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
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!
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
Больше всего повышению студенческих стипендий радуются, как ни странно, акционеры пивоваренных компаний...
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 - 2017
Рейтинг@Mail.ru