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.