Реферат: Молекулярные механизмы программируемой клеточной гибели - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Молекулярные механизмы программируемой клеточной гибели

Банк рефератов / Биология

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 9920 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

24 21 Содержание Морфологические признаки апоптоза. Основные отличия от некроза 3 Молекулярные механизмы апоптоза 5 Каспазы 5 Bcl-2-зависимый путь апоптоза 9 Fas-опосредованный путь апоптоза 14 Апоптоз, включаемый гранзимом В цитотоксических Т-лимфоцитов 18 Интеграция митохондриального и Fas-опосредованного путей апоптоза 18 Биологическая роль апоптоза 20 Апоптоз и патологии 22 Список литературы 24 Морфологические признаки апоптоза. Основные отличия от некроза У многоклеточных организмов генетически заложена программа гибели клеток (апоптоза). Со времени введения термина «апоптоз» J. Kerr [ 4 ] в 1972 году интерес к процессу физиологической гибели клеток неуклонно растет, что связано с нарушениями его регуляции в ряде патологических состояний, в том числе при аутоиммунных и онкологических заболеваниях [ 9 ] . Гибель клеток может осуществляться в активной и пассивной форме путем апоптоза и некроза [ 14 ] . Форма клеточной гибели – по пути апоптоза или некроза – во многом определяется внутриклеточной концентрацией NAD + и АТР. Сниж е ние уровня NAD + и АТР ведет к индукции некроза [ 12 ] . Некроз – непрограмм и руемая, патологическая форма клеточной смерти, характеризуется разрывом ц и то пл азматической и внутриклеточных мембран . Это приводит к разрушению о р ганелл, высвобождению лизосомальных ферментов и выходу цитоплазмы в ме ж клеточное пространство. Начинается воспалительный процесс, исходом которого может быть как выздоровление, так и гибель организма. Признаки воспаления сформулировал еще Цельс (25 г. до н.э. – 45 г. н.э.) – это “ rubor , tumor , calor et do lor” (покраснение, опухание, жар и боль ) . Наличие или отсутствие воспаления у животных и человека используется как признак, позволяющий отличить апоптоз от некроза. При электронно - микроскопическом исследовании в развитии апоптоза в ы деляют четыре последовательные стадии. Для первой характерна агрегация яде р ного хроматина в виде гранулярных масс, примыкающих к ядерной мембране в виде полулуний. Ядрышко увеличено в размере вследствие того, что его крупные гранулы разделены светлыми промежутками. Ядерная мембрана имеет фестонч а тую форму, ее целостность сохраняется до начала формирования апоптозных т е лец [12] . Затем ядро разделяется на фрагменты, в которых хроматин либо занимает всю поверхность, либо располагается в виде полулуний на ограниченном участке ядерной мембраны. Цитоплазма конденсируется и формирует выпячивания. Теряя контакты, клетка светлым ободком отделяется от соседних. Конденсация цит о плазмы приводит к уплотнению органелл, которые сохраняют свою целостность на протяжении всех стадий апоптоза. Позднее в цитоплазме появляются полупр о зрачные вакуоли. На второй стадии клеточная мембрана теряет тургор. Активир у ется транслоказа, с помощью которой фосфатидилсерин выводится в наружный слой липидного бислоя плазмолеммы. Гликолипиды мембраны теряют остатки сиаловой кислоты [ 6 ] . На поверхности клетки активируются специфические р е цепторы, с которыми способны взаимодействовать макрофаги. В конечном итоге клетка распадается на окруженные мембраной апопто з ные тельца, имеющие ов о идную или неправильную форму с фрагментами ядра или без них. Третья стадия начинается с фагоцитоза апоптозных телец макроф а гами. В их переваривании уча ст вуют лизосомы фагоцитов. На четвертой ст а дии процесс переваривания фагоцитированного материала завершается. Апопто з ные тельца, не захваченные макрофагами, подвергаются аутолизу. Хотя морфологические изменения при апоптозе однотипны, независимо от того, происходит ли он у насекомых или позвоночных, в клетках разных тканей можно выделить некоторые особенности процесса. Например, в сократительных клетках миофибриллярный аппарат тормозит фрагментацию, характерную для апоптоза. Обилие тонофиламентов в кератиноцитах обусловливает ригидность их цитоплазмы и ограничивает раннее изменение формы. В некоторых эпителиоц и тах апоптоз заканчивается одним или двумя крупными апоптозными тельцами. Для апоптоза тимоцитов не вполне характерна ограниченная фрагментация ядра и цитоплазмы. Основные проявления апоптоза происходят в ядре клетки на биохимич е ском уровне и начинаются с фрагментации ДНК. Сначала образуются крупные фрагменты ДНК, содержащие 700, 200 - 250, 50 - 70, позднее – 30 - 50 тыс. пар осн о ваний. Одновременно регистрируются конденсация хроматина и выпячивания ядерной мембраны. Затем происходит межнуклеосомная