53) при одновременной активации онкогенов приводят к апоптозу, что даёт возможность координировать процессы пролиферации и гибели клеток,

Для апоптоза характерно участие специальных Ca² /Mg² -зависимых эндонуклеаз, расщепляющих ДНК между нуклеосомами, что приводит к формированию однотипных фрагментов ДНК и особой структуры

хроматина,

В цитоплазме клетки при апоптозе не происходит активации гидролитических ферментов, в отличие от некроза, вследствие этого органеллы долго остаются сохранными и подвергаются конденсации благодаря процессам сшивания белков трансглутаминазами и обезвоживанию через селективные транспортные системы ионов K , Na , Cl и воды.

Некроз сопровождается активацией гидролитических ферментов,

разрушающих органеллы и мембраны, что приводит к воспалительной реакции.

Морфологические проявления:

При апоптозе клетки остаются окружёнными мембраной, что препятствует попаданию информации об изменённом белковом составе в иммунную систему и предотвращает воспаление,

При некрозе утрачивается целостность мембран, что ведёт к выбросу внутриклеточных компонентов в окружающую среду и развитию

воспалительной реакции.

Ультраструктурные особенности:

Апоптоз характеризуется конденсацией хроматина, сохранностью органелл,

образованием апоптозных телец с мембраной,

Некроз сопровождается распадом органелл, деструкцией мембран и диссипацией цитоплазматических компонентов, что приводит к воспалению.

Клиническое значение:

Нарушения регуляции апоптоза приводят к дисбалансу между пролиферацией и гибелью клеток:

Чрезмерный апоптоз (например, при вирусных инфекциях) ведёт к

избыточной клеточной гибели,

Недостаточный апоптоз (например, при гиперпластических процессах, опухолевом росте) способствует выживанию мутированных клеток,

Незавершенный апоптоз (при отсутствии фагоцитоза апоптозных телец)

может приводить к пролиферации живых опухолевых клеток за счёт выхода митогенетических факторов.

Некроз чаще связан с острыми повреждениями (например, при ишемии), развивается в зоне повреждения тканей и сопровождается воспалением, что

усиливает повреждение окружающих клеток.

Заключение:

Апоптоз – это запрограммированная гибель клетки, обеспечивающая удаление старых или повреждённых клеток без развития воспаления,

Некроз – это патологическая смерть клеток, сопровождаемая гидролизом органелл, воспалением и вовлечением значительных участков ткани.

40. Нарушение регуляции апоптоза в патологии, виды, клиническое значение. Примеры патологических процессов.

Патогенез нарушения регуляции апоптоза

Апоптоз определяется как запрограммированная смерть клетки,

обеспечивающая поддержание тканевого гомеостаза через равновесие между пролиферацией и клеточной гибелью

Генетические механизмы регуляции

Гены, передающие сигнал от клеточной мембраны:

члены семейства Bcl-2 (промоторы апоптоза: Bax, Bak, Bad; ингибиторы апоптоза: Bcl-2, Bcl-XL)

p53 (активируется при повреждении ДНК и может запускать апоптоз через стимуляцию проапоптотических членов семейства Bcl-2)

Rb, c-fos, c-jun (участвуют в контроле пролиферации, взаимодействуют с p53 и другими регуляторами)

Гены, передающие сигнал внутри клетки:

Apaf-1 («апопсома») – связывается с цитохромом C после его высвобождения из митохондрий и инициирует активацию каспаз

Члены семейства CED (в том числе аналоги Apaf-1 у нематод), обеспечивающие формирование протеолитического каскада

Гены, осуществляющие апоптоз:

Касказы (цистеиновые протеазы), делятся на инициаторные (каспаза-8, -9) и эффекторные (каспаза-3, -6, -7)

Нуклеазы – расщепляют ДНК, образуя характерные фрагменты при апоптозе

Гены, регулирующие фагоцитоз апоптозных телец:

Молекулы на поверхности апоптозных телец, обеспечивающие их опознавание макрофагами и соседними клетками

