Модель апоптоза
Многое в регуляции апоптоза и его механизмах остается пока неясным. В частности, почему апоптозу могут подвергаться клетки, лишенные ядра, в условиях ареста белкового синтеза, изолированные ядра, находящиеся вне клеток. Клетки могут подвергаться апоптозу в любой стадии клеточного цикла, при этом их чувствительность к апоптическим стимулам различна.
Эти данные заставляют предположить, что отдельные компараменты клетки автономны в отношении апоптоза, а эффекторы его конституционально экспрессированы в каждой клетке, при этом контроль за их активностью может осуществляться с помощью как внутри-, так и внеклеточных сигналов.
Все это привело к созданию модели апоптоза, по которой каждая клетка при своем рождении как бы запрограммирована на самоуничтожение, условием ее жизни является временное блокирование этой программы, осуществляемое постоянно или с небольшими перерывами.
К наиболее серьезным биологическим ингибиторам апоптоза относятся ростовые факторы, экстрацеллюлярный матрикс, CD40-лиганд, нейтральные аминокислоты, цинк, эстрогены, андрогены. Механизм их действия неясен, его возможными путями могут быть снижение концентрации эффекторов апоптоза или снижение их активности до безвредного уровня, активация антиапоптических факторов.
Действие большинства ростовых факторов происходит через специфические рецепторы или FAS-Rи реализуется через семьюbcl-генов, индукция апоптоза может также происходить путем увеличения эндогенного уровня глюкокортикоидов – мощного проапоптического фактора.
Снижение или повышение способности клеток к апоптозу приводит к нарушению гомеостаза и может лежать в основе развития различной патологии.
Исследования последних лет показали, что патогенез многих болезней человека, в том числе рака, лейкозов, аутоиммунных болезней и вирусных инфекций, связан с неспособностью клеток подвергаться апоптозу. Такие болезни, как нейродегенеративные расстройства, СПИД, остеопороз, апластическая анемия и другие, могут быть связаны с повышенной способностью к апоптозу.
Роль апоптоза в развитии опухолевого роста
Снижение способности к апоптозу играет роль в развитии многих опухолей, лежит в основе наработки опухолевого клона. Выделяют следующие механизмы подавления апоптоза:
Аутокринное и паракринное повышение экспрессии ростовых факторов и рецепторов к ним, возникающее в опухолевых клетках вследствие активации онкогена. Это свойство делает опухолевые клетки независимыми от регулирующих влияний организма.
Кроме того, мутация онкогена нередко сопровождается извращением его функции. Типичным примером такого механизма наработки опухолевого клона является ХМЛ, при котором транслоация t(9; 22), известная под название филадельфийской хромососы, приводит к образованию химерного генаabl/bcr, продуктом которого является онкобелок, обладающий повышенной тирозинкиназной активностью и служащий важным звеном в передаче антиапоптических сигналов в клетке. Механизм антиапоптической активности этого онкопротеина расшифрован совсем едавно. В норме онкопротеин, кодируемый геномc-abl, участвует в реализации программы апоптоза во многих клеточных системах. Онкопротеинp210, кодируемый химерным геномabl/bcrпри ХМЛ или онкопротеин р-185, секретирующийся тем же химерным геном при остром лимфобластном лейкозе (ОЛЛ), обладает противоположной, антиапоптической активностью – предохраняет клетки от облучения, цитотоксических препаратов и проапоптических сигналов, возникающих при связыванииFAS-рецептора. Осуществляется это путем блокированияBax-гена и задержки выхода цитохрома С из митохондрий.
Другой пример – мутация онкогена с-myc. В норме экспрессия онкогенаc-mycвыражается в усилении пролиферации и в то же время способствует аресту клетки и апоптозу при прекращении действия на нее ростовых факторов.. такой физиологический механизм направлен на ограничение накопления пролиферирующих клеток. На модели мышиной лимфомы и опухолево-трансформированной линии фибробластов показано, что мутацияc-mycв опухолевых клетках сопровождается разобщением этих функций, при этомc-myc– онкобелок отключает апоптоз в поврежденных пролиферирующих клетках, активириуя генbcl2 либо препятствуя активацииAPAF-комплекса.
Другим механизмом поломки апоптоза в опухолевых клетках явояется мутация в генах, контрлирующих суицидальную программу. В ряду этих процессов находится хорошо изученная оверэкспрессия гена bcl2, тормозящего апоптоз, что лежит в основе развития не только В-клеточной фолликулярной лимфомы человека, но и многих других опухолей.