деградация ДНК – ее расщепление в результате формирования разрывов между нуклеосомами с фо р мированием фрагментов, содержащих 180 - 190 пар оснований. Первоначально считалось, что такая деградация служит ключевым событием и условием реализ а ции апоптоза. В последующем выяснилось, что некоторые ингибиторы топоиз о меразы II, индуцируя апоптоз, вызывают формирование крупных фрагментов ДНК без ее межнуклеосомных нарушений [ 10 ] . Молекулярные механизмы апоптоза Апоптоз – многоэтапный процесс. Начальный этап – прием сигнала, пре д вестника гибели в виде информации, поступающей в клетку извне или возника ю щей в недрах самой клетки. К эффекторам апоптоза относят свободные кислоро д ные радикалы, эндонуклеазы, цистеиновые и сериновые протеазы, семейство TNF, нейротрансмиттеры (глутамат, допамин, N - метил - d - аспартат), онкогены (myc, rel) и гормоны [ 10 ] . Сигнал воспринимается рецептором, подвергается ан а лизу и далее передается молекулам-посредникам. В конечном итоге происходит активация особых ферментов, называемых каспазами. Наряду с апоптозными имеются каспазы, которые активируют цит о кины, участвующие в воспалител ь ных процессах. Каспазы К аспазы относятся к семейству эволюционно консервативных протеаз – ферментов, катализирующих ограниченное расщепление клеточных белков. И з вестны 14 членов семейства , в активном центре каждого фермента расположен остаток цистеина. Все они являются аспазами: специфически узнают определе н ные тетрапептидные звенья белков и расщепляют пептидную связь по карбо к сильному концу остатка аспарагиновой кислоты. В клетке каспазы синтезир у ются в форме латентных предшественников – проферментов, называемых прокаспаз а ми (рис.1) . Рис.1. Активация прокаспаз путем протеолитического расщепления на субъединицы и их последующей ассоциации: I – продомен, II – промежуточный домен, предшественник большой субъединицы, III – C-концевой домен, предш е ственник малой субъединицы каспаз [ 12 ] . По особенностям действия различают инициирующие и эффекторные ка с пазы или соответственно каспазы первого и второго эшелонов. Активация ин и циирующих прокаспаз происходит при участии специальных белков-адаптеров. На этапе активации каспаз первого эшелона жизнь клетки еще можно сохранить. Существуют регуляторы, которые блокируют или, напротив, усиливают разруш и тельное действие каспаз первого эшелона. К ним относятся белки Bcl-2 (ингиб и торы апоптоза: A1, Bcl-2, Bcl-W, Bcl-XL, Brag-1, Mcl-1 и NR13) и Bax (промоторы апоптоза: Bad, Bak, Bax, Bcl-X S , Bid , Bik , Bim , Hrk , Mtd ). Эти белки эволюционно консервативны: гомолог Bcl-2 обнаружен даже у губок Geodia cydomium и Suberites domuncula, у которых апоптоз необходим для морфогенеза. Субстраты каспаз первого эшелона (к ним относятся каспазы-2, -8, -9, -10 и -12) – латентные формы каспаз второго э шелона – прокаспазы-3, -6, и -7 [12] . По субстратной специфичности каспазы делят на 3 семейства: 1 группа (1, 4, 5 каспазы) – предпочитают действовать на тетрапептид включающий триптофан, играют основную роль в воспалении; 2 группа (2, 3, 7 каспазы) – узнают тетрапептид, в котором на первом месте расположен аспарагин; 3 группа (6, 8, 9, 10 ) – узнают тетрапептид, начинающийся с гидрофобной аминокислоты (лейцина, изолейцина, валина) [ 1 ] Свыше 60 различных белков являются субстратами эффекторных каспаз. По функциональной принадлежности они разделяются на несколько групп: • подвергается протеолизу ингибитор ДНКазы, ответственной за фрагме н тацию ДНК. В нормальных клетках апоптозная ДНКаза CAD (caspase-activated DNase – ДНКаза, активируемая каспазой) образует неактивный комплекс с инг и битором CAD, обозначаемым I CAD или DFF (DNA fragmentation factor – фактор фрагментации ДНК). При апоптозе ингибитор I CAD с участием каспаз-3 или -7 инактивируется и свободная CAD, вызывая межнуклеосомальные разрывы хром а тина, ведет к образованию фрагментов ДНК с молекулярной массой, кратной м о лекулярной массе ДНК в нуклеосомных частицах, – 180– 200 пар нуклеотидов. Эти фрагменты при электрофоретическом разделении в агарозном геле дают х а рактерную лесенку ДНК. Апоптоз возможен и без фрагментации ДНК; • происходят инактивация и нарушение регуляции белков, участвующих в репарации ДНК, сплайсинге мРНК, репликации ДНК. Мишенью каспаз является поли(АДФ-рибозо)полимераза (ПАРП). Этот фермент участвует в репарации ДНК, катализируя поли - АДФ-рибозилирование гистонов и других белков, св я занных с ДНК. Донором АДФ-рибозы является NAD +. Активность ПАРП возра с тает в 500 раз и более при связывании с участками разрыва ДНК. Апоптозная г и бель клетки сопровождается расщеплением ПАРП каспазами. Чрезмерная актив а ция ПАРП при массированных разрывах ДНК, сильно снижая содержание