В. Свободные радикалы как индукторы митохондриального механизма апоптоза

Представление о роли свободных радикалов как индукторов митохондриального механизма апоптоза позволило сформулировать кислородно-перекисную концепцию этого процесса [32]. Согласно этой концепции в основе выхода из митохондрий проапоптотических факторов лежит окислительный стресс, запуск которого возможен при целом ряде ситуаций, включая ишемию-реперфузию, активацию микросомального окисления (ксенобиотики), активацию оксидаз, гипоксию, нарушение окислительного фосфорилирования, радиацию и др. (рис. 4.4.4.).

При этом осуществляется многостороннее действие активных форм кислорода (АФК). В частности, считается, что выход цитохрома С из митохондрий в этих условиях представляет собой двухстадийный процесс, На первой стадии происходит отделение цитохрома С от внутренней мембраны митохондрий, где он ассоциирован в кардиолипином за счет электростатического или гидрофобного взаимодействия. Будучи легко окисляемым фосфолипидом, входящим в состав внутренней мембраны митохондрий, в присутствии АФК кардиолипин подвергается окислительной модификации и утрачивает способность «удерживать» цитохром С. Активация перекисного окисления липидов (ПОЛ) в условиях окислительного стресса снижает барьерную функцию мембран, уменьшает «охранительный» потенциал антиапоптотических протеинов семейства Вcl 2 за счет их химической модификации и потребления при реализации антиоксидантной защиты. Кроме того, не исключается, что окислительная модификация этих антиапоптотических белков усиливает возможность их гетеродимеризации с антиапоптотическми протеинами (Bad, Bax, Bid). Следствием таких преобразований является формирование больших мегаканалов и сопутствующая этому утечка макромолекул из митохондрий в - цитозоль с формированием апоптосомы. Важно отметить, что высвобождение цитохрома С из митохондрий выступает как механизм положительной обратной связи окислительного стресса, поддерживая нарушение транспорта электронов в дыхательной цепи, снижая утилизацию кислорода в митохондриях и способствуя неупорядоченному сбросу электронов на кислород, т.е. накоплению в клетке АФК и поддержанию устойчивого состояния окислительного стресса сначала в митохондриях, затем в цитозоле и внутри всей клетки.

У многоклеточных организмов АФК могут быть как в начале, так и в конце регуляторной цепи процесса запрограммированной смерти. При апоптозе, вызванном ишемией, АФК действуют прежде Bax и каспаз. В этом случае гашение АФК предотвращает активацию каспаз, демонстрируя, что АФК не просто вызывают смертельные повреждения, а действуют как сигнальные молекулы [16].

В генерации АФК важное значение придается поглощению митохондриями ионов Са²⁺. Этот процесс важен как для апоптоза, так и для некроза. Повышение концентрации Са²⁺ в митохондриях приводит к активации ряда АФК-образующих ферментов, включая стимуляцию образования АФК в дыхательной цепи митохондрий. АФК и внутримитохондриальный кальций могут действовать совместно, индуцируя проницаемость внутренней митохондриальной мембраны. Связывание Са²⁺ с субмитохондриальными частицами вызывает такую перестройку их во внутренней мембране, которая приводит к дезорганизации компонентов дыхательной цепи, благоприятствуя продукции АФК и последующему окислению белков и липидов. Окисляя тиоловые группы мембранных белков, АФК вызывает образование дисульфидных мостиков между белковыми молекулами, что в свою очередь способствует образованию мегаканалов при связывания Са²⁺ [16].

Существенным моментом является то обстоятельство, что митохондрии в известной мере защищены от окислительного стресса. Геном митохондрий кодирует продукцию тиреодоксина 2 (Трх-2), который входит в систему антиоксидантных механизмов. Таким образом, проапоптотический сигнал в митохондриях, окислительная модификация кардиолипина и последующие события, приводящие к возрастанию проницаемости митохондриальной мембраны с выходом в цитозоль проапоптотических факторов, могут возникнуть лишь в случае возрастания окислительного стресса в митохондриях сверх некоторых пороговых значений.