Апоптоз клетки: биологическая роль, механизм. Морфологические проявления апоптоза Типы апоптоза

Апоптоз – это программированная клеточная смерть (инициирующаяся под действием вне- или внутриклеточных факторов) в развитии которой активную роль принимают специальные и генетически запрограммированные внутриклеточные механизмы . Он, в отличие от некроза активный процесс, требующий определенных энергозатрат . Первоначально пытались разграничить понятия «программированная клеточная гибель » и «апоптоз »: к первому термину относили устранение клеток в эмбриогенезе, а ко второму – программированную смерть только зрелых дифференцированных клеток. В настоящее время выяснилось, что никакой целесообразности в этом нет (механизмы развития клеточной гибели одинаковы) и два понятия превратились в синонимы, хотя это объединение и не бесспорно.

Прежде чем приступить к изложению материала о роли апоптоза для жизнедеятельности клетки (и организма) в норме и патологии, мы рассмотрим механизм апоптоза. Их реализацию можно представить в виде поэтапного развития следующих стадий:

1 стадия – стадия инициации (индукции) .

В зависимости от происхождения сигнала, стимулирующего апоптоз, различают:

внутриклеточные стимулы апоптоза . Среди них к наиболее известным относят – разные виды облучения, избыток Н + , оксид азота, свободные радикалы кислорода и липидов, гипертермия и др. Все они могут вызывать различные повреждения хромосом (разрывы ДНК, нарушения ее конформации др.) и внутриклеточных мембран (особенно митохондрий). То есть в данном случае поводом для апоптоза служит «неудовлетворительное состояние самой клетки» (Мушкамбиров Н.П., Кузнецов С.Л., 2003). Причем, повреждение структур клеток должно быть достаточно сильным, но не разрушительным. У клетки должны сохраниться энергетические и материальные ресурсы для активации генов апоптоза и его эффекторных механизмов. Внутриклеточный путь стимуляции программированной смерти клетки можно обозначить как «апоптоз изнутри »;

трансмембранные стимулы апоптоза , т.е., в этом случае он активируется внешней «сигнализацией», которая передается через мембранные или (реже) внутриклеточные рецепторы. Клетка может быть вполне жизнеспособной, но, с позиции целостного организма или «ошибочной» стимуляции апоптоза, она должна погибнуть. Этот вариант апоптоза получил название «апоптоз по команде ».

Трансмембранные стимулы подразделяются на:

«отрицательные » сигналы. Для нормальной жизнедеятельности клетки, регуляции ее деления и размножения необходимо воздействие на нее через рецепторы различных БАВ: факторов роста, цитокинов, гормонов. Среди прочих эффектов, они подавляют механизмы клеточной гибели. И естественно, дефицит или отсутствие данных БАВ активирует механизмы программированной смерти клетки;

«положительные » сигналы. Сигнальные молекулы, такие как ФНОα, глюкокортикоиды, некоторые антигены, адгезивные белки и др., после взаимодействия с клеточными рецепторами могут запускать программу апоптоза.

На клеточных мембранах находится группа рецепторов, в задачу которых передача сигнала к развитию апоптоза является основной, возможно даже единственной функцией. Это, например, белки группы DR (death receptos – «рецепторы смерти »): DR 3 , DR 4 , DR 5 . Наиболее хорошо изучен Fas-рецептор, появляющийся на поверхности клеток (гепатоцитах) спонтанно или под влиянием активации (зрелые лимфоциты). Fas-рецептор при взаимодействии с Fas-рецептором (лигандом) Т-киллера запускает программу смерти клетки мишени. Однако, взаимодействие Fas-рецептора с Fas-лигандом в областях, изолированных от иммунной системы, заканчивается гибелью самого Т-киллера (см. нижеигандом в областях, изолированных от иммунной системы, заканчивается гибелью самого Т-киллера ()ожно000000000000000000000000000).

Следует помнить, что некоторые сигнальные молекулы апоптоза, в зависимости от ситуации могут наоборот, блокировать развитие программированной смерти клеток. Амбивалентность (двойственное проявление противоположных качеств) характерна для ФНО, ИЛ-2, интерферона γ и др.

На мембранах эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов, а так же клеток легкого и кожи обнаружены особые антигены-маркеры . На них синтезируются физиологические аутоантитела , и они, выполняя роль опсонинов , способствуют фагоцитозу этих клеток, т.е. гибель клеток происходит путемаутофагоцитоза . Выяснилось, что антигены-маркеры появляются на поверхности «старых» (прошедших свой путь онтогенетического развития) и поврежденных клетках, молодые и неповрежденные клетки их не имеют. Данные антигены получили название «антигены-маркеры стареющих и поврежденных клеток» или «белок третьей полосы». Появление белка третьей полосы контролируется геномом клетки. Следовательно, аутофагоцитоз можно рассматривать, как вариант запрограммированной гибели клеток .

Смешанные сигналы. Это сочетанное воздействие сигналов первой и второй группы. Например, апоптоз происходит с лимфоцитами, активированных митогоном (положительный сигнал), но не вступивших в контакт с АГ (отрицательный сигнал).

2 стадия – стадия программирования (контроля и интеграции механизмов апоптоза).

Для этой стадии характерно два, диаметрально противоположных процесса, наблюдающихся после инициации. Происходит либо:

реализация пускового сигнала к апоптозу через активацию его программы (эффекторами являются каспазы и эндонуклеазы);

блокируется эффект пускового сигнала апоптоза.

Различают два основных, но не исключающих друг друга, варианта исполнения стадии программирования (рис. 14):

Рис. 14. Каспазный каскад и его мишени

R– мембранный рецептор; К – каспазы;AIF– митохондриальная протеаза; Цит. С – цитохром с;Apaf-1 – цитоплазматический белок;IAPs– ингибиторы каспаз

1. Прямая передача сигнала (прямой путь активации эффекторных механизмов апоптоза минуя геном клетки) реализуется через:

адапторные белки. Например, так осуществляется запуск апоптоза Т-киллером. Он активирует каспазу-8 (адапторный белок). Аналогично может действовать и ФНО;

цитохром С и протеазу ΑIF (митохондриальная протеаза). Они выходят из поврежденной митохондрии и активируют каспазу-9;

гранзимы. Т-киллеры синтезируют белок перфорин, который образует каналы в плазмолемме клетки-мишени. Через эти каналы в клетку проникают протеолитические ферменты гранзимы , выделяемые все тем же Т-киллером и они запускают каскад каспазной сети.

2. Опосредованная передача сигнала. Она реализуется с помощью генома клетки путем:

репрессии генов, контролирующих синтез белков-ингибиторов апоптоза (гены Bcl-2, Bcl-XL и др). Белки Bcl-2 в нормальных клетках входят в состав мембраны митохондрий и закрывают каналы по которым из этих органоидов выходят цитохром С и протеаза AIF;

экспрессии, активации генов, контролирующих синтез белков-активаторов апоптоза (гены Bax, Bad, Bak, Rb, P 53 и др.). Они, в свою очередь активируют каспазы (к-8, к-9).

На рис. 14 представлена примерная схема каспазного принципа активации каспаз. Видно, что откуда бы не запускался каскад, его узловым моментом является каспаза 3. Она активируется и каспазой 8 и 9. Всего в семействе каспаз – более 10 ферментов. Локализуются в цитоплазме клетки в неактивном состоянии (прокаспазы). Положение всех каспаз в данном каскаде до конца не выяснено, поэтому на схеме ряд из них отсутствует. Как только активируются каспазы 3,7,6 (возможно и их другие типы) наступает 3 стадия апоптоза.

3 стадия – стадия реализация программы (исполнительная, эффекторная).

