Перенос паракринного митогенного сигнала.

ОПУХОЛЕВЫЙ РОСТ

Клеточный гомеостаз -количественное и качественное постоянство клеточного состава организма. Поддержание клеточного гомеостаза происходит за счет процессов пролиферации и апоптоза.

Регуляция деления клеток

1. Эндокринная (гормональная) регуляция пролиферации - за счет продукции желез внутренней секреции (ЖВС). Основные из них гипофиз, надпочечники, щитовидная, паращитовидная, поджелудочная и половые железы.

2. Паракринная регуляция пролиферации - за счет биологически активных веществ, синтезируемых в соседних клетках. Эти биологически активные вещества называются митогенные стимуляторы или ростовые факторы.

3. Аутокринная регуляция пролиферации - клетка синтезирует ростовые факторы для самой себя, не нуждается в стимулах извне. Результат - автономное, нерегулируемое организмом размножение. Этот тип нехарактерен для здорового организма.

Перенос паракринного митогенного сигнала.

Митогенный сигнал - сигнал к вступлению в фазу удвоения ДНК (фазу S) и после этого к началу митоза.

В переносе паракринного митогенного сигнала участвуют следующие структуры:

1. Митогенные стимуляторы (ростовые факторы) — образуются в соседних клетках. Это небольшие белки с относительно короткой полипептидной цепью (например: эпидермальный фактор роста состоит из 53-х аминокислот). Среди них различают семейства стимуляторов и ингибиторов пролиферации. Молекулы митогенных стимуляторов содержат остатки фосфорной кислоты и способны фосфорилировать молекулы веществ, вступающих с ними в реакцию.

2. Рецепторы клеточной мембраны взаимодействуют с ростовыми факторами и в результате активируются. Активированные рецепторы передают сигнал через мембрану внутрь клетки. Пример: тирозинкиназные рецепторы (ТКР) сострят из цепочки молекул тирозина и имеют три части. Каждая часть называется доменом. Домены:

а) внеклеточный или надмембранный;

б) трансмембранный;

в) подмембранный.

Перенос митогенного сигнала начинается со связывания ростового фактора с первой молекулой тирозина надмембранного домена. Результат реакции: присоединение остатка фосфорной кислоты к первой молекуле тирозина в надмембранном домене (её фосфорилирование). Этот остаток фосфорной кислоты первая молекула тирозина получила от молекулы ростового фактора. После этого остаток фосфорной кислоты передается по цепочке ко 2-ой молекуле тирозина, затем к 3-ей. Происходит последовательное автофосфорилирование всех трёх доменов. Перенос митогенного сигнала через мембрану заканчивается, когда остаток фосфорной кислоты присоединится к последней молекуле тирозина в подмембранном домене. Начиная с этого момента, митогенный сигнал нужно передать через цитоплазму к ядру клетки.

3. RAS-белки - это белки, входящие в состав подсемейства G-белков. Они находятся в подмембранном участке цитоплазмы. Эти белки связываются в единый мультибелковый комплекс. Образование этого комплекса - следующий этап передачи митогенного сигнала на подмембранном участке цитоплазмы. Стимул - фосфорилирование последней молекулы тирозина в подмембранном домене.

4. МАР-киназы - специальные фермента цитоплазмы, которые переносят митогенный сигнал к ядру клетки. В цитоплазме клеток есть два фермента. Они называются МАР-киназы. Стимул для активации МАР-киназ - объединение в единый комплекс подмембранных RAS-белков. Функции МАР-киназ: перенос митогенного сигнала через цитоплазму к ядру клетки. Митогенный сигнал – по сути остаток фосфорной кислоты. МАР-киназы последовательно передают этот остаток фосфорной кислоты через молекулы серина и треонина цитоплазмы к ядру. Другими словами: МАР-киназы обеспечивают последовательное автофосфорилирование молекул серима и треонина в цитоплазме. В результате остаток фосфорной кислоты достигает ядра клетки, где он активирует группу белков под общим названием «транскрипционные факторы АР-1».