вну т риклеточного NAD+, ведет к подавлению гликолиза и митохондриального дых а ния и вызывает гибель клетки по варианту некроза; • разрушаются белки цитоскелета: ламины (структурные белки, выстила ю щие изнутри поверхность внутренней ядерной мембраны), актин, фодрин, керат и ны, а также фермент гельдолин, катализирующий деполимеризацию актина; • модифицируются белки – регуляторы клеточного деления. Активируются циклинзависимые киназы, разрушаются белки (p21 и p27), подавляющие акти в ность этих киназ; • разрушаются антиапоптозные белки семейства Bcl-2, проапоптозный б е лок Bid, белки IAP; • модифицируются белки, участвующие в межклеточной сигнализации, ядерные факторы траскрипции. Наибольшей активностью в расщеплении этих белков обладает каспаза-3: считают, что после ее активации клетка необратимо теряет пути к выживанию. Структурно прокаспаза (молекулярная масса до 50 кДа) состоит из трех звеньев: N-концевого звена (продомена), промежуточного домена, предшестве н ника большой субъединицы (20 кДа) и С-концевого домена, предшественника м а лой субъединицы (10 кДа) зрелого фермента. Продомены инициирующих (а та к же воспалительных) прокаспаз содержат свыше 100 аминокислотных остатков. Они выполняют важную функцию в активации фермента: осуществляют взаим о действие прокаспаз с белками-адаптерами. В этих белок - белковых взаимодействиях участвуют специализированные участки продоменов , у разных прокаспаз это DED ( death effector domain – домен эффектора смерти ), CARD ( caspase recruitment d о main – домен рекрутирования каспазы ), DD ( death domain – домен смерти ) [13] . Все они имеют сходную стру к туру, содержат по шесть б -спиральных участков . Прокаспазы обладают незнач и тельной протеолитической активностью, соста в ляющей 1– 2% активности зрелой каспазы [ 8 ] . Будучи в мономерной форме, пр о каспазы, концентрация которых в клетке ничтожна, находятся в латентном состоянии. Предполагается, что пр о странственное сближение молекул прокaспаз при их агрегации ведет к образов а нию активных каспаз через механизм протеол и тического само- и перекрестного расщепления (ауто- или транс-процессинга). Так, у прокаспазы-9 это CARD, а у прокаспазы-8 два последовательно соедине н ных DED. Такие же домены имеются у адаптерных молекул, что позволяет реал и зовать междоменное, так называемое гомофильное взаимодействие между пр о каспазой и адаптером – CARD– CARD, DED– DED. Продомены эффекторных прокаспаз короче, чем у инициирующих прокаспаз, содержат менее 30 аминокисло т ных остатков и выполняют функцию ингибитора активации прокаспаз. Выявлены белки (их обозначают IAP), которые, блокируя отщепление пр о домена эффекторных прокаспаз и тем самым подавляя их активацию, предотвр а щают апоптоз. Активация каспазы заключается в протеолитическом удалении продомена, разрыве связи между большой и малой субъединицами и последу ю щей сборке из них гетеродимера. Два гетеродимера, связываясь друг с другом ч е рез малые субъединицы, образуют тетрамер – активную форму каспазы, обл а дающую двумя иденти ч ными каталитическими центрами [ 5 ] . Существует несколько путей развития эффекторной фазы апоптоза, при н ципиальное отличие которых заключается в механизме инициации и трансдукции проапоптического сигнала. В настоящее время описано три генеральных пути апоптоза: митохондриальный (Bcl-2-зависимый) путь, гранзим В - связанный путь, и опосредованный через «рецепторы смерти» [ 11 ] . Bcl-2-зависимый путь апоптоза В клетках, подвергшихся воздействию индуктора апоптоза, резко снижается мембранный потенциал (Dy)митохондрий. Падение Dy обусловлено увеличением проницаемости внутренней мембраны митохондрий (permeability transition) всле д ствие образования гигантских пор. Разнообразны факторы, вызывающие раскр ы тие пор. К ним относятся истощение клеток восстановленным глутатионом, NAD(P)H, ATP и ADP, образование активных форм кислорода, разобщение оки с литель ного фосфори лирования протонофорными соединениями, увеличение с о держания Ca 2+ в цитоплазме [ 7 ] . Образование п ор в митохондриях можно в ы звать церамидом, NO, каспазами, амфипатическими пептидами, жирными кисл о тами. Поры имеют диаметр 2,9 нм, позволяющий пересекать мембрану веществам с м о лекулярной массой 1,5 кДа и ниже. Следствием раскрытия поры является набух а ние митохондриального матрикса, разрыв наружной мембраны митохондрий и высвобождение растворимых белков межмембранного объема. Среди этих бе л ков – ряд апоптогенных факторов: цитохром с, прокаспа зы 2, 3 и 9, белок AIF (apoptosis inducing factor), представляющий собой флавопротеин с молекулярной массой 57 кДа. Прокаспаза-3 обнаруживается как в межмембранном объеме м и тохондрий, так и в цитоплазме . Образование гигантских пор не