Рецепторы и лектины фагоцитов, распознающие маркёры апоптозных телец

Биохимические механизмы регуляции

Два основных пути активации каспаз:

Митохондриальный путь (внутренний)

Проницаемость внешней мембраны митохондрий регулируется балансом между про- и антиапоптозными членами семейства Bcl-2

При отсутствии факторов выживания или повреждении ДНК

активируются проапоптотические белки (Bax, Bak, Bad), которые формируют поры в мембране

Цитохром C высвобождается в цитозоль и связывается с Apaf-1, образуя «апопсому» и активируя каспазу 9

Инициаторная каспаза 9 активирует эффекторные каспазы (например, каспазу 3)

Активированные каспазы расщепляют ядерные белки, цитоскелет и матрикс клетки, вызывая конденсацию органелл, фрагментацию ДНК и образование апоптозных телец

Путь рецептора смерти (внешний)

На поверхности клеток экспрессируются рецепторы смерти (рецептор TNF 1 типа, Fas-рецепторы/CD95) с внутриклеточным доменом

смерти

Лиганд FasL (экспрессируемый на активированных T-лимфоцитах) или TNF-α связываются с рецептором, приводя к формированию

диссемблазы (Death-Inducing Signaling Complex)

Внутри клеток адаптерные белки (FADD) связываются с рецепторами и рекрутируют каспазу 8

Каспаза 8 может непосредственно активировать эффекторные каспазы или расщеплять Bid, поддерживая митохондриальный путь

Антагонисты: белок FLIP блокирует активацию каспазы 8, препятствуя апоптозу по внешнему пути

Финальная стадия – фаза осуществления апоптоза

Активированные каспазы-3, -6, -7 разрушают ядро и ДНК посредством превращения про-форм нуклеаз в активные формы

Трансглутаминазы сшивают белки, обеспечивая конденсацию органелл

Энзимные транспортные системы (селективные ионные каналы)

выводят воду из клетки, что приводит к уменьшению объёма и конденсации цитоплазмы

Образование апоптозных телец – небольших мембранных пузырьков, содержащих фрагменты цитоплазмы и ядра

Клиренс апоптозных телец

Немедленный фагоцитоз соседними клетками или макрофагами предотвращает высвобождение потенциальных проинфламматорных веществ

Отсутствие фагоцитоза апоптозных телец (незавершённый апоптоз) ведёт к их аутолизу, высвобождению цитокинов и митогенетических факторов, стимулирующих пролиферацию соседних клеток

Виды нарушений регуляции апоптоза

1. Чрезмерный апоптоз (апоптоз > пролиферация)

Механизмы

Увеличенная экспрессия проапоптотических генов (например, p53, проапоптотических членов семейства Bax, Bak), запуск митохондриального пути

Сильная активация Fas-рецепторов и TNF-α-рецепторов, приводящая к массовой активации каспазы 8

ЭПР-стресс вследствие накопления неправильно упакованных белков, активирующий каспазы через систему реакции на белки с нарушенным фолдингом

Клинические последствия

Атрофия тканей:

Атрофия паренхимы почки при гидронефрозе (обтурация мочеточника) – вследствие этого клетки паренхимы подвергаются апоптозу

Атрофия поджелудочной и околоушной железы при обтурации выводных протоков

Нейродегенеративные заболевания:

Избыточный апоптоз нейронов при болезни Альцгеймера, Паркинсона (накопление неправильно упакованных белков, ЭПРстресс)

Хроническая ишемия миокарда:

При умеренной ишемии кардиомиоциты погибают через апоптоз, что влечёт прогрессирующее снижение сократительной способности мышечного слоя сердца

Вирусные инфекции:

ВИЧ-инфекция: чрезмерный апоптоз T-лимфоцитов

(индуцированный вирусом и иммунным ответом)

Вирусные гепатиты B и C: массовый апоптоз гепатоцитов

(образование телец Каунсильмена)

2. Недостаточный апоптоз (апоптоз < пролиферация)

Механизмы

Мутации или снижение экспрессии p53, что приводит к неспособности клетки запускать программу апоптоза при повреждении ДНК Повышенная экспрессия ингибиторных членов семейства Bcl-2

(например, Bcl-2, Bcl-XL), препятствующих выходу цитохрома C из митохондрий Активация антиапоптозных сигнальных путей (например, чрезмерная

стимуляция гормонов роста, цитокинов и др.)