5. Транскрипционные факторы АР-1 - запускают вхождение клетки в S-фазу. Местонахождение - ядро клетки. Химическая природа - белки, причем в их состав входят аминокислоты серин и треонин. Существуют два способа активации АР-1:

1. МАР-киназы доставляют остатки фосфорной кислоты в ядро → фосфорилирование (присоединение остатка фосфорной кислоты) серина и треонина АР-1-белков → активация белков АР-1.

2. МАР-киназы активируют гены, кодирующие синтез белков АР-1 → увеличивается образование белков АР-1.

Функция белков АР-1: активация генов, отвечающих за вхождение клетки в S-фазу. В результате гены, отвечающие за вхождение клетки и S-фазу, продуцируют свои белки. Эти белки нужны для синтеза вторых цепочек ДНК при удвоении.

Жизненный цикл здоровой клетки.

В жизни клетки выделяют митозы и интерфазы. Интерфаза - жизнь клетки между митозами. В течение интерфазы есть несколько периодов:

1. М (митоз) - событие, которым начинается и заканчивается клеточный цикл.

2. G₁ - в этот период вновь образованная клетка растет и дифференцируется.

S - фаза синтеза ДНК и удвоения нитей ДНК.

G₂ - период подготовки к митозу. Идет удвоение клеточных структур.

М - следующий митоз.

В периодах интерфазы отмечается несколько важных моментов:

►R - точка рестрикции. Находиться в периоде G₁. В момент R решается вопрос о продолжении подготовки к следующему митозу или переходе в состояние относительного покоя G_0, когда клетка не может делиться. Но клетка может вернуться из состояния относительного покоя и продолжить подготовку к очередному митозу. Это зависит от потребностей организма в клеточной массе.

►G₁/S - момент вхождения в фазу S. Это граница между периодами G₁ и S. В этот момент проверяется целость и неповреждённость ДНК, которая подлежит удвоению. Если в структуре ДНК обнаруживаются ошибки, то процесс преостанавливается и клетка не пропускается в фазу S. Дальнейшая судьба такой клетки: включение механизмов репарации (восстановления) ДНК или индукция апоптоза. Механизм такой проверки называется «checkpoint».

►G2 / М - момент вхождения и митоз. Это граница между периодом G₂ и митозом. Здесь также действует механизм «checkpoint». Функции: проверка правильности репликации ДНК и удвоения клеточных структур. При обнаружении ошибок поврежденная клетка в митоз не пропускается и уничтожается методом индукции апоптоза.

Схема действия механизма «checkpoint».

Механизм «Checkpoint» обнаруживает повреждение ДНК. У клеток с поврежденной ДИК приостанавливается клеточный цикл, клетка не пропускаемся в митоз и подвергается апоптозу, если репарация ДНК невозможна.

Механизм индукции апоптоза

В индукции апоптоза участвуют специальные гены-супрессоры и их продукция - белки Rb и p53.

Последовательность событий.

1. Обнаружение повреждения в структуре ДНК. Этот факт - стимул для активации генов-супрессоров.

2. Гены-супрессоры продуцируют белки Rb и р53.

3.Белки Rb и р53 запускают апоптоз поврежденной клетки. Это - индукторы апоптоза. Белок р53 индуцирует апоптоз в момент G₁/S. Белок Rb индуцирует апоптоз в момент G₂/M.

Биологическая роль генов-супрессоров: они не пропускают в митоз клетку с поврежденной ДНК. Дефект гена-супрессора ведет к размножению поврежденной клетки. Пролиферация поврежденной клетки - основа опухолевого роста.

Наследование генов-супрессоров. В каждой клетке есть по два аллеля любых генов. Значит, в каждой клетке есть два гена-супрессора. Дефект одного гена-супрессора повышает риск пропуска в митоз поврежденной клетки. Дефект обоих генов-супрессоров всегда приводит к пропуску в митоз поврежденной клетки и опухолевому росту.

Пример: наследственная ретинобластома - опухоль сетчатки глаза - диагностируется в раннем детском возрасте (зрачок отсвечивает красным). Этиология - наследственный дефект гена-супрессора Rb и как следствие - постоянный пропуск в митоз клеток с поврежденной ДНК.

Регуляция клеточного цикла.

За регуляцию клеточного цикла отвечают две группы веществ:

1. Cdk - циклинзависимые серин - треониновые протеинкиназы.

2. Циклины.

Для активной, рабочей регуляции клеточного цикла необходим комплекс «циклин + Cdk». Без связи в единый комплекс циклины и Cdk неактивны.

Существует три основных класса циклинов и, следовательно, три основных варианта комплекса «циклин + Cdk»:

1. G₁ - циклины для прохождения фазы G₁

2. S - циклины для прохождения S-фазы

3. G2 - циклины, для прохождения фазы G₂ и вхождения в митоз.

Циклины синтезируются в строго определенные моменты цикла и распадаются после выполнения своей функции. Например, циклины S синтезируются перед вступлением в фазу S и распадаются после прохождения этой фазы. Для нормальной регуляции клеточного цикла необходимо точное соблюдение времени синтеза и распада циклинов. У трех основных вариантов комплекса «циклин + Cdk» есть подварианты Принадлежность к тому или другому подварианту зависит от разновидности циклинзависимой протеинкиназы.

Механизмы апоптоза

Апоптоз.- феномен наследственно запрограммированной смерти клеток. Каждая клетка при своем рождении как бы запрограммирована на самоуничтожение. Условие ее жизни - блокирование этой суицидальной программы.

Апоптоз реализуется для:

· старых, отживших свой срок клеток;

· клеток с нарушениями дифференцировки;

· клеток с нарушениями генетического аппарата;

· клеток, пораженных вирусами.

Морфологические признаки апоптоза: сморщивание клетки, конденсация и фрагментация ядра, разрушение цитоскелета, буллезное выпячивание клеточной мембраны.

Особенность апоптоза - он не вызывает воспаления в окружающих тканях. Причина - сохранность мембраны, которая изолирует повреждающие факторы цитоплазмы до полного завершения процесса. Эта особенность - важная позитивная черта апоптоза, в отличие от некроза. При некрозе мембрана повреждается (или разрывается) сразу же. Поэтому при некрозе содержимое цитоплазмы высвобождается (О₂, Н₂О₂, лизосомальные ферменты). Возникает повреждение соседних клеток и воспалительный процесс. Важная черта апоптоза - удаление умирающих клеток происходит без развития воспаления. Процесс апоптоза может быть разделен на две фазы:

1. Формирование и проведение апоптических сигналов - фаза принятия решения. Это фаза восприятия клеткой стимулов для апоптоза. В зависимости от характера стимулов апоптоза может быть два типа сигнальных путей:

a) Повреждение ДНК в результате радиации, действия токсических агентов, глюкокортикойдов и т.д.

b) Активация рецепторов «региона клеточной смерти» без повреждения ДНК. Рецепторы «региона клеточной смерти» - это группа рецепторов на мембранах любых клеток, которые воспринимают проапоптические стимулы. Если количество и активность таких рецепторов увеличивается, то увеличивается количество апоптически гибнущих клеток. К рецепторам «региона клеточной смерти» относятся:

Ø а) TNF-R (связывается с фактором некроза опухолей и активирует апоптоз);

Ø б) Fas-R;

Ø в) CD45-R (связывается с антителами и активирует апоптоз).

2. Демонтаж клеточных структур - эффекторная фаза. Основные фигуранты эффекторной фазы:

Ø цистеиновые протеазы (каспазы);

Ø эндонуклеазы;

Ø сериновые и лизосомальные протеазы;

Ø протеазы, активированные ионы Са⁺⁺ (кальпейн).

Среди них основные эффекторы демонтажа клеточных структур - каспазы. Классификация каспаз:

● эффекторные каспазы - каспазы 3, 6, 7. Это непосредственные исполнители апоптоза. Эти каспазы находятся в клетке в неактивном состоянии. Активированные эффекторные каспазы начинают цепь протеолитических реакций, целью которых является «демонтаж» клетки. Их активируют индукторы активации эффекторных каспаз.

● индукторы активации эффекторных каспаз - каспазы 2, 8, 9, 10. Основные индукторы - каспазы 8 и 9. Они активируют эффекторные каспазы. Механизм активации - расщепление аспарагиновых оснований с последующей димеризацией активных субъединиц. Эти каспазы при обычном состоянии в клетках неактивны, существуют в форме прокаспаз.

● активаторы цитокинов - каспазы 1, 4, 5, 13.

Активация тех или иных индукторов зависит от типа сигнального пути:

При повреждении ДНК задействуется сигнальный путь № 1, активируется каспаза № 9. При активации рецепторов клеточной смерти задействован сигнальный путь № 2, активируется каспаза № 8.

Сигнальный путь № 1 (связан с повреждением ДНК):

1. Повреждение ДНК

2. Активация гена р53 и продукция соответствующего белка

3. Активация проапоптических генов семейства BCL-2 (ВАХ и BID)

4. Образование белков этих генов

5. Активация каспазы 9

6. Активация каспазы 3

7. Активация других каспаз и протеаз

8. Апоптоз

Сигнальный путь № 2 (связан с активацией «региона клеточной смерти»)

1. Лиганд + рецепторы «региона клеточной смерти»

2. Активация каспазы № 8

3. Независимая активация каспазы № 3

4. Активация других каспаз и протеаз

5. Апоптоз

Регуляция апоптоза.

Исследования последних лет привели, к созданию модели апоптоза. По этой модели каждая клетка при своем рождении запрограммирована на самоуничтожение. Следовательно, условием ее жизни является блокирование этой суицидальной программы. Основная задача регуляции апоптоза - держать эффекторные каспазы в неактивном состоянии, но быстро переводить их в активную форму в ответ на минимальное действие соответствующих индукторов. Отсюда, понятие ингибиторов и активаторов апоптоза.

Ингибиторы апоптоза (антиапоптические факторы). К наиболее серьезным ингибиторам апоптоза относятся ростовые факторы. Другие: нейтральные аминокислоты, цинк, эстрогены, андрогены, некоторые белки.

Пример: Белки семейства 1АР — подавляют активность каспаз 3 и 9, один из этих белков (Survin) обнаружен в опухолевых клетках. С ним связывают резистентность опухолевых клеток к химиотерапии.

Активаторы апоптоза (проапоптические факторы). Это проапоптические гены и их продукция: гены семейства BCL-2 (ВАХ и BID); гены Rb и Р53 (запускают апоптоз, если клетка задержана механизмом checkpoint).

Патогенез многих заболеваний, в том числе и опухолевых, связан со снижением способности клеток подвергаться апоптозу. Отсюда накопление поврежденных клеток и формирование опухоли.

Опухолевый рост

Опухоль - патологическое разрастание, отличающееся от других патологических разрастаний наследственно закрепленной способностью к неограниченному и неконтролируемому росту. Другие патологические разрастания - гиперплазия, гипертрофия, регенерация после повреждения.

Причины увеличения количества злокачественных заболеваний среди населения:

1. Увеличение продолжительности жизни.

2. Улучшение качества диагностики — увеличение выявляемости онкологических заболеваний.

3. Ухудшение экологической обстановки, увеличение содержания канцерогенных факторов в окружающей среде.

Злокачественные опухоли.

1. Клетки опухоли морфологически отличаются от нормальной клетки-предшественницы (часто до неузнаваемости).

2. Степень дифференцировки опухолевых клеток низкая.

3. Скорость роста быстрая.

4. Характер роста - инвазивный, т.е. опухоль прорастает в соседние структуры. Способствующие факторы:

a) приобретение опухолевыми клетками способности отшнуровываться от опухолевого узла и активно перемещаться;

b) способность опухолевых клеток продуцировать канцероагрессины (белки, которые проникают в окружающие нормальные ткани и стимулируют хемотаксис опухолевых клеток);

c) уменьшение сил клеточной адгезии (это облегчает отшнуровку опухолевых клеток от первичного узла и их последующее движение);

d) уменьшение контактного торможения.

5. Нет отграниченности от окружающих тканей.

6. Выражена способность к метастазированию.

7. Неблагоприятное, генерализованное воздействие на организм

Этиология опухолей

Канцерогенные факторы - факторы, вызывающие развитие опухоли. Синоним: «бластомогенные факторы» или «канцерогены».

Канцерогены - вещества или факторы внешней и внутренней среды, способные превращать нормальную клетку в опухолевую.

Предрасполагающие факторы.

1. Вредные привычки - наиболее важной является курение. У курящих рак легкого возникает намного чаще, чем у некурящих. Отказ от курения - важная мера профилактики рака легких, но шансы с некурящими уравниваются лишь через 10-15 лет. Влияние алкоголя: доказана его связь с некоторыми опухолями печени и желудка.

2. Характер питания: Влияет состав, качество, количество и калорийность пищи. Выявлен антибластомный эффект на фоне снижения количества и калорийности пищи, употребления натуральных продуктов (овощи, фрукты, соки). Во многих фруктах и овощах обнаружены антибластомные вещества (в капусте - индолы, в моркови – кумарины). Способствуют развитию опухоли: употребление мяса; избыточное питание; избыточный вес; авитаминоз; пряности; чрезмерно горячая пища; употребление горячего чая.

3. Климатические условия: в Краснодарском крае рак кожи - в 50 раз чаще, чем в Красноярском. Особенно часто рак кожи поражает людей, которые переехали жить с севера на юг. Так, рак кожи у коренных алмаатинцев в 10 раз реже, чем приезжих. Причина: а) солнечная радиация; б) адаптация коренных южан к солнечной активности.

4. Возраст: с возрастом снижаются нейроэндокринные механизмы регуляции и снижается активность иммунокомпетентной системы. Следовательно, действие канцерогенных факторов значительно чаще сопровождается развитием опухоли.

5. Наследственность. Отвергается возможность передачи рака по наследству, но доказана возможность генетической предрасположенности к следующим видам опухолей: а) ретинобластома; б) полипоз толстого кишечника; в) нейрофиброматоз; г) рак желудка; д) рак молочной железы матки и кожи. Исключение для саркомы, опухолей головного мозга предрасположенности не выявлено.

ОПУХОЛЕВЫЙ РОСТ

Клеточный гомеостаз -количественное и качественное постоянство клеточного состава организма. Поддержание клеточного гомеостаза происходит за счет процессов пролиферации и апоптоза.

Регуляция деления клеток

1. Эндокринная (гормональная) регуляция пролиферации - за счет продукции желез внутренней секреции (ЖВС). Основные из них гипофиз, надпочечники, щитовидная, паращитовидная, поджелудочная и половые железы.

2. Паракринная регуляция пролиферации - за счет биологически активных веществ, синтезируемых в соседних клетках. Эти биологически активные вещества называются митогенные стимуляторы или ростовые факторы.

3. Аутокринная регуляция пролиферации - клетка синтезирует ростовые факторы для самой себя, не нуждается в стимулах извне. Результат - автономное, нерегулируемое организмом размножение. Этот тип нехарактерен для здорового организма.

Перенос паракринного митогенного сигнала.

Митогенный сигнал - сигнал к вступлению в фазу удвоения ДНК (фазу S) и после этого к началу митоза.

В переносе паракринного митогенного сигнала участвуют следующие структуры:

1. Митогенные стимуляторы (ростовые факторы) — образуются в соседних клетках. Это небольшие белки с относительно короткой полипептидной цепью (например: эпидермальный фактор роста состоит из 53-х аминокислот). Среди них различают семейства стимуляторов и ингибиторов пролиферации. Молекулы митогенных стимуляторов содержат остатки фосфорной кислоты и способны фосфорилировать молекулы веществ, вступающих с ними в реакцию.

2. Рецепторы клеточной мембраны взаимодействуют с ростовыми факторами и в результате активируются. Активированные рецепторы передают сигнал через мембрану внутрь клетки. Пример: тирозинкиназные рецепторы (ТКР) сострят из цепочки молекул тирозина и имеют три части. Каждая часть называется доменом. Домены:

а) внеклеточный или надмембранный;

б) трансмембранный;

в) подмембранный.

Перенос митогенного сигнала начинается со связывания ростового фактора с первой молекулой тирозина надмембранного домена. Результат реакции: присоединение остатка фосфорной кислоты к первой молекуле тирозина в надмембранном домене (её фосфорилирование). Этот остаток фосфорной кислоты первая молекула тирозина получила от молекулы ростового фактора. После этого остаток фосфорной кислоты передается по цепочке ко 2-ой молекуле тирозина, затем к 3-ей. Происходит последовательное автофосфорилирование всех трёх доменов. Перенос митогенного сигнала через мембрану заканчивается, когда остаток фосфорной кислоты присоединится к последней молекуле тирозина в подмембранном домене. Начиная с этого момента, митогенный сигнал нужно передать через цитоплазму к ядру клетки.

3. RAS-белки - это белки, входящие в состав подсемейства G-белков. Они находятся в подмембранном участке цитоплазмы. Эти белки связываются в единый мультибелковый комплекс. Образование этого комплекса - следующий этап передачи митогенного сигнала на подмембранном участке цитоплазмы. Стимул - фосфорилирование последней молекулы тирозина в подмембранном домене.

4. МАР-киназы - специальные фермента цитоплазмы, которые переносят митогенный сигнал к ядру клетки. В цитоплазме клеток есть два фермента. Они называются МАР-киназы. Стимул для активации МАР-киназ - объединение в единый комплекс подмембранных RAS-белков. Функции МАР-киназ: перенос митогенного сигнала через цитоплазму к ядру клетки. Митогенный сигнал – по сути остаток фосфорной кислоты. МАР-киназы последовательно передают этот остаток фосфорной кислоты через молекулы серина и треонина цитоплазмы к ядру. Другими словами: МАР-киназы обеспечивают последовательное автофосфорилирование молекул серима и треонина в цитоплазме. В результате остаток фосфорной кислоты достигает ядра клетки, где он активирует группу белков под общим названием «транскрипционные факторы АР-1».

5. Транскрипционные факторы АР-1 - запускают вхождение клетки в S-фазу. Местонахождение - ядро клетки. Химическая природа - белки, причем в их состав входят аминокислоты серин и треонин. Существуют два способа активации АР-1:

1. МАР-киназы доставляют остатки фосфорной кислоты в ядро → фосфорилирование (присоединение остатка фосфорной кислоты) серина и треонина АР-1-белков → активация белков АР-1.

2. МАР-киназы активируют гены, кодирующие синтез белков АР-1 → увеличивается образование белков АР-1.

Функция белков АР-1: активация генов, отвечающих за вхождение клетки в S-фазу. В результате гены, отвечающие за вхождение клетки и S-фазу, продуцируют свои белки. Эти белки нужны для синтеза вторых цепочек ДНК при удвоении.