является единственным механизмом выхода межмембранных белков митохондрий в цитоплазму. Предполагается, что разрыв наружной мембраны митохондрий может быть вызван гиперполяризацией вну т ренней мембраны (ср. с гипополяризацией при раскрытии гигантских пор). Во з можен и альтернативный механизм, без разрыва мембраны, – раскрытие гиган т ского белкового канала в самой наружной мембране, способного пропускать ц и тохром с и другие белки из межмембранного пространства. Высвобождаемый из митохондрий цитохром с вместе с цитоплазматич е ским фактором APAF-1 (apoptosis protease activating factor-1) участвует в актив а ции каспазы-9. APAF-1 – белок с молекулярной массой 130 кДа, содержащий CARD-домен (caspase activation and recruitment domain) на N-конце и 12 повт о ряющихся аминокислотных WD-40-последовательностей (WD – дипептид из триптофана и аспартата) на С-конце, образует комплекс с прокаспазой-9 в пр и сутствии цитохрома с и dATP или АТР (концентрация dATP в клетке в 1000 раз ниже ко н центрации АТР). К наиболее охарактеризованным WD-белкам относится b -cубъединица G-белков. Из этих субъединиц собираются жесткие, симметри ч ные структуры, наподобие веера или пропеллера. WD-Повторы свойственны бе л кам, участвующим в регуляции деления и дифференцировки эукариотных клеток, транскрипции генов, модификации мРНК, трансмембранной передачи сигналов, слияния мембранных везикул. Среди прокариот WD-белки обнаружены у циан о бактерий. APAF-1 играет роль арматуры, на которой происходит аутокаталитический процессинг каспазы-9. Предполагается, что в результате зависимого от гидролиза dATP (или АТР) конформационного изменения APAF-1 приобретает способность связывать цитохром с . Связав цитохром с, APAF-1 претерпевает дальнейшее ко н формационное изменение, способствующее его олигомеризации и открывающее доступ CARD-домена APAF-1 для прокаспазы-9, которая тоже содержит CARD-домен. Так образуется конструкция, называемая тоже апоптосомой (рис. 2 ) , с м о лекулярной массой > 1,3 млн дальтон, в составе которой – не менее 8 субъединиц APAF-1. Благодаря гомофильному CARD-CARD-взаимодействию с APAF-1 в э к вимолярном соотношении связывается прокаспаза-9, а затем прокаспаза-9 связ ы вает прокаспазу-3. Пространственное сближение молекул прокаспазы-9 на мул ь тимерной арматуре из APAF-1-цитохром-с-комплексов, по-видимому, приводит к межмолекулярному протеолитическому процессингу прокаспазы-9 с образован и ем активной каспазы-9. Сходный механизм предложен для активации прокаспазы CED-3 у червя Caenorhabditis elegans– аналога прокаспазы-9 млекопитающих. Альтернативный вариант – прокаспаза-9, связавшись с апоптосомой, может пр и нять конформацию, которая приводит к внутримолекулярному процессингу (с а моактивации). Зрелая каспаза-9 затем расщепляет и активирует прокаспазу-3. Мутантный APAF-1, л и шенный WD-40-повторов, активирует прокаспазу-9, но не способен к рекрутир о ванию и активации прокаспазы-3. Флавопротеин AIF, будучи добавленным к из о лированным ядрам из клеток HeLa, вызывает конденсацию хроматина и фрагме н тацию ДНК, а при добавлении к изолированным митохондриям печени крыс – высвобождение цитохрома с и каспазы-9. Микроинъекция AIF в интактные фи б робласты крыс приводит к конденсации хроматина по пер е ферии ядра, разрыву ДНК на крупные фрагменты длиной 50 т.п.н. и больше, диссипации Dy в мит о хондриях и переходу фосфатидилсерина из внутреннего слоя цитоплазматической мембраны в наружный. Ни один из этих эффектов AIF не предотвращается пе п тидным ингибитором каспаз N-бензоилоксикарбонил-Val-Ala-Asp - трифторметилкетоном (Z-VAD.fmk), который предотвращает апоптоз, индуцир о ванный микроинъецированным цитохромом с. Эти данные показывают, что AIF является митохондриальным эффектором ПКС у животных, действующим нез а висимо от каспаз. Рис.2 . Структура апоптосомы – гептамерный комплекс молекул АPAF-1 и цитохрома с [ 5 ]. Кроме рассмотренных компонентов, при нарушении наружной мембраны митохондрий из межмембранного объема выделяется термолабильный фактор, вызывающий необратимое превращение ксантиндегидрогеназы в ксантиноксид а зу. Фактор устойчив к ряду испытанных ингибиторов протеаз, включая каспазы, сериновые и металлопротеазы. Ксантиндегидрогеназа катализирует зависимое от NAD + окисление ксантина до гипоксантина и последующее окисление гипокса н тина до мочевой кислоты. Ксантиноксидаза катализирует те же реакции, но не с NAD + , а с О 2 в качестве акцептора электронов. При этом образуются О 2- , Н 2 О 2 , а из них – и другие активные формы кислорода (АФК), которые разрушают мит о хондрии и являются мощными индукторами апоптоза. Механизмы образования АФК, конечно, не ограничиваются ксантиноксидазной реакцией. Главным исто ч ником АФК в клетках