<<
>>

Молекулярно-генетические механизмы апоптоза

Апоптоз — это активный процесс с характерными мор­фологическими изменениями, проявляющимися в конденсации хроматина, фрагментации ядерной ДНК, сморщивании клетки, «вспенивании» плазматической мембраны, а также в формиро­вании окруженных мембраной фрагментов (апоптозных телец).

На молекулярном уровне происходит активация протеаз (каспаз) и ДНКаз, приводящая к разрушению специфических белков и нару­шению целостности хромосом. Затем апоптозные клетки фагоци­тируются, что позволяет избежать воспаления (Zhang, Herman, 2002; Zhang J. et al., 2003; Fan et al., 2005).

Апоптоз регулируют два главных механизма (рис. 2): внутрен­ний, в котором центральную роль играет митохондрия, и внеш­ний, в котором стартовой точкой являются рецепторы плазматиче­ской мембраны (Зайнуллин, Москалев, 2001; Zhang J. et al., 2003). В обоих механизмах определяющее значение имеет активация кас­паз. Каспазы — группа цистеинзависимых аспартат-специфичных протеаз. Первая каспаза (Ced-3) была обнаружена у Caenorhabditis elegans.

У млекопитающих в настоящий момент известно 14 кас­паз. Каспазы-1, 4, 5 и 11 отвечают за регуляцию воспаления, каспа- за-14 участвует в дифференцировке кератиноцитов. Остальные каспазы группируются в два субсемейства — инициаторных (апи­кальных) и эффекторных (исполняющих) — и играют важную роль в апоптозе. В клетке они представлены в виде зимогенов (прокаспаз). При активации каждая молекула каспаз разрезается и высвобождает малую и большую субъединицы. Две большие и две малые формируют тетрамерный активный фермент (Zhang J. et al., 2003; Fan et al., 2005).

При внешнем механизме апоптоза (рис. 2) на поверхности клет­ки активируется рецептор гибели (например, Fas), который связы­вается со своим лигандом, что запускает тримеризацию самого ре­цептора и приводит к присоединению к нему с внутриклеточного конца адапторной молекулы (например, FADD).

К такому сигна­льному комплексу (DISC) присоединяется прокаспаза-8, и проис­ходит ее активация. Активная каспаза в свою очередь разрезает и активирует эффекторные каспазы, например каспазу-3 (Zhang J. et al., 2003; Fan et al., 2005).

Разнообразные стимулы (оксидативный стресс, повреждение ДНК и ингибирование киназ) могут индуцировать внутренние пути апоптоза (Zhang, Herman, 2002). Во внутреннем механизме (рис. 2) различные апоптоз-индуцирующие сигналы прямо или опосредовано изменяют проницаемость митохондриальной мемб- 144

»уть
Н\ ІЬ
Окислительным

стресе

І Іовреждение ДІ IK
FOXO

Митохондрия

Рис. 2. Внешний и внутренний пути регуляции апоптоза и их взаимо­действие.

раны и приводят к высвобождению митохондриальных белков, включая цитохром с.

В цитоплазме прокаспаза-9, APAF-1 и цито­хром с объединяются в апоптосому. В апоптосоме АТФ-зависи- мым образом разрезается прокаспаза-9, которая затем активирует нижележащие каспазы (Zhang J. et al., 2003; Fan et al., 2005).

Активированные эффекторные каспазы отвечают за протеоли­тическую деградацию широкого спектра клеточных белков, что приводит к возникновению апоптотических морфологических из­менений (Zhang J. et al., 2003). Например, каспаза-3 может разре­зать ингибитор каспаза-активируемой ДНКазы (ICAD), приводя к высвобождению активной ДНКазы (CAD) и межнуклеосомаль- ному расщеплению ядерной ДНК. Каспазы-3 и 7 могут разрезать поли (АДФ-рибозо) полимеразу (PARP) — фермент, вовлеченный в механизмы репарации ДНК. Каспаза-6 расщепляет ламин А, что необходимо для конденсации хроматина и сморщивания ядра при апоптозе.

Существуют и каспазанезависимые пути апоптоза. Апоптоз- индуцирующий фактор (AIF), локализованный в межмембранном

пространстве митохондрий, высвобождаясь, переносится в ядро, где индуцирует апоптоз. Некаспазные протеазы (катепсины, каль- паины, гранзимы и эндонуклеаза G) могут индуцировать апоптоз независимо или совместно с каспазами (Zhang, Herman, 2002; Zhang J. et al., 2003; Fan et al., 2005).

Каждая клетка балансирует между продолжением существо­вания и гибелью. Важную регулирующую роль в принятии ре­шения играют 20 членов семейства Bcl-2. Одни из них обладают антиапоптозной, другие — проапоптозной активностью. Белки семейства Bcl-2 делятся на три подсемейства: собственно Bcl-2 (B-cell leukaemia/lymphoma 2), Bax (Bcl-2-associated X protein) и BH3. Все они влияют на высвобождение из митохондрий цитохро­ма с и активацию каспазы-9 (Zhang J. et al., 2003).

Как происходит инициация внутреннего апоптотического пу­ти? Критический шаг в этом процессе — перемещение белка Bax из цитоплазмы к внешней митохондриальной мембране, что вле­чет за собой высвобождение из митохондрий цитохрома с. Затем происходят цитохром-зависимая активация каспаз и разрезание PARP.

В нормальных условиях Bax остается в цитоплазме в неактивной форме, связанным с фактором репарации ДНК Ku70. В ответ на повреждение клетки или стресс Ku70 ацетилируется ацетилтрансферазами CBP и PCAF, в результате чего взаимодей­ствие между Ku70 и Bax нарушается, что позволяет Bax переме­ститься к митохондриям и инициировать апоптоз (Cohen et al., 2004).

Очевидно, что организм постоянно подвергается различным стрессам. Было бы губительным, если бы клетка не могла предот­вращать инициацию апоптоза при незначительных повреждениях, которые она в состоянии репарировать. Переход клетки к апопто­зу определяется тяжестью полученного повреждения и порогом активации апоптоза, заданным концентрациями эндогенных его ингибиторов — IAP. У человека их не менее восьми. IAP локали­зуются в цитозоле и связываются или с активированными форма­ми эффекторных каспаз (каспаза-3), или с зимогенными формами (прокаспаза-9), ингибируя их функцию. За подавление активнос­ти IAP отвечают два белка — Smac/DIABLO и Omi/HtrA2. Присо­единяясь к IAP, они приводят к высвобождению связанных кас­паз и запускают их активацию. Эти два белка локализованы в межмембранном пространстве митохондрии и высвобождаются в цитозоль при апоптозе. Во внешнем пути есть свои ингибиторы. Эндогенный FLIP (FADD-подобный ICE-ингибирующий белок) может предотвращать активацию каспазы-8 путем блокирования домена гибели FADD. Рецепторы-ловушки, такие как DcR3, не со­держащие внутриклеточных доменов гибели, могут улавливать сигналы гибели (Fas-лиганд) и таким образом предотвращать апоп­тоз (Zhang, Herman, 2002; Zhang J. et al., 2003; Fan et al., 2005).

Внутренние, внешние и некаспазные пути могут взаимодейст­вовать и регулировать друг друга. При активации внешнего меха­низма каспаза-8 разрезает Bid — член подсемейства BH3, который в результате транслоцируется в митохондрии и приводит к высво­бождению цитохрома с. Высвобождение из митохондрий AIF мо­жет также зависеть от активации каспаз (Zhang J. et al., 2003; Fan et al., 2005).

После того как мы рассмотрели молекулярно-генетические ме­ханизмы апоптоза, перейдем к выяснению их возрастзависимой модификации и анализу вклада самого феномена апоптоза в старе­ние организма.

<< | >>
Источник: Москалев А. А.. Старение и гены. — СПб.: Наука,2008. — 358 с.. 2008

Еще по теме Молекулярно-генетические механизмы апоптоза:

  1. АПОПТОЗ
  2. 0.4. Молекулярные факторыиммунной системы
  3. БОЛЕЗНИ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ
  4. Особые генетические формы
  5. ГЛАВА 6 ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ИММУНОЛОГИИ
  6. Торшин И. Ю., Громова О. А.. Экспертный анализ данных в молекулярной фармаколо- Т61 гии. - М.: МЦНМО, 2012- 747 с., 2012
  7. БарановВ.С.. Генетический паспорт — основа индивидуальной и предик­тивной медицины / Под ред. В. С. Баранова. — СПб.: Изд-во Н-Л,2009. — 528 с.: ил., 2009
  8. ЛИНИИ МЫШЕЙ С ГЕНЕТИЧЕСКИМИ ДЕФЕКТАМИ, ЗАТРАГИВАЮЩИМИ ИММУННУЮ СИСТЕМУ
  9. Патогенетические механизмы формирования инфаркта мозга
  10. По механизму повреждения
  11. Механизм развития
  12. Механизм развития
  13. Неспецифические механизмы защиты
  14. О механизме низкокалорийной диеты.
  15. ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ, ЛОКАЛИЗАЦИЯ И МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
  16. Механизм кармы*
  17. Механизм действия очистки.
  18. 1.5. Зарубежные механизмы управления