Механизм гибели клетки при повышении проницаемости наружной мембраны митохондрий (МОМР)

Обновлено: 16.05.2024

13.1. Механизмы энергообеспечения клеток различной морфофункциональной организации в условиях нормы и гипоксических состояний

Гипоксия - типовой патологический процесс, осложняющий течение различных заболеваний.

Как известно, гипоксия определяет тяжесть течения ишемического поражения сердца, головного мозга, формирование полиорганной недостаточности при ДВС - синдроме, шоковых и коллаптоидных состояний, является неизменным спутником заболеваний инфекционной и неинфекционной природы, а также стрессовых ситуаций.

Тяжесть течения многих заболеваний и их исход в конечном итоге определяется особенностями вторичных неспецифических метаболических расстройств, степенью дестабилизации клеточных мембран, а также возможностями реактивации структурных и ферментных белков в условиях гипоксии.

Вышеизложенное указывает на необходимость дальнейшей детализации механизмов развития гипоксии на молекулярно-клеточном, органном, системном уровнях, а также патогенетического обоснования новых принципов медикаментозной коррекции метаболических и функциональных сдвигов при указанном типовом патологическом процессе.

Как указывалось выше, в соответствии с общепринятыми классическими описаниями происхождения и классификации гипоксических состояний различают гипоксии экзогенного и эндогенного происхождния. Последняя включает дыхательную, циркуляторную, гемическую и тканевую гипоксии системного или локального характера.

Общепринятым является представление о том, что в основе развития гипоксий различного генеза лежат нарушения окислительно-восстановительных реакций в связи с дефицитом кислорода. В то же время высказывается точка зрения о возможности развития субстратного типа гипоксии, обусловленной недостаточностью субстратов окисления, например, глюкозы для нервных клеток, жирных кислот для миокарда.

Как известно, динамика формирования структурных и функциональных сдвигов в различных органах и тканях при гипоксии определяются в значительной мере темпами ее развития, локализацией патологии, характером этиологических факторов, инициирующих гипоксию, и особенностями компенсаторно-приспособительных реакций в том или ином органе.

В соответствии с данными литературы устойчивость тканей различных органов и систем к гипоксии широко варьируют. Наиболее чувствительной к гипоксии является нервная система: при полном прекращении кровотока признаки повреждения коры головного мозга обнаруживается через несколько секунд. Снижение потребления кислорода на 20% структурами головного мозга вызывает потерю сознания. Через 5-6 мин аноксии головного мозга возникают глубокие структурные изменения нейронов, а в продолговатом мозге - через 10-15 мин.

В сердечной мышце мелкие очаги некроза появляются через 3-5 мин с момента, развития ишемии, а крупноочаговый инфаркт миокарда формируется уже спустя 20-30 мин.

Недостаток кислорода в тканях приводит, прежде всего, к дефициту макроэргических соединений, образуемых в сопряженных с окислительно-восстановительными процессами реакциях фосфорилирования на внутренней мембране митохондрий.

Основным энергетическим субстратом для нервной системы, а также для клеток других органов и тканей, является глюкоза. Между тем, при нормальной оксигенации миокарда основным источником его энергетического обеспечения являются высшие жирные кислоты. Так, при окислении 1 молекулы пальмитиновой кислоты образуется 130 М АТФ. В условиях ишемии миокарда усиливается конкурентное ингибирование использования жирных кислот лактатом, что приводит к значительному снижению энергообеспечения миокарда. Так, в процессе анаэробных гликолитических реакций энергетический выход на 1 молекулу глюкозы составляет 2 М АТФ.

В то же время известно, что на каждую молекулу глюкозы, претерпевающую полное окисление до СО2 и воды в миокарде, печени, почках, т.е. в органах, где функционирует малат-аспартатная челночная система, образуется максимум макроергов - 38 М АТФ.

Вышеизложенное свидетельствует о том, что независимо от характера этиологических факторов и механизмов развития гипоксии, наиболее ранними проявлениями нарушения оксигенации тканей являются сдвиги их энергетического обеспечения и связанные с ними нарушения углеводного, жирового и белкового метаболизма.

Одним из метаболических признаков гипоксии и соответственно недостаточности энергообеспечения нервной ткани, а также миокарда является снижение уровня креатинфосфата (КФ), выполняющего роль не только резервного источника макроэргических фосфатных связей, но и обеспечивающего их транспорт в клетках к местам энергетических трат. Так, уже через несколько секунд мозговая ткань теряет около 70% КФ, а через 40-45 сек. КФ полностью исчезает. Почти одновременно падает уровень АТФ, увеличивается концентрация продуктов распада, так называемых метаболитов изнашивания - АДФ, АМФ, НФ, что приводит к увеличению потенциала фосфорилирования, предоставляющего собой отношение:

АДФ + АМФ + НФ/АТФ.

Как известно, процессы ресинтеза АТФ а митохондриях тесно связаны не только с окислительно-восстановительными реакциями, но и с реакциями гликолиза, липолиза, протеолиза, являющимися поставщиками Ац-СоА для цикла Кребса. Установлено, что регулирующими ферментами гликолиза являются фосфорилаза, гексокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа, поэтому их подавление в условиях гипоксии приводит к уменьшению образования свободной энергии и в ряде случаев носит необратимый характер. В то же время роль главного регуляторного фермента в последовательных реакциях гликолиза играет фосфофруктокиназа, которую ингибируют АТФ и цитрат, а стимулируют АМФ и АДФ.

Скорость гликолиза в условиях нормы согласована со скоростью функционирования цикла лимонной кислоты: ни пируват, ни лактат, ни ацетил-СоА обычно не накапливаются в клетках при нормальной оксигенации тканей. Согласованность между скоростью гликолиза и метаболизмом субстратов в цикле Кребса объясняется тем, что АТФ и НАД-Н являются общими компонентами для тех и других реакций . В то же время высокие концентрации АТФ и НАД-Н ингибируют реакции гликолиза. Продукт первой стадии цикла лимонной кислоты - цитрат является аллостерическим ингибитором ключевого фермента гликолиза - фосфофруктокиназы.

Таким образом, в условиях гипоксии, в случаях увеличения потенциала фосфорилирования, возникает активация ключевого фермента гликолиза - фосфофруктокиназы (ФФК) и соответственно возрастание пропускной способности реакции анаэробного гликолиза. При этом резко снижается запас гликогена в сердце, мозге, печени, почках, мышцах и других тканях и соответственно накапливаются продукты гликолитических реакций - молочная и пировиноградная кислоты.

Касаясь значения активации ключевого фермента гликолиза - ФФК в условиях гипоксии, необходимо отметить достаточно быструю трансформацию реакций адаптации в реакции дезадаптации, реализуемых при участии этого фермента.

Так активация ФФК на начальных этапах ишемического или гипоксического повреждения клеток приводит к усилению мобилизации гликогена, несколько улучшает энергообеспечение тканей. При этом истощаются запасы гликогена, усиливается ацидоз, приводящий на пике своего развития к подавлению ФФК, и соответственно полной блокаде энергообеспечения клетки.

Развитие метаболического ацидоза при гипоксических состояниях усугубляется также недостаточностью реакций окисления жирных кислот, аминокислот, чрезмерным накоплением кислых продуктов метаболизма указанных соединений.

Что касается окисления жирных кислот в митохондриях и их роли в энергетическом обеспечении тканей, в частности, миокарда, следует отметить две главных стадии. На первой стадии происходит последовательное отщепление двууглеродных фрагментов (в виде ацетил-СоА) от карбоксильного конца цепи жирной кислоты в результате цикла ферментативных реакций. При завершении таких 7 циклов в превращениях 16 - углеродной цепи пальмитиновой кислоты образуется 8 двууглеродных фрагментов в форме ацетил-СоА. На второй стадии окисления жирных кислот ацетильные остатки ацетил-СоА окисляются через цикл лимонной кислоты до СО2 и воды в митохондриях.

На обеих стадиях окисления жирных кислот атомы водорода или соответствующие им электроны передаются по митохондриальной цепи переноса электронов на кислород. С этим потоком электронов сопряжен процесс окислительного фосфорилирования АДФ до АТФ. Следовательно, в условиях гипоксии различного генеза блокируются процессы окисления жирных кислот в тканях, в избытке накапливаются кислые продукты, формируется метаболический ацидоз, и соответственно развиваются дефицит АТФ, подавление всех энергозависимых реакции.

Как известно, большую часть метаболической энергии, вырабатываемой в тканях, поставляют процессы окисления углеводов и триацилглицеридов (в среднем 90% всей энергии). Лишь 10-15% энергии поставляется в процессе окисления аминокислот. Если аминокислоты, высвобождающиеся при обычном динамическом обновлении белков, не используются для синтеза новых белков, то они подвергаются окислительному расщеплению. В случаях нарушения утилизации глюкозы возникает усиление катаболизма белков, при этом аминокислоты теряют свои аминогруппы, превращаются в - кетокислоты. Последние в условиях нормальной оксигенации тканей вовлекаются в цикл Кребса с образованием СО2 и воды. Естественно, что в условиях гипоксии, когда нарушаются окислительно-восстановительные реакции в цикле Кребса, развитие метаболического ацидоза усугубляется и за счет избыточного накопления в тканях аминокислот, -кетокислот.

Касаясь функциональной значимости метаболического ацидоза, закономерно развивающегося при гипоксии различного генеза, следует отметить ряд последующих неспецифических метаболических и функциональных расстройств, представляющих собой динамическую трансформацию реакций адаптации в реакции дезадаптации.

Как известно, типовой реакцией тучных клеток и тромбоцитов на развитие гипоксии и ацидоза является их дегрануляция с избыточным освобождением в окружающую среду высокоактивных соединений - гистамина, серотонина, ФАТ, ФХЭ, ФХН, лейкотриенов, интерлейкинов. В свою очередь, избыточное накопление ионов водорода, биологически активных соединений приводит к резкому увеличению проницаемости биологических мембран за счет структурных переходов в белках и липидах, и активации процессов свободно-радикального окисления.

Таким образом, среди механизмов, приводящих к повреждению биологических мембран при гипоксии различного генеза, необходимо выделить следующие:

1) развитие метаболического ацидоза,

2) выброс вазоактивных соединений тучными клетками,

3) активацию процессов липопероксидации,

4) высвобождение лизосомальных гидролаз при дезорганизации лизосомальных мембран с последующим усугублением метаболических сдвигов.

13.2. Механизмы развития гипоксического некробиоза.

В настоящее время очевидно, что развитие гипоксического некробиоза связано в значительной мере с дезорганизацией цитоплазматических, лизосомальных, митохондриальных, и других биологических внутриклеточных мембран, формирующих отдельные функциональные и структурные компартменты.

Причем наиболее ранние расстройства возникают у градиентсоздающих и сократительных систем клеток.

Как известно, одним из наиболее энергоемких ферментов является Na-K-AТФ-аза, обеспечивающая трансмембранный перенос ионов против градиента концентрации и поддерживающая таким образом уровень потенциала покоя клетки и ее возбуждение. Развитие гипоксического состояния, дефицит макроэргов, увеличение пассивной проницаемости цитоплазматических мембран клеток при их дезорганизации в условиях гипоксии приводят к развитию вначале частичной, а затем стойкой деполяризации клеток, невозможности их реполяризации и, соответственно, к отсутствию формирования потенциала действия, подавлению функциональной активности клеток. Одним из последствий подавления Na-,K-АТФ-азы и дезорганизации структурных компонентов цитоплазматических мембран, белков и липидов является избыточное проникновение в цитоплазму Na+ и H2O с последующей гипергидратацией, развитием отека и «мутного набухания» клетки. Внутриклеточные гипергидратации - один их типичных признаков ранней обратимой стадии некробиоза клеток при гипоксии.

Важнейшим фактором повреждения клеток при гипоксии являются ионы кальция.

Как известно, внутриклеточная концентрация кальция в состоянии покоя поддерживается в среднем на уровне 10-7М, что в 100.000 раз меньше, чем в межклеточной жидкости. В период возбуждения кальций проникает из внеклеточной среды в клетку через потенциалзависимые кальциевые каналы. При этом возникают активация фосфолипазы С и образование липидных внутриклеточных посредников - диацилглицерина и инозинфосфамина. Цитоплазматический кальций взаимодействует с кальмодулином - внутриклеточным рецептором с последующей активацией кальмодулинзависимых протеинкиназ и включением тех или иных внутриклеточных реакций.

В условиях гипоксии, дефицита энергетического обеспечения клеток возникают недостаточность механизмов инактивации цитоплазматического кальция и удаления его из клеток в связи с подавлением активности АТФ-зависимого Са-насоса, натрий- кальциевого обменного механизма, дестабилизацией митохондриальных мембран и мембран эндоплазматического ретикулума, играющих в условиях нормы важную роль в поддержании баланса внутриклеточного кальция. При избытке внутриклеточного кальция усугубляются процессы набухания митохондрий, усиливаются дефицит АТФ и подавление всех энергозависимых реакций в клетке. Избыток кальция активизирует ядерные эндонуклеазы, фрагментирующие ДНК, индуцирует апоптоз. При высоком уровне внутриклеточного кальция активизируются нейтральные протеазы - кальципаины, разрушающие цитоскелет клетки, в частности, белки фоурин и В-актин, лизирующие рецепторы и протеинкиназу С.

При гипоксическом некробиозе вокруг гибнущих клеток формируется кальцийзависимая активация системы комплемента, активация коагуляционного и тромбоцитарного звеньев гемостаза, а также фибринолиза и калликреин-кининовой системы.

Активация под влиянием кальция мембранных фосфолипаз приводит к дальнейшей дезинтеграции мембран клеток, активации циклооксигеназы и липооксигеназы с последующим образованием простагландинов, лейкотриенов, свободных радикалов с выраженным цитотоксическим действием.

Чрезвычайно важна роль дезинтеграции митохондриальных мембран в механизмах гипоксического некробиоза клеток.

Как известно, в клетках эукариот все специфические дегидрогеназы принимают участие в окислении пирувата и других субстратов, локализованных в митохондриальном матриксе. Во внутренней мембране митохондрий локализуются переносчики электронов, составляющие дыхательную цепь и ферменты, катализирующие синтез АТФ из АДФ и фосфата.

В связи с этим очевидно, что продукты гликолиза, липолиза, протеолиза, вовлекаемые через ацетил-СоА в цикл Кребса, а также АДФ должны пройти через обе мнтохондриальные мембраны, в то время как новообразованные АТФ проникают из внутренней мембраны митохондрий в цитоплазму клетки и далее к местам энергетических трат. Установлено, что наружная мембрана легко проницаема для всех молекул и ионов небольшого размера, в то время как во внутренней мембране имеются специальные ферментативные транспортные системы, обеспечивающие трансмембранный перенос ионов и различных соединений.

Согласно хемиосматической гипотезе функция переноса электронов, происходящего на внутренней митохондриальной мембране, заключается в том, чтобы откачивать ионы Н+ из матрикса митохондрий в наружную среду для создания градиента концентрации ионов Н+ между двумя водными фазами, разделяемыми внутренней мембранной митохондрий, и соответственно накопления потенциальной энергии. Очевидно, что при нарушении целостности структуры митохондриальной мембраны в условиях гипоксии возникает утечка ионов Н+ через мембраны, в процессе которой не исключается возможность образования активных форм кислорода с одной стороны, и недостаточность ресинтеза АТФ - с другой.

Таким образом, при избыточном накоплении ионов кальция в клетке, активации процессов липопероксидации при гипоксии различного генеза резко повышается проницаемость митохондриальных мембран, возникает набухание митохондрий, пространственная дезориентация ферментативных систем транспорта электронов, синтеза АТФ. В результате происходят разобщение окислительного фосфорилирования и дыхания и соответственно подавление всех энергозависимых систем клетки: синтеза белка, трансмембранного переноса ионов, сопряжения процессов возбуждения и сокращения в мышечных структурах и т.д.

В процессе набухания митохондрии энергия потока электронов трансформируется в тепловую энергию.

Наряду с локальными и системными метаболическими сдвигами в тканях, обусловленными гипоксией, ацидозом, активизацией процессов липопероксидации, возникает комплекс метаболических и функциональных сдвигов, обусловленных выбросом гормонов адаптации - катехоламинов, глюкокортикоидов.

Как известно, при чрезмерной активации симпатоадреналовой системы (САС) реакции адаптации довольно быстро трансформируется в дезадаптационные процессы. Во-первых, при активации освобождения норадреналина происходит спазм сосудов переферических органов и тканей и соответственно усугубление циркуляторной гипоксии. На фоне активации САС при участии постсинаптических β-адренорецпторов возможна активация процессов гликолиза, гликогенолиза, липолиза, что, безусловно, усугубляет развитие ацидотических сдвигов, свойственных гипоксии.

Усиление адренергетических влияний закономерно сопровождается активацией процессов липопероксидации, что вносит весомый вклад в механизмы развития гипоксического некробиоза клеток органов и тканей, чувствительных к ишемии.

Синхронно с освобождением катехоламинов в условиях гипоксического стресса выбрасываются глюкокортикоиды, индуцирующие процессы лизиса и апоптоза в лимфоидной ткани, блокирующие процессы пролиферации и репаративной регенерации в ряде внутренних органов.

Митохондриальный консенсус клеточной смерти


Митохондрия — центральный игрок апоптоза, авангард каскада смерти. При этом ключевой структурой ее функциональной активности является, несомненно, мембрана. На внутренней мембране локализована дыхательная цепь, которая посредством окислительного фосфорилирования обеспечивает выработку энергии для клетки. Целостность митохондриальной наружной мембраны имеет решающее значение для формирования компартмента белков проапоптотического межмембранного пространства. Важнейшими из этих белков являются цитохром с, способствующий сборке белкового комплекса, называемого апоптосомой (включает каспазу-9, связанную с активирующим фактором апоптотической протеазы 1 типа — APAF-1), и вторичный митохондриальный активатор каспаз Smac/DIABLO, который нейтрализует ингибирование каспаз, вызванное семейством белков-ингибиторов апоптоза (IAP), в частности XIAP. Весь комплекс белков этого ящика Пандоры приводит к деполяризации митохондрий и индукции гибели клеток при попадании в экстрамитохондриальное пространство.

Наружная мембрана митохондрий в физиологических условиях проницаема для молекул до 5 кДа. Во время пермеабилизации (повышения проницаемости) внешней мембраны митохондрии (MOMP) образуются поры, которые начинают пропускать белки массой более 100 кДа. Образование пор достигается за счет интеграции и конформационного взаимодействия активированных белков BCL-2 Х (BAX) и антагониста или киллера BCL-2 (BAK) [1]. В одной конкретной митохондрии этот процесс длится несколько секунд, но, поскольку начало MOMP для каждой митохондрии в клетке варьируется, обычно требуется около 5 минут для достижения проницаемости мембраны во всех митохондриях клетки. В некоторых случаях методы визуализации с высоким разрешением позволяли наблюдать волнообразное распространение MOMP внутри отдельных клеток. В регуляции митохондриальной проницаемости рассматривается роль уровня кальция, при этом данный процесс начинается со слабой митохондриальной деполяризации, которая в условиях повторного скачка уровня кальция запускает отсроченную кальциевую дисрегуляцию и стабильную деполяризацию мембраны [2]. Однако связь с белками семейства BCL-2 остается неясной, и MOMP, как и апоптоз, протекают чаще без повышения уровня внутриклеточного кальция.

Долгое время MOMP действует по принципу «все или ничего» — она считалась точкой невозврата, неизбежно ведущей к гибели клетки. В последних исследованиях отмечается, что внутриклеточная гетерогенность в вовлечении митохондрий в процесс MOMP влияет на выживание клеток, а также их дифференцировку. На настоящий момент описано два различных сценария частичной MOMP, которые не приводят к гибели клеток (рис.1). Возможны неполная MOMP, когда MOMP происходил в большинстве, но не во всех митохондриях внутри клетки, и MOMP меньшей части митохондрий («мини-MOMP»), при которой несколько митохондрий подвергаются MOMP после сублетального стресса.


Рисунок 2 | Варианты пермеабилизации внешней мембраны митохондрий (MOMP).
Апоптотический стресс приводит к полной MOMP и гибели клеток. Варианты частичной MOMP: неполная MOMP, в этом случае клетки могут выжить при ингибировании активности каспаз, и MOMP, вовлекающая меньшинство митохондрий (мини-MOMP). Последняя версия приводит к выживанию клеток, но при этом может произойти активирование каспаз-зависимых сигнальных путей, вызывающих повреждение ДНК в выживших клетках, которое может привести к их злокачественной трансформации [3].

Выживание клетки, которая сталкивается с апоптотическим стрессом и неполной MOMP, зависит от отсутствия или ингибирования активности каспаз. Было высказано предположение, что неполная MOMP является результатом неравномерной экспрессии в митохондриях антиапоптотического белка BCL-2, что поддерживает выживание клеток даже при получении разнообразных апоптотических стимулов при условии ингибирования активности каспаз. Напротив, мини-MOMP индуцирует каспазную активность, но на сублетальных уровнях. Данное «закаливание» клетки в условиях сублетальной каспазной активности способствует повреждению ДНК и запуску неапоптотических сигнальных путей каспаз, которые могут привести к онкогенной трансформации клетки [3]. В исследовании H. L. Tang с соавторами изучался апоптоз поздней стадии в различных клеточных линиях (гепатоцитах, кардиомиоцитах, макрофагах, фибробластах, клетках HeLa рака шейки матки и нейронах головного мозга). После воздействия индуктора апоптоза клетки проявляли множественные морфологические и биохимические признаки апоптоза поздней стадии, включая митохондриальную фрагментацию, активацию каспазы-3 и повреждение ДНК. Далее подавляющее большинство умирающих клеток задерживало апоптотический процесс и после удаления использованного индуктора апоптоза восстанавливалось, при этом некоторые клетки сохраняли приобретенные в ходе этого стресса генетические изменения и затем подвергались онкогенной трансформации (с большей частотой, чем контрольные клеточные линии). Такой механизм назвали «анастасисом» (греч. anastasis — «возвращение к жизни, воскрешение»). Обсуждается также роль выживания клеток в аспекте повышения генетического разнообразия как значительное эволюционное преимущество [4].

Такое «неудачное» завершение апоптоза фактически может способствовать инициации и прогрессированию рака. Описано истощение каспаз в раковых клетках, что также может позволить им выживать при различных апоптотических стимулах при невозможности достичь уровня полной MOMP. Кроме того, риск возникновения вторичных злокачественных новообразований, например, лейкемии при химиотерапии или сарком, ассоциированных с облучением, может быть повышен посредством индукции MOMP в меньшинстве митохондрий клетки [5].

Митохондриальная проницаемость — динамическое и мультирегулируемое явление, которое изменяет судьбу клетки с возможностью выбора различных альтернативных путей, порой противоречащих друг другу.

Источники:

Материалы к занятию 10. Программируемая клеточная гибель.

1. Программируемая клеточная гибель. Основные понятия

Программи́руемая кле́точная ги́бель, или программи́руемая кле́точная смерть [1] , или запрограмми́рованная ги́бель кле́ток [2] (ПКГ, англ. Programmed cell death ) — гибель клетки, которая происходит за счёт запрограммированных внутриклеточных процессов. Ко второму десятилетию XXI века насчитывается более десяти известных видов программируемой клеточной гибели. С 2005 года классификацией видов клеточной гибели занимается Комитет по номенклатуре видов клеточной гибели (англ. Nomenclature Commitee on Cell Death ). Программируемая клеточная гибель описана для всех крупных групп эукариот: животных, растений, грибов, слизевиков и даже одноклеточных организмов (например, дрожжей). ПКГ выполняет множество функций как на уровне клетки, так и на уровне целого организма: у животных она играет важнейшую роль в развитии, с её помощью элиминируются повреждённые клетки, у растений она задействована в образовании тканей, состоящих из мёртвых клеток, таких как ксилема. Программируемая клеточная гибель известна не только у эукариот: несколько видов программируемой гибели было описано у бактерий [3] . Все виды программируемой клеточной гибели можно подразделить на внешние, которые запускаются сигналами извне клетки, и внутренние, вызванные нарушениями в функционировании клеток [4] .

2. История изучения

Сама концепция программируемой клеточной гибели была предложена Локшином [en] (англ. Lockshin ) и Уильямсом в 1964 году по отношению к развитию некоторых тканей у насекомых [17] . Примерно через 8 лет появился термин «апоптоз». Первые сведения о механизмах ПКГ появились при изучении белка Bcl-2 — продукта онкогена, экспрессия которого активируется при хромосомных транслокациях, которые часто наблюдаются при фолликулярной лимфоме. В отличие от других известных к этому моменту продуктов онкогенов, Bcl-2 вызывает злокачественное перерождение не за счёт непрерывной стимуляции деления, а за счёт предотвращения программируемой клеточной гибели [18] . По сей день программируемая клеточная гибель интенсивно исследуется. В 2002 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена за открытия в молекулярной биологии программируемой клеточной гибели Сиднею Бреннеру, Роберту Хорвицу и Джону Салстону [19] , а в 2016 году этой награды был удостоен Ёсинори Осуми, исследовавший один из видов программируемой клеточной гибели — аутофагию [20] .

3. Классификация

С точки зрения морфологии долгое время выделялось три основных вида программируемой клеточной смерти:

  • Клеточная гибель I типа, или апоптоз. При этой форме клеточной гибели происходят сжатие цитоплазмы, конденсация хроматина, фрагментация ядра и так называемый блеббинг[en]клеточной мембраны, то есть отпочковывание от неё везикул. В конце концов всё содержимое клетки распадается на везикулы (апоптотические тельца), которые фагоцитируются соседними клетками и расщепляются в их лизосомах.
  • Клеточная гибель II типа, или аутофагия. При аутофагии в цитоплазме разрушающейся клетки формируется множество вакуолей, которые затем фагоцитируются и разрушаются соседними клетками.
  • Клеточная гибель III типа, или некроз. Некроз характеризуется полным отсутствием черт, присущих апоптозу и аутофагии. Остатки разрушившейся клетки запускают воспаление[4] .

Позже была принята более сложная классификация видов программируемой клеточной гибели, которая построена не на морфологических деталях, а на генетических, биохимических, фармакологических и функциональных особенностях. Однако выделенные таким образом виды гибели далее делят на две группы по морфологии: в одну относят виды смерти, которые морфологически близки к апоптозу, а в другую — те, которые морфологически близки к некрозу. Таким образом, для каждого вида программируемой клеточной гибели присущ свой набор свойств, от полностью апоптотического до полностью некротического [4] .

По состоянию на 2018 год выделяют следующие виды программируемой клеточной гибели [4] :

  • Зависимая от лизосом клеточная гибель (англ. Lysosome-dependent cell death, LDCD );
  • Зависимая от аутофагии клеточная гибель (англ. Autophagy-dependent cell death, ADCD );
  • Иммуногенная клеточная гибель[en] (англ. Immunogenic cell death, ICD );
  • Внутренний апоптоз (англ. Intrinsic apoptosis );
  • Внешний апоптоз (англ. Extrinsic apoptosis );
  • Некроз, зависимый от проницаемости митохондрий (MPT) (англ. MPT-driven necrosis ); (англ. Necroptosis ); (англ. Ferroptosis ); (англ. Pyroptosis );
  • Партанатоз[en] (англ. Parthanatosis ); (англ. Entosis ); (англ. NETosis ).

3.1. Зависимая от лизосом клеточная гибель

Зависимая от лизосом клеточная гибель начинается с нарушений клеточного гомеостаза и пермеабилизации (изменения проницаемости) мембран лизосом. Она наблюдается при многих патофизиологических процессах: воспалении, перестройке тканей (например, перестройке ткани молочных желёз после лактации), старении, нейродегенеративных заболеваниях, сердечно-сосудистых заболеваниях и ответе на внутриклеточные патогены [4] .

После пермеабилизации мембран лизосом содержимое последних выходит в цитозоль, где в том числе оказываются в результате протеолитические ферменты семейства катепсинов, которые разрушают содержимое клетки. Процессы, предшествующие пермеабилизации лизосомальных мембран и запускающие её, не вполне ясны. В некоторых условиях она происходит после пермеабизизации внешней митохондриальной мембраны в ходе внутреннего апоптоза. В других случаях пермеабилизация мембран лизосом происходит раньше мембран митохондрий при участии белка BAX [en] . Важную роль в запуске повышения проницаемости лизосомальных мембран играют активные формы кислорода [4] .

3.2. Зависимая от аутофагии клеточная гибель

Зависимая от аутофагии клеточная гибель подразумевает активацию молекулярных механизмов аутофагии (всех или части), которые приводят к образованию аутофагосом [en] * — везикул с двойной мембраной [5] [6] . Аутофагия является важным процессом, составляющим часть клеточного ответа на стресс, поэтому её нарушения приводят к разнообразным дефектам развития и заболеваниям. У дрозофилы аутофагия задействована в обновлении выстилки средней кишки и деградации личиночных слюнных желёз. Зависимая от аутофагии клеточная гибель вносит свой вклад в патогенез ряда заболеваний и у человека. Например, при некоторых патологических состояниях по пути аутофагии погибают нейроны. Разновидность зависимой от аутофагии клеточной гибели, в которой задействована Na + /K + -АТФаза, известна как аутоз [4] .

Аутофагосомы, меченные флуоресцентным красителем, в клетках hTERT-RPE1

3.3. Иммуногенная клеточная гибель

Иммунногенной клеточной гибелью называют те виды клеточной смерти, которые сопровождаются активацией адаптивного иммунного ответа, направленного против эндогенных (клеточных) или экзогенных (вирусных) антигенов, которые экспрессирует погибающая клетка. Иммунногенную клеточную гибель вызывают сравнительно немногие факторы: вирусные инфекции, некоторые противораковые препараты (например, антрациклины и бортезомиб [en] ), некоторые виды радиотерапии, а также фотодинамическая терапия, основанная на гиперицине. Как правило, иммунный ответ запускают следующие ассоциированные с повреждениями молекулярные паттерны (англ. Damage-associated molecular pattern, DAMP ), экспрессируемые умирающей клеткой: кальретикулин [en] , АТФ, белок HMGB1, интерфероны I типа [en] , нуклеиновые кислоты, происходящие от раковых клеток, и аннексин A1 [4] .

3.4. Внутренний апоптоз

Внутренний апоптоз запускают разнообразные изменения окружающей среды клетки: отсутствие факторов роста, повреждения ДНК, стресс эндоплазматического ретикулума (ЭПР), активные формы кислорода, нарушения репликации ДНК, дефекты митоза и нарушения функционирования микротрубочек. Клетки, погибающие путём апоптоза, сохраняют целостность плазматической мембраны и некоторую метаболическую активность. Они распадаются на везикулы — апоптотические тельца, которые фагоцитируются другими клетками. Критический этап внутреннего апоптоза — необратимая пермеабилизация внешних митохондриальных мембран, которая контролируется различными белками семейства BCL2 [en] . В результате в цитозоль выходят проапоптотические факторы, которые в обычное время находятся в межмембранном пространстве митохондрий [en] . Важнейшим из них является белок дыхательной цепи цитохром c. В цитозоле он связывается с белком APAF1 и про-каспазой 9, формируя комплекс, известный как апоптосома. В ней каспаза 9 активируется, формируя димеры, которые сами себя разрезают и тем самым активируют, и начинает активировать другие каспазы, внося в них разрезы. Каспазы — это протеазы, которые разрушают все белки клетки и вызывают смерть клетки [4] .

3.5. Внешний апоптоз

Внешний апоптоз запускается изменениями в микроокружении [en] клетки. Ключевую роль в запуске внешнего апоптоза играют два типа рецепторов клеточной мембраны: рецепторы смерти, которые активируются при связывании с лигандом, а также рецепторы, которые активируются, когда концентрация их лиганда опускается ниже некоторого значения. К числу рецепторов смерти относятся, например, рецептор Fas [en] и ряд других рецепторов суперсемейства факторов некроза опухолей (англ. tumor necrosis factor, TNF ). Когда рецептор смерти активируется, у его внутриклеточной части собирается особый многобелковый комплекс — DISC (от англ. death-inducing silencing complex ). Он регулирует активацию и функционирование каспазы 8 (или, в некоторых случаях, каспазы 10). Вслед за ней активируются и остальные каспазы, которые разрушают клеточные белки и приводят к её гибели [4] .

3.6. Некроз, зависимый от проницаемости митохондрий

MPT-зависимый некроз начинается при особых изменениях внутриклеточных условий, таких как сильный окислительный стресс и значительное повышение концентрации ионов кальция в цитозоле. Сокращение MPT происходит от англ. mitochondrial permeability transition — нарушение проницаемости митохондрий, так как при этом виде клеточной гибели внутренняя митохондриальная мембрана становится проницаемой для малых молекул, что приводит к исчезновению электрохимического градиента на ней, осмотическому разрушению обеих митохондриальных мембран и в конечном счёте гибели клетки в виде некроза [4] .

3.7. Некроптоз

Некроптоз вызывается различными изменениями во внутренней и внешней среде клетки, которые детектируются особыми рецепторами смерти (например, Fas), рецепторами распознавания патогенов (например, Toll-подобными рецепторами 3 и 4), а также белком ZBP1 [en] , связывающимся с Z-ДНК. Морфологически смерть клетки происходит в форме некроза. Критически важную роль в запуске некроптоза играют протеинкиназы RIPK3 [en] и MLKL [en] , которые активируются рецепторами. Некроптоз не только связан с ответом организма на стресс, он обеспечивает гибель дефектных организмов до рождения и участвует в регуляции гомеостаза T-лимфоцитов во взрослом организме [4] .

Механизм гибели клетки при повышении проницаемости наружной мембраны митохондрий (МОМР)

Онкология:

Популярные разделы сайта:

Роль митохондрий в апоптозе (гибели) клеток

Известно, что CD95-индуцированный каспазный каскад, приводящий к активации эффекторов апоптоза, развивается в различных клетках по одному из, как минимум, двух сценариев. В клетках так называемого I типа (к ним относятся клетки В-клеточной линии SKW6 и Т-клеточной лимфомы Н9) активированная в составе комплекса DISC каспаза-8 непосредственно трансактивирует «киллерные» каспазы-3, -6, -7.

В клетках же II типа (Т-клеточные лейкозы Jurkat, СЕМ) активности каспазы-8 недостаточно для трансактивации эффекторов, в связи с чем включается механизм мультипликации сигнала путем трансактивации каспазой-8 проапоптогенного фактора семейства Вс1-2 белка Bid, который в активном состоянии (укороченном в результате протеолитического процессинга — tBid) транслоцируется в митохондрии и стимулирует выход из трансмембранного пространства последних в цитозоль компонента дыхательной цепи цитохрома с.

Цитохром с в цитоплазме связывается с апоптотическим фактором Apaf-1 (Apoptotic protease activating factor —1) и прокаспазой-9, формируя апоптосому — трехмерную матрицу, в составе которой прокаспаза-9, претерпев конформационные изменения, способна к аутопроцессингу. В результате активная каспаза-9 высвобождается в цитозоль, где ее субстратами, подобно каспазе-8, становятся эффекторные прокаспазы-3, -6, -7.

Митохондриальный путь активации каспаз контролируется многими про- и антиапоптогенными факторами семейства Bcl-2 (B-cell leukemia associated oncogene — 2), формирующих две группы функциональных антагонистов. Ингибиторы апоптоза (Вс1-2, Bcl-XL, Bcl-W, Bfl-1, BHRF-1, Mcl-1) относят к группе Bcl-2-подобных, а промоторы апоптоза (Вах, Bak, Bid, Bad, Bik, Bim, Bmf, Bod, Hrk, Mtd, Noxa, PUMA и др.) выделяют в группу Вах-подобных белков (Bcl-2 antagonist protein X). Баланс этих регуляторных факторов в конечном счете оказывает влияние на выживаемость клеток, их чувствительность к химио- и радиотерапии, прогрессию опухоли.

Принадлежность функциональных антагонистов к одному семейству связана с наличием в молекулах этих белков ВН-доменов (Bcl-2 homologue). Более того, антагонистически функционирующие факторы Bcl-XL и Bcl-XS являются белковыми продуктами одного и того же гена BCL-X, но существующими в результате альтернативного сплайсинга мРНК в «длинной», L (long), или «короткой», S (short), формах. Обладая выраженной структурной гомологией, белки семейства склонны к образованию гомо- и гетеродимеров, взаимодействуя друг с другом содержащими а-спираль доменами ВНЗ.

Образуя гетеродимерные комплексы со своим антагонистом (например, Bcl-2/Bax), оба мономера утрачивают активность, уравновешивая друг друга; гипер- или гипопродукция любого из них смещает баланс в сторону ингибирования или активации апоптоза.

Белки Bcl-2, локализованные на внешней поверхности митохондриальной мембраны, на мембранах эндоплазматического ретикулума и ядерной мембране, способны регистрировать повреждения этих компартментов, меняя свое поведение. Ранее уже сказано, что активация митохондриального пути апоптоза связана с открытием транзиторных пор наружной мембраны митохондрий и выходом через них из межмембранного пространства в цитозоль проапоптогенного фактора цитохрома с. Регуляторным противовесом этого процесса являются белки Bcl-2 и Bcl-XL, способные блокировать поры митохондриальной мембраны и, кроме того, конкурентно ингибировать на молекуле Apaf-1 сайты связывания цитохрома с, предотвращая формирование апоптосом и активацию каспазы-9.

программирование апоптоза

Напротив, избыток цитозольного Вах смещает динамическое равновесие в сторону выхода Bcl-2 из митохондриальной мембраны для образования гетеродимера Вах/Вс1-2. Результатом этой миграции является раскрытие мембранных каналов и выход цитохрома с в цитозоль.

Разнообразны факторы, наличие (или, напротив, отсутствие) которых вызывает раскрытие мембранных пор митохондрий: это энергетическое голодание клеток, разобщение окислительного фосфорилирования, истощение пулов ATP, NAD+ или восстановленного глутатиона, повышение концентрации Са2+ в цитозоле. В любом случае раскрытию пор предшествует снижение электроосмотического трансмембранного потенциала митохондрий, в связи с чем эти поры называют также VDAC (Voltage-dependent anion channels). Следствием раскрытия пор является выход в цитозоль проапоптогенных факторов и активация апоптоза.

Кроме цитохрома с, с митохондриями связаны еще по крайней мере три группы проапоптогенных факторов: флавопротеин AIF (Apoptosis inducing factor), активные формы кислорода ROS (Reactive Oxygen Species) и белок SMAC/DIABLO (Second mitochondria-derived activator of caspase / Direct IAP-binding protein with low pi).

Первый из них — белок AIF (мол. м. 57 000 D) — является самостоятельным, не зависимым от каспаз эффектором апоптоза. Микроинъекции этого фактора в интактные фибробласты крыс приводят к конденсации хроматина на периферии ядра, разрыву ДНК на крупные фрагменты (300 и 50 тыс. пар оснований, соответствующие суперспирально-доменным розеткам, структура которых стабилизируется активностью топоизомеразы-П), транслокации фосфатидилсерина из внутреннего липидного слоя клеточной мембраны на внешний, выходу цитохро-ма с из митохондрий в цитозоль. Ни один из этих эффектов не подавляется пептидным ингибитором каспаз z-VAD.fmk.

Белок AIF, обладающий оксидоредуктазной активностью, локализован в межмембранном пространстве митохондрий и перемещается в цитозоль через открытые транзиторные поры наружной мембраны или при ее разрушении совместно с цитохромом с, хотя действует, по-видимому, обособленно от последнего. Оксидоредуктазная активность AIF не связана с его проапоптогенным действием, а наличие в его структуре сигнала ядерной локализации (SNL-последовательности) обусловливает его быстрый транспорт в клеточное ядро.

Недавно обнаружен подобный AIF митохондриальный белок AMID (AIF-homologous mitochondrionassociated inducer of death), также индуцирующий каспазанезависимую клеточную гибель. Поскольку при каспазанезависимой гибели характерные для апоптоза морфологические изменения клетки не сопровождаются прогрессивной межнуклеосомной деградацией ДНК, в некоторых источниках AIF-опосредованный механизм самоликвидации клеток называют апоптозоподобной программированной гибелью (Apoptosis-like programmed cell death).

ROS представляют собой активные формы кислорода преимущественно в форме гидроксил-радикала НО • или супероксиданионрадикала О2. Супероксиданионрадикал образуется в результате одноэлектронного восстановления кислорода в процессе клеточного дыхания в качестве побочного продукта. Локализуясь в межмембранном пространстве митохондрий или в митохондриальном матриксе, супероксиданионрадикал в норме подлежит инактивации действием цитохрома с (реокисление до О2) либо превращению действием супероксиддисмутазы в перекись водорода с последующей утилизацией глутатионпероксидазой или каталазой.

реализация программы апоптоза

Если же активности защитных ферментов недостаточно, ROS вызывают окисление SH-группы транспортного белка внутренней мембраны митохондрий ATP/ADP-антипортера (другое наименование — аденин-нуклеотид транслокатор, ANT), что превращает этот переносчик адениннуклеотидов в неспецифический канал, проницаемый для любых низкомолекулярных соединений.

В результате повышения проницаемости внутренней мембраны нарушается электролитный баланс митохондрий, что влечет за собой набухание матрикса и разрыв имеющей существенно меньшую площадь наружной митохондриальной мембраны. Индуцированное свободными радикалами перекисное окисление липидов мембран митохондрий имеет тот же результат. Разрушение внешней мембраны приводит к выходу из межмембранного пространства в цитозоль проапоптогенных факторов — цитохрома с, AIF и SMAC/DIABLO.

Значение ROS для жизнедеятельности клетки не исчерпывается описанным выше их разрушительным действием на мембраны митохондрий. Активные формы кислорода принимают участие в регуляции многих биологических процессов, включая активацию транскрипционных факторов (NF-кВ, NFAT), трансдукцию сигнала от клеточных рецепторов (TNFR-1, TCR), исполнение эффекторной апоптогенной функции клеток-киллеров. С действием эндогенных ROS связана проапоптогенная активность тироксина: этот гормон повышает активность индуцибельной NO-синтазы (iNOS), в результате чего возрастает внутриклеточная концентрация оксида азота, инактивирующего каталазу и глутатионпероксидазу. С участием супероксиданионрадикала и NO возможно также формирование весьма агрессивного соединения пероксинитрита.

Значение оксида азота для жизнедеятельности отдельной клетки и всего многоклеточного организма никак не соотносится с простотой его структуры. Количество потенциальных акцепторов этой высокореакционной молекулы весьма велико, существование специальных NO-образующих ферментов (конститутивной и индуцибельной NOSs, а также нейронспецифичной NOS) и очень короткое время жизни in vivo (от нескольких секунд до нескольких десятков секунд) свидетельствует об участии оксида азота во многих оперативно управляемых процессах, рассмотрение которых выходит за рамки настоящей главы. Следует лишь упомянуть, что продемонстрирована роль тандема NO — тиоредоксин (эндогенный тиол белковой природы) в активации протеинкиназы ASK-1 с последующей трансактивацией МАР-киназного каскада.

В то же время нитрозилирование G-белка Ras за счет его связывания с NO влечет за собой последовательную трансактивацию фосфоинозитол-3-киназы Р1-3-К, PKB/Akt, JNK/SAPK и транскрипционного фактора NF-kB. Эти сигнальные пути лежат в основе антиапоптогенного эффекта доноров оксида азота.

Белок SMAC/DIABLO синтезируется в цитозоле в форме предшественника и импортируется в митохондрии. При клеточном стрессе SMAC/DIABLO выходит в цитозоль через открытые транзиторные поры (Вс1-2 и Bcl-XL подавляют его выход), где блокирует белки семейства IAPs (cIAPl, cIAP2, XIAP, livin, survivin), ингибирующих активность каспаз. При разрушении наружной мембраны митохондрий в результате действия ROS выход SMAC/ DIABLO в цитозоль уже не может быть предотвращен действием Вс1-2 и Bcl-XL.

Митохондриальный путь контролирует апоптоз также при генотоксическом стрессе: нитевые повреждения ДНК активируют белковый продукт опухолевого супрессора ТР53, который трансактивирует проапоптогенный фактор Вах. Последний вступает во взаимодействие с антиапоптогенными белками Вс1-2 и Bcl-XL, «экстрагируя» их из внешней мембраны митохондрий, в результате чего открываются «транзиторные поры» для выхода в цитозоль проапоптозных факторов — цитохрома с, AIF и SMAC/DIABLO. Инактивация ТР53 приводит к формированию фенотипа радиорезистентности.

Таким образом, митохондрии — энергетические фабрики клетки, в которых протекают процессы клеточного дыхания и окислительного фосфорилирования, — не только абсолютно необходимы для ее нормальной жизнедеятельности, снабжая все процессы универсальной биологической энергией в виде АТР, но во многом контролируют также ее гибель. Недаром в одном из недавних обзоров они образно названы «ящиком Пандоры», а непредсказуемость последствий открытия этого ящика сравнима с «русской рулеткой с более чем одной пулей». Эти удивительные органеллы достойны фразы: без них нет жизни, с ними — смерть!

Митохондриальный путь гибели клеток


Апоптоз представляет собой регулируемый процесс программируемой клеточной гибели и является необходимым условием нормально существования организма. Основная роль апоптоза состоит в поддержание клеточного гомеостаза. Апоптоз обеспечивает физиологическое соотношение клеток различных типов.

Процесс апоптоза обуславливается специфическими особенностями морфологии- ядро и цитоплазма уменьшаются в размерах, конденсируются, фрагментируются, клетка распадается на апоптические тельца, содержащие элементы ядра и органеллы [2,3,4]. Происходит фрагментация ядра с последующей их межнуклеосомной деградацией. Плазматическая мембрана становится узнаваемой для фагоцитов, в результате чего происходит фагоцитоз апоптических телец за счет макрофагов [2,3]. При апоптозе целостность биологических мембран ни нарушается, благодаря чему не происходит выход содержимого клетки во внеклеточную среду и предупреждает развитие воспаления [1,2]. Митохондриальный путь гибели клетки является одним из основных.

Митохондрии являются основным активизирующим и подавляющим фактором в гибели клеток. Митохондриальный путь апоптоза происходит за счет повреждения ДНК [5;6]. Важнейшим белком, регулирующим клеточную гибель, является p53, это транскрипционный фактор, регулирующий клеточный цикл. Активация белка p53 происходит в ответ на множество внешних раздражителей таких как: гипоксия, облучение, высокая концентрация монооксида азота [2;6]. Ген p53 активирует гены Bax и Bid, происходит образование свободных форм кислорода, что способствует выходу цитохрома-с из митохондрий [1;6]. Одним из самых важных моментов в митохондриальном пути клеточной гибели, является включение белков семейства Bcl-2. Белки семейства Bcl-2 имеют общую структуру, состоящую из гидрофобной α-спирали, окруженной алифатическими α-спиралями. Некоторые члены семейства имеют трансмембранные домены на своем c-конце, которые в основном функционируют, чтобы локализовать их в митохондрии. Семейство Bcl-2 объединяет группу белков со сходными морфофункциональными качествами. Семейство белков разделяют на две группы [1;5].


Bcl-2 регулирует клеточную смерть контролируя проницаемость митохондриальной мембраны. Bcl-2 локализуется на внешней мембране митохондрий, играет важную роль в клеточной выживаемости, так же Bcl-2 участвует в контроле метаболической активности, повышает уровень инсулина, что ведет к защитному метаболическому эффекту [7]. Лабороторные мыши, у которых ген BCL2 искусственно инактивирован, характеризуются замедленным ростом и умирают вскоре после рождения. Гематопоэз у таких мышей протекает нормально на ранних стадиях, но тимус и селезёнка подвергаются ярко выраженной апоптотической инволюции. Также у животных развивается почечная недостаточность и нарушается синтез меланина [7].

Bcl-x представляет собой трансмембранную молекулу в митохондриях, он является членом семейства белков Bcl-2, действует как антиапоптический белок, предотвращая выделение митохондриального содержимого. Дисфункция Bcl-x у мышей может привести к неэффективной выработке эритроцитов, тяжелой анемии, гемолиза и смерти.

Mcl-1 представляет собой белок кодируемый геном Mcl-1. Белок, кодируемый этим геном, принадлежит к семейству Bcl-2. Альтернативное сращивание происходит в этом локусе, и были определены два варианта транскрипта, кодирующих различные изоформы. Более длинный продукт гена повышает выживаемость клеток путем ингибирования апоптоза, в то время как альтернативный более короткий продукт гена способствует апоптозу и вызывает смерть.

Bad- частвует в инициации апоптоза. BAD является членом семейства BH3, [4] подсемейства семейства Bcl-2. Он не содержит С-терминального трансмембранного домена для наружной митохондриальной мембраны в отличие от большинства других членов семейства Bcl-2 [4]. После активации он способен образовывать гетеродимер с антиапоптотическими белками и предотвратить их остановку апоптоза. (Шиу Ю Хсу). Так существует множество белков, учавствующих в апоптозе, роль которых мало изучена.

Проапоптические белки группы Bcl-2 имеют концевой гидрофобный регион,который способствует прикреплению к мембранам органелл. У митохондрий существуют физиологические поры, мегаканалы, через которые в цитоплазму поступают цитохром C и другие факторы [1,5]. Известно, что данные факторы принимают участие как в процессе апоптоза, так и некроза. Механизм образования апоптических пор в митохондриях является процессом олигомеризацией на митохондриальной мембране белков Bax и Bak. Процесс формирование пор в митохондриях является регулируемым, под жестким контролем различных регуляторных систем клетки. Цитохром-c также выделяется из митохондрий из-за образования канала, индуцированного митохондриальным апоптозом. После выделения цитохрома c он связывается с активатором апоптотической протеазы — 1 (Apaf-1) и АТФ, которые затем связываются с прокаспазой-9, чтобы создать белковый комплекс, известный как апоптозома. Апоптосома расщепляет прокаспазу на ее активную форму каспазы-9, которая, в свою очередь, активирует эффекторную каспазу-3.

Митохондрии являются одним из важнейших компонентов в пути реализации клеточной гибели. Установлено что митохондрии обладают широким спектром белковых и не белковых факторов, активизирующим процесс клеточной гибели. В настоящее время существует гипотеза, предполагающая, что накопление нарушений в митохондриальном геноме, является одной из причин в различных патологиях. Актуальность изучения проблем Апоптоза определяется взаимосвязью нарушения регуляции процесса за программированной гибели клетки с большинством заболеваний. Так, к заболеваниям, связанным с усилением апоптоза, относятся опухолевые заболевания: фолликулярная лимфома, рак молочной железы, рак предстательной железы, рак яичников, аутоиммунные заболевания: системная красная волчанка, гломерулонефрит, вирусные инфекции, вызванные вирусом герпеса, аденовирусом, поксовирусами. К заболеваниям, ассоциированным с ингибированием апоптоза, относятся синдром приобретенного иммунодефицита, нейродегенеративные заболевания: болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз, пигментный ретинит, хорея Гентингтона, мозжечковые дегенерации, апластическая анемия, токсические заболевания печени. Изучение механизмов регуляции различных этапов апоптоза позволяет определенным образом воздействовать на его отдельные этапы с целью их регуляции или коррекции. В настоящее время общепринято: если клетка погибает от апоптоза, подразумевается возможность терапевтического вмешательства, если вследствие некроза — нет. На основе знаний о программированной клеточной гибели используется широкий ряд препаратов с целью регуляции этого процесса в различных типах клеток. Через индукцию апоптоза осуществляется действие большинства цитотоксических химиопрепаратов, антиметаболитов нуклеиновых кислот, ингибиторов топоизомераз. С использованием андроген-блокирующей терапии лечат рак предстательной железы. Рак молочной железы часто подвергается регрессии при применении антагонистов эстрогеновых рецепторов.

  1. Владимирская Е. Б. Механизмы апоптотической смерти клеток/Е. Б. Владимирская//Гематология и трансфузиология. -2002. -Т. 47, № 2. -С. 35-40.
  2. Григорьев М. Ю. Апоптоз в норме и патологии/М. Ю. Григорьев, Е. Н. Имянитов, К. П. Хансон/Медицинский академический журнал. -2003. -Т. 3, № 3. -С. 3-11.
  3. Нагорнев В. А. Апоптоз и его роль в атерогенезе В. А. Нагорнев, А. Н. Восканьянц//Медицинский академический журнал. -2003. -Т. 3, № 4. -С. 3-18.
  4. Робинсон М. В. Апоптоз клеток иммунной системы/М. В. Робинсон, В. А. Труфакин//Успехи современной биологии. -1991. -Т. 3, вып. 2. -С. 246-259.
  5. Adams J. M. Ways of dying: multiple pathways to apoptosis/J. M. Adams//Genes and Development. -2003. -N 17. -P. 2481-2495.
  6. Haupt S. Apoptosis -the p53 network/S. Haupt, M. Berger, Z. Goldberg, Y. Haupt//Journal of Cell Science. -2003. -N 116. -P. 4077-4085.
  7. Itoh K. Central role of mitochondria and p53 in Fas-mediated apoptosis of rheumatoid synovial fibroblasts K. Itoh, H. Hase, H. Kojima et al.//Rheumatology. -2004. -N 43. -P. 277-285.

Основные термины (генерируются автоматически): клеточная гибель, митохондрия, член семейства, BAD, белок, заболевание, митохондриальный путь, молочная железа, предстательная железа, процесс.

Читайте также: