АПОПТОЗ: ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ, ЗНАЧЕНИЕ В ПАТОГЕНЕЗЕ

В процессе появления многоклеточных живых организмов понадобились механизмы регуляции правильного роста и развития, одним из таких регуляторов является апоптоз.

Апоптоз – это форма запрограммированной гибели клетки, которая проявляется в уменьшении размера клетки, фрагментации и конденсации хроматина, уплотнении мембран (наружной и цитоплазматической) без вытекания содержимого клетки в окружающую ее среду.

Процесс является двухфазным:

1. Первая фаза получила название латентной и основана на проведении сигналов апоптоза. Другими словами - «фаза решения проблем». В зависимости от характера действия раздражителей ее можно разделить на 2 типа:

а) повреждение ДНК посредством воздействий токсинов, радиации и других факторов;

б) активация рецепторов "регион клеточной смерти" (РКС).

«Регион клеточной смерти» - это рецепторы на мембранах всех клеток, которые воспринимают стимулы для активации апоптоза. Если количество активированных рецепторов увеличивается, то возрастает и количество физиологически гибнущих клеток. К наиболее изученным РКС относят CD95 (Fas, Apo1), TNFR1 (p55, CD120a), а также CAR1, D3, DR4, DR5 и др. Этот процесс не сопровождается повреждением ДНК.

2. Вторая фаза получила название «эффекторная», потому что в ней происходит разрушение клеточных ультраструктур. Основными исполнителями эффекторной фазы являются эндонуклеазы, цистеиновые протеазы (каспазы), лизосомальные и сериновые протеазы [1, 3].

Farber E. (1994) предложил классификацию запрограммированной клеточной гибели (ЗКГ):

• Запрограммированная онтогенетическая гибель клеток - это гибель, которая происходит в ходе нормального развития и/или метаморфоза клеток.

• Запрограммированная физиологическая гибель дифференцированных клеток зрелых организмов в ходе деструкции гиперплазированных тканей в результате экзогенных и эндогенных повреждений органов и тканей. Она проявляет себя тогда, когда необходимо восстановление клеточного состава.

• Запрограммированная биохимическая клеточная гибель после действия патоагентов разного происхождения. Этот тип смерти не физиологический, так как он представляет собой ответную реакцию организма (активную или пассивную) на повреждающий агент.

В основе всех форм ЗКГ лежит генетически определенная программа клеточной гибели. Это подтверждается участием многих генов в основе этой программы на уровне клетки и наличием специфических генов, которые контролируют этот процесс.

Существует несколько регуляторов апоптоза, одним из них происходит при участии цитокинов. Цитокины – это белки посредством которых происходит связь со специфическими рецепторами на клетках-мишенях и происходит регуляция их дифференцировки и пролиферации. Процесс апоптоза запускается в момент приближения специфического рецептора к его лиганду – экстрацеллюлярному белку смерти (TNF-a, FasL, TRAIL, Apo-3L). Наиболее изучен FasL лиганд, который обычно прикрепляется на активированные Т-лимфоциты и NK-клетки при взаимодействии со специфическими рецепторами APO1/CD95/Fas клетки. В тестикулах и тканях глаза FasL обеспечивает защиту от аутоиммунного повреждения собственных клеток. Принцип действия сводится к тому, чтобы активировать специфическую протеазу – каспазу 8, которая в свою очередь запускает процесс ЗКГ [4]. Альтернативным путем является митохондриальный путь активации апоптоза при участии белков семейства Bcl-2. Этот путь апоптоза начинается с повреждения ДНК или действия на клетку токсических агентов. Ключевым событием это пути является повышение проницаемости наружной мембраны митохондрий, которое характеризуется выходом апоптогенных белков (цитохром С, прокаспаза -2,-3, и -9, AIF (фактор индуцирующий апоптоз) из межмембранного пространства в цитоплазму клетки за счёт разрыва митохондриальной мембраны или открытия высокопроницаемых каналов на внешней мембране митохондрий.

Важнейшим “рецептором” повреждения ДНК является так называемый «страж генома» - белок p53. Обычно этот белок находится в неактивном состоянии и активируется вследствие гипоксии, активации онкогенов, повреждения ДНК или воздействия других цитотоксических агентов. Роль гена в процессе ЗКГ очень важна, так как причиной развития 50 % опухолей является мутация гена p53. Регуляция апоптоза белком p53 происходит несколькими способами: активация генов Bax или Bid; активация образования свободных форм кислорода, что приводит к перекисному окислению, которое приводит к высвобождению цитохрома С из митохондрий; индуция мРНК Fas, а также выход Fas на поверхность клетки из аппарата Гольджи; стимуляция образования APAF-1; стимуляция экспрессии каспазы 6; переход части молекул самого гена p53 в митохондрии с последующим выходом цитохрома C [4].

Существенным механизмом апоптоза является синтез и активация проапоптических соединений семейства Bcl-2. Впервые белок семейства Bcl-2 описанные как онкоген при В-клеточной лимфоме, который привел к образованию опухолевого клона за счет увеличения выживаемости опухолевых клеток. [3]. В настоящее время семейство Bcl-2 включает в себя группу белков со сходными морфологическими составами и делится на две группы: индукторы апоптоза и ингибиторы апоптоза. Решение о гибели клетки принимается на основании относительного преобладания активных супрессоров или промоторов апоптоза. Механизм действия основывается на действии проапоптических белков семейства Bcl-2, которые образуют временные мегаканалы на месте физиологических (для Ca2+, O2, Na+/К+), через которые начинает поступать цитохром С и другие факторы апоптоза. Цитохром С необходим для образования апоптосомы, в которой активируется каспаза 9.

Существует еще другой, стрессовый, путь апоптоза, который активирует каспазу 9 через комплекс Apaf-1 (апоптический протеаза-активирующий фактор). Конформационные изменения Apaf-1, индуцированные цитохромом С из поврежденных митохондрий и АТФ, позволяют привлечь профактор каспазы 9 через их общий домен. Каспаза 9 апоптосомы, в свою очередь, вызывает активацию эффекторных К(3,7), которые инициируют интенсивный протеолиз и высвобождают связанную ДНКазу, разрушающую хроматин. Особо следует отметить роль белка Bid, который является связующим звеном между двумя путями апоптоза – митохондриальный и путем «рецепторов смерти» (воздействие К8) [5].

В настоящее время изучение процесса апоптической гибели клетки имеет огромный интерес в медицине. Нарушение процессов физиологической смерти играет немаловажную роль в развитии патологических состояний, в том числе онкологических и аутоиммунных заболеваниях [2].

В настоящее время известно множество заболеваний, связанных с усилением апоптоза: фолликулярная лимфома, рак половой системы у женщин и мужчин (яичники, предстательная железа), гломерулонефрит, вирусные инфекции (аденовирус, вирус герпеса, поксвирус). А так же заболевания связанные с ингибированием процессов апоптоза: СПИД, нейродегенеративные заболевания (Альцгеймера, Паркинсона), токсические заболевания печени, мозжечковые дегенерации и т.д

Изучение механизмов апоптоза дает нам представления о развитии некоторых заболеваниях, их течении. Уже сейчас мы можем использовать эти знания для предотвращения заболеваний на различных стадиях патогенеза (коррекция и регуляция).

Апоптоз является очень важным процессом в онтогенезе каждого живого организма. Этот процесс позволяет поддерживать внутренний гомеостаз, контролировать правильный рост и развитие организма, без механизма апоптоза в нашем организме был бы хаос, многочисленность генетических изменений, беспорядочное деление клеток.

Список литературы:

1. Владимирская Е.Б. Механизмы апоптической смерти клеток / Е.Б. Владимирская// Гематология и трансфузиология. – 2002. – Т.47, №2, - С. 35 - 40.

2. Робинсон М.В. Апоптоз клеток иммунной системы / М.В.Робинсон, М.А. Труфакин// Успехи современной биологии. – 1991. –Т.3 вып. 2. – С. 246 – 259.

3. Adams J.M. Ways of dying: multiple pathways to apoptosis / J.M. Adams // Genes and Development/ - 2003. – N 17. – P. 2481 – 2495.

4. Itoh K. Central role of mitochondria and p53 in Fas-mediated apoptosis of rheumatoid synovial fibroblasts / K. Itoh, H. Hase, H. Kojima et al. // Reumatology. – 2004. – N 43. – P.277-285.

5.& Newton K. Caspases signal not only apoptosis but also antigen-induced activation in cells of the immune system / K. Newton, A. Strasser// Genes and Development. – 2003. – Vol.17, N7. – P.819 – 825.