 |
|
АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология |
Сигнальная фазаСодержание.
Введение................................................................................................................1. История исследования..........................................................................................2. Понятие апоптоза..................................................................................................3. Примеры апоптоза.................................................................................................4. Морфологические проявления апоптоза.............................................................5. Значение апоптоза в норме...................................................................................6. Роль апоптоза и в целом ряде патологических процессов................................7. Усиление и ослабление апоптоза в развитии многих патологических процессов...............................................................................................................8. Стадии апоптоза.....................................................................................9. Регуляция апоптоза..............................................................................14. ЛИТЕРАТУРА.....................................................................................................16.
Введение.
При всем обилии возможных повреждающих воздействий на клетку известны только 2 варианта ее окончательнойдеструкции и гибели – некроз и апоптоз. При всех различиях между некрозом и апоптозом,следует подчеркнуть, что разрушение клетки путем апоптоза может быть исходом не только клеточной патологии и ее повреждения, но и результатом устранения клетки из ткани при протекании нормальных физиологических процессов, реализуемых благодаря воздействию на клетку соответствующих сигнальных молекул. Рассмотрим подробнее вариант гибели клетки – апоптоз.
-1-
История исследования
Рудольф Вирхов в 1859 г. наблюдал гистологические изменения, которые происходят в гибнущих клетках. Речь при этом шла о процессе, который Вирхов назвал «дегенерацией», «некрозом», «умиранием» клеток и подчеркнул,что указанные феномены характерны для необратимых изменений в тканях.
В 1864 г. зоолог и теоретик эволюционного учения Август Вейсман впервые описал локальную гибель клеток при метаморфозе у насекомых (при превращении личинки во взрослую особь). С современной точки зрения это описание соответствует эмбриональному апоптозу.
Позднее детальное описание смерти клеток было дано в 1885 г. немецким цитологом В. Флемингом,который выявил распад клетоковариального эпителия на частицы (впоследствии названные апоптозными тельцами), определив процесс быстрого исчезновения образовавшихся при распаде клеток фрагментов цитоплазмы и ядра как хроматолизис.
Физиологическую смерть клеток у эмбрионов в 1950 г. детально описал Л.Глусман, назвав ее программированной клеточной гибелью.
Сам термин «апоптоз» был впервые применен в 1968 г. Н.Уолкером.
Значимость апоптоза и его роль в физиологических и патологических процессах были подтверждены присуждением в 2002 г. нобелевской премии трем исследователям: Сидни Бреннеру, Джону Салстону, Роберту Хорвицу за циклы работ, посвященных проблеме программированной клеточной гибели. В частности, С. Бреннер еще в 60-е годы прошлого века обнаружил гены, управляющие «жизнью и смертью» клеток органов в процессе их развития. Д.Салстон впервые обнаружил и описал мутации в генах апоптоза, а Р.Хорвиц механизмы взаимосвязи между генами, вовлеченными в процесс апоптоза.
-2- Понятие апоптоза.
Апоптоз (от греческого аро- ‹‹ отделение›› и ptosis - ‹‹падение››) – это запрограммированный процесс уничтожения клетки, вызванный внутренними (внутриклеточными) или внешними (внеклеточными) как физиологическими, так и патологическими факторами, активирующими генетическую программу гибели клетки и ее удаление из ткани. Разбирая это определение можно сделать несколько выводов: - во-первых,процесс гибели клетки запрогроммирован в ее генетическом аппарате.Клетка при рождении несет в себе механизмы своей гибели,то есть в геноме клетки содержатся гены, активация которых запускает механизм ее гибели; - во-вторых, апоптоз может инициироваться как при протекании нормальных физиологических процессов, так и при развитии определенной патологии; - в-третьих, механизм клеточной гибели может запускаться как факторами,образующимися в самой клетке, так и сигналами, переданными клетке из внеклеточной среды;
Самым ранним признаком апоптоза, выявляемом на электронно-микроскопическом уровне, являются резко очерченные уплотнения ядерного хроматина в виде гомогенной массы. Кроме того, наблюдается некоторая конденсация (уплотнение) цитоплазмы. Затем ядро и цитоплазма распадаются на фрагменты, причем цитоплазматические врагменты разделяются цитоплазматической мембраной, то есть сохранность мембраны в данном случае является одним из признаков апоптоза. В результате апоптоза клетка превращается в совокупность окруженных мембраной апоптозных телец, в которых плотно упакованные органеллы могут выглядеть интактными. В некоторых таких тельцах нет ядерного компонента, а в других есть (иногда даже несколько), причем хроматин всегда очень плотный, резко очерчен, сконденсирован у ядерной мембраны. Апоптозные тельца быстро поглощаются соседними клетками, где утилизируются с помощью лизосом. Окружающие клетки при этом сближаются. При этом полностью отсутствуют признаки воспаления. Некоторые апоптозные тельца (например, в поверхностном эпителии) слущиваются. В культуре тканей было установлено,что процесс конденсации цитоплазмы и ее распада на апоптозные тельца происходит в течение нескольких минут. В организме процесс апоптоза происходит достаточно быстро:фагоцитоз и утилизация апоптозных телец протекают в течение 15-120 минут, в связи с чем процесс апоптоза исследователи часто не могут уловить.
-3- Примеры апоптоза
Запрограммированная гибель клеток — естественный процесс массовой гибели клеток и элиминации целых клонов в ходе эмбрионального развития, гистогенеза и морфогенеза органов. В данном случае речь идёт о гибели клеток, не достигших состояния терминальной дифференцировки. Примером служит запрограммированная гибель нейробластов (от 25 до 75%) на определённых этапах развития мозга. Гибель клеток, выполнивших свою функцию, наблюдают при удалении клонов иммунокомпетентных клеток при иммунном ответе. Эозинофилы погибают после дегрануляции. Клетки, выполнившие свою функцию, гибнут путём апоптоза. Механизм гибели клеток, достигших состояния терминальной дифференцировки и выполнивших свою функцию, изучен недостаточно, но ясно, что он генетически детерминирован. Так, экспрессия гена fos служит маркёром терминальной дифференцировки и одновременно предшествует гибели клеток. Дегенерация. При некоторых патологических состояниях наблюдают относительно избирательную гибель клеток, например, в нервной системе при боковом амиотрофическом склерозе (болезнь Шарко) и болезни Алъцхаймера. Врождённая форма бокового амиотрофического склероза обусловлена мутацией гена Cu/Zn-супероксиддисмутазы 1. Продукт дефектного гена не способен ингиби-ровать ИЛ-1р-конвертирующий фермент и образующийся ИЛ-1р воздействует на двигательные нейроны и вызывает их апоптоз. Ликвидации аутоагрессивных Т-клеток в процессе развития тимуса или удаления лимфоцитов после реализации иммунного ответа; устранение клеток тканей, подвергшихся воздействию цитотоксических Т-лимфоцитов или естественных киллеров. Старение (например, путём гормонозависимой инволюции клеток эндометрия и атрезии фолликулов яичников у женщин в менопаузе, ткани простаты и яичек у пожилых мужчин). Трансфекция. Внедрение в клетку нуклеиновой кислоты вируса (например, при вирусном гепатите, миокардите, энцефалите, СПИДе). Повреждение клетки. Воздействие на клетку агентов, повреждающих её, но не приводящих к некрозу (например, высокой температуры, радиации, цитоста-тиков, гипоксии). Увеличение интенсивности этих воздействий приводит как обычно к некрозу. Опухолевый рост (апоптоз выявляется как при формировании опухолевого узла, так и при его деструкции).
-4- Морфологические проявления апоптоза Апоптоз имеет свои отличительные морфологические признаки, как на светооптическом, так и на ультраструктурном уровне. Наиболее четко морфологические признаки выявляются при электронной микроскопии. Для клетки, подвергающейся апоптозу характерно: -Сжатие клетки: клетка уменьшается в размерах; цитоплазма уплотняется; органеллы, которые выглядят относительно нормальными, располагаются более компактно. Предполагается, что нарушение формы и объема клетки происходит в результате активации в апоптотических клетках трансглютаминазы и цистеиновых протеаз (каспаз). Первая группа ферментов вызывает образование перекрестных связей в цитоплазматических белках, что приводит к формированию своеобразной оболочки под клеточной мембраной, подобно ороговевающим клеткам эпителия, а вторая группа ферментов разрушает белки в цитозоле. -Конденсация хроматина: это наиболее характерное проявление апоптоза. ДНК расщепляется эндонуклеазами в местах, связывающих отдельные нуклеосомы, что приводит к образованию большого количества фрагментов, в которых число пар оснований делится на 180-200, которые затем конденсируются под ядерной мембраной. Ядро может разрываться на два или несколько фрагментов. -Формирование апоптотических телец: в апоптотической клетке формируются глубокие впячивания клеточной мембраны, что приводит к отшнуровке фрагментов клетки, т.е. формированию окруженных мембраной апоптотических телец, состоящих из цитоплазмы и плотно расположенных органелл, с или без фрагментов ядра. -Фагоцитоз: фагоцитоз апоптотических клеток или телец осуществляется окружающими здоровыми клетками, как макрофагами, так и паренхиматозными. Апоптотические тельца быстро разрушаются в лизосомах, а окружающие клетки либо мигрируют, либо делятся, чтобы заполнить освободившееся после гибели клетки пространство. При окраске гематоксилином и эозином апоптоз определяется в единичных клетках или небольших группах клеток. Апоптотические клетки имеют округлую или овальную форму, интенсивно эозинофильную цитоплазму с плотными фрагментами ядерного хроматина. Поскольку сжатие клетки и формирование апоптотических телец происходит быстро и также быстро они фагоцитируются, распадаются или выбрасываются в просвет органа, то на гистологических препаратах апоптоз обнаруживается в случаях его значительной выраженности. К тому же апоптоз – в отличие от некроза – никогда не сопровождается воспалительной реакцией, что также затрудняет его гистологическое выявление. Для выявления клеток, находящихся на ранних этапах апоптоза, используют специальные иммуногистохимические исследования, например, определение активированных каспаз или TUNEL-метод, визуализирующий разорванную эндонуклеазами ДНК. -5- При анализке каких же физиологических процессов мы сталкиваемся с явлением апоптоза?Значение апоптоза в норме.
Во-первых, это автономный апоптоз, протекающий в процессе эмбриогенеза.Различают 3 категории автономного эмбрионального апоптоза: морфогенетический, гистогенетический и филогенетический апоптоз. -За счет морфогенетического апоптоза разрушаются различные, ненужные формирующемуся организму тканевые зачатки (например,разрушение клеток в межпальцевых промежутках). -Гистогенетический апоптоз способствует дифференцировке органов и тканей. Этот вид апоптоза сопровождает дифференцировку половых органов из тканевых зачатков (например, регрессию у мужчин зачатков протоков Мюллера, из которых у женщин формируются маточные трубы, матка и верхняя часть влагалища). -Филогенетический апоптоз вызывает ликвидацию рудиментарных органов и структур у эмбриона(например,инволюцию пронефроса – «предпочки», парного выделительного органа у низших позвоночных, которые не развивается у высших позвоночных).
Физиологическим является и апоптоз, протекающий в медленно и быстро пролиферирующих клеточных популяциях. В первом случае идет речь о поддержании тканевого гомеостаза, удалении из ткани клеток, не способных к митозу в силу своего старения, и «освобождении места» в ткани для молодых, активно делящихся клеток. Во втором – об обеспечении дифференцировки и развития клеточных элементов быстро пролиферирующих клеточных популяций(например, кроветворной ткани).
К участию апоптоза в физиологических процессах можно отнести и так называемую «гормонозависимую инволюцию органов и тканей». Например, отторжение эндометрия во время менструального цикла и регрессия молочной железы у женщины после прекращения кормления ребенка грудью.
-6- Чрезвычайно велика роль апоптоза и в целом ряде патологических процессов, в которых он может играть патогенетическую роль: - апоптоз клеток,имеющих повреждение ДНК. Например, повреждения ДНК, обусловленные жесткой радиацией или длительным воздействием ультрафиолетового излучения. В том случае, если репаразные системы клетки не способны «залечить» поврежденную ДНК, включаются гены, ответственные за инициацию апоптоза, и клетка гибнет. Таким образом, апоптоз предупреждает возможность появления клона клеток- мутантов, грозящих тяжелыми последствиями для организма; -апоптоз опухолевых клеток. Приобретение клетками свойства безудержного размножения без явления созревания в результате воздействия на геном клетки вирусных онкобелков, канцерогенов или той же радиации может привести к появлению клона малигнизированных клеток, что чревато развитием злокачественных опухолей; -апоптоз клеток ишемизированных органов и тканей. Ишемия органов и тканей может приводить к развитию апоптоза.в этом случае рубец не развивается, но количество нормально функционирующих клеток будет уменьшаться. Явления апоптоза отчетливо регистрируются в периинфарктной зоне при инфаркте миокарда, апоптоз виновен в гибели кардиомиоцитов на заключительных стадиях развития сердечной недостаточности; -атрофия гормонозависимых органов в результате апоптоза при недостатке(отсутствии) соответствующего регулирующего гормона. Например, хорошо известный «синдром отмены» -тяжелая патология, связанная с гибелью клеток и как следствие- с прекращением выработки кортикостероидов надпочечниками при отмене длительной терапии кортикоидными препаратами некоторых патологических процессов. Другим примером этого процесса моожет служить атрофия предстательной железы после кастрации; -апоптоз клеток, находящихся в состоянии «клеточного стресса». Перегревание клеток,воздействие на клетки активных форм кислорода (кислородных радикалов), может приводить к инициированию апоптоза; -апоптоз клеток, зараженных вирусами. Это очень важная защитная функция организма. Следует указать, что некоторые вирусы (например, вирус Эпштейна-Барра), проникая в клетку, способны синтезировать белки, препятствующие апоптозу. С другой стороны, некоторые вирусы (например,вирус СПИДа) способны вызвать апоптоз Т-хелперов и тем самым приводить к развитию иммунодефицитного состояния; -апоптоз клеток «хозяина», индуцированный цитотоксическими Т-лимфоцитами при трансплантации иммунокомпетентной ткани. Реакция «трансплантант против хозяина». При пересадке иммунокомпетентной ткани (костного мозга) иммунные клетки трансплантанта способны уничтожать клетки реципиента. Уничтожение клеток идет как за счет повреждения клеток протеолитическими ферментами Т-киллеров, так и за счет индукции в клетках хозяина апоптоза. -7- Усиление и ослабление апоптоза в развитии многих патологических процессов. 1)Ненормальное усиление апоптоза в процессе развития плода может приводить к эффекту «минус ткань», что весьма часто несовместимо с жизнью и заканчивается внутриутробной гибелью плода.
2)Повышенный апоптоз кардиомиоцитов при болезни Дауна способен привести к развитию кардиомиопатии.
3) При повышении уровня апоптоза кроветворных клеток-предшественниц возникают такие заболевания,как тяжелые комбинированные иммунодефициты, апластические анемии, панцитопении.
4)Усиление апоптоза играет ведущую роль в развитии нейродегенеративных процессов(болезни Паркинсона)
5) Ослабление апоптоза также может способствовать развитию патологических процессов. Например, при развитии опухоли происходит как бы соревнование двух процессов: развитие апоптоза и размнодение клеток опухоли. Если степень апоптоза малигнизированных клеток высока, их клон не образуется и опухоль не развивается. Если же темпы размножения опухолевых клеток обгоняют апоптоз, в организме возникает злокачественное новообразование.
-8- Стадии апоптоза. Выделяют три стадии апоптоза:
Сигнальная фаза Инициация апоптоза может происходить посредством внешних (внеклеточных) или внутриклеточных факторов. Например, в результате гипоксии, гипероксии, субнекротического поражения химическими или физическими агентами, перекрёстного связывания соответствующих рецепторов, нарушения сигналов клеточного цикла, удаления факторов роста и метаболизма и т. д. Несмотря на разнообразие инициирующих факторов, выделяются два основных пути трансдукции (передачи) сигнала апоптоза: рецептор-зависимый сигнальный путь с участием рецепторов гибели клетки и митохондриальный путь. 1)Рецептор-зависимый сигнальный путь Процесс апоптоза часто (например, у млекопитающих) начинается с взаимодействия специфических внеклеточных лигандов с рецепторами клеточной гибели, экспрессированными на поверхности клеточной мембраны. Рецепторы, воспринимающие сигнал апоптоза, относятся к суперсемейству TNF-рецепторов (англ. tumor necrosis factor receptor или кратко TNFR — «рецептор фактора некроза опухолей»). Наиболее изученными рецепторами смерти, для которых описана и определена роль в апоптозе, являются CD95 (также известный как Fas или APO-1) и TNFR1 (также называемый p55 или CD120a). К дополнительным относятся CARI, DR3 (англ. death receptor 3 — «рецептор смерти 3»), DR4 и DR5. Все рецепторы смерти представляют собой трансмембранные белки, характеризующиеся наличием общей последовательности из 80 аминокислот в цитоплазматическом домене. Данная последовательность называется доменом смерти (англ. death domain или кратко DD) и является необходимой для трансдукции сигнала апоптоза. Внеклеточные участки рецепторов смерти взаимодействуют с тримерами лигандов (CD95L, TNF, Apo3L, Apo2L и т. п.). Тримеры лигандов в результате взаимодействия тримеризуют рецепторы смерти (то есть «сшивают» 3 молекулы рецептора). Активированный таким образом рецептор взаимодействует с соответствующим внутриклеточным адаптером (или адаптерами). Для рецептора CD95(Fas/APO-1) адаптером -9- является FADD (от англ. Fas-associated DD-protein — «белок, взаимодействующий с доменом смерти Fas-рецептора»). Для рецепторов TNFR1 и DR3 адаптером является TRADD (от англ. TNFR1-associated DD-protein — «белок, взаимодействующий с доменом смерти TNFR1-рецептора»). Адаптер, ассоциированный с рецептором смерти, вступает во взаимодействие с эффекторами — пока ещё неактивными предшественниками протеаз из семейства инициирующих каспаз — с прокаспазами. В результате цепочки взаимодействия «лиганд-рецептор-адаптер-эффектор» формируются агрегаты, в которых происходит активация каспаз. Данные агрегаты именуются апоптосомами, апоптозными шаперонами или сигнальными комплексами, индуцирующими смерть (от англ. DISC — death-inducing signaling complex — «сигнальный комплекс, индуцирующий смерть»). Примером апоптосомы может служить комплекс FasL-Fas-FADD-прокаспаза-8, в котором активируется каспаза-8. Рецепторы смерти, адаптеры и эффекторы взаимодействуют между собой сходными по структуре доменами: DD, DED, CARD. DD (от англ. death domain — «домен смерти») участвует во взаимодействии рецептора Fas с адаптером FADD и во взаимодействии рецепторов TNFR1 или DR3 с адаптером TRADD. Посредством домена DED (от англ. death-effector domain — «домен эффектора смерти») осуществляется взаимодействие адаптера FADD с прокаспазами −8 и −10. Домен CARD (от англ. caspase activation and recruitment domain — «домен активации и рекрутирования каспазы») участвует во взаимодействии адаптера RAIDD с прокаспазой-2. Посредством рецепторов смерти могут быть активированы три инициирующие каспазы: −2; −8 и −10. Активированные инициирующие каспазы далее участвуют в активации эффекторных каспаз. 2)Митохондриальный сигнальный путь Митохондриальный сигнальный путь апоптоза реализуется в результате выхода апоптогенных белков из межмембранного пространства митохондрий в цитоплазму клетки. Высвобождение апоптогенных белков, предположительно, может осуществляться двумя путями: за счёт разрыва митохондриальной мембраны или же путём открытия высокопроницаемых каналов на внешней мембране митохондрий. Разрыв внешней мембраны митохондрий объясняется увеличением объема митохондриального матрикса. Данный процесс связывают с раскрытием пор митохондриальной мембраны, приводящим к снижению мембранного потенциала и высокоамплитудному набуханию митохондрий вследствие осмотического дисбаланса. Поры диаметром 2,6—2,9 нм способны пропускать низкомолекулярные вещества массой до 1,5 кДа. Раскрытие пор стимулируют следующие факторы: неорганический фосфат; каспазы; SH-реагенты; истощение клеток восстановленным глутатионом; образование активных форм кислорода; -10- разобщение окислительного фосфорилирования протонофорными соединениями; увеличение содержания Ca2+ в цитоплазме; воздействие церамида; истощение митохондриального пула АТФ и др. В качестве альтернативного пути выхода апоптогенных белков из межмембранного пространства митохондрий рассматривается вариант образования белкового канала во внешней митохондриальной мембране. Так или иначе, в цитоплазму высвобождаются: цитохром c — белок с молекулярной массой 15 кДа; прокаспазы −2, −3 и −9; AIF (от англ. apoptosis inducing factor — «фактор индуцирующий апоптоз») — флавопротеин с молекулярной массой 57 кДа. Цитохром c в цитоплазме клетки участвует в формировании апоптосомы вместе с белком Apaf-1 (от англ. apoptosis protease activating factor-1 — «фактор активации протеаз апоптоза»). Предварительно, Apaf-1 претерпевает конформационные изменения в результате реакции, протекающей с затратой энергии АТФ. Предполагается, что трансформированный Apaf-1 приобретает способность связывать цитохром c. К тому же открывается доступ CARD-домена Apaf-1 для прокаспазы-9. В итоге происходит олигомеризация 7 субъединиц трансформированного белка Apaf-1 с участием цитохрома c и прокаспазы-9. Так образуется апоптосома, активирующая каспазу-9. Зрелая каспаза-9 связывает и активирует прокаспазу-3 с образованием эффекторной каспазы-3. Высвобождающийся из межмембранного пространства митохондрий флавопротеин AIF является эффектором апоптоза, действующим независимо от каспаз. 3)Другие пути индукции апоптоза Стоит отметить, что реализация апоптоза может происходить в результате комбинированного действия двух основных сигнальных путей — рецептор-зависимого и митохондриального. Помимо этого, существует ряд менее распространённых механизмов инициации апоптоза. Например, за счёт активации прокаспазы-12, локализованной в эндоплазматическом ретикулуме. Высвобождение и активация прокаспазы-12 при этом обусловлены нарушениями внутриклеточного гомеостаза ионов кальция (Ca2+). Активация апоптоза также может быть связана с нарушением адгезии клеток. В качестве ещё одного фактора индукции апоптоза рассматривается атака инфицированных клеток цитотоксическими Т-лимфоцитами, которые, помимо активации Fas-рецептора, способны секретировать перфорин вблизи мембраны заражённой клетки. Перфорин, полимеризуясь, образует трансмембранные каналы, через которые внутрь клетки поступаютлимфотоксин-альфа и смесь сериновых протеаз (гранзимов). Далее гранзим B активирует каспазу-3 и запускается каспазный каскад. Возможна инициация клеточной смерти при высвобождении лизосомальных протеаз — катепсинов. К примеру, каспаза-8 вызывает выход из лизосом активного катепсина B, который затем расщепляет регуляторный белок Bid. -11- В результате образуется активный белок t-Bid, активирующий в свою очередь проапоптозный белок Bax. Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 913 | Нарушение авторских прав |