Специфические аспекты апоптоза

Апоптоз (программируемая гибель клетки: ПГК; часто называется как самоубийство клетки) запускается естественными и патологическим факторами и характеризуется запрограммированной относительно медленной морфологической эволюцией клетки, для которой необходим синтез новых матричных РНК и новых протеинов. Апоптоз это необходимый процесс для развития и обновления тканей, поддержания иммунного гомеостаза за счет обновления популяций лимфоцитов и элиминации определенных для этого и поврежденных клеток или избыточного количества лимфоцитов после удаления антигенов.

Апоптоз коренным образом отличается от некроза, который представляет собой острый процесс гибели клетки путем быстрого разрыва клеточной мембраны и дезинтеграции всей клетки. Апоптоз запускается состоянием ядерного материала, сжатием и обезвоживанием клетки, которые заканчиваются ее фрагментацией и выбросом пузырьков, апоптических тел. Последние захватываются фагоцитами без сопровождения воспалительной реакции. Недостаточность или избыток апоптоза играет значительную роль в патогенезе таких заболеваний, как рак или аутоиммунные болезни, а также участвует при функциональных нарушениях, сопряженных с процессами ишемии-реперфузии. Апоптоз запускается специфическими сигналами и часто зависим от их передачи, но не всегда, так как в клетке уже присутствуют крупные части сигнальной субстанции в латентной форме, которые могут быть активированы простой стимуляцией.

Ключевыми элементами апоптоза являются гибель имеющихся белков посредством протеолиза и реакция расщепления caspases (цистеин-аспартат протеаза, ЦАП), используемая в этом протеолизе. Эти ферменты (14 разных энзимов млекопитающих) присутствуют в неактивных формах (зимогены) и активируются (самостоятельно при участии ЦАП) с образованием энзимов-тетрамеров. Две группы ЦАП отличаются по структу­ре зимогенов: ЦАП инициатор и ЦАП эффектор, причем последний активируется предыдущим. Есть сообщения о существовании трех подгрупп ЦАП, активируемых исключительно при воспалении (ЦАП 1,4 и 5: подгруппа 1) или при апоптозе (ЦАП 3,6,7,8,9 и 10: подгруппы 2 и 3), однако такая классификация остается пока в стадии обсуждения. При апоптозе участвуют 2 каскада ЦАП: каскад, запускаемый при гибели рецепторов на поверхности мембраны, и каскад, инициируемый стрессовой альтерацией в митохондриях. Первый каскад инициируется при связывании погибшего сигнального участка с рецептором гибели на поверхности мембраны клетки.

Такая цепочка связывания индуцирует олигомеризацию рецепторов, задействует внутриклеточные белки, которые связаны с рецепторами, формирующими комплекс, содержащий информацию (сигнал) о гибели клетки (DISC) и запускающий «эшафотную активацию» каскадной цепочки ЦАП, начиная с ЦАП-8. Вторая каскадная цепочка начинается со стимуляции (обычно присутствующей при стрессе), которая не приводит к связыванию рецепторов, но заставляет митохондрии выбрасывать цитохромы.

Проапоптозные и антиапоптозные агенты подгруппы Вс1-2 регулируют выработку цитохрома С. В цитоплазме цитохром С формирует комплекс с цитоплазматическими факторами и специальным белком АраМ, который связывается и гидролизирует АТФ. Цитохром С-АраМ комплекс вовлекает, связывает и активирует ЦАП-9 (восходящий каскад), который в последующем активирует ЦАП-3,6 и 7 (нисходящий каскад).

На различных уровнях каскадной цепочки апоптоза действуют различные механизмы регуляции, но процессами регуляции активации каскада являются фосфорилирование и дефосфорилирование протеинкиназами и фосфатазами.

Роль реактивных радикалов кислорода в передаче сигнальной информации при апоптозе.

Реактивные радикалы, образующиеся из кислорода (РРК) и из соединения азота с кислородом (РРАК), играют критическую роль в механизме воспаления при септицемии и респираторном дистресс синдроме. РРАК являются мощными противомикробными агентами, заставляющими микроорганизмы разрушаться до фаголизосом, но они также являются и повреждающими агентами близлежащих клеток и тканей, так как вырабатываются бесконтрольно стимулируемыми фагоцитами на фоне острой воспалительной реакции. За их продукцию и разрушение ответственны специфические ферменты, которые могут быть идентифицированы и характеризованы.

РРАК могут присутствовать во многих типах клеток (лимфоциты, моноциты, макрофаги, нейтрофилы) и их образование является основным in vivo феноменом, который точно регулируется и обуславливает нормальный клеточный метаболизм. Основными эндогенными источниками РРАК являются продукты активации реакций с участием таких ферментов, как НАДФ-оксидаза, NO-синтетаза, ксантин-оксидаза, цепочка транспорта электронов в митохондрии, метаболизм арахидоновой кислоты и активность цитохрома Р450. В норме однако РРАК образуется немного. В 1973 году было определено, что в нормальных условиях митохондриями расходуется ±2% кислорода на построение супер-оксид иона (О 2-) и его продукта дисмутации - перекиси водорода. Это наблюдение имело важное значение для продолжения исследований по передаче сигнальной информации в клетке.