Б. Белки семейства Bcl 2

В настоящее время клонировано 16 генов, входящих в это семейство [14]. Все они локализованы на 18 хромосоме. Из 16 белков, кодируемых этими генами, только 6 оказывают антиапоптотическое действие, защищая клетку от широкого спектра воздействий, способных индуцировать апоптоз: повреждение ДНК, глюкокортикоиды, прекращение цитокиновой регуляции и др. Антиапоптотические мультидоменные белки (Bcl 2, Bcl X_L, Mcl 1) содержат 4 Bcl 2 гомологичных домена (BH 1, BH 2, BH 3, BH 4). Некоторые из этих антиапоптотических белков имеют концевой гидрофобный регион (СООН-конец), ответственный за их прикрепление к наружной поверхности мембраны. Обнаружено, что антиапоптотический протеин Bcl 2 с молекулярной массой 22 кДа является мембранным белком митохондрий, саркоплазматического ретикулума, плазматической и ядерной мембраны. При этом наибольшая его часть находится в мембранах митохондрий. Гиперэкспрессия этого белка препятствует выходу ионов кальция из СПР. Этот белок обладает антиоксидантными свойствами, подавляя липопероксидацию и действует, по-видимому, как нереактивная свободно-радикальная ловушка. Кроме того показано, что механизм антиоксидантного действия Bcl 2 связан с его участием в угнетении активности NO-синтазы [35]. Основная функция этого белка в митохондриях – блокада из них эмиграции проапоптотических макромолекул (цитохром С, AIF, ATФ и др.) через митохондриальные поры. Прикрепляясь к наружной мембране митохондрий с помощью своего гидрофобного региона Bcl 2 (и другие антиапоптотические белки), закрывает существующие каналы, прерывая, таким образом продвижение проапоптотического сигнала и защищая клетку от апоптоза.

Мембраны митохондрий – не единственная мишень для реализации действия белков Вcl 2. Показано, что антиапоптотические белки этого семейства могут образовывать в цитозоле комплексы с АPAF-1, блокируя его активность. Ингибиция этой связи проапоптотическими членами семейства Вcl 2 высвобождает АPAF-1 и «разрешает» ему активировать каспазу 9.

Остальные 10 членов семейства Bcl 2 вызывают апоптоз. Многие из этих 10 белков также имеют гидрофобный СООН-домен, но в отличие от антиапоптотических белков Bcl 2, их прикрепление к митохондриям возможно только после получения проапоптотического сигнала. Проапоптотические белки семейства Bcl 2 представлены как мультидоменными членами (Вах, Bak), не имеющими только ВН 4 доменов, так и проапоптотическими белками, имеющими только ВН 3 домен (only BH 3), такими как Bik, Bim и Bad.

Важно отметить, что между антиапоптотическими и проапоптотическими белками наблюдаются сложные, в т.ч. антагонистические взамодействия (рис. 4.4.2.).

В процессе этого взаимодействия про- и антиапоптотические протеины могут обазовывать гомо- и гетеродимеры как внутри своей группы (например, Bcl 2 / Bcl 2; Bcl 2 / Mcl; Bax / Bax; Bax / Bak), так и с протеинами противоположной направленности (например, Bcl 2 / Bax).

Гетеродимеризация проапоптотического белка с антиапоптотическим белком снимает антиапоптотическое действие последнего и запускает апоптоз. Но для того, чтобы такая гетеродимеризация оказалась возможной, необходимо, чтобы антиапоптотический белок также мог встроиться в мембрану. Выше уже отмечалось, что до такого встраивания этим белкам требуется получение сигнала. Укоренившись («заякорившись») в наружной мембране митохондрий, проапоптотические белки вступают в соединение с ANT (adenin-nucleotid-translocator), в области пермиабилизационных пор и образуют более крупные мегаканалы (диаметром 2,4 – 3,0 нм). По этим каналам в цитозоль из митохондрий выходят апоптозиндуцирующие факторы. Таким образом, образование гетеродимеров: Bcl 2 (антиапоптотический протеин) / Bax (проапоптотический протеин) является основным механизмом, с помощью которого проявляются проапоптотические свойства белков семейства Bcl 2.

На гетеродимеризацию данных белков влияет ряд факторов, в т.ч. их фосфорилирование / дефосфорилирование. Так, например, интерлейкин 3, связываясь с рецептором, активирует специфические киназы, которые фосфорилируют проапоптотический белок Bad. В таком состоянии этот белок не образует гетеродимера с антиапоптотическим белком Bcl 2 и апоптоз не развивается. В отсутствие интерлейкина 3 активируются фосфатазы, что приводит к дефосфорилированию Bad, образованию гетеродимера Bad / Bcl 2 и запуску апоптоза за счет выделения митохондриальных факторов [4].

Мобилизация проапоптотических белков из митохондрий может осуществляться и с помощью лизосомальных протеаз. Так, каспаза 8, активируемая через механизм инструктивного апоптоза, вызывает выход из лизосом активного катепсина В, который частично разрушает цитозольный белок Bid. Образующийся при этом активный белок, т.н. t-Bid (truncated Bid) изменяет конформацию другого проапоптотического белка Bax, после чего тот встраивается во внешнюю мембрану митохондрий, где образуют комплекс с порином. Вместе они формируют канал, по которому из межмембранного пространства выходят цитохром С и другие проапоптотические белки [16]. По сути этот механизм сопрягает два главных пути реализации апоптоза: митохондриальный и инструктивный (рецепторнопосредованный). Рис. 4.4.3.

Как видно из рисунка, АФК и Са²⁺ открывают митохондриальную пору, что вызывает набухание митохондрий, повреждение их наружной мембраны и выход в цитоплазму цитохрома С и AIF. Цитохром С формирует комплекс с цитозольными белками Apaf-1, Smac/DIABLO и прокаспазой-9, при­водя к образованию активной каспазы-9. Она в свою очередь активирует прокаспазы-3 и -7. Процессы активации каспаз блокируются ингибиторами белков апоптоза (IAP), а те в свою очередь ингибируются Smac/DIABLO. Каспаза-12 может активировать каспазу-9 без участия цитохрома С. Каспаза-8, активируемая «индуцирующими смерть сигнальными комплексами» в плазмалемме вызывает выход из лизосом активного катепсина В, который затем частично рас­щепляет цитозольный белок Bid, или сама расщепляет его, после чего он, превращаясь в активный белок tBid активиру­ет путем частичного расщепления другой проапоптозный белок — Вах. Тот, взаимодействуя с митохондриальным белком порином, образует во внешней мембране канал, по которому выходят цитохром С и AIF. Белок FLIP блокирует активацию каспазы-8. AIF направляется прямо в ядро и вызывает деградацию ДНК. Вс1-2 препятствует выходу цитохрома C из митохондрий, а Вах способствует ему, обра­зуя специальный канал путем взаимодействия с порином. р53 активирует PUMA, который затем связывает Вс1-2 и тем стимулирует выход цитохрома C из митохондрий. NО блокирует апоптоз посредством избирательного нитрозилирования эффекторных каспаз.

Таким образом, множество внутриклеточных взаимодействий между членами семейства Bcl 2 сводятся к интеграции сигнальных каскадов, которые модулируют уровень и активность этих белков, чтобы инициировать или избежать запуска митохондриальноопосредованного апоптоза.