Апоптоз примеры

Апоптоз

Апоптоз примеры

Апоптоз (от др.-греч απόπτωσις — опадение, ноябрь) — наиболее распространенный тип запрограммированной клеточной смерти. Другими словами — это совокупность клеточных процессов, приводящих к гибели клетки.

В отличие от другого вида клеточной смерти — некроза — при апоптозе не происходит разрушения цитоплазматической клеточной мембраны и, соответственно, содержание клетки не попадает во внеклеточную среду.

Характерным признаком является фрагментация ДНК в мижнуклеосомальних участках специфической ендонуклезою — CAD (caspase activated DNase) на фрагменты с размером, кратным 180-200 нуклеотидов.

В результате апоптоза происходит образование апоптичних телец — мембранных везикул, содержащих цельные органеллы и фрагменты ядерного хроматина. Эти тельца поглощаются соседними клетками или макрофагами в результате фагоцитоза. Так как внеклеточный матрикс НЕ поражается клеточными ферментами, даже при большом количестве апоптозных клеток, воспаление не наблюдается.

Процесс апоптоза необходимо для физиологического регулирования количества клеток организма, для уничтожения старых клеток, для формирования лимфоцитов, которые не являются реактивными к своим антигенов (аутоантигенов), для осеннего опадения листьев растений, для цитотоксического действия Т-лимфоцитов киллеров, для эмбрионального развития организма ( исчезновения кожных перепонок между пальцами у эмбрионов птиц) и другое.

Нарушение нормального апоптоза клеток приводит к неконтролируемому размножению клетки и появления опухоли.

Термин «апоптоз» был впервые употреблен 1972 Керром, Вилли и Керри, которые описали его как дополняющий, но противоположный митоза механизм регуляции популяции животных клеток.

Значение апоптоза

Апоптоз — неотъемлемая часть жизнедеятельности большинства многоклеточных организмов. Особенно важную роль он играет в процессах развития.

Например конечности четвероногих закладываются как лопатообразные вырасти, а формирование пальцев происходит благодаря гибели клеток между ними. Также подлежат апоптоза больше не нужны клетки, таким образом частности разрушается хвост у головастиков во время метаморфоза.

В нервной ткани позвоночных во время эмбрионального развития более половины нейронов погибают путем апоптоза сразу же после образования.

Также апоптоз является частью системы контроля за «качеством» клеток, он позволяет разрушать те из них, которые неправильно расположены, поврежденные, нефункциональные или потенциально опасные для организма.

Примером могут быть T- и B-лимфоциты, которые погибают, если не несут полезных антиген-специфических рецепторов или несут аутореактивных.

Путем апоптоза также умирает большинство лимфоцитов аткивованих при инфекции после ее преодоления.

У взрослых организмов одновременно регуляция пролиферации клеток и апоптоза позволяет поддерживать стали размеры целой особи и ее отдельных органов.

Например, после вживавання препарата фенобарбитал, что стимулирует пролиферацию гепатоцитов, у крыс увеличивается печень.

Однако, сразу же после прекращения действия этого вещества все лишние клетки подлежат апоптоза, в результате чего размер печени возвращается к нормальному.

Также апоптоз происходит, когда клетка «чувствует» большое количество внутренних повреждений, которые она не может репаруваты. Например, в случае повреждения ДНК клетка может трансформироваться в раковую, чтобы этого не произошло она, при нормальных условиях, «кончает жизнь самоубийством». Также погибает путем апоптоза большое количество клеток инфицированных вирусами.

Маркеры апоптичних клеток

Клетки, погибают путем апоптоза, можно распознать по ряду морфологических признаков.

Они становятся меньше и более плотными (пикноз), округляются и теряют псевдоподии, в них разрушается цитоскелет, распадается ядерная мембрана, хроматин конденсируется и фрагментируется.

На поверхности клеток появляется большое количество пузырьков, если клетки достаточно велики, то они распадаются на окружены мембранами фрагменты — апоптические тельца.

В апоптичних клетках кроме морфологических происходит также большое количество биохимических изменений. В частности ДНК разрезается специальными нуклеазами в линкерных участках между нуклеосомами на фрагменты равной длины.

Поэтому при разделении всей ДНК апоптичнои клетки с помощью электрофореза можно наблюдать характерную «лесенку».

