Апоптоз

Апоптоз: учебное пособие/Составитель: Урсан Р.В. – Тирасполь, 2010
Данное пособие включило в себя одну из сложных проблем экспериментальной физиологии – апоптоз. Подробно освещены современные воззрения на механизмы запуска и реализации этого типа смерти клетки, а также возможности и пути использования индуцированного апоптоза в клинической медицине. Кроме того, содержится разнообразный демонстрационный материал
Составитель:
Урсан Р.В., преподаватель кафедры физиологии и фармакологии.
Рецензенты:
Гарбуз Л.И., к.б.н., доцент, зав. кафедрой биологии, микробиологии и функциональной гистоморфологии
Окушко Р.В.., к.м.н., доцент, зав.кафедрой терапии №2
©Р.В.Урсан, 2010

Зачем гибнет клетка???
Клетка выполнила свою функцию и стала ненужной организму
Клетка исчерпала лимит Хейфлика (клетка состарилась, выполнив лимит делений) и больше не может выполнять свои функции
Клетка подверглась воздействию факторов (внешних или внутренних) и больше не может выполнять свои функции или стала опасной для организма (опухолевая трансформация)

Апоптоз это НЕ запрограмированая клеточная смерть
Апоптоз и запрограммированная клеточная смерть – разные понятия.
Запрограммированная клеточная смерть имеет место в условиях физиологической нормы (процесс эмбриогенеза, обновление эпителиальных тканей, гемопоэз и др.) – см. пункт 1 и 2 на предыдущем слайде. Запрограммированная клеточная смерть осуществляется в клетке без участия каспаз
Апоптоз осуществляется с помощью каспазного каскада – целого ряда ферментов (каспаз) , которые активирует «машину смерти клетки». Запускается в условиях патологии, при внешних и внутренних воздействиях. Обязательное условие – достаточное количество АТФ

АПОПТОЗ

Определение апоптоза согласно рекомендации Комитета по номенклатуре клеточной смерти
(2009 год)
Апоптоз - клеточная смерть со специфическими морфологическими проявлениями: уменьшение клеточного объема, конденсация хроматина, фрагментация ядра, отсутствием/минимальными изменениями клеточных органелл, образование пузырей из клеточной мембраны (апоптотических телец) с последующим фагоцитозом (in vivo).

ИНТЕГРАТИВНАЯ СХЕМА АПОПТОЗА И ЕГО РЕГУЛЯЦИИ

лиганд
рецептор смерти
на мембране клетки
каспазы-8, -10
(инициаторы)
каспазы-3, -6, -7
(эффекторы)
инактивация клеточных структур
выход цитохрома С
из митохондрий
фактор активирующий
протеазы апоптоза
каспаза - 9
(инициатор)

ДЛЯ АПОПТОЗА ХАРАКТЕРНА ФАЗНОСТЬ ТЕЧЕНИЯ

ТРИ ФАЗЫ АПОПТОЗА:
ФАЗА ИНИЦИАЦИИ
ЭФФЕКТОРНАЯ ФАЗА
ФАЗА ДЕГРАДАЦИИ

Фаза инициации –
рецепция сигнала к апоптозу может осуществляться 2 путями

Два пути запуска эффекторной фазы апоптоза:
мембранный
(например, линия лимфобластных В-клеток SKW и T-клетки линии Н9)
митохондриальный
(например, линии Т-клеток Jurkat и СЕМ, при действии на клетку ультрафиолетового и ионизирующего излучения)

Мембранный путь активации
апоптоза

Принципиальная схема активации мембранного пути на примере активации Fas рецептора

Митохондриальный путь активации
апоптоза

Почему появление неселективной поры приводит к выходу цитохрома с из межмембранного пространства?
Последовательность событий:
Воздействие на митохондрии индуктора апоптоза.
Рост проницаемости внутренней мембраны.
Набухание матрикса.
Разрыв наружной мембраны.
Выход цитохрома С.
Цит. С
Цит. С
Цит. С
Цит. С
Цит. С
Цит. С
Цит. С
Цит. С

Митохондриальный путь запуска апоптоза
(рисунок-схема):
выход цитохрома и образование апоптосомы

Митохондриальный путь запуска
апоптоза
(рисунок-схема): апоптосома активирует (рекрутирует) прокаспазу 9

Итог митохондриального и мембранного пути активации каспаз

Итог митохондриального и мембранного пути активации каспаз
Оба пути – мембранный и митохондриальные - приводят к активации эффекторных каспаз 3,6,7.
После активации эффекторных капаз процесс, запущенный программой смерти, оказывается необратимым.
Каспазы-3,6,7 способны в дальнейшем к самостоятельной активации (автокатализу или автопроцессингу), активируют ряд других протеаз семейства каспаз, активирует фактор фрагментации ДНК, ведет к необратимому распаду ДНК на нуклеосомальные фрагменты. Так запускается каскад протеолитических ферментов, осуществляющих апоптоз.

ДЕСТВИЕ АПОПТИЧЕСКОЙ ДНКазы
(рисунок-схема)

РЕЗУЛЬТАТ ДЕЙСТВИЯ АПОПТИЧЕСКОЙ ДНКазы
Элеткронная микрофотография фрагмента ядра. Видны фрагментированные нуклеосомные частицы

2. Гидролиз белков ламинов, армирующих (укрепляющих) ядерную мембрану. Это способствует конденсации хроматина;
МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ЭФФЕКТОРНЫХ КАСПАЗ

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ЭФФЕКТОРНЫХ КАСПАЗ
3. Разрушение белков, участвующих в формировании цитоскелета;

4. Инактивация и нарушение регуляции белков, участвующих в репарации ДНК, сплайсинге мРНК, репликации ДНК.
МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ЭФФЕКТОРНЫХ КАСПАЗ

Последняя фаза апоптоза – фаза деградация.

ФАЗА ДЕГРАДАЦИИ:
на завершающем этапе происходит появление апоптотических телец: пузырей на поверхности клетки внутри которых находятся упакованный конденсированный хроматин и органеллы. Фагоциты быстро обнаруживают, поглощают и разрушают апоптозные тельца. Благодаря этому содержимое клетки не попадает в интерцеллюлярное пространство, не провоцируется, в отличие от некроза, воспалительная реакция

ИНТЕГРАТИВНАЯ СХЕМА АПОПТОЗА И ЕГО РЕГУЛЯЦИИ

лиганд
рецептор смерти
на мембране клетки
каспазы-8, -10
(инициаторы)
каспазы-3, -6, -7
(эффекторы)
инактивация клеточных структур
выход цитохрома С
из митохондрий
фактор активирующий
протеазы апоптоза
каспаза - 9
(инициатор)

Различия между апоптозом и некрозом

ПРИЛОЖЕНИЕ

Зачем нужно знать и понимать апоптоз?
Ингибирование апоптоза может быть эффективным при лечении сопряженных с клеточной гибелью заболеваний (сахарный диабет, сердечная недостаточность, болезнь Альцгеймера и др).
Активирование апоптоза при поражении клетки вирусами(напр., ВИЧ), опухолях.