Клинические последствия

Опухолевый рост:

При мутациях p53 (гормонально-зависимые карциномы молочной железы, простаты, яичника) клетки с повреждённой ДНК не подвергаются апоптозу, что способствует их малигнизации

Гиперплазии органов и тканей (например, пролиферация эпителия без адекватного удаления изношенных клеток)

Аутоиммунные заболевания:

Недостаточный апоптоз аутореактивных лимфоцитов (В- и T-

лимфоцитов), что приводит к накоплению клонов, продуцирующих аутоантитела и развитию аутоиммунного процесса

Хроническое воспаление и фиброз:

Ненормально низкий уровень апоптоза лейкоцитов в очагах воспаления приводит к задержке очищения тканей и прогрессированию фибротических изменений

3. Незавершённый апоптоз

Механизмы

Нарушения в фагоцитозе апоптозных телец (дефицит рецепторов у макрофагов и соседних клеток)

Недостаточная экспрессия «молекул съедания» на поверхности апоптозных телец

Клинические последствия

Злокачественные опухоли:

Аутолиз апоптозных телец с высвобождением онкогенов, факторов роста, цитокинов, стимулирующих пролиферацию живых опухолевых клеток

Снижение эффективности химиотерапии: при недостаточном фагоцитозе остаточные фрагменты опухолевых клеток могут способствовать резистентности

Хронические воспалительные состояния:

Длительное присутствие апоптозных остатков в тканях вызывает

продолжительную активацию иммунного ответа и способствует фиброзу

Клиническое значение нарушений апоптоза

Роль в атрофии органов и тканей

Обтурация выводных протоков (мочеточник, поджелудочная протока, околоушная железа) инициирует повышенный апоптоз паренхимных клеток Атрофия почек при гидронефрозе: апоптоз клеток канальцев приводит к уменьшению функциональной ткани Атрофия поджелудочной железы при обтурации протока камнем: апоптоз

ацинарных клеток приводит к снижению экзокринной функции

Иммунопатологические и воспалительные процессы

Апоптоз лимфоцитов обеспечивает:

Элиминацию аутореактивных В- и T-лимфоцитов в тимусе и периферии

(поддержание иммунологической толерантности)

Устранение В- и T-лимфоцитов и клеток-мишеней в ходе реакций клеточного иммунитета и отторжения трансплантата

Апоптоз нейтрофилов и макрофагов в очагах воспаления – регресс воспалительного процесса без выраженного повреждения окружающих тканей

Нарушение апоптоза аутореактивных лимфоцитов приводит к развитию аутоиммунных заболеваний (напр., СКВ, ревматоидный артрит, тиреоидит)

Онкологические заболевания

Недостаточный апоптоз мутированных клеток способствует развитию и прогрессированию опухолей

Нарушение фагоцитоза апоптозных телец при опухолевом росте усиливает митогенное воздействие на околоклеточные структуры и способствует метастазированию

Искусственная стимуляция апоптоза применяется в онкологии:

Химиотерапевтические агенты (действуют через повреждение ДНК, вызывать активацию caspase-3, -8, -9)

Лучевая терапия (низкие дозы вызывают апоптоз, высокие – некроз)

Нейродегенеративные заболевания

Чрезмерный апоптоз нейронов на фоне накопления неправильно свернувшихся белков (ЭПР-стресс) приводит к постепенной утрате нервных клеток Примеры: болезни Альцгеймера, Паркинсона, Гентингтона (апоптоз

индуцируется накоплением мутантных белков)

Ишемическая патология

При умеренной или хронической ишемии клетки подвергаются атрофии и

апоптозу