Другой метод выявления фрагментации ДНК — мечения ее свободных концов с помощью метода TUNEL (T erminal deoxynucleotidyl transferase d U TP n ick e nd l abeling).

Изменения претерпевает также и плазматическая мембрана апоптичних клеток. При нормальных условиях отрицательно заряженный фосфолипид фосфатидилсерин содержится только в ее внутреннем (возвращенном к цитозоля) слое, однако во время апоптоза он «перескакивает» в наружный листок.

Эта молекула служит сигналом «съешь меня» для ближних фагоцитов. Фосфатидилсерин-индуцированное поглощение апоптичних клеток, в отличие от других типов фагоцитоза, не приводит к выделению медиаторов воспаления.

Описанная изменение плазмалеммы лежит в основе еще одного метода обнаружения клеток, погибающих путем апоптоза — покраска анексином V, специфически связывается с фосфатидилсерина.

Во время гибели клеток путем апоптоза они также теряют электрический потенциал, при нормальных условиях существует на внутренних мембранах митохондрий.

Это явление можно использовать для выявления апоптичних клеток с помощью положительно заряженных флуоресцентных красителей, в норме накапливаются внутри митохондрий благодаря отрицательному заряду на внутренней поверхности их внутренних мембран.

Во время апоптоза уровень закрашивания митохондрий существенно снижается. Маркером апоптоза также служит высвобождение цитохрома c из митохондрий в цитозоль.

Каспазы — медиаторы апоптоза

Клеточные системы, обеспечивающие прохождение апоптоза, аналогичные у всех животных, центральное место в них занимает семья белков каспазы.

Каспазы — это протеазы, имеющие в активном центре остаток цистеина, и разрезают свои субстраты по специфическому остатка аспарагиновой кислоты (отсюда название: c от cysteine ​​и asp от aspartic acid).

Каспазы синтезируются в клетке в виде неактивных прокаспаз, которые могут становиться субстратами для других, уже активированных каспаз, что режут их в одном или двух местах по остатку аспартата.

Два образованные фрагменты — больший и меньший — соединяются между собой, формируя димер, что ассоциирует с таким же димером. Сформированный таким образом тетрамер и является активной протеазой, может разрезать белки-субстраты. Кроме участков, соответствующих большей и меньшей субъединицам, прокаспазы иногда также содержат ингибиторные продомен, которые деградируют после отщепления.

В результате расщепления и активации одних каспазы другими формируется протеалитичний каскад, который существенно усиливает сигнал и делает апоптоз с определенного момента необратимым процессом. Те прокаспазы, которые начинают этот каскад называются инициаторным, а их сусбтраты — эффекторными.

После аткивации эффекторные каспазы могут расщеплять другие эффекторные прокаспазы или белки-мишени. К машиной эффекторных каспаз, что разрушаются при апоптоза относятся в частности белки ядерной ламины, розщелення которых приводит к распаду этой структуры.

Также деградирует белок, при нормальных условиях подавляет эндонуклеазы CAD, вследствие этого начинается фрагментация ДНК.

Расщепляются каспазами и белки цитоскелета и межклеточной адгезии, в результате чего апоптические клетки округляются и отсоединяются от соседних клеток, и таким образом становятся легче мишенью для фагоцитов.

Набор каспазы, необходимый для прохождения апоптоза зависит от типа ткани и пути, по которому активируется клеточная смерть. Например у мышей при «выключении» гена, кодирующего эффекторную каспазу-3, апоптоз не происходит в мозге, однако нормально протекает в других тканях.

Гены прокаспаз активны в здоровых клетках, а следовательно белки необходимы для протекания апоптоза постоянно присутствуют, нужна лишь их активация для запуска клеточного суицида. В состав инициаторных прокаспаз входит длинный продомен, содержащий CARD (caspase recruitment domain, домен привлечения каспазы).

CARD позволяет инициаторным прокаспазы присоединяться к адаптерных белков образуя активационные комплексы, когда клетка получает сигнал, что стимулирует апоптоз.

В активационных комплексах несколько молекул прокаспаз оказываются в непосредственной близости друг друга, чего достаточно для их перехода в активное состояние, после чего они разрезают друг друга.

Два лучше изучены сигнальные пути активации каскада каспазы в клетках млекопитающих называются внешний и внутренний (митохондриальный), каждый из них использует собственные инициаторным прокаспазы.

Внешний путь

Клетка может получать сигнал, индуцирует апоптоз, извне, например, от цитотоксических лимфоцитов. В таком случае активируется так называемый внешний путь (extrinsic pathway), начинающийся с рецепторов смерти.

Рецепторы смерти — это трансмембранные белки, принадлежащие к семейству рецепторов фактора некроза опухолей (ФНО), например сам рецептор ФНО и рецептор смерти Fas.

Они формируют гомотримеры, в которых каждый мономер имеет внеклеточный лиганд-связывающий домен, трансмембранный домен и цитоплазматический домен смерти, через адаптерные белки привлекает и активирует прокаспазы.

Лиганды рецепторов смерти также гомотримерамы. Они родственны между собой и принадлежат к семейству сигнальных молекул фактора некроза опухолей. Например, цитотоксические лимфоциты несут на своей поверхности лиганды Fas, которые могут присоединяться к рецепторам смерти Fas на плазмалемме клеток-мишеней.

В таком случае внутриклеточные домены этих рецепторов соединяются с адаптерним белками (FADD, Fas-associated death domain), а те в свою очередь привлекают инициаторным прокаспазы 8 и / или 10. В результате этой серии событий формируется сигнальный комплекс, индуцирует смерть, — DISC (death inducing signaling complex).

После активации в этом комплексе инициаторным каспазы разрезают эффекторные прокаспазы и запускают апоптичнои каскад.

Многие клетки синтезируют молекулы, в определенной степени защищают их от активации внешнего пути апоптоза.

Примером такой защиты может быть экспрессия так называемых рецепторов-приманок (decoy receptors), имеющих внеклеточные домены связывания лигандов, однако не цитоплазматических доменов сметри, а значит, не могут запускать апоптоза и конкурируют с обычными рецепторами смерти за лиганды.

Клетки также могут продуцировать белки, блокирующие внешний путь апоптоза, например FLIP, похожий по структуре к прокаспаз 8 и 10, однако не протеалитичнои активности. Он подавляет связывание инициаторных прокаспаз с комплексом DISC.

Внутренний путь

Апоптоз также может запускаться изнутри клетки, например в случае ее травме, повреждению ДНК, недостатка кислорода, питательных веществ или внеклеточных сигналов выживания.

У позвоночных этот сигнальный путь называется внутренним (intrinsic pathway) или митохондриальным, ключевым событием в нем является высвобождение определенных молекул с межмембранного пространства митохондрий. К таким молекул в частности принадлежит цитохром c, что в обычных условиях входит в электрон-транспортной цепи митохондрий.

Цитохром c синтезируется митохондрии и выходит из нее благодаря формированию Митохондриальный апоптоз-индуцирующий канал (МАК) и выполняет регуляторную роль до наступления морфологических изменений, связанных с апоптозом.

После выхода цитохрома с, происходит его связывание с адаптерним белком Apaf (apoptotic protease actiuating factor-l), вызывая Олигомеризация последнего в колесоподибну семичленну структуру, которая называется Апоптосома. Апоптосома привлекает и активирует инициаторным прокаспазу-9, которая затем может активировать инициаторным прокаспазы.

В некоторых клетках внешний путь апоптоза должен активировать внутренний для того чтобы эффективно уничтожить клетку. Внутренний путь строго регулируется белками семьи Bcl-2.

Регуляция внутреннего пути белками семьи Bcl-2

К семейству Bcl-2 принадлежат эволюционно консервативные белки, главной функцией которых является регуляция высвобождения цитохрома c и других молекул с мижмебранного пространства митохондрий.

Среди них есть про-апоптические и анти-апоптические молекулы, которые могут взаимодействовать между собой в различных комбинациях, подавляя друг друга, баланс между их активностью и определять судьбу клетки.

Сейчас известно около 20 белков из этой семьи, все они содержат хотя бы один из четырех альфа-спиральных доменов гомологии Bcl2, называемых BH1-4 (bcl2 homology). Антиапоптични белки семьи Bcl2 содержат все четыре домены, к ним относятся сам Bcl-2, а также Bcl-X L, Bcl-w, Mcl-1 и A1.

Проапоптични белки делятся на две группы, члены первой из которых содержат три BH-домены (BH1-3), это в частности Bak, Bax и Bok (последний экспрессируется только в тканях репродуктивных органов).

Наиболее многочисленной среди семьи Bcl-2 является вторая группа проапоптичних белков, которые содержат только домен BH3 (BH3-only), к ней относятся Bim, Bid, Bad, Bik / Nbk, Bmf, Nix / BNIP3, Hrk, Noxa, Puma.

При нормальных условиях (то есть, когда клетка не проходит апоптоза) антиапоптични белки, такие как Bcl-2 и Bcl-X L, связываются с проапоптичнимы белками BH123 (Bax и Bak) и не позволяют им полимеризоваться во внешней мембране митохондрий образуя поры.

В результате действия определенного апоптичнои стимула в клетке активируются или начинают синтезироваться проапоптични белки, содержащие только домен BH3. Они в свою очередь ингибируют антиапоптични белки, снимая их угнетающее эффект на Bak и Bax, или напрямую взаимодействуют с последними и способствуют их олигомеризации и образованию пор.

Вследствие пермеабилизации внешней мембраны в цитозоль попадает цитохром c, а также другие медиаторы апоптоза, такие как AIF (англ. Apoptosis inducing factor).

Например, при недостатке сигналов выживания в клетке при посредничестве MAP-киназы JNK активируется экспрессия BH3 белка Bim, что запускает внутренний путь апоптоза.

В случае повреждения ДНК происходит накопление супрессора опухолей p53, который стимулирует транскрипцию генов, кодирующих BH3 белки Puma и Noxa, которые также обеспечивают прохождение апоптоза. Еще один BH3 белок — Bid обеспечивает связь между внешним и внутренним путями апоптоза.

После активации рецепторов смерти и, как следствие, каспазы-8, последняя разрезает Bid с образованием усеченной формы tBid (truncated Bid), которая перемещается в митохонрий, где подавляет Bcl-2.

Источник: https://info-farm.ru/alphabet_index/a/apoptoz.html

Апоптоз клеток: определение, механизм и биологическая роль

Апоптоз примеры

Процесс, при котором клетка может убивать сама себя, называется запрограммированной клеточной гибелью (ЗГК). Этот механизм имеет несколько разновидностей и играет важнейшую роль в физиологии различных организмов, особенно многоклеточных. Самой часто встречающейся и хорошо изученной формой ЗГК является апоптоз.

Что такое апоптоз

Апоптоз – это контролируемый физиологический процесс самоуничтожения клетки, характеризующийся поэтапным разрушением и фрагментацией ее содержимого с формированием мембранных пузырьков (апоптозных телец), впоследствии поглощаемых фагоцитами. Этот генетически заложенный механизм активируется под воздействием определенных внутренних или внешних факторов.

При таком варианте гибели клеточное содержимое не выходит за пределы мембраны и не вызывает воспаление. Нарушения в регуляции апоптоза приводят к серьезным патологиям, таким как неконтролируемые клеточные деления или дегенерация тканей.

Апоптоз представляет собой лишь одну из нескольких форм запрограммированной гибели клетки (ЗГК), поэтому отождествлять эти понятия ошибочно. К известным видам клеточного самоуничтожения относят также митотическую катастрофу, аутофагию и программированный некроз. Другие механизмы ЗГК пока не изучены.

Причины апоптоза клеток

Причиной запуска механизма запрограммированной клеточной гибели могут быть как естественные физиологические процессы, так и патологические изменения, вызванные внутренними дефектами или воздействием внешних неблагоприятных факторов.

В норме апоптоз уравновешивает процесс деления клеток, регулируя их количество и способствуя обновлению тканей. В таком случае причиной ЗГК служат определенные сигналы, входящие в систему контроля гомеостаза.

С помощью апоптоза уничтожаются одноразовые или выполнившие свою функцию клетки.

Так, повышенное содержание лейкоцитов, нейтрофилов и других элементов клеточного иммунитета по окончании борьбы с инфекцией устраняется именно за счет апоптоза.

Запрограммированная гибель является частью физиологического цикла репродуктивных систем. Апоптоз задействован в процессе оогенеза, а также способствует гибели яйцеклетки при отсутствии оплодотворения.

Классическим примером участия апоптоза клеток в жизненном цикле вегетативных систем является осенний листопад. Сам термин происходит от греческого слова apoptosis, что буквально переводится как «опадание».

Апоптоз играет важнейшую роль в эмбриогенезе и онтогенезе, когда в организме сменяются ткани и атрофируются определенные органы. Примером могут служить исчезновение перепонок между пальцами конечностей некоторых млекопитающих или отмирание хвоста при метаморфозе лягушки.

Апоптоз может быть спровоцирован накоплением дефектных изменений в клетке, возникших в результате мутаций, старения или ошибок митоза.

Причиной запуска ЗГК могут быть неблагоприятная среда (недостаток питательных компонентов, дефицит кислорода) и патологические внешние воздействия, опосредованные вирусами, бактериями, токсинами и т. д.

При этом если повреждающий эффект слишком интенсивен, то клетка не успевает осуществить механизм апоптоза и погибает в результате развития патологического процесса – некроза.

Морфологические и структурно-биохимические изменения клетки во время апоптоза

Процесс апоптоза характеризуется определенным набором морфологических изменений, которые с помощью микроскопии можно наблюдать в препарате ткани in vitro.

К основным признакам, характерным для апоптоза клеток, относят:

  • перестраивание цитоскелета;
  • уплотнение клеточного содержимого;
  • конденсацию хроматина;
  • фрагментацию ядра;
  • уменьшение объема клетки;
  • сморщивание контура мембраны;
  • образование пузырьков на клеточной поверхности,
  • деструкцию органоидов.

У животных эти процессы завершаются образованием апоптоцитов, которые могут быть поглощены как макрофагами, так и соседними клетками ткани. У растений формирования апоптозных телец не происходит, а после деградации протопласта сохраняется остов в виде клеточной стенки.

Помимо морфологических изменений, апоптоз сопровождается рядом перестроек на молекулярном уровне. Происходит повышение липазной и нуклеазной активностей, которые влекут за собой фрагментацию хроматина и многих белков. Резко увеличивается содержание сАМФ, изменяется структура клеточной мембраны. В растительных клетках наблюдается образование гигантских вакуолей.

Чем апоптоз отличается от некроза

Главное различие между апоптозом и некрозом заключается в причине клеточной деградации. В первом случае источником разрушения служат молекулярные инструменты самой клетки, которые работают под строгим контролем и требуют затрат энергии АТФ. При некрозе происходит пассивное прекращение жизнедеятельности из-за внешнего повреждающего воздействия.

Апоптоз – это естественный физиологический процесс, сконструированный таким образом, чтобы не вредить окружающим клеткам. Некроз – это неконтролируемое патологическое явление, возникающее в результате критических повреждений. Поэтому неудивительно, что механизм, морфология и последствия апоптоза и некроза во многом противоположны. Однако имеются и общие черты.

Характеристика процессаАпоптозНекроз
объем клеткиуменьшаетсяувеличивается
целостность мембранысохраняетсянарушается
воспалительный процессотсутствуетразвивается
энергия АТФзатрачиваетсяне используется
фрагментация хроматинаимеетсяприсутствует
резкое падение концентрации АТФестьесть
итог процессафагоцитозвыброс содержимого в межклеточное пространство

В случае повреждения клетки запускают механизм запрограммированной гибели в том числе для того, чтобы не допустить некротического развития. Однако недавние исследования показали, что существует иная непатологическая форма некроза, которую также отнесли к ЗГК.

Биологическое значение апоптоза

Несмотря на то что апоптоз приводит к клеточной гибели, его роль для поддержания нормальной жизнедеятельности всего организма очень велика. Благодаря механизму ЗГК осуществляются следующие физиологические функции:

  • поддержание баланса между пролиферацией и смертью клеток;
  • обновление тканей и органов;
  • устранение дефектных и «старых» клеток;
  • защита от развития патогенного некроза;
  • смена тканей и органов при эмбрио- и онтогенезе;
  • удаление ненужных элементов, выполнивших свою функцию;
  • устранение клеток, нежелательных или опасных для организма (мутантных, опухолевых, зараженных вирусом);
  • предотвращение развития инфекции.

Таким образом, апоптоз является одним из способов поддержания клеточно-тканевого гомеостаза.

У растений апоптоз часто запускается, чтобы блокировать распространение инфицирующих ткани паразитических агробактерий.

Этапы клеточной смерти

То, что происходит с клеткой при апоптозе, является результатом сложной цепочки молекулярных взаимодействий между различными ферментами. Реакции проходят по типу каскада, когда одни белки активируют другие, способствуя постепенному развитию сценария гибели. Этот процесс можно разделить на несколько этапов:

  1. Индукция.
  2. Активация проапоптических белков.
  3. Активация каспаз.
  4. Разрушение и перестройка клеточных органелл.
  5. Формирование апоптоцитов.
  6. Подготовка клеточных фрагментов к фагоцитозу.

Синтез всех компонентов, необходимых для запуска, реализации и контроля каждого этапа заложен генетически, почему апоптоз и называют запрограммированной гибелью клетки. Активация этого процесса находится под строгим контролем регуляторных систем, включающих в том числе и различные ингибиторы ЗГК.

Молекулярные механизмы апоптоза клетки

Развитие апоптоза обуславливается совокупным действием двух молекулярных систем: индукционной и эффекторной. Первый блок отвечает за контролируемый запуск ЗГК.

В него входят так называемые рецепторы смерти, Cys-Asp-протеазы (каспазы), ряд митохондриальных компонентов и проапоптических белков.

Все элементы индукционной фазы можно разделить на тригеры (участвуют в индукции) и модуляторы, обеспечивающие трансдукцию сигнала смерти.

Эффекторную систему составляют молекулярные инструменты, обеспечивающие деградацию и перестройку клеточных компонентов. Переход между первой и второй фазами осуществляется на этапе протеолитического каспазного каскада. Именно за счет компонентов эффекторного блока происходит гибель клетки при апоптозе.

Факторы апоптоза

Структурно-морфологические и биохимические изменения при апоптозе осуществляются определенным набором специализированных клеточных инструментов, среди которых наиболее важными являются каспасы, нуклеазы и мембранные модификаторы.

Каспазы – группа ферментов, разрезающих пептидные связи по остаткам аспарагина, фрагментируя белки на крупные пептиды. До начала апоптоза присутствуют в клетке в неактивном состоянии из-за ингибиторов. Главной мишенью каспаз являются ядерные белки.

Нуклеазы – ответственны за разрезание молекул ДНК. Особо важна в развитии апоптоза активная эндонуклеаза CAD, разрывающая участки хроматина в областях линкерных последовательностей. В результате образуются фрагменты длиной 120-180 нуклеотидных пар. Комплексное воздействие протеолитических каспаз и нуклеаз приводит к деформации и фрагментации ядра.

Модификаторы клеточной мембраны – нарушают асимметричность билипидного слоя, превращая его в мишень для фагоцитирующих клеток.

Ключевая роль в развитии апоптоза принадлежит каспазам, которые поэтапно активируют все последующие механизмы деградации и морфологической перестройки.

Роль каспаз в клеточной гибели

Семейство каспаз включает 14 белков. Часть из них не задействована в апоптозе, а остальные подразделяются на 2 группы: инициаторные (2, 8, 9, 10, 12) и эффекторные (3, 6 и 7), которые иначе называются каспазами второго эшелона.

Все эти белки синтезируются в виде предшественников – прокаспаз, активируемых протеолитическим расщеплением, суть которого состоит в отсоединении N-концевого домена и разделении оставшейся молекулы на две части, в последствии ассоциирующиеся в димеры и тетрамеры.

Инициаторные каспазы необходимы для активации эффекторной группы, которая проявляет протеолитическую активность в отношении различных жизненно важных клеточных белков. К субстратам каспаз второго эшелона относятся:

  • ферменты репарации ДНК;
  • игибитор белка р-53;
  • поли-(ADP-рибозо)-полимераза;
  • ингибитор ДНК-азы DFF (разрушение этого белка приводит к активации эндонуклеазы CAD) и др.

Общее количество мишеней эффекторных каспаз насчитывает более 60 белков.

Ингибирование апоптоза клеток еще возможно на стадии активации инициаторных прокаспаз. Когда эффекторные каспазы вступают в действие, процесс становится необратимым.

Каспазы

Каспазы (caspase) – ферменты расщепляющие белки по остаткам аспартата. Они содержат цистеиновые остатки на своих активных центрах. Многие изоформы каспаз ведут к апоптозу. Они могут быть активированы двумя путями: через рецепторы апоптоза и митохондрии.

Первая открытая каспаза – Ced-3 (Cell Death-3), обнаруженная у нематоды C. elegans. Мутация Ced-3 предотвращала гибель 131 клетки в процессе нормального развития нематоды.

Гомолог Ced-3 у млекопитающих – интерлейкин-1альфа-преобразующий фермент (ICE) и был позже назван ингибитор каспазы-1.

Каскад активации каспаз

Известно 14 каспаз, которые подразделяются на инициаторы, эффекторы и стимуляторы. Инициаторы (каспаза-8 и -9) расщепляют и активируют каспазы эффекторы (каспаза-3).

Эффекторы расщепляют различные белки, что ведет к гибели клетки. Активация каспаз ведет к запуску протеолитического каскада реакций ведущих к гибели клетки.

При этом одни каспазы активируют другие – амплификация сигнала.

Каспаза представляет собой тетрамер, состоящий из двух больших (~20kDa) и двух малых субъединиц (~10kDa). Большая и малая субъединицы образуется в результате расщепления прокаспазы. Каспаза содержат два активных центра QACXG. Ингибирующий домен (DED или CARD) может быть вырезан из каспазы.

Эффекторные каспазы активируются другими каспазами (трансактивация). Инициаторные каспазы активируются автоактивацией, которая происходит при взаимодействии нескольких прокаспаз (например, прокаспаза-8 и DISC). Рецептор апоптоза сам по себе не обладает протеазной активностью.

Активация каспаз ведет к различным последствиям:каспаза-9 разрушает ядерные поры, что ведет к проникновению в ядро каспаз-3 и -7. Каспаза-3 расщепляет ингибирующую субъединицу ICAD в двух местах. Выпуск CAD приводит к расщеплению ДНК между нуклеосомами.

Каспазы ведут к реорганизации цитоскелета и распаду клетки на апаптозные тельца.

Каспазы – семейство цистеиновых протеиназ, главные эффекторы апоптоза, существуют в клетке как неактивные проформы и зимогены, которые расщепляются на активные формы ферментов, активируя апоптоз.Лиганд–>рецептор смерти–>активация инициаторов каспаз (каспаза-8, -10)–>каскад активации других каспаз>активация каспаз-3, -6–>инактивация клеточных структур.

Разрушение клеточных структур при апоптозеФрагментация хромосомной ДНК неактивный фермент CAD в комплексе с ICAD (ингибитор CAD-фактор фрагментации ДНК) расщепляется каспазой-3 высвобождая CAD, кот разрезает ДНК м-у нуклеосомамиИнактивация ферментов вовлеченных в репарацию ДНК – фермент поли (ADF-ribose) полимераза, или PARP- первый белок обнаруженный как субстрат для каспаз.

PARP вовлекается в репарацию ДНК и катализирует синтез (ADF-ribose) и закрепляет на цепи ДНК ломая и изменяя ядерные белки. Способность PARP репарировать разрушения ДНК предотвращается последующим расщеплением PARP каспазой-3Инактивация белков вовлеченных в репликацию. Каспазы могут инактивировать ДНК топоизомеразу II, способствуя разрушению ДНК.Разрушение структурных ядерных белков.

Каспаза-6 разрушает ламины разрушая ядро, что приводит к конденсации хромосом.

Чувствительность клеток к стимулам изменяется в зависимости от экспрессии про- и анти-апоптозных белков (Bcl-2 белок ингибитора), серьезности стумулов и стадии клеточного циклаРаспад клетки на везикулы, переход фосфатидилсерина из внутреннего монослоя цитоплазматической мембраны в наружный монослой, уменьшение объема клетки, сморщивание цитоплазматической мембраны, конденсация ядра (апоптозные тельца), фагоцитирующиеся макрофагами и клетками-соседями.Инициаторы апоптозавнешние сигналы (связывание лиганда индуцирующего смерть рецептором на клеточной пов-ти), быстрый вариант а

гранзим B может доставляться в клетки цитотоксичными T лимфоцитами, когда они узнают инфицированную клетку, активирует каспазы-3, 7, 8 и 10.

клеточный стресс – радиация, химикалии, вирусная инфекции, недостаток фактора роста, ox стресс | кол-во bcl-2 белков определяет кол-во стресса необходимого для запуска а. Если митохондрии не справляются с удалением активных форм O2, последнии инициируют открытие пор во внеш.

м-не и выход в цитозоль белка, ответственного за каскад реакций, ведущих к синтезу протеаз, нуклеазМитохондрия может быть ключевым регулятором каспазного каскада и апоптоза – избавление от цитохрома С в митохондрии может вести к активации каспазы 9 и затем каспазы 3.

Этот эффект достигается через образование апоптосомы – мультипротеинового комплекса включающего цитохром C, Apaf-1, прокаспазу 9 и АТФ

Апоптосома

Цитохром C освобождается из митохондрий, связываясь с цитозольным белком Apaf-1. Это взаимодействие изменяет конформацию Apaf-1 которая стабилизируется связыванием ATP позволяя молекулам Apaf-1 ассоциировать друг с другом в колесоподобный комплекс состоящий из 7 молекул.

Apaf-1, цитохром C и ATP – апоптосома, присоединяющая 7 молекул прокаспаз-9. Возможные механизмы:1. Apaf-1, цитохром C и прокаспаза-9 – комплекс может активировать цитозольную прокаспазу-9 входящую в апоптосому.

2.

Две апоптосомы взаимодействуют друг с другом активируя прокаспазу-9.

Оксид азота NO ингибирует апоптоз в лейкоцитах, гепатоцитах, трофобластах и эндотелиальных клетках. Эффект может быть вызван через нитрозилирование и инактивацию каспаз-3, -1, -8. NO взаимодействует с гемом гуанилат циклазы–>синтез сGMP–>активация cGMP-зависимой протеинкиназы–>экспрессия противоапоптозных белков.
bcl-2 – семейство белков

bcl-2 – семейство белков регуляторы апоптоза (bc-2, bcl-XL – противоапоптозные), (Bad, Bax – проапоптозные) | чувствительность клеток к апоптозным стимулам может зависеть от баланса противо- и проапоптозных bc-2 белков | стресс?проапоптозные bc-2 белки перемещаются на пов-ть митох, инактивируя антиапоптозные белки, что приводит к образ пор в митох и выпуск цитохрома с и др про-апоптозных молекул из межм-ного пр-ва–>формируется апоптосома–>активация каспазового каскада.Проапоптозные члены Bcl-2 увеличивают проницаемость митохондриальной мембраны, что ведет к попаданию проапоптозных белков в цитоплазму. Противоапоптозные представители семейства – уменьшают проницаемость.Bcl-2 разделяется на три субсемейства.Bcl-2 субсемейство включает Bcl-2, Bcl-xL и Bcl-w, являющиеся противоапоптозными.Bax субсемейство включает Bax, Bak и BAD, являющиеся проапоптозными белками. Их последовательности гомологичны регионам Bcl-2 субсемейства – BH1, BH2 и BH3, но не региону BH4.BH3 субсемейство с единственным представителем – Bid, у которого гомологичен только BH3 регион.У Bid так же отсутствует трансмембранный домен.Имеется несколько моделей, как Bcl-2 могут регулировать проницаемость митохондриальной мембраны.Члены Bcl-2 семейства способны формировать гомо- и гетеродимеры. Гетеродимеризация между про- и противо-апоптозными представителями Bcl-2 ингибирует про-апоптозный белок.Bcl-2 белки так же способны образовывать ионные каналы (Bcl-xL, Bcl-2 и Bax).

По другому механизму Bcl-2 образуют поры в митохондриальной мембране, осуществляющие неспецифический транспорт небольших молекул меньше 1.5kDa, что нарушает синтез ATP и ведеит к клеточной смерти. Так же цитохром-С и AIF могут выходить в цитоплазму и образовывать апоптосомуt. Bax и Bak – индуцируют выход цитохрома-С и AIF из митохондрий.

Сокращения

DD – death domainCaspases – (cysteinyl aspartate-specific proteases)

ICE – interleicin converting enzime

Источник: https://cellbiol.ru/book/export/html/182

Ваше здоровье
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: