АПОПТОЗ. МЕХАНИЗМЫ АПОПТОЗА
Определение апоптоза. Апоптоз – феномен наследственно запрограммированной смерти клеток. Каждая клетка при своем рождении как бы запрограммирована на самоуничтожение. Условие ее жизни – блокирование этой суицидальной программы. Апоптоз реализуется для клеток: = старых, отживших свой срок; = клеток с нарушениями дифференцировки; = клеток с нарушениями генетического аппарата; = клеток, пораженных вирусами. Морфологические признаки апоптоза. = сморщивание клетки; = конденсация и фрагментация ядра; = разрушение цитоскелета; = буллезное выпячивание клеточной мембраны.
Особенность апоптоза – апоптоз не вызывает воспаления в окружающих тканях.Причина - сохранность мембраны и → изоляция повреждающих факторов цитоплазмы до полного завершения процесса (О2- , Н2О2, лизосомальные ферменты). Эта особенность – важная позитивная черта апоптоза, в отличие от некроза. При некрозе мембрана повреждается (или разрывается) сразу же. Поэтому при некрозе содержимое цитоплазмы высвобождается (О2- , Н2О2, лизосомальные ферменты). Возникает повреждение соседних клеток и воспалительный процесс. Важная черта апоптоза - удаление умирающих клеток происходит без развития воспаления. Процесс апоптоза - может быть разделен на 2 (две) фазы: 1. Формирование и проведение апоптических сигналов – фаза принятия решения. 2. Демонтаж клеточных структур – эффекторная фаза.
1-я фаза – принятия решения (=формирование и принятие апоптических сигналов). Это фаза принятия стимулов для апоптоза. В зависимости от характера стимулов, может быть 2 (два) типа сигнальных путей: 1) повреждение ДНК в результате радиации, действия токсических агентов, глюкокортикоидов и т.д. 2) активация рецепторов «региона клеточной смерти». Рецепторы «региона клеточной смерти» - это группа рецепторов на мембранах любых клеток, которые воспринимают проапоптические стимулы. Если количество и активность таких рецепторов увеличивается, то увеличивается количество апоптически гибнущих клеток. К рецепторам «региона клеточной смерти» относятся: а) TNF-R (связывается с фактором некроза опухолей и активирует апоптоз); б) Fas-R (к); в) CD45-R (связывается с антителами и активирует апоптоз). В зависимости от типа сигнала, существует 2 (два) основных способа апоптоза: а) в результате повреждения ДНК; б) в результате самостоятельной активации рецепторов «региона клеточной смерти» без повреждения ДНК. 2-я фаза – эффекторная (=демонтаж клеточных структур. Основные фигуранты эффекторной фазы: = цистеиновые протеазы (каспазы); = эндонуклеазы; = сериновые и лизосомальные протеазы; = протеазы, активированные Ca++ (кальпейн) Но! Среди них основные эффекторы демонтажа клеточных структур – каспазы. Классификация каспаз - 3 (три) группы: = эффекторные каспазы - каспазы 3, 6, 7. = индукторы активации эффекторных каспаз – каспазы 2, 8, 9, 10. = активаторы цитокинов – каспазы 1, 4, 5, 13.
= Эффекторные каспазы – каспазы 3, 6, 7. Это непосредственные исполнители апоптоза. Эти каспазы находятся в клетке в неактивном состоянии. Активированные эффекторные каспазы начинают цепь протеолитических событий, целью которых является «демонтаж» клетки. Их активируют индукторы активации эффекторных каспаз. = Индукторы активации эффекторных каспаз – каспазы 2, 8, 9, 10. Основные индукторы – каспазы 8 и 9. Они активируют эффекторные каспазы. Механизм – расщепление аспарагиновых оснований с последующей димеризацией активных субъединиц. Эти каспазы при обычном состоянии в клетках неактивны, существуют в форме прокаспаз.
Активация тех или иных индукторов зависит от типа сигнального пути: 1. При повреждении ДНК задействован сигнальный путь № 1, активируется каспаза № 9. 2. При активации рецепторов клеточной смерти задействован сигнальный путь № 2, активируется каспаза № 8. Сигнальный путь № 1 (связан с повреждением ДНК) Повреждение ДНК ↓ Активация гена р53 и продукция соответствующего белка ↓ Активация проапоптических генов семейства BCL-2 (BAX и BID) ↓ Образование белков этих генов ↓ Активация каспазы 9 ↓ Активация каспазы 3 ↓ Активация других каспаз и протеаз ↓ Апоптоз
Сигнальный путь № 2 (связан с активацией «региона клеточной смерти») Лиганд + рецепторы «региона клеточной смерти» ↓ Активация каспазы № 8 ↓ Независимая активация каспазы № 3 ↓ Активация других каспаз и протеаз ↓ Апоптоз
Регуляция апоптоза. Исследования последних лет привели к созданию модели апоптоза. По этой модели каждая клетка при своем рождении запрограммирована на самоуничтожение. Следовательно, условием ее жизни является блокирование этой суицидальной программы. Основная задача регуляции апоптоза – держать эффекторные каспазы в неактивном состоянии, но быстро переводить их в активную форму в ответ на минимальное действие соответствующих индукторов. Отсюда, понятие ингибиторов и активаторов апоптоза. Ингибиторы апоптоза (=антиапоптические факторы). К наиболее серьезным ингибиторам апоптоза относятся ростовые факторы. Другие: нейтральные аминокислоты, цинк, эстрогены, андрогены, некоторые белки. Пример: Белки семейства IAP – подавляют активность каспаз 3 и 9. Запомнить: один из этих белков (Survin) обнаружен в опухолевых клетках. С ним связывают резистентность опухолевых клеток к химиотерапии Активаторы апоптоза (=проапоптические факторы). Это проапоптические гены и их продукция: а) гены семейства BCL-2 (BAX и BID); б) гены Rb и P53 (запускают апоптоз, если клетка задержана механизмом checkpoint. Резюме. Патогенез многих заболеваний, в том числе и опухолевых, связан со снижением способности клеток подвергаться апоптозу. Отсюда накопление поврежденных клеток и формирование опухоли.
ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТОЧНОГО ДЕЛЕНИЯ Основное отличие деления здоровой и опухолевой клетки: = Деление здоровой клетки регулируется паракринным и эндокринным способом. Клетка подчиняется этим сигналам и делится только в том случае, если организм нуждается в образовании новых клеток данного вида. = Деление опухолевой клетки регулируется аутокринным способом. Опухолевая клетка сама образует митогенные стимуляторы и сама же делится под их влиянием. Она не отвечает на паракринные и эндокринные стимулы. Существует 2(два) механизма опухолевой трансформации клеток: 1. Активация онкогенов. 2. Инактивация генов-супрессоров.
АКТИВАЦИЯ ОНКОГЕНОВ Прежде всего 2 (два) главных понятия: = протоонкогены; = онкогены. Протоонкогены – это нормальные, неповрежденные гены, которые контролируют деление здоровой клетки. К протоонкогенам относятся гены, контролирующие образование и работу: 1. Ростовых факторов. 2. Мембранных рецепторов к ростовым факторам, например тирозинкиназных рецепторов. 3. Ras-белков. 4. MAP-киназ, участниц МАР-киназного каскада. 5. Транскрипционных факторов AP-1. Онкогены – поврежденные протоонкогены. Процесс повреждения протоонкогена и трансформация его в онкоген называется активация онкогена.
Механизмы активации онкогена. 1. Включение (вставка) промотора. Промотор – это участок ДНК, с которым связывается РНК-полимераза протоонкогена. Необходимое условие – промотор должен находится в непосредственной близости с протоонкогеном. Отсюда варианты: а) промотор - ДНК-копия онкорнавирусов; б) «прыгающие гены» - участки ДНК, способные перемещаться и встраиваться в разные участки генома клетки. 2. Амплификация – увеличение числа протоонкогенов или появление копий протоонкогенов. Протоонкогены в норме обладают небольшой активностью. При увеличении числа или появлении копий их общая активность значительно возрастает и это может привести к опухолевой трансформации клетки. 3. Транслокация протоонкогенов. Это перемещение протоонкогена в локус с функционирующим промотором. 4. Мутации протоонкогенов.