Непосредственными исполнителями («палачами» клетки) являются выше указанные каспазы и эндонуклеазы. Местом приложения их действия (протеолиза) служат (рис. 14):

цитоплазматические белки – белки цитоскелета (фодрин и актин). Гидролизом фодрина объясняют изменение поверхности клетки – «гофрирование» плазмолеммы (появление на ней впячиваний и выступов);

белки некоторых цитоплазматических регуляторных ферментов: фосфолипазы А 2 , протеинкиназы С и др.;

ядерные белки. Протеолиз ядерных белков занимает основное место в развитии апоптоза. Разрушаются структурные белки, белки ферментов репликации и репарации (ДНК-протеинкиназы и др.), регуляторные белки (рRb и др.), белки-ингибиторов эндонуклеаз.

Иннактивация последней группы – белков ингибиторов эндонуклеаз приводит к активации эндонуклеаз, второму « орудию » апоптоза . В настоящее время эндонуклеазы и в частности, Са 2+ , Мg 2+ -зависимая эндонуклеаза , рассматривается как центральный фермент программируемой смерти клетки. Она расщепляет ДНК не в случайных местах, а только в линкерных участках (соединительные участки между нуклеосомами). Поэтому хроматин не лизируется, а только фрагментируется, что определяет отличительную, структурную черту апоптоза.

Вследствие разрушения белка и хроматина в клетке формируются и от нее отпочковываются различные фрагменты – апоптозные тельца. В них находятся остатки цитоплазмы, органелл, хроматина и др.

4 стадия – стадия удаления апоптозных телец (фрагментов клетки).

На поверхности апоптозных телец экспрессируются лиганды, они распознаются рецепторами фагоцитов. Процесс обнаружения, поглощения и метаболизирования фрагментов погибшей клетки происходит сравнительно быстро. Это способствует избежать попадания содержания погибшей клетки в окружающую среду и тем самым, как отмечено выше, воспалительный процесс не развивается. Клетка уходит из жизни «спокойно», не беспокоя «соседей» («тихий суицид»).

Программированная клеточная гибель имеет важное значение для многих физиологических процессов . С апоптозом связаны:

поддержание нормальных процессов морфогенеза – запрограммированная смерть клеток в процессе эмбриогенеза (имплантации, органогенеза) и метаморфоза;

поддержание клеточного гомеостаза (в том числе ликвидация клеток с генетическими нарушениями и инфицированных вирусами). Апоптозом объясняется физиологическая инволюция и уравновешивание митозов в зрелых тканях и органах. Например, гибель клеток в активно пролиферирующих и самообновляющихся популяциях – эпителиоцитов кишечника, зрелых лейкоцитов, эритроцитов. Гормонально-зависимая инволюция – гибель эндометрия в конце менструального цикла;

селекция разновидностей клеток внутри популяции. Например, формирование антигенспецифической составляющей иммунной системы и управление реализацией ее эффекторных механизмов. С помощью апоптоза происходит выбраковка ненужных и опасных для организма клонов лимфоцитов (аутоагрессивных). Сравнительно недавно (Griffith T.S., 1997) показали значение программированной гибели клеток в защите «иммунологически привилегированных» зон (внутренние среды глаза и семенников). При прохождении гисто-гематических барьеров данных зон (что случается редко), эффекторные Т-лимфоциты гибнут (см. выше). Включение механизмов их смерти обеспечивается при взаимодействии Fas-лиганда барьерных клеток с Fas-рецепторами Т-лимфоцита, тем самым предотвращается развитие аутоагрессии.

Роль апоптоза в патологии и виды различных заболеваний связанных с нарушением апоптоза представлены в виде схемы (рис. 15) и таблицы 1.

Конечно, значение апоптоза в патологии меньше чем некроза (возможно, это связано с недостаточностью таких знаний). Однако, проблема его в патологии имеет и несколько иной характер: она оценивается по степени выраженности апоптоза — усиление или ослабление при тех или иных болезнях.

Сайт предоставляет справочную информацию исключительно для ознакомления. Диагностику и лечение заболеваний нужно проходить под наблюдением специалиста. У всех препаратов имеются противопоказания. Консультация специалиста обязательна!

Что такое апоптоз?

Апоптоз – физиологическая смерть клетки, представляющая собой своеобразную генетически запрограммированную самоликвидацию.

Термин "апоптоз" в переводе с греческого означает "опадающий". Авторы термина дали такое название процессу запрограммированной смерти клеток потому, что именно с ним связано осеннее опадание увядших листьев. Кроме того, само название характеризует процесс как физиологический, постепенный и абсолютно безболезненный.

У животных в качестве наиболее яркого примера апоптоза, как правило, приводят исчезновение хвоста у лягушки во время метаморфозы из головастика во взрослую особь.

По мере взросления лягушонка хвост полностью исчезает, поскольку его клетки подвергаются постепенному апоптозу – запрограммированной смерти, и поглощению деструктированных элементов другими клетками.

Явление генетически запрограммированной гибели клеток встречается у всех эукариотов (организмов, клетки которых имеют ядро). Прокариоты же (бактерии) имеют своеобразный аналог апоптоза. Можно сказать, что данный феномен характерен для всего живого, за исключением таких особых доклеточных форм жизни, как вирусы .

Апоптозу могут подвергаться как отдельные клетки (как правило, дефектные), так и целые конгломераты. Последнее особенно характерно для эмбриогенеза. К примеру, опыты исследователей доказали, что благодаря апоптозу во время эмбриогенеза исчезают перепонки между пальцами на лапках у цыплят.

Ученые утверждают, что у человека такие врожденные аномалии, как сросшиеся пальцы на руках и ногах, также возникают вследствие нарушения нормального апоптоза на ранних стадиях эмбриогенеза.

История открытия теории апоптоза

Изучение механизмов и значения генетически программируемой клеточной смерти началось еще в шестидесятых годах прошлого века. Ученых заинтересовал тот факт, что клеточный состав большинства органов на протяжении жизни организма практически одинаков, а вот жизненный цикл различных типов клеток значительно отличается. При этом происходит постоянная замена многих клеток.

Таким образом, относительное постоянство клеточного состава всех организмов поддерживается динамическим равновесием двух противоположных процессов – клеточной пролиферации (деление и рост) и физиологического отмирания отживших клеток.

Авторство термина принадлежит британским ученым – Дж. Керру, Э. Уайли и А. Керри, которые впервые выдвинули и обосновали концепцию о принципиальном различии физиологической смерти клеток (апоптоз), и их патологической гибели (некроз).

В 2002 году ученые из кембриджской лаборатории, биологи С. Бреннер, Дж. Салстон и Р. Хорвиц, получили Нобелевскую Премию по физиологии и медицине за раскрытие основных механизмов генетической регуляции развития органов и исследования программируемой клеточной смерти.

Сегодня теории апоптоза посвящены десятки тысяч научных работ, раскрывающие основные механизмы его развития на физиологическом, генетическом и биохимическом уровнях. Ведется активный поиск его регуляторов.

Особенно большой интерес представляют исследования, дающие возможность практического применения регуляции апоптоза при лечении онкологических, аутоиммунных и нейродистрофических заболеваний.

Механизм

Механизм развития апоптоза на сегодняшний день до конца не изучен. Доказано, что процесс может индуцироваться малыми концентрациями большинства веществ, вызывающих некроз.

Однако в большинстве случаев генетически запрограммированная гибель клеток происходит при поступлении сигналов от молекул – клеточных регуляторов, таких как:

• гормоны;
• антигены;
• моноклональные антитела и др.

Сигналы к апоптозу воспринимаются специализированными клеточными рецепторами, которые запускают последовательные этапы внутриклеточных сложных биохимических процессов.

Характерно, что сигналом к развитию апоптоза может быть как наличие активирующих веществ, так и отсутствие некоторых соединений, препятствующих развитию запрограммированной смерти клетки.

Ответ клетки на сигнал зависит не только от его силы, но и от общего исходного состояния клетки, морфологических особенностей ее дифференцировки, стадии жизненного цикла.

Одним из базовых механизмов апоптоза на стадии его реализации является деградация ДНК, в результате чего происходит фрагментация ядра. В ответ на повреждение ДНК запускаются защитные реакции, направленные на ее восстановление.

Неудачные попытки восстановить ДНК приводят к полному энергетическому истощению клетки, что и становится непосредственной причинной ее гибели.

Механизм апоптоза - видео

Фазы и стадии

Различают три физиологические фазы апоптоза:
1. Сигнальная (активация специализированных рецепторов).
2. Эффекторная (формирование из разнородных эффекторных сигналов единого пути апоптоза, и запуск каскада сложных биохимических реакций).
3. Дегидратационная (букв. обезвоживание – гибель клетки).

Кроме того, морфологически выделяют две стадии процесса:
1. Первая стадия – преапоптоз . На этой стадии происходит уменьшение размеров клетки за счет ее сморщивания, возникают обратимые изменения в ядре (уплотнение хроматина и скопление его по периферии ядра). В случае воздействия некоторых специфических регуляторов апоптоз может быть остановлен, и клетка возобновит свою нормальную жизнедеятельность.

2. Вторая стадия – собственно апоптоз. Внутри клетки происходят грубые изменения во всех ее органеллах, однако наиболее значимые превращения развиваются в ядре и на поверхности ее внешней мембраны. Клеточная мембрана теряет ворсинки и обычную складчатость, на ее поверхности формируются пузырьки – клетка как бы кипит, и в результате распадается на так называемые апоптические тельца, поглощаемые тканевыми макрофагами и/или соседними клетками.

Морфологически определяемый процесс апоптоза занимает, как правило, от одного до трех часов.

Некроз и апоптоз клетки. Сходство и различие

Терминами некроз и апоптоз обозначают полное прекращение жизнедеятельности клетки. Однако апоптозом обозначают физиологическое отмирание, а некрозом – ее патологическую гибель.

Апоптоз является генетически запрограммированным прекращением существования, то есть по определению имеет внутреннюю причину развития, в то время как некроз происходит в результате воздействия сверхсильных внешних, по отношению к клетке, факторов:

• недостаток питательных веществ;
• отравление токсинами и т.п.

Для апоптоза характерна постепенность и стадийность процесса, в то время как некроз наступает более остро, и четко различить стадии практически невозможно.

Кроме того, гибель клетки при процессах некроза и апоптоза отличается морфологически – первый характеризуется её набуханием, а при втором происходит сморщивание клетки, и уплотнение ее мембран.

Во время апоптоза происходит гибель клеточных органелл, однако мембрана сохраняется в целостности, так что образуются, так называемые, апоптические тельца, которые впоследствии поглощаются специализированными клетками – макрофагами или клетками-соседями.

При некрозе происходит разрыв клеточной мембраны, и содержимое клетки выходит наружу. Начинается воспалительная реакция.

Если некрозу подверглось достаточно большое количество клеток, воспаление проявляется известными с древности характерными клиническими симптомами , такими как:

• боль;
• покраснение (расширение сосудов в области поражения);
• припухлость (воспалительный отек);
• местное, а иногда и общее повышение температуры ;
• более или менее выраженное нарушение функции органа, в котором произошел некроз.

Биологическое значение

Биологическое значение апоптоза заключается в следующем:
1. Осуществление нормального развития организма в период эмбриогенеза.
2. Предотвращение размножения мутировавших клеток.

3. Регуляция деятельности иммунной системы.
4. Предотвращение преждевременного старения организма.

Данный процесс играет ведущую роль в эмбриогенезе, поскольку многие органы и ткани претерпевают значительные трансформации во время эмбрионального развития. Многие врожденные дефекты возникают вследствие недостаточной активности апоптоза.

Как запрограммированная самоликвидация дефектных клеток, данный процесс является мощной природной защитой против онкологических заболеваний. Так, к примеру, вирус папилломы человека блокирует клеточные рецепторы, ответственные за апоптоз и, таким образом, приводит к развитию рака шейки матки и некоторых других органов.

Благодаря данному процессу происходит физиологическая регуляция клонов Т-лимфоцитов , ответственных за клеточный иммунитет организма. Клетки, неспособные распознавать белки собственного организма (а таких в общей сложности созревает около 97%), подвергаются апоптозу.

Недостаточность апоптоза приводит к тяжелым аутоиммунным заболеваниям, в то время как его усиление возможно при иммунодефицитных состояниях. К примеру, тяжесть течения СПИДа коррелирует с усилением данного процесса у Т-лимфоцитов.

Кроме того, этот механизм имеет большое значение для функционирования нервной системы: он ответственен за нормальное формирование нейронов, и он же может вызывать раннее разрушение нервных клеток при болезни Альцгеймера .

Одна из теорий старения организма – теория апоптоза. Уже доказано, что именно он лежит в основе преждевременного старения тканей, где гибель клеток остается невосполнимой (нервная ткань, клетки миокарда). С другой стороны, недостаточный апоптоз может способствовать накоплению в организме стареющих клеток, которые в норме физиологически отмирают, и заменяются новыми (раннее старение соединительной ткани).

Роль теории апоптоза в медицине

Роль теории апоптоза в медицине заключается в возможности поиска путей регуляции этого процесса для лечения и профилактики многих патологических состояний, вызванных ослаблением или, наоборот, усилением апопоптоза.

Исследования ведутся одновременно во многих направлениях. Прежде всего, следует отметить научные изыскания в такой значимой области медицины, как онкология . Поскольку опухолевый рост вызван дефектом генетически запрограммированной гибели мутировавших клеток, изучается возможность специфической регуляции апоптоза, с повышением его активности в опухолевых клетках.

Действие некоторых химиотерапевтических препаратов, широко применяемых в онкологии, основано на усилении процессов апоптоза. Так как опухолевые клетки более склонны к данному процессу, подбирается доза вещества, достаточная для гибели патологических клеток, но относительно безвредная для нормальных.

Также чрезвычайно важны для медицины исследования, изучающие роль апоптоза в дегенерации ткани сердечной мышцы под влиянием недостаточности кровообращения. Группа китайских ученых (Lv X, Wan J, Yang J, Cheng H, Li Y, Ao Y, Peng R) опубликовала новые экспериментальные данные, которые доказывают возможность искусственного снижения апоптоза в кардиомиоцитах при введении определенных веществ-ингибиторов.

Если теоретические исследования на лабораторных объектах удастся применить в клинической практике – это будет большой шаг вперед в борьбе с ишемической болезнью сердца . Данная патология занимает первые позиции среди причин смерти во всех высокоразвитых странах, так что переход от теории к практике трудно было бы переоценить.

Еще одно весьма перспективное направление – разработка методов регуляции данного процесса для замедления старения организма. Теоретические исследования ведутся в направлении создания программы, сочетающей повышение активности апоптоза стареющих клеток, и одновременного усиления пролиферации молодых клеточных элементов. Здесь достигнуты определенные успехи на теоретическом уровне, однако до перехода от теории к практическим решениям еще далеко.

Кроме того, масштабные научные исследования проводятся в следующих направлениях:

• аллергология;
• иммунология;
• терапия инфекционных заболеваний;
• трансплантология;

Таким образом, в недалеком будущем мы станем свидетелями внедрения в практику принципиально новых медицинских препаратов, побеждающих многие заболевания.

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.

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.

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.

Пути активации апоптоза

Передача сигнала для запуска апоптоза клетки может быть осуществлена двумя путями: рецепторным (или внешним) и митохондриальным. В первом случае процесс активируется через специфические рецепторы смерти, воспринимающие внешние сигналы, которыми служат белки семейства TNF или Fas-лиганды, расположенные на поверхности Т-киллеров.

В состав рецептора входит 2 функциональных домена: трансмембранный (предназначенный для связи с лигандом) и ориентированный внутрь клетки "домен смерти", индуцирующий апоптоз. Механизм рецепторного пути основывается на образовании DISC-комплекса, активирующего инициаторные каспазы 8 или 10.

Сборка начинается со взаимодействия домена смерти с внутриклеточными адапторными белками, которые, в свою очередь, связывают инициаторные прокаспазы. В составе комплекса последние превращаются в функционально-активные каспазы и запускают дальнейший апоптозный каскад.

Механизм внутреннего пути основан на активации протеолитического каскада особыми митохондриальными белками, выброс которых контролируется внутриклеточными сигналами. Выход компонентов органоидов осуществляется через образование огромных пор.

Особая роль в запуске принадлежит цитохрому с. Попадая в цитоплазму, этот компонент электротранспортной цепи связывается с белком Apaf1 (апоптотический фактор активации протеаз), что приводит к активации последнего. Затем Apaf1 связывают инициаторные прокаспазы 9, которые по механизму каскада запускают апоптоз.

Контроль внутреннего пути осуществляется особой группой белков семейства Bcl12, которые регулируют выход межмембранных компонентов митохондрий в цитоплазму. В составе семейства имеются как проапоптические, так и антиапоптические белки, баланс между которыми и определяет, будет ли запущен процесс.

К одним из мощных факторов, запускающих апоптоз по митохондриальному механизму, относятся реактивные формы кислорода. Еще одним значимым индуктором является белок р53, который активирует митохондриальный путь при наличии ДНК-повреждений.

Иногда запуск апоптоза клеток сочетает в себе сразу два пути: как внешний, так и внутренний. Последний обычно служит для усиления рецепторной активации.

УДК 61 1.018.1:611.013.1 1:618.32-091.8

АПОПТОЗ: ПОНЯТИЕ, МЕХАНИЗМЫ РЕАЛИЗАЦИИ, ЗНАЧЕНИЕ*

© 2006 г. О. Ю. Варга, В. А. Рябков

Государственный университет, г. Петрозаводск

В статье дано понятие апоптоза, программированной клеточной гибели, изложены современные представления о механизмах реализации - пути «рецепторов смерти», характерном для физиологических процессов, и митохондриальном пути активации апоптоза, характерном для патологических процессов, основных участниках, роли эндоплазматичес-кого ретикулума, значении апоптоза для биологии и медицины.

Ключевые слова: апоптоз, программированная клеточная гибель, цитокины, каспазы, путь «рецепторов смерти», митохондриальный путь.

Апоптоз (А) представляет собой особую, генетически запрограммированную, форму гибели клетки и является необходимым условием нормального существования организма. Назначение А состоит в поддержании постоянства численности клеток, обеспечении правильного соотношения клеток различных типов и удалении генетически дефектных клеток. Клетки, подвергающиеся такой программированной смерти, активно используют генетически контролируемую программу, нацеленную на собственную гибель, совершая тем самым своего рода суицид. Гибель клеток происходит в пользу сообщества, следовательно, можно говорить о социальном поведении клетки. Без сомнения, А - способ очистки клеточной популяции от ненужных или нежелательных клеток.

Со времени введения термина «апоптоз» J. Kerr в 1972 году интерес к процессу физиологической гибели клеток неуклонно растет, что связано с выявляемыми его нарушениями в ряде патологических состояний, в том числе при аутоиммунных и онкологических заболеваниях .

Процесс А характеризуется определенными особенностями морфологии - ядро и цитоплазма уменьшаются в размерах, конденсируются, фрагментируются, клетка распадается на несколько частей (апоптотические тельца), содержащих элементы ядра и интактные органеллы . Ядро подвергается разрушению через образование крупных фрагментов с последующей их межнуклеосомной деградацией. Плазматическая мембрана клетки претерпевает ряд изменений, делающих ее узнаваемой для фагоцитов, в результате чего апоптотические тельца быстро поглощаются макрофагами, а также нередко и окружающими клетками, не специализирующимися в фагоцитозе .

Таким образом, структурная целостность биологических мембран в ходе А не нарушается, что предупреждает выход содержимого цитоплазмы (в том числе лизосомальных ферментов) во внеклеточную среду и развитие воспаления . Поэтому процесс А, как правило, происходит без макроскопических признаков, структурных и функциональных дефектов ткани и без развития воспаления .

В отличие от А некроз характеризуется увеличением проницаемости мембран вследствие нарушения их структуры, повреждением органелл, разрывом плазматической мембраны и финальным клеточным лизисом с выходом цитозоля в экстрацеллюлярное пространство и развитием воспалительного процесса .

* Работа поддержана грантом Президента Российской Федерации № МК-1814.2004.7.

Механизмы апоптоза

Условно весь процесс А может быть разделен на две фазы: формирование и проведение апоптотических сигналов и демонтаж клеточных структур .

Пути, которыми достигается конечная цель А - гибель клетки, различны и включают сложное взаимодействие большой группы веществ, центральное место среди которых занимают особые протеа-зы - каспазы (caspases, Cytosolic Aspartate-Specific cysteine Proteases). Каспазы (К) представляют собой аспартат-специфические протеазы, расщепляющие белки в местах расположения аспарагиновых оснований . Эти соединения расположены в цитоплазме в неактивном состоянии для исключения возможности случайной гибели клетки .

Каспазы состоят из трех доменов: N-концевого домена; большой субъединицы; малой субъединицы. Активация К происходит путем протеолитического отщепления N-концевого домена с ассоциированием субъединиц в гетеродимер и формированием активного центра .

По своим функциональным обязанностям и структурной гомологии К подразделяются на три группы: активаторы цитокинов (К 1, 4, 5, 13); индукторы активации эффекторных К (К 2, 8, 9, 10); эффекторные К - исполнители А (К 3, 6, 7) .

Основные направления разрушительного действия К на клетку:

1. Инактивация ингибиторов апоптотических белков: CAD (каспазактивированная ДНК-аза) соединена с белком-ингибитором IСАD; активированные К 3 и 7 разрушают белок ICAD, запуская действие ДНК-азы .

2. Прямое расщепление структурных белков клетки: ядерный ламин - белок, жестко связанный с ядерной мембраной и организующий структуру хроматина; активированная К 6 расщепляет ламин, приводя к конденсации хроматина .

3. Нарушение регуляции белкового синтеза: гелсо-лин регулирует натяжение нитей актина; эффекторные К расщепляют гелсолин, нарушая цитоскелет .

4. Инактивация белков, вовлеченных в репарацию ДНК, образование мРНК, репликацию ДНК .

Принято выделять два принципиально различных механизма активации К: путь «рецепторов смерти», расположенных на поверхности клетки, характерен для неповрежденных клеток; митохондриальный путь, опосредованный семейством белков Bcl-2, характерен для патологически измененных клеток .

Механизм регуляции с помощью цитокинов

(путь «рецепторов смерти»)

Цитокины - группа белков, которые посредством связывания со специфическими рецепторами на клетках-мишенях регулируют их пролиферацию и дифференцировку. Процесс А запускается в момент взаимодействия специфического рецептора и его лиганда - экстрацеллюлярного белка смерти (TNF-a, FasL, TRAIL, Apo-3L) . Наиболее изученным из

индукторов клеточной гибели является Fas-лиганд (FasL) - цитокин семейства фактора некроза опухолей с молекулярной массой 37кД, вызывающий при взаимодействии со специфическим рецептором Fas^PO/CD95 А клетки. FasL экспрессируется на активированных Т-лимфоцитах и НК-клетках. В тес-тикулах и тканях глаза FasL обеспечивает защиту от иммунного повреждения собственных клеток .

Fas представляет собой гликозилированный поверхностный белок мембраны клеток с молекулярной массой 48кД, который экспрессируется на поверхности активированных Т- и В-лимфоцитов, клетках различных опухолей, некоторых нормальных клетках человека . Fas также встречается в растворимой форме (sFas), которая лишена трансмембранного участка.

При связывании FasL с тремя молекулами Fas привлекается FADD (Fas associated death domain, связанный с Fas «регион клеточной смерти»), который одним концом связан с DD (death domain, «регион смерти»), относящимся непосредственно к рецептору, а другим (N-терминальный регион, DED (death effector domain, «регион исполнителя смерти»)) взаимодействует с прокаспазой (проК 8 или проК 10), вызывая ее аутокаталитическую активацию . Таким образом формируется DISC (индуцирующий смерть сигнальный комплекс) , включающий в себя DD, FADD, DED, проК 8.

Итогом формирования DISC является активация специфической протеазы - К 8 (FLICE), обеспечивающей процесс А. Активная К 8 запускает А двумя путями:

Каспаза 8 активирует проК 3 (при достаточном количестве К 8 в DISC): К 3 способна к аутокатализу; К 3 активирует другие эффекторные К; К 3 активирует фактор фрагментации ДНК

Специфическую ДНКазу (CAD/DFF40).

Каспаза 8 расщепляет белок Bid семейства Bcl-2 (как обходной путь, необходимый при низком уровне К 8 в DISC): выделяется митохондриальный цитохром С (специфический инициирующий фактор); цитохром С взаимодействует с APAF-1 (apoptotic protease activating factor - апоптотический протеаза-активирующий фактор) и проК 9 через CARDs (caspase recruitment domains); формируется комплекс - апоптосома; апоптосома приводит к активации К 9; через К 9 происходит активация эффекторных К 3, 6, 7 .

Как уже упоминалось, помимо системы Fas/FasL существуют другие, влияющие на А. В настоящее время известно еще 4 специфических рецептора к белкам смерти (рецепторы смерти): TNFR1; DR3 (TRAMP, Apo-3, Wsl-1); DR-4 (TRAIL-R1); DR5 (TRAIL-R2) . Соответствующими лигандами будут являться TNF-a, Apo-3L, TRAIL, при этом DR3 является TNFR-ассоциированным доменом белка TRADD, тогда как Fas и DR4 взаимодействуют с Fas-ассоциированным доменом белка FADD .

Следует отметить, что пути активации А, включаемые адаптером TRADD через проК 8, конкурируют с параллельными путями подавления клеточной гибели, что может объяснять данные о различном влиянии TNF-a на А . В частности, подавление А, опосредованное рецептором TNF-R1, идет следующим образом: TNF-R1 через DD домен белка TRADD (TNF receptor-1-associated death domain) и белка, взаимодействующего с рецептором (RIP, receptor interacting protein) связывается с TRAF2 (TNF receptor associated factor); TRAF2 вызывает фосфорилирование белка-ингибитора, с которым связан NF-kB; NF-kB перемещается в ядро, где активирует гены, отвечающие в том числе за экспрессию антиапоптозных молекул.

Несмотря на то, что наиболее часто NF-kB рассматривается как ингибитор А, в некоторых клетках это соединение может выступать в качестве индуктора . Подобное его свойство объясняют регуляцией экспрессии широкого ряда активных веществ (про-воспалительных энзимов, цитокинов, хемокинов, иммунорецепторов, клеточных молекул адгезии) через прикрепление к определенным областям ДНК (kB-области). В частности, NF-kB способен активировать гены, кодирующие Fas и FasL, что может сенситизировать клетки .

В связи с вышесказанным важно отметить способность ряда НПВП (салицилаты) ингибировать активность NF-kB, приводимую в качестве объяснения их противоопухолевой активности (заболевания толстой кишки). При этом салицилаты блокируют NF-kB в достаточно больших дозах, превышающих противовоспалительные и способных оказывать токсический эффект . Указанное свойство среди всей группы НПВП носит неоднородный характер.

Помимо перечисленных соединений, индуцирующих А, в клетках существует механизм негативной регуляции этого процесса - эндогенные ингибиторы К (белки семьи IAP), подавляющие активность К 3 и 9 и структурные гомологи проксимальных К 8 и 10. К последним относится клеточный протеин, известный как FLIP (Flame, CASH, Casper, Clarp, MRIT, I-Flice or Usurpin), который способен угнетать активацию К 8 и 10 путем конкуренции за связь с FADD . Известно об образовании двух вариантов FLIP, один из которых по размерам меньше (FLIPS) другого (FLIPl). Общим свойством обоих FLIP является наличие в структуре DED, который конкурирует с DED проК 8 за связь с FADD. Прочие особенности строения определяют конечный результат: только FLIPS и очень высокий уровень FLIPl ингибируют А, индуцированный рецепторами смерти, в то время как низкий уровень FLIPl обеспечивает активацию К 8 .

Отдельно рассматривается группа ингибиторов мембранорецепторного А - ложных рецепторов (decoy receptors), которые схожи по структуре с нормальными апоптозными рецепторами (Fas, TRAIL), но отличаются от них делецией какого-либо домена.

Необратимо связываясь с соответствующими лигандами, они блокируют передачу сигнала к гибели клетки .

Описанный рецепторный путь клеточной гибели является более коротким, чем другой путь - опосредованный митохондриями , но функционально оба они тесно связаны друг с другом.

Семейство Bcl-2 и митохондриальный путь

активации апоптоза

Митохондриальный путь А инициируется повреждением ДНК или воздействием цитотоксических агентов, что характеризует патологически измененные клетки . Важнейшим сенсором повреждения ДНК является ген р53 («страж генома»), который располагается в коротком плече 17 хромосомы, кодирует образование ядерного белка из 393 аминокислот АК (масса 53кД). Белок р53 находится в латентном состоянии и активируется не только в ответ на повреждение ДНК, но и вследствие гипоксии, активации онкогенов или воздействия других цитотоксических агентов . Роль гена р53 в гибели измененной клетки доказывается наличием его мутации примерно в 50 % опухолей человека . При активации р53 помимо прекращения клеточного деления инициирует А несколькими путями: активация генов Вах или Bid ; активация образования свободных форм кислорода (гены группы PIG3 (p-53-induced gene 3)), способствующих выходу цитохрома С из митохондрий ; индуцирует мРНК Fas, а также перемещение Fas на поверхность клетки из аппарата Гольджи ; стимулирует образование APAF-1 ; стимулирует экспрессию К 6 ; переход части молекул самого р53 в митохондрии с последующим выходом цитохрома С (Bcl-2 предотвращал эти эффекты) .

Важнейшим среди перечисленных является включение проапоптотических соединений семейства Bcl-2. Bcl-2 впервые описан как онкоген при В-клеточной лимфоме, приводящий к образованию опухолевого клона за счет увеличения выживаемости опухолевых клеток. В настоящее время семейство Bcl-2 объединяет группу белков (около 20 соединений) со сходным морфологическим составом, в котором существует по крайней мере одна из четырех консервативных аминокислотных последовательностей, характерных для В^2 (BH, Bcl-2 homology domain) . Функциональное значение этих регионов (ВН1-ВН4) пока окончательно не ясно . Семейство белков разделяется на две группы :

Ицдукторы апоптоза: Bim, Bad, Bid - BH-3; «multi-BН domain» (Bax, Bak, Bok) - ВН-1, BH-2, BH-3.

Ингибиторы апоптоза: Bcl-2, Bcl-w, А1 - ВН-1, ВН-2, ВН-3, ВН-4; Mcl-1, Bcl-xL - ВН-1, BH-2, BH-3.

ВН-3 белки являются первичными инициаторами

А, находясь в прямом антагонизме с антиапоптозными соединениями семейства Bcl-2 . Предполагаемые

модели взаимодействия фракций Bcl-2 семейства различны, а решение о гибели клетки принимается на основании относительного преобладания активных супрессоров или промоторов А .

Предполагаемые модели взаимодействия фракций Bcl-2:

1) Bcl-2 секвестрирует BH-3 лиганды Bax/Bak, предупреждая активацию А;

2) ВН-3 белки действуют на Вс1-2 и уменьшают их ингибирующее влияние на Вах;

3) отдельные ВН-3 белки активируют Вах, другие инактивируют Вс1-2 и посредством этого уменьшают ингибирующее влияние на проапоптоти-ческие белки .

Проапоптотические белки группы Bcl-2 имеют СООН-концевой гидрофобный регион, ответственный за прикрепление к мембранам органелл, в том числе к наружной поверхности митохондриальной мембраны в местах сближения наружной и внутренней мембран, где существуют физиологические поры (мегаканалы) (канал для Са, вольтажа, рН, активных форм кислорода), непроходимые в норме для цитохрома С. Белки Bcl-2 (Bax, Bak и др.) временно образуют более крупные мегаканалы, по которым в цитоплазму поступают цитохром С и другие факторы А .

Следствием раскрытия пор может быть и набухание матрикса с растяжением им внутренней митохондриальной мембраны, которая имеет большую поверхностную зону, чем наружная, вследствие чего возникают разрывы наружной мембраны и высвобождается цитохрома С . При всех указанных процессах митохондрия не теряет целостности и не подвергается разрушению.

Цитохром С представляет собой белок с молекулярной массой 15кД, кодируется ядерным геномом, импортируется в митохондрию, где прикрепляется к внутренней поверхности мембраны. Цитохром С необходим для образования апоптосомы, в которой активируется К 9 .

Стрессовый путь А активирует К 9 через комплекс Apaf-1 (apoptic protease activating factor, апоптотический протеаза-активирующий фактор). Конформационные изменения Apaf-1, индуцированные цитохромом С из поврежденных митохондрий и АТФ, позволяют привлечь проК 9 через их общий домен CARDs (caspase recruiment domain) . К 9 апоптосомы, в свою очередь, вызывает активацию эффекторных К (К 3, 7), которые инициируют интенсивный протеолиз и высвобождают связанную ДНКазу (CAD/DFF40), разрушающую хроматин .

К прочим митохондриальным факторам А, расположенным в межмембранном пространстве, относят:

Фактор, индуцирующий А (AIF, apoptosis-induc-ting factor, каспазонезависимая клеточная смерть): активирует нуклеазу, расщепляющую ядерную ДНК ; степень участия требует уточнения (все случаи фрагментации хроматина сопровождались активностью CAD) .

Второй митохондриальный фактор, активирующий А (Diablo/Smac): связывается с ингибиторами белков, активирующих А (IAP).

Термолабильный белок, вызывающий необратимое превращение ксантиндегидрогеназы в ксантинок-сидазу: ксантиндегидрогеназа в норме катализирует NAD + окисление ксантина до гипоксантина и превращение его в мочевую кислоту; ксантиноксидаза обеспечивает подобную реакцию с образованием агрессивных активных форм кислорода.

Особо следует отметить роль белка Bid, который является связующим звеном между двумя путями А - митохондриальным и путем «рецепторов смерти» (при воздействии К 8) .

Эндоплазматический ретикулум и его роль

в апоптозе

В настоящее время эндоплазматический ретикулум (ЭР) рассматривается как участник индуцированного стрессом А, что в значительной мере связывают с ролью ионов кальция. ЭР является самым большим хранилищем ионов кальция в клетке, их выход нередко сопровождается перемещением в митохондрии. Появляются доказательства влияния семейства Bcl-2 на ЭР подобно воздействию на митохондрии, демонстрируется участие Bax и Bak в мобилизации ионов кальция из депо ЭР . Непосредственное влияние обмена ионов кальция на активность К окончательно до настоящего времени не ясно.

На мембране ЭР локализована проК 12, в активации которой также предполагается участие белков семейства Bcl-2. Мышиные клетки с дефицитом К 12 оказались частично резистентными к А, индуцированному ЭР-стрессом, но по-прежнему чувствительными к другим стимулам клеточной гибели. Отмечено опосредованное активирующее влияние К 12 на К 3 .

Другие индукторы апоптоза

Необходимо упомянуть еще один механизм реализации А, происходящий нередко с участием цитоток-сических лейкоцитов. В основе механизма экспозиция на поверхности клетки фосфотидилсерина - фосфолипида, который обычно присутствует только во внутреннем липидном слое плазматической мембраны. Его окисление посредством активных форм кислорода ведет к тому, что особая транспортная АТФаза не узнает фосфолипид и переносит его на внешнюю мембрану. По-видимому, существует специальный рецептор, обнаруживающий фосфатидилсерин в наружном липидном слое и запускающий внутрь клетки сигнал А.

Клетка с фосфатидилсерином во внешнем слое клеточной мембраны узнается лейкоцитами, которые начинают выделять вблизи клетки-мишени белки. Полимеры белка перфорина образуют в цитоплазматической мембране клетки-мишени трансмембранные каналы, через которые внутрь поступают гранзимы (смесь сериновых протеаз) , способные запускать А через превращение проК 3 в К 3.

Кроме того, отмечено, что лейкоциты способны посредством специальной трансмембранной дыхательной цепи плазматической мембраны образовывать супероксиды и бомбардировать ими клетку-мишень, стимулируя А, в том числе через окисление фосфатидилсерина плазматической мембраны клетки-мишени.

Значение апоптоза в патогенезе и лечении

заболеваний

Актуальность изучения проблем А определяется взаимосвязью нарушения регуляции процесса запрограммированной гибели клетки с большинством заболеваний. Так, к заболеваниям, связанным с усилением А, относятся опухолевые заболевания: фолликулярная лимфома, рак молочной железы, рак предстательной железы, рак яичников, аутоиммунные заболевания: системная красная волчанка, гломерулонефрит, вирусные инфекции, вызванные вирусом герпеса, аденовирусом, поксовирусами. К заболеваниям, ассоциированным с ингибированием А, относятся синдром приобретенного иммунодефицита, нейродегенеративные заболевания: болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз, пигментный ретинит, хорея Ген-тингтона, мозжечковые дегенерации, апластическая анемия, токсические заболевания печени .

Изучение механизмов регуляции различных этапов А позволяет определенным образом воздействовать на его отдельные этапы с целью их регуляции или коррекции. В настоящее время общепринято: если клетка погибает от А, подразумевается возможность терапевтического вмешательства, если вследствие некроза - нет. На основе знаний о программированной клеточной гибели используется широкий ряд препаратов с целью регуляции этого процесса в различных типах клеток. Через индукцию А осуществляется действие большинства цитотоксических химиопрепаратов, антиметаболитов нуклеиновых кислот, ингибиторов топоизомераз. С использованием андроген-блокирующей терапии лечат рак предстательной железы. Рак молочной железы часто подвергается регрессии при применении антагонистов эстрогеновых рецепторов .

В ближайшие годы можно ожидать появления новых лекарственных препаратов для лечения и предупреждения различных заболеваний, в основе действия которых будет заложен принцип регуляции процессов А. Многообещающими являются также подходы, связанные с регуляцией апоптоз-специфических генов и реализующиеся, в частности, в генной терапии - одной из самых перспективных областей современной медицины

При лечении заболеваний, вызванных нарушением функционирования отдельных генов.

Список литературы

1. Владимирская Е. Б. Механизмы апоптотической смерти клеток / Е. Б. Владимирская // Гематология и транс-фузиология. - 2002. - Т. 47, № 2. - С. 35-40.

2. Григорьев М. Ю. Апоптоз в норме и патологии / М. Ю. Григорьев, Е. Н. Имянитов, К. П. Хансон //

Медицинский академический журнал. - 2003. - Т. 3, № 3. - С. 3-11.

3. Залесский В. Н. Перспективы патогенетически обоснованного применения модуляторов апоптоза в качестве нейро-, кардио-, гепато- и нефропротекторов (обзор литературы) / В. Н. Залесский, А. А. Фильченков // http://www. medved.kiev.ua/arhiv_mg/st_2001/01_4_16.htm

4. Нагорнев В. А. Апоптоз и его роль в атерогенезе /

В. А. Нагорнев, А. Н. Восканьянц // Медицинский академический журнал. - 2003. - Т. 3, № 4. - С. 3-18.

5. Робинсон М. В. Апоптоз клеток иммунной системы / М. В. Робинсон, В. А. Труфакин // Успехи современной биологии. - 1991. - Т. 3, вып. 2. - С. 246-259.

6. Червякова Н. В. Fas/Fas-лиганд: маркеры апоптоза / Н. В. Червякова // Лаборатория. - 2004. - № 2.

7. Adams J. M. Ways of dying: multiple pathways to apop-tosis / J. M. Adams // Genes and Development. - 2003.

N 17. - P. 2481-2495.

8. Haupt S. Apoptosis - the p53 network / S. Haupt, M. Berger, Z. Goldberg, Y. Haupt // Journal of Cell Science.

2003. - N 116. - P 4077-4085.

9. Highton J. Cell death by apoptosis is a feature of the rheumatoid nodule / J. Highton, P. A. Hessian, A. Kean, M. Chin // Annals of the Rheumatic Diseases. - 2003. - N 62. - P 77-80.

10. Itoh K. Central role of mitochondria and p53 in Fas-mediated apoptosis of rheumatoid synovial fibroblasts / K. Itoh, H. Hase, H. Kojima et al. // Rheumatology. - 2004. - N 43. - P. 277-285.

11. Newton K. Caspases signal not only apoptosis but also antigen-induced activation in cells of the immune system / K. Newton, A. Strasser // Genes and Development. - 2003.

Vol. 17, N 7. - P 819-825.

12. Okamoto K. Fas-associated death domain protein is a Fas-mediated apoptosis modulator in synoviocytes / K. Okamoto, T. Kobayashi, T. Kobata et al. // Rheumatology.

2000. - N. 39 - P. 471-480.

13. Smith M. D. Apoptosis a relevant therapeutic target in rheumatoid arthritis? / M. D. Smith, J. G. Walker // Ibid.

2004. - N 43. - P. 405-407.

14. Smolewska E. Apoptosis of peripheral blood lymphocytes in patients with juvenile idiopathic arthritis / E. Smolewska, H. Brozik, P. Smolewski et al. // Annals of the Rheumatic Diseases. - 2003. - N 62. - P 761-763.

15. Tegeder I. Cyclooxygenase-independent actions of cyclooxygenase inhibitors / I. Tegeder, J. Pfeilschifter, G. Geisslinger // The FASEB Journal. - 2001. - N 15. - P 2057-2072.

16. Van den Berg J. M. Divergent effects of tumor necrosis factor- on apoptosis of human neutrophils / J. M. Van den Berg, S. Weyer, J. J. Weening et al. // Journal of Leukocyte Biology. - 2001. - N 69. - P 467-473.

APOPTOSIS: CONCEPT, MECHANISMS OF REALIZATION, SIGNIFICANCE

О. Yu. Varga, V. А. Ryabkov

State University, Petrozavodsk

In the article, the concept of apoptosis, a coded cell death, has been given, the present-day notions about mechanisms of its realization - the ways of «death receptors» typical for physiological processes, and the mitochondrial way of apoptosis activation typical for pathologic processes, main participants, role of endoplasmic reticulum, significance of apoptosis in biology and medicine have been shown.

Key words: apoptosis, coded cell death, cytokines, way of «death receptors», mitochondrial way.

13195 0

Апоптозом (от греч. apoptosis — опадание) названо явление программируемой гибели клетки, сопровождаемой набором характерных цитологических признаков (маркёров апоптоза) и молекулярных процессов. Термин введён А. Керром с соавторами (Kerretal, 1972). Принципиальным отличием апоптоза от некроза является то, что первый сопровождается характерным каскадом реакций процесса элиминации клетки, а некроз есть результат незапланированного события и происходит спонтанно (Harmonetal., 1998) (рис. 1).

Рис. 1. Схема ультраструктурных изменений клетки при апоптозе и некрозе, предложенная лабораторией специальной микроскопии Донецкого ГМУ

Характерный каскад процессов при апоптозе включает: (а) конденсацию хроматина, (б) разрушение ядра, (в) вспучивание плазматической мембраны, (г) фрагментацию клетки с образованием дискретных апоптозных тел (АпТ). Апоптоз может быть вызван как внешними воздействиями (например, ядами), так и внутриклеточными сигналами, включая активацию «генов смерти». При этом механизмы апоптоза могут быть не только запрограммированными, но и спонтанными (Фильченков, Стойка, 1999).

Апоптоз в эволюции появился, по-видимому, вместе с появлением эукариотных многоклеточных организмов для регуляции численности клеток и установления между клетками в организме определенных взаимоотношений. Клетки взаимодействуют на разных стадиях жизненного цикла, например, при делении, росте, дифференцировке и гибели. Исследование молекулярных механизмов гибели (запрограммированной?) клетки стало в последние годы одной из самых трудных и актуальных проблем биологии.

Проблема апоптоза в настоящее время вызывает повышенный интерес со стороны специалистов разных научных дисциплин. Активацией апоптоза объясняют протекание СПИД, заболеваний локомоторного аппарата, нервной системы, болезней Вильсона, Паркинсона, Альцхаймера и Гетчинсона (прогерия , преждевременное старение). Вероятно, по механизму апоптоза отмирают клетки при ишемии мозга и инсульте, а также при анемиях (Белушкина, Белецкий, 2004).

В здоровом организме в норме в разных процессах также происходит удаление клеток путем апоптоза. Например, при росте и развитии организма. В процессе развития ЦНС нейронов образуется больше, чем необходимо, лишние удаляются. Апоптоз необходим также для реализации иммунного ответа. Один из механизмов защиты предполагает существенное увеличение количества лимфоцитов, которые при внедрении чужеродных микроорганизмов продуцируют антитела. После уничтожения этих микроорганизмов большинство таких специфических клеток соединительной ткани уничтожаются; таким образом, механизм удаления ненужных клеток необходим для выживания организма.

Этот механизм действует также при атрофии клеток под действием цитокинов (фактор некроза опухоли), при вирусных заболеваниях (например, при синдроме приобретенного иммунодефицита — СПИД), при нейрогенеративных заболеваниях. Недостаток апоптоза приводит к раку и другим опухолям; его избыток приводит к потере клеток. В молодом возрасте апоптоз является полезным, в дальнейшем он участвует в процессах старения.

Определены некоторые признаки апоптоза, отличающие его от некроза:

• фосфатидилсерин из внутреннего слоя цитоплазматической мембраны перемещается в наружный;
• цитохром с из межмембранного пространства митохондрий выходит в цитоплазму; активируются цистеиновые протеиназы (каспазы );
• увеличивается образование активных форм кислорода (АФК); цитоплазматическая мембрана сморщивается, а объем клетки уменьшается;
• нити ядерной ДНК в межнуклеосомных участках разрываются, хроматин конденсируется по периферии ядра, которое затем распадается на части;
• клетки фрагментируются на везикулы с внутриклеточным содержимым (апоптотические тельца ). В отличие от некроза, в случае апоптоза целостность цитоплазматической мембраны сохраняется до поздних стадий процесса, несмотря на сморщивание.

Выявлены некоторые молекулярные процессы, наблюдаемые при апоптозе:

1) действие Са 2 + и Zn 2 + (главных неорганических мессенджера и гормона , соответственно), имеющее взаимно антагонистический характер,

2) изменение мембранных белков в апоптотических клетках,

3) активирование разных путей передачи сигнала для апоптоза.

При апоптозе изменяются мембраны, в частности, гликопротеины и гликолипиды теряют сиаловую кислоту , а на клеточной поверхности увеличивается количество рецептора витронектина и, как указывалось выше, фосфатидилсерина — факторов, привлекающих макрофаги.

При апоптозе активируются разные изоформы фосфолипазы с, затем образуются вторичные мессенджеры диацилглицерин (DAG) и инозит-1,4,5-трифосфат (IP3). DAG активирует семейство сериновых и треониновых киназ (протеинкиназа с), a IP3 стимулирует освобождение Са 2 + из внутриклеточных депо в цитозоль. Вызывать апоптоз могут также тирозинкиназы и некоторые токсины , нарушающие гомеостаз Са .

Предложена гипотеза о существовании генетической программы самоуничтожения митохондрий, клетки, органа, организма, соответственно — митоптоз, апоптоз, органоптоз, феноптоз . Эта программа названа «самурайским законом биологии» (В.П. Скулачев, 1996). При апоптозе в клетке образуется специфический «белок самоубийства» р53 , который способствует реализации этой программы. Активация этого белка некоторыми интерферонами даёт эффект при лечении рака . В настоящее время проблему апоптоза исследуют весьма активно, так как она связана с решением проблемы старения. Если бы удалось регулировать апоптоз, можно было бы замедлить старение человека.

Исходя из гипотезы, что запуск программы самоуничтожения начинается вследствие снижения активности антиокислительной системы (АО С) в митохондриях и накопления в них активных форм кислорода (АФК), был предложен путь борьбы с этим явлением путем внедрения в органеллы клеток веществ с антиокислительными свойствами.

Однако действие известных естественных антиокислителей, в частности, витаминов С и Е, к успеху не приводило. Поэтому синтезировали вещества со свойствами АОС. После многочисленных испытаний оказалось, что оптимальным для этой цели являются фенилфосфониевые катионы (ФФК). Из них было синтезировано вещество, названное «ионом Скулачева» (SkQ). Он представляет собой комплексное соединение тетрафенилфосфониевого катиона , где ионом-комплексообразователем является Р(III) (рис. 2). Такая структура имеет делокализованный положительный заряд.

Рис. 2. Ион Скулачева — трифенилфосфин, связанный деканом с пластохиноном.

Видно, что SkQ алкилирован деканом C 10 H 22 образованием поляризованной молекулы с положительно заряженной головкой иона и липофильным хвостом. Этот комплекс легко проникает в клетку через отрицательно заряженную плазматическую мембрану в цитоплазму и через еще более отрицательно заряженную митохондриальную мембрану в матрикс органеллы и накапливается там, предположительно, в результате простого взаимного притяжения разноименных зарядов по физическим законам. Пластохинон, по мнению авторов, увеличивает антиоксидантную активность иона.

Точечное воздействие даже при наноконцентрациях позволяет этому комплексу длительно находиться внутри митохондрий (до 4-суток). Ферменты, находясь в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР), не могут разрушить этот комплекс внутри митохондрий, поскольку неспособны преодолеть мембранный барьер.

Скулачев полагает, что антиокислительные свойства иона SkQ, позволяют нейтрализовать свободные радикалы внутри митохондрий и тем самым оказывают положительное фармакологическое действие, активируя АО С. Однако такое объяснение совсем не учитывает твердо установленное влияние на процессы апоптоза ионов металлов, в частности, Са 2 + и Zn 2 + , и законы межэлементных взаимодействий, в частности, их антагонизм.

С точки зрения бионеорганики механизм процессов апоптоза и влияния на них фенилфосфониевых катионов более сложен. В соответствие со следствием закона замещения , «свободный» Са вытесняет ионы переходных металлов из комплексов с белками и нуклеопротеинами, нарушая их функционирование и вызывая полимикроэлементоз . Избыток Са 2 + вытесняет Mg 2 + , инактивируя все обменные процессы, связанные с АТФ. В первую очередь это проявляется в снижении активности натриевого насоса и, следовательно, мембранного потенциала (Ψ) и зависящих от него процессов нейтрализации свободных радикалов. Из-за вытеснения из ферментов АОС ионов металлов-комплексообразователей (Fe, Си, Se, Zn ) активность этих ферментов по определению снижается.

Поскольку основные ферменты АОС (каталаза, пероксидаза, цитохромоксидаза, глутатионпероксидаза) содержат гемин с Fe, Си , а селенопротеины — Se и I , избыток Са 2 + в цитоплазме автоматически приводит к резкому снижению антиокислительной активности без участия каких-либо генов. При преодолении фракционного порога начинается цепная реакция , то есть в каждом атоме с неспаренным электроном появляется свободный радикал. Запускается цепь превращений уже существующих валентнонасыщенных исходных молекул в более реакционноспособные продукты. Причем процессы апоптоза начинаются с нарушения деятельности мембран, вероятно, каким-то образом связанного с синтезом коллагена.

«Свободный» Са 2 + играет на начальных стадиях развития апоптоза ключевую роль, поскольку является инициатором цепной реакции. Его концентрация при апоптозе в клетках всегда увеличивается. «Свободный» Са цитотоксичен, он нарушает многие процессы метаболизма. В частности, в результате активируются эндонуклеаза , расщепляющая ДНК во внутренних участках нуклеосом, и тканевая трансглутаминаза , ковалентно связывающая белки с мембраной изопептидными связями. Понятно, что при этом нарушается функционирование и нуклеопротеинов, и мембран.

Zn 2 + , в соответствии с законом замещения , будучи ионом непереходного металла 4 периода, образующим комплексы с биолигандами с наибольшими К уст, способен снижать концентрацию Са в клетках и, следовательно, отдалять начало апоптоза. Поэтому его считают ингибитором этого процесса, подавляющим, в частности, активность эндонуклеазы и трансглутаминазы. Отмеченное всеми исследователями апоптоза замедление процесса гибели клеток при поступлении в них Zn 2 + объясняется тем, что содержание «свободного» Са 2 + в цитоплазме клеток уменьшается, а активность АОС возрастает. Поэтому можно полагать, что любое воздействие, снижающее фракцию «свободного» Са 2 + в клетке и её органеллах, будет замедлять процессы старения и оказывать положительный фармакологический эффект при заболеваниях, сопровождаемых накоплением этой фракции. Среди таких заболеваний можно назвать болезни глаз, остеопороз, прогерию и болезнь Дауна .

Механизм цепной реакции , как и его особенности, хорошо известны на примере атомной бомбы. Характерным свойством этой реакции является её многостадийностъ . Среди важнейших стадий — зарождение цепи (инициирование ), продолжение цепи (зарождение новых активных частиц = радикалов), обрыв цепи («гибель » активных частиц). Сами цепи могут быть неразветвленными , когда на каждую израсходованную активную частицу приходится одна вновь образованная, или разветвленными , когда на одну израсходованную активную частицу приходится две и более вновь образованных.

Разветвленные цепные реакции могут происходить в стационарном режиме, когда скорость разветвления меньше скорости гибели активных частиц, и в нестационарном , когда гибель происходит медленнее, чем разветвление. В этом случае скорость реакции возрастает по экспоненте и лимитируется только расходованием исходных веществ. Причем переход от стационарного к нестационарному режиму происходит скачкообразно при очень небольшом изