Лекция № 5 Патохимические последствия повреждения клеточного ядра.

Повреждение ядерной ДНК вызывает несколько типовых защитных реакций. .При повреждении клетки может повреждаться ядро клетки, которое содержит ядрышко, хроматин, кариолемма, кареоплазма.

В поврежденных клеточных ядрах происходит включение целого ряда аварийных генетических программ.

К ним относятся:

• Гены белков теплового шока (БТШ);

• Немедленные гены предраннего ответа;

• Антионкогены;

• Гены-регуляторы программированной клеточной гибели;

• Ген маркера стареющих и поврежденных клеток (АСК).

Работа каждой из этих генетических систем сочетает защитные и вторичные повреждающие эффекты.

Белки теплового шока (БТШ) -.впервые они были обнаружены в клетках дрозофил, подвергавшихся тепловому воздействию. Это, однако, не означает, что экспрессия данных белков специфична только для тепловой травмы, напротив, она может бытьвызваны различными воздействиями воспаление, инфекция, гипоксия, химические повреждения клеток тяжелыми металлами, мочевиной, перекисью водорода, мышьяком и этиловым спиртом). Вместе с тем, повышенная экспрессия БТШ увеличивает и температурную устойчивость клеток, поэтому их название не случайно.

БТШ представляют собой систему белковых клеточных растворителей (Детергентов) и регуляторов ограниченного протеолиза. Они способны поддерживать нативную конформацию ( свободное вращение отдельных франментов вокруг простых связей молекулы) синтезируемых в клетке белков, предохранять их от денатурации и солюбилизировать ( способны ми растворяться) белки, которые при клеточном стрессе утрачивают свою растворимость, либо способствовать протеолизу денатурированных белков.

БТШ синтезируются в небольших количествах и в норме могут, принимать участие в регуляции клеточной пролиферации. Пусковым сигналом для экспрессии повышенных количеств БТШ служит, протеолиз сигнального фактора теплового шока. Продукты этого протеолиза или сам денатурированный белок действуют на промоторы( вещества вызывающие повышение активности ферментов) генов БТШ и запускают их считывание.

Синтез БТШ и их функции требуют затраты макроэргических соединений и, по-видимому; могут предохранять клетку от гибели вплоть до развития тяжелой тканевой гипоксии.

БТШ по английски называют сокращённо HSP, они называются также антистрессовые белки Наиболее высокомолекулярные БТШ взаимодействуют с рецепторам, стероидных гормонов, предупреждая в отсутствие стероидов ассоциацию рецепторов с хроматином. Это может рассматриваться, как блокада осуществления стрессорных адаптационных программ до наступления стресса, который характеризуется высоким уровнем воздействия стероидных гормонов на клетки. В условиях стресса действие этой группы БТШ может служить предохранительным механизмом против избыточной стимуляции, а для некоторых клеток, где стероиды индуцируют запрограммированную гибель, например, для лимфоцитов — прямым «буфером», увеличивающим выживаемость. Комплекс рецептора БТШ способен связывать иммунофиллины — внутриклеточные мишени иммунодепрессантов типа циклоспорина. БТШ имеют прямое отношение к влиянию стресса на иммунитет БТШ сопровождают белковые молекулы после трансляции (биосинтез белков) в различные отсеки клетки и к месту образования макромолекулярных комплексов.

БТШ также способны взаимодействовать после повреждения клетки с элементами хроматина и оказывать действие на осуществление клеточного цикла, а также повышать устойчивость клеток к некрозу, по крайней мере, в миокарде. Этот эффект лежит в основе феномена, названного Ф. З. Меерсоном «адаптационной стабилизацией структур», что проявляется в увеличении резистентности клеток к гипоксии и аутолизу после кратковременного стресса. Очевидно, что БТШ могут, по крайней мере, частично обуславливать неспецифическое повышение устойчивости организма к острой гибели, наблюдаемое при стрессе.

Низкомолекулярная группа БТШ представлена убиквитинами (от «ubiquitous» — вездесущий). Убиквитины могут рассматриваться, как рецепторы для специфических протеаз. Ядерные и цитоплазматические белки, к которым прикрепляются убиквитины, подлежат внелизосомальному протеолизу.

При повреждении клеток убиквитины могут запустить протеолиз и в клеточных ядрах, , Т.О. БТШ способны оказывать цитопротекторное действие при повреждении, предохраняя клетку и от апоптоза и, в определенной степени, на ранних стадиях, до развития тяжелой гипоксии — также и от некроза. Немедленные гены предранней реакции

При повреждении клеток различных органов и тканей, вне зависимости от причин этого повреждения, происходит очень быстрая неспецифическая активация ряда генов которые были условно объединены под названием «немедленные гены предранней реакции» (НГПР).

Считается, что НГПР способны активировать клеточную пролиферацию, в том случае, если их считывание в клетках происходит на фоне достаточного количества ростовых сигналов. Они представляют собой белки усиливающие метотическую активность в определённых тканях К ним относятся ФР нервов, эпидермальный фактор, ЭФР, тромбоцитарный фактор роста ТРФР, инсулиноподобный фактор ростаИФР, КСФ, ИЛ1,2,3,. Факторы роста являются важными стимуляторами клеточного деления Эти ростовые сигналы обеспечиваются тканеспецифическими факторами роста и обуславливают высокую активность ядерного фермента орнитиндекарбоксилазы и достаточные для клеточной пролиферации количества полиаминов — спермина и спермидина. Таким образом, работа НГПР может рассматриваться, как подготовка к репаративным процессам при повреждении тканей.

Кейлоны- класс гормоноподобных регуляторов угнетающих размножение клеток Они обеспечивают гомеостаз чичленности клеточных популяций Кейлоны участвуют в регуляции роста тканей, заживлении ран Блокирование размножения тканей быстрорастущих опухолей производится препаратами цитотатиками Эти препараты действуют и на другие клетки поэтому при их назначении развивается анемия и др осложнения.

НГПР могут запустить процесс запрограммированной клеточной гибели, если ростостимулирующий фон недостаточен.

Протоонкогены- группа генов активаторов контролирующих нормальное деление клеток и дифференцировку Усиление активности протоонкогенов вызывает изменение структуры и Повышение активности протоонкогенов может быть связано с изменениями строения ДНК в результате мутаций Изменённые мутацией протоонкогены называются называются онкогенами- они могут вызвать злокачественную трансформацию клетки. Это может произойти и при недостатки антионкогенов

АНТИОНКОГЕНЫ

Как и многие другие названия в медицине, данное наименование связано с обстоятельствами открытия первого из этого семейства генов — гена Rb, наличие которого, даже в гетерозиготном состоянии, предохраняло носителей от развития злокачественной ретинобластомы. Соответственно роли гена Rb, вся группа генов стала именоваться «супрессорами опухолей» или антионкогенами.

В начале 80-х годов Маргарет Кей и соавторы обнаружили, на мембране старых и повреждённых эритроцитов белок., который навали беолок стар кл..

Впоследствии оказалось, что данная молекула является маркером, появляющимся на мембране после истечения онтогенетически отпущенного эритроцитам срока в 100 дней — то есть, в буквальном смысле, опознавательным знаком стареющих клеток.

Позднее и в других клеточных пулах — у стареющих тромбоцитов, лейкоцитов, а затем и у клеток некостномозгового происхождения — например, в клетках легкого и кожи, был обнаружен тот же маркер. Таким образом, данному белку была отведена роль нетканеспецифического знака, связанного с терминацией жизненного цикла клеток. Выяснилось, что различные клеточные повреждения эритроцитов (от мутаций — при микросфероцитозе, до гиповитаминоза — при мегалобластических анемиях) ускоряют экспрессию маркера старения и укорачивают жизнь эритроцитов.Более того, устранение снабженных этим маркером клеток, как оказалось, происходит при участии аутофагоцитоза, а роль опсонинов, через которые фагоциты прикрепляются к обреченным на гибель клеткам, выполняют физиологические аутоантитела к маркеру старения. Итак, последствия повреждения клеточных ядер неоднозначны, так как включаемые при этом генетические программы и саногенны и патогенны — в одно и то же время.

Явления запрограммированной клеточной гибели известны уже более 100 лет (В. Флеминг, 1885), но оставались «в тени» некробиотических процессов, которые на протяжении десятилетий изучались намного более активно, чем программируемая гибель.Этот вид клеточной гибели представляет собой важнейший интегральный компонент эмбриогенеза, морфогенеза и роста тканей, а также гормонозависимой инволюции. Он, наряду с лизосомальной аутофагией (см. выше) участвует в механизмах таких клеточных адаптации, как атрофия (уменьшение размеров клеток и числа функционирующих структур в них при сохранении жизнеспособности клетки) и гипоплазия (уменьшение органа вследствие уменьшения числа клеток в нем при сохранении его жизнеспособности).Для обозначения процесса запрограммированной клеточной гибели, морфологически и патохимически отличного от некробиоза, Н. Уолкер в 1968 году предложил термин «апоптоз Понятие апоптоз относитсяь только к программируемой гибели зрелых дифференцированных клеток. Апоптоз это, исключительно, процесс естественной гибели клеток, а некробиоз — насильственной. . Между апоптозом и некробиозом много общего. В ответ на минимальное повреждение или повреждение, не вызывающее быстрого развития глубокой гипоксии и выраженного энергодефицита, клетки могут включать специальную программу самоуничтожения и реагировать апоптозом. В этом случае, например, при действии ионизирующего излучения или вируса СПИДа, смерть клетки насильственна, но механизм ее не некробиотический, а апоптотический. Тельца Каунсильмена обнаруживаемые при вирусном гепатите в печени, представляют собой результат апоптоза гепатоцитов под воздействием вирус-индуцированного повреждения. Это — также насильственная гибель, но механизм ее не связан с быстропрогрессирующей гипоксией и позволяет клетке успеть включить программу саморазборки. При реализации некробиоза и апоптоза функционируют многие общие механизмы, например, увеличение цитоплазматической концентрации ионизированного кальция и образование свободных активных кислородных радикалов. Апоптоз, в противоположность некробиозу, это разновидность клеточной гибели, если можно так выразиться, без сопутствующего скандала. Если некробиоз всегда сопровождается освобождением в окружающую ткань, а при массивном поражении — и в системный кровоток, медиаторов воспаления, в частности, липидных продуктов деструкции клеточных мембран, то апоптоз протекает без лейкоцитарной демаркации и перифокального воспаления, так как его механизм позволяет избежать значительного выделения медиаторов клеточного повреждения. В. С. Новиков и соавторы выделяют следующие основные процессы, при которых доминирует гибель по типу апоптоза:

• Устранение клеток в раннем онтогенезе

• Физиологическая инволюция и уравновешивание митозов в зрелых тканях и клеточных популяциях

• Реализация процессов атрофии и регрессия гиперплазии

• Суицид мутантных и пораженных вирусами клеток

• Клеточная гибель после слабого воздействия агентов, вызывающих при массированном поражении некроз.

Важно отметить, что некроз происходит после насильственной гибели клетки в результате каких-либо причин, вызывающих глубокую тканевую гипоксию и всегда содержит литический компонент в виде либо лизосомального аутолиза, либо гетеролиза, вызываемого гидролазами фагоцитов. По современным представлениям, аутолиз при гибели клетки носит посмертный характер, а не является элементом некробиоза.

Тем не менее, раннее и значительное повреждение клеточных мембран — неотъемлемая часть процессов некробиоза, и, практически, не наблюдается при апоптозе.

Принципиально важно, что при неспособности вступить в апоптоз возникает неограниченно пролиферирующий клон клеток, что ведет к серьезным нарушениям в многоклеточном организме и наблюдается, например, при онкологических заболеваниях. Для клеток утрата способности вовремя умереть — большое зло.

ФНО и глюкокортикоиды, и почти все цитокины, включая 13 интерлкейкинов и 3 интерферона могут быть кодовыми сигналами апоптоза, причем в одних клетках они его запускают, а в других — ингибируют. Тканеспецифические факторы роста и гемопоэтины являются ингибиторами апоптоза для своих клеток-мишеней. Тропные гормоны гипофиза оказывают свой трофический эффект на железы-мишени также путем ингибирования апоптоза.

В роли генетических индукторов апоптоза, срабатывающих в ответ на рецепторный сигнал, могут выступать гены Fas/APO-1, c-мус, мах, р53, ced-З и другие. Подавление экспрессии некоторых генов, например, вс1 -2, также вызывает апоптоз. Детальное изучение механизмов, с помощью которых продукты этих генов запускают или сдерживают апоптоз, только начато. Однако, уже выяснено, что они могут усиливать образование активных кислородных радикалов регулировать перенос кальция в цитоплазму (как продукт гена вс1 -2), запускать нейтральные протеазы цитозоля (как продукт гена ced-З), связываться с ДНК (как димер белков мус-мах).

Кальций-зависимое звено механизма апоптоза активирует кальпаины, что ведет к протеолизу белков цитоскелета, образованию цитоплазматических выпячиваний, разрушению межнуклеосомных связей в ядре.

Активируется кальцийзависимая эндонуклеаза. Это провоцирует упорядоченные межнуклеосомные разрывы хроматина и фрагментацию ядра. Кальций-зависимая трансглютаминаза агрегирует цитозольные белки. Конечным этапом процесса служит распад клетки на апоптотические тельца и их аутофагоцитоз