Продукция онкогенов. Онкогены образуют свои белки. Эти белки называются «онкобелки». Синтез онкобелков называется «экспрессия активных клеточных онкогенов». Онкобелки – в основе своей есть аналоги белков протоонкогенов: ростовых факторов, Ras-белков, МАР-киназ, транскрипционных факторов. Но есть количественные и качественные отличия онкогенов от белков протоонкогенов.
Отличия онкобелков от нормальной продукции протоонкогенов: 1. Увеличение синтеза онкобелков по сравнению с синтезом белков протоонкогенов. 2. Онкобелки имеют структурные отличия от белков протоонкогенов. Механизм действия онкобелков. 1. Онкобелки соединяются с рецепторами для факторов роста и образуют комплексы, постоянно генерирующие сигналы к делению клетки. 2. Онкобелки повышают чувствительность рецепторов к факторам роста или понижают чувствительность к ингибиторам роста. 3. Онкобелки могут сами действовать как факторы роста.
ИНАКТИВАЦИЯ ГЕНОВ-СУПРЕССОРОВ Гены-супрессоры: Rb и р53. Их продукция – соответствующие белки. Инактивация генов-супрессоров (наследственное или приобретенное) ведет к пропуску в митоз клеток с поврежденной ДНК, размножению и накоплению этих клеток. Это – возможная причина формирования опухоли. ОПУХОЛЕВЫЙ РОСТ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ПРИЧИНЫ УВЕЛИЧЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ Опухоль – патологическое разрастание, отличающееся от других патологических разрастаний наследственно закрепленной способностью к неограниченному неконтролируемому росту. Другие патологические разрастания – гиперплазия, гипертрофия, регенерация после повреждения.
Причины увеличения количества злокачественных заболеваний среди населения: 1. Увеличение продолжительности жизни. 2. Улучшение качества диагностики → увеличение выявляемости онкологических заболеваний. 3. Ухудшение экологической обстановки, увеличение содержания канцерогенных факторов в окружающей среде.
ДОБРОКАЧЕСТВЕННЫЕ И ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ ОПУХОЛИ Единой классификации опухолей до сих пор не создано. Причина: 1. Большое разнообразие признаков, характерных для различных опухолей. 2. Недостаточность знания их этиологии и патогенеза.
В основе современных классификаций - главные морфологические и клинические признаки опухолей. На основе клинической характеристики все опухоли делят на доброкачественные и злокачественные.
Доброкачественные опухоли: 1. Клетки опухоли морфологически идентичны или похожи на нормальные клетки-предшественники. 2. Степень дифференцировки опухолевых клеток – достаточно высокая. 3. Скорость роста – медленная, в течение многих лет. 4. Характер роста – экспансивный, т.е. во время роста опухоли соседние ткани раздвигаются, иногда сдавливаются, но обычно не повреждаются. 5. Отграниченность от окружающих тканей – четкая. 6. Способность к метастазированию – отсутствует. 7. Отсутствие выраженного неблагоприятного воздействия на организм. Исключение: опухоли, расположенные вблизи жизненно важных центров. Пример: опухоль головного мозга, сдавливающая нервные центры.
Злокачественные опухоли. 1. Клетки опухоли морфологически отличаются от нормальной клетки-предшественницы (часто до неузнаваемости). 2. Степень дифференцировки опухолевых клеток – низкая. 3. Скорость роста – быстрая. 4. Характер роста – инвазивный, т.е. опухоль прорастает в соседние структуры. Способствующие факторы: = приобретение опухолевыми клетками способности отшнуровываться от опухолевого узла и активно перемещаться; = способность опухолевых клеток продуцировать «канцероагрессины». Это белки, которые проникают в окружающие нормальные ткани и стимулируют хемотаксис для опухолевых клеток. = уменьшение сил клеточной адгезии. Это облегчает отшнуровку опухолевых клеток от первичного узла и их последующее движение. = уменьшение контактного торможения. 5. Отграниченность от окружающих тканей – нет. 6. Способность к метастазированию – выражена. 7. Воздействие на организм – неблагоприятное, генерализованное.
|