Онкогенная трансформация клетки часто сопровождается мутацией в гене р 53 и превращением его из индуктора апоптоза в ингибитор апоптоза, что является во многих случаях ключевым механизмом в наработке опухолевого клона и призванных включать апоптоз.. К ним относятся: снижение поступления ростовых факторов, потеря межклеточных взаимодействий и связей с микроокружением, гипоксия вследствие недостаточного кровоснабжения, повреждение ДНК в результате мутаций и воздействия токсинов, укорочение теломера вследствие митогенного сресса и др. Все эти факторы должны включать апоптоз через посредство гена р 53, как это было показано ранее. При снижении его активности или в результате патологической мутации этого не происходит, что лежит в основе накопления опухолевых клеток и дальнейшей опухолевой прогрессии. Мутация в гене р 53 является также одним из факторов метастазирования опухоли, так как разрешитопухолевым клеткам длительно пребывать в суспензии без поддержки специфического микроокружения, что в норме должно было бы завершиться апоптозом.
Торможение апоптоза в результате нарушений его эффекторных механизмов и путей передачи проапоптических сигналов. В этом отношении особый интерес представляет собой острый промиелоцитарный лейкоз. В основе развития этой опухоли лежит трансо\локация t(15; 17), в результате которой происходит слияние генаpml(хромосома 15) с рецептором гена ретиноевой кислоты (хромосома 17). Белок, являющийся продуктом генаpml, в норме модулирует как каспазозависимые, так и каспазонезависимые пути апоптоза, и потому его можно считать одной их центральных фигур апоптического каскада. Необходимым условием осуществления проапоптической функцииPML-белка вяляется локализация его в специфических «крапчатых» ядерных структурах, получивших название «ядерных телец» (NB). При остром промиелоцитарном лейкозе (ОПЛ) в результате транслокацииt(15; 17) происходят следующие события, приводящие к образованию опухолевого клона, резистентного к стандартной химиотерапии:
– выход pml-белка из регионаNBи потеря его проапоптической функции;
– блокада синтеза ретиноевой кислоты, необходимой для дифференцировки клеток, в результате связывания химерным продуктом путей передачи транскрипционного сигнала гена ретиноевой кислоты.
Таким образом, особенностью патогенеза ОПЛ является сочетание торможения дифференцировки с блокированием апоптоза в клетках опухолевого клона. Значение ретиноевой кислоты и триокиси мышьяка в индукции ремиссии при ОПЛ связывают с тем, что первый препарат вызывает клеточную дифференцировку, а второй – апоптоз, восстанавливая нормальную локализацию pml-белка вNB.
Одним из ключевых моментов развития опухолевого процесса является снижение противоопухолевого надзора. В этих процессах принимают участие сами опухолевые клетки, секретируя растворимые иммуносупрессорные факторы и снижая иммуногенную активность экспрессированных на своей поверхности молекул главного комплекса гистосовместимости.. Однако, исследования последних лет выявили альтернативный механизм подавления опухолевыми клетками иммунного надзора, оказавшийся связанным с апоптозом.
FAS, также называемыйCD95 илиAPO-1, является членом семьи рецепторов кTNF и широко распространен среди клеток разных видов, в том числе Т- и В-лимфоцитов и некоторых опухолевых клеток. Связывание рецептораFASсFAS-лигандом (FAS-L) индуцирует апоптоз в клетках, его экспрессирующих.FAS-Lвыделяется цитотоксическими Т-лмфоцитами иNK-клетками и является «фактором смерти», инжуцирующим апоптоз в клетках-мишенях. ЭкспрессияFAS-Lна клетках некоторых территорий (стрма глаза, сертолиевые клетки яичка) немедленно убивает попавшие туда активированные клетки воспаления, обеспечивая тем самым запрет иммунных реакций на этих территориях. Эти данные побудили к поиску экспрессииFAS-Lна опухолевых клетках. Такой поиск увенчался успехом –FAS-Lбыл выявлен в сыворотке больных лейкозами и лимфомой, а также на клетках неокторых солидных опухолей. ЛигандыFASоказались функционльно активны, так как способны были убивать клетки-мишени, экспрессирующиеFAS-рецептор, при совместном культивировании. Эти данные явились основанием для создания гиоптезы, согласно которой опухолевые клетки могут отражаить иммунную атаку, убивая цитотоксические Т-лимфоциты иNK-клетки. При этом экспрессияFASна опухолевых клетках часто бывает снижена и/или нарушен механизм реализации поступающих с этого рецептора проапоптических сигналов. При экспрессииFAS-Lна опухолевых клетках его растворимая форма может попадать в циркуляцию, провоцируя клетки, имеющие на своей поверхностиFAS-рецептор, к апоптозу и тем самым вызывая мультиорганные поражения, часто наблюдаемые у онкологических больных.