являются митохондрии. Резкое увеличение АФК происх о дит при возрастании мембранного потенциала в митохондриях, когда снижено потребление ATP и скорость дыхания лимитируется ADP. Доля электронного п о тока через дыхательную цепь митохондрий, идущая на образование О 2 - , достиг а ет 1-5 % . Цитоплазматическая мембрана макрофагов и нейтрофилов, как уже о т мечалось, содержит О 2 - – генерирующую NADPH-оксидазу. В зависимости от пути, по которому осуществляется активация каспаз, ра з личают разные типы клеток. Клетки типа I (в частности, линия лимфобластои д ных В-клеток SKW и T-клетки линии Н9) подвергаются ПКС по пути, зависим о му от апоптозных рецепторов плазматической мембраны без участия митохон д риальных белков. Клетки типа II (например, линии Т-клеток Jurkat и СЕМ) пог и бают по пути апоптоза, зависимому от митохондриального цитохрома с. ПКС, в ы званная химиотерапевтическими соединениями, УФ- или г -облучением, по-видимому, напрямую связана с апоптозной функцией митохондрий: клетки, л и шенные генов белка APAF-1 или каспазы-9, устойчивы к химио- и радиационной обработке, но погибают при индукции Fas-рецептора. Некоторые клетки, например, клетки эмбриональной нервной системы, включают механизмы апоптоза, если они испытывают дефицит апоптозпода в ляющих сигналов (называемых также факторами выживания) от других клеток. Ф и зиологический смысл процесса – в элиминации избыточных нервных клеток, конкурирующих за ограниченный фонд факторов выживания. Эпителиальные клетки при отделении от внеклеточного матрикса, вырабатывающего факторы выживания, тоже обречены на ПКС. Факторы выживания связываются соответс т вующими цитоплазматическими рецепторами, активируя синтез подавляющих апоптоз агентов и блокируя стимуляторы апоптоза. Некоторые вещества (например, стероидные гормоны) оказывают дифф е ренцированный эффект на различные типы клеток – предотвращают апоптоз о д них типов клеток и индуцируют его у других [ 13 ] . Существует еще несколько механизмов, приводящих к апоптозу через и н гибирование Bcl-2. Например, возможна регуляция через онкосупрессор - белок p53, замедляющий в нормальных клетках пролиферативную активность. При п о вреждении ДНК под действием ионизирующего или ультрафиолетового излуч е ния, ингибиторов топоизомеразы II, а также при некоторых других воздействиях, происходит активация экспрессии гена р53. Белок p53 задерживает клетку в фазе G1/S клеточного цикла (через репрессию генов, регулирующих транскрипцию), чтобы дать время для работы репаративных систем. На уровне транскрипции фактор р53 регулирует экспрессию генов, учас т вующих в блокаде клеточного цикла - р21 (ингибитор большинства циклин-зависимых киназ), а также взаимодействует либо с комплексами, определяющими синтез и репарацию ДНК, либо с белками, модулирующими апоптоз (например, Вах). Если повреждения ликвидировать не удается, то p53 запускает апоптоз. Происходит это через инактивирование Bcl-2 при связывании с белком Bax. Известно, что некоторые стимулы, такие как гипоксия или митогенные о н когены, активируют ген p53, переводя клетку на апо п тический путь [ 3 ] . Fas-опосредованный путь апоптоза Инициаторная фаза апоптоза может осуществляться опосредовано через «рецепторы смерти». Хорошо изучен механизм Fas-опосредованного апоптоза CD95-позитивных клеток. Для его развития необходимо взаимодействие Fas-рецептора, презентированного на мембране Fas-позитивных клеток, и Fas-лиганда. Взаимодействие важно для таких типов физиологической регуляции как уничтожение зрелых Т-клеток на завершающих стадиях иммунного ответа, ки л линг опухолевых или инфицированных вирусом клеток цитотоксическими T-лимфоцитами и NK-клетками. Принципиальное отличие Fas-опосредуемого пути апоптоза от митохондриального заключается в том, что он обходит регулирование со стороны белков Bcl-2 и является Ca 2+ - независимым. CD95 экспрессируется на поверхности клеток многих типов: на тимоцитах, лимфобластоидных клеточных линиях, активированных Т- и В-лимфоцитах, а также на фибробластах, гепатоцитах, кератиноцитах, миелоидных клетках и кле т ках нервной системы (нейронах, астроцитах и олигодендроцитах). Белок CD95 принадлежит к семейству рецепторов фактора некроза опухолей (ФНО) и соде р жит 3 повтора аминокислотной последовательности, богатых цистеином. Его зр е лая мембранная форма - гомотримерный гликопротеин из 320-335 аминокисло т ных остатков (молекулярная масса 42-52 кДа). Ген Fas у человека (название гена - APT) локализован в длинном плече десятой хромосомы (10q23) и состоит из 9 э к зонов. Человеческий Fas относится к мембранным белкам I типа. В его структуре можно выделить следующие регионы: экстрацеллюлярный, состоящий примерно из 160 аминокислотных остатков, закодированных в первых пяти экзонах гена Fas, трансмембранный, закодированный в 6 экзоне, и интрацеллюлярный, соо т ветствующий 7-9 экзонам. Выявлено, что периферические клетки крови и некот о рые опухолевые клеточные линии, кроме полноразмерной Fas-мРНК, имеют в а рианты РНК, полученные в результате альтернативного сплайсинга. Они кодируют растворимый Fas-антиген (sFas). Мономерные формы sFas блокируют центры связывания на Fas-лиганде, делая их недоступными для ме м бранного CD95 антигена - апоптоз не инициируется. Апоптозу препятствует и формирование мембранных Fas-олигомеров с участием растворимого CD95-мономера. Мутации гена Fas приводят к экспрессии неактивных продуктов. Врожде н ные или приобретенные дефекты гена Fas ассоциированы с лимфопролиферати в ными и аутоиммунными заболеваниями. Подобная стратегия защ и ты от апоптоза реализуется и в опухолевых клетках. Соматические мутации гена, кодирующего CD95, впервые были описаны на примере лимфом. В настоящее время известно, что подобные явления наблюдаются во многих линиях опухолевых клеток как лимфоидного, так и нелимфоидного ряда, причем частота мутаций гена достигает 4-28%. Все это, несомненно, препятствует апоптозу. Fas-лиганд (FasL) относится к семейству фактора некроза опухолей и явл я ется мембранным белком второго типа . Ген лиганда расположен в первой хром о соме человека. FasL экспрессируется на активированных Т-лимфоцитах и NK-клетках, а также на клетках Сертоли и паренхимных клетках передней камеры глаза, что позволяет этим клеткам убивать любую Fas-экспрессирующую клетку, в том числе и активированный Т-лимфоцит. Белок существует в двух формах: н е растворимой (мембраносвязанной) и растворимой, отщепляемой от клетки с п о мощью металлопротеиназы. Растворимая форма человеческого FasL сохраняет свою активность. Подобно другим лигандам рецепторов семейства ФНО, FasL - гомотример, причем справедливо это не только для мембранной, но и для раств о римой формы. Примерно 70-80 аминокислотных остатков цитоплазматического участка молекулы CD95 образуют домен смерти ( DD - death domain ). После того, как триммер Fas-лиганда взаимодействует с тримером Fas, последний изменяет свою конформацию так, что DD-домен оказывается способным связываться с соотве т ствующим доменом белка-адаптера FADD/Mort-1. Различные формы белка FADD в своем составе содержaт два ключевых домена: эффекторный домен смерти DED на N-конце и, связывающийся с молекулой CD95, DD на C-конце. Адаптер FADD ассоциата способен взаимодействовать с неактивной прокаспазой-8 (FLICE). Связывание происходит через DED-домены обеих молекул. Комплекс, в с о став которого входит CD95, FADD и прокаспаза-8, образуется в течение нескол ь ких секунд и носит название DISC (сигнальный комплекс, индуцирующий смерть ) ( рис.3) . В составе DISC прокаспаза-8 самоактивируется, и в цитоплазму выходят продукты активации - субъединицы p10 и p18-20, которые впоследствии форм и руют тетрамер. Активные субъединицы каспазы-8 активируют каспазу-3. Наст у пает эффекторная фаза Fas-опосредуемого апоптоза. В течение ее происходит а к тивация протеолитической системы клетки, которую и формируют цистеиновые протеиназы. Рис.3. С игнальный комплекс, индуцирующий смерть ( DISC ), который с о держит CD95, FADD и прокаспа зу -8 или -10 [ 5 ]. Помимо FADD, сродством к DD-домену CD95обладают и другие цитопла з матические белки. Например, адаптерный фактор Daxx способен связ ы ваться с мембранной формой Fas-протеина и инициировать осуществление FADD-независимого SAPK/JNK/p38-пути (системы стресс-активируемых прот е инкиназ), в котором активируются факторы транскрипции c-Jun. Белки c-Jun взаимодействуют с энхансерами различных проапоптических факторов, например, Fas, Fas-лиганда и т.п. К ассоциации с интрацеллюлярным С-фрагментом молекулы CD95 способна тирозиновая фосфатаза FAP-1. FAP-1 отр е зает 15 аминокислотных остатков от DD-домена и тем самым исключает возмо ж ность формирования DISC. В результате апоптотические процессы не развиваю т ся. Высокие внутриклеточные концентрации этой фосфатазы создаются в CD95-резистентных опухолевых клетках [ 11 ]. Апоптоз, включаемый гранзимом В цитотоксических Т-лимфоцитов Цитотоксические Т-лимфоциты могут вызвать апоптоз инфицированной клетки-мишени не только через механизм, зависимый от Fas-рецептора. Сущес т вует второй механизм – с помощью белка перфорина, впрыскиваемого Т-киллером в зону контакта с клеткой-мишенью. Полимеризуясь, перфорин образ у ет в плазматической мембране клетки-мишени трансмембранные каналы, по к о торым внутрь клетки поступают гранзимы (фрагментины) – смесь протеолитич е ских ферментов, выделенных Т-киллером. Существенным компонентом этой см е си является гранзим В – специфичная к остатку аспарагиновой кислоты сериновая протеаза (в активном центре - серин), превращающая прокаспазу-3 в каспазу-3. Причем в превращении прокаспазы-3 в каспазу-3 гранзим B обладает большей активностью, чем инициирующие касп а зы-8 и -10 (соответственно в 2 и 7 раз) [ 2 ] . Интеграция митохондриального и Fas-опосредованного путей апоптоза Выше отмечалось, что Fas/FasL-система обособлена от Bcl-2-системы , пр и чем в реализацию этих путей вовлечено огромное количество белков (табл.1) . Однако в Fas-позитивных клетках нередко наблюдается интеграция этих двух систем. В этом случае говорят о клетках II типа, характеризующихся тем, что ко н центрация прокаспазы-8 в цитозоле мала и, в связи с этим, чрезвычайно низка и н тенсивность активации каспазы-3. Кроме того, действие этих ферментов лимит и руется гиперэкспрессией Bcl-2. В клетках второго типа наиболее выражено действие каспазы-8 через белок Bid, что ведет к развитию митохондриального пути апоптоза. Протеиназа отрезает дезактивирующий фрагмент Bid, превращая белок в активный tBid (truncated Bid -усеченный). В свою очередь, tBid связывает Bcl-2, ликвидируя апоптоз-ингибирующее действие последнего. В клетках первого типа индукция апоптоза сопряжена с активацией большого количества молекул каспазы-8 из комплекса DISC. Это означает, что с большой скоростью будет активировано большое кол и чество каспазы-3, -все успевает произойти до падения митохондриального тран с мембранного потенциала . Таким образом, здесь апоптоз идет без участия мит о хондриальных субстратов. Стоит отметить, что в клетках обоих типов наблюдае т ся митохондриальная апоптогенная активность, но эта активность блокируется гиперэкспрессией Bcl-2. Лишь в клетках второго типа гиперэкспрессия Bcl-2 компенсируется инактив и рующим связыванием с Bid [ 11 ] . Табл.1. Белки, участвующие в реализации Bcl-2 и Fas-опосредованного п у тей [ 5 ] Биологическая роль апоптоза Можно выделить три основные физиологические функции апоптоза : 1)обеспечение программы индивидуального развития организма (онтоген е за) и дифференцировки клеток, 2) поддержание тканевого гомеостаза, 3) защит а от патогенов и поврежденных собственных клеток . В онтогенезе высших позвоночных животных апоптоз проявляется в пр о цессе их эмбрионального развития. Некоторые примеры: образование первичной полости в бластуле, гибель избыточных, невостребованных клеток при развитии периферической нервной системы, разделение пальцев в результате отмирания межпальцевых перепонок, апоптоз при формировании пищеварительной системы, сердца, печени и других органов. У низших позвоночных – отмирание хвоста у головастика в процессе его превращения в лягушку, у беспозвоночных – мет а морфоз насекомых. Пример клеточной дифференцировки с участием элементов программируемой клеточной гибели – биогенез эритроцитов, клеток эпителия глазного хрусталика, кератиноцитов кожного эпидермиса. В различных тканях существуют определенные нормы по количеству кл е ток. Если количество клеток будет выше или ниже нормы, это означает наруш е ние тканевого гомеостаза. Апоптоз функционирует как механизм, контролиру ю щий количество и качество клеток, поддерживая тканевой гомеостаз в организме. Элиминируются ненормальные, функционально неактивные клетки, в том числе клетки, функции которых нарушены под влиянием факторов абиотической природы (активные формы кислорода, антиметаболиты, УФ-облучение). Через апоптоз исчезают и функционально активные клетки: T- и B-лимфоциты, актив и ровавшиеся и размножившиеся в ответ на внедрение патогена, погибают по око н чании инфекционного процесса. Элиминируются клетки, представляющие потенциальную угрозу для орг а низма: если нарушена ДНК, вкл ючается программа смерти с помо щью различных механизмов, один из которых зависит от особого белка клетки – белка p53. П р о граммируемая клеточная смерть , зависимая от p53, служит как противо опухол е вый механизм, не дает также размножаться клеткам с дефективной ДНК, предо т вращая появление клеток-мутантов. Клетки ткани, вышедшие из сферы межкл е точного взаимодействия, потерявшие контакт с другими клетками ткани и один о ко блуждающие по организму, тоже подвергаются апо п тозу. Вирусы, некоторые бактерии, грибы и простейшие являются внутриклето ч ными паразитами. Хотя специфичные к ним антитела вырабатываются органи з мом человека или животного, они не могут настигнуть вредителя, затаившегося в цитоплазме, под покровом клеточной оболочки жертвы. И тогда в ход вступают цитотоксические T-лимфоциты. Они убивают клетки, ставшие жертвами инфе к ционного возбудителя, и тем самым прекращают его дальнейшее размножение. Обладая аппаратом распознавания зараженной клетки среди массы здоровых кл е ток, T-киллер вызывает ее гибель, включая программу самоубийства клетки-мишени. Натуральные киллеры через механизм апоптоза способны обезвредить опухолевые клетки [12] . Апоптоз и патологии Отклонения ПКС от нормы – в сторону усиления или подавления – прив о дят к тяжелым заболеваниям (рис.4) , часто с летальным исходом. Нейродегенеративные заболевания (болезнь Альцгеймера, болезнь Парки н сона), ишемические повреждения (инсульт, инфаркт миокарда, послеоперацио н ные реперфузионные осложнения, возникающие при остановке и последующем восстановлении кровотока в различных органах), некоторые болезни крови, ци р роз печени, синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), вызываемые п а тогенной бактерией Heliсobacter pylori гастрит и язва желудка – это заболевания, обусловленные усилением апоптоза . Известны низкомолекулярные пептиды, к о торые эффективны как ингибиторы каспаз и перспективны как лекарственные с о единения в терапии рассмотренных болезней. Рак, некоторые аутоиммунные заболевания (красная волчанка) и вирусные инфекции (герпесные, аденовирусные), бронхиальная астма, шизофрения вызв а ны подавлением апоптоза . Некоторые вирусы содержат гены ингибиторов каспаз или гомологов апоптозного белка Bcl-2. Эти вирусы предотвращают апоптоз з а раженной клетки: создаются условия для длительного поддержания инфекцио н ного возбудителя в организме (персистенции). Подавлением апоптоза инфицир о ванной клетки объясняется появление лекарственно устойчивых форм возбудит е ля туберкулеза [12] . Программируемая клеточная гибель – механизм, широко распространенный в различных царствах живого, включая прокариот. Эволюционно апоптоз возник у прокариот как механизм противовирусной защиты популяций и был закреплен у одноклеточных эукариот. В дальнейшем, с появлением многоклеточных органи з мов, механизм совершенствовался и был приспособлен, наряду с защитой от п а тогенов, для реализации важных жизненных функций – дифференцировки клеток и тканей при эмбриогенезе и постэмбриональном развитии, элиминирования кл е ток иммунной системы, невостребованных, состарившихся клеток либо клеток, подвергшихся воздействию мутагенных факторов. Апоптоз у животных и челов е ка стал неотъемлемым инструментом для осуществления наследственного и пр и обретенного, гуморального и клеточного ответа иммунной системы. Исследов а ния в области апоптоза открывают новые перспективы в клеточной биологии и иммунологии. Список литературы 1. Cohen G.M. Caspases: the executioners of apoptosis // Biochem J.-1997. - № 326. - р .1– 16 2. Elmore S. Apoptosis: A Review of Programmed Cell Death // Toxicol Pathol.- 2007 - №35(4).- р .495– 516. 3. Haupt Susan, Berger Michael, Zehavit Goldberg and Ygal Haupt. Apoptosis – the p53 ne t work // Journal of Cell Science. -2003.- №116.- р .4077-4085 4. Kerr J.F., Wyllie A.H., Curie A.R. Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics // Br. J. Cancer. - 1972. - V. 26.- p. 239-257 5. Rajesh P. Rastogi, Richa and Rajeshwar P. Sinha. Apoptosis: molecular mechanisms and path o genicity //EXCLI Journal.- 2009.- №8.-р. 155-181 6. Robert A. Schwartzman and John A. Cidlowski. Apoptosis: The Biochemistry and Molecular B i ology of Programmed Cell Death // Endocrine Reviews.- 1993.- V. 14, No.2.- p.133-151 7. Santella L and Carafoli E. Calcium signaling in the cell nucleus // FASEB J. - 1997.-№11. - р .1091-1109 8. Wolf B.B., Green D.R. Suicidal tendencies: apoptotic cell death by caspase family pr o teinases // J. Biol. Chem.- 1999.- V . 274, № 29.- р. 20049-20052. 9. Варга О. Ю., Рябков В. А. Апоптоз: понятие, механизмы реализации, знач е ние// Эк о логия человека.- 2006.-№7.- c .28-32 10. Матвеева Н.Ю. Апоптоз: морфологические особенности и молекулярные м е ханизмы // Pacific Medical Journal.- 2003.- № 4.- p . 12-16 11. Рыжов С. В., Новиков В. В. Молекулярные механизмы апоптотических пр о цессов // Росси й ский биотерапевтический журнал.-2006.- T.1, №3.- с . 27-33 12. Самуилов В. Д. Биохимия программируемой клеточной смерти (апоптоза) у животных // Соросовский образовательный журнал.- 2001.- T . 7, №10. - с.18-25 13. Самуилов В.Д., Олескин А.В., Лагунова Е.М. Программируемая клеточная смерть // Биох и мия.- 2000.- Т. 65, № 8.- c . 1029– 1046 14. Ярилин А.А., Никонова М.Ф., Ярилина А.А., Варфоломеева М.И., Григорьева Т.Ю. Апо п тоз, роль в патологии и значимость его оценки при клинико-иммунологическом обследовании больных // Медицинская иммунология.- 2000.- Т.2, № 1.- с 7-16
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
— Алло, Серег, у тебя отчество Владимирович ведь?
— Бать, с тобой все в порядке?
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по биологии "Молекулярные механизмы программируемой клеточной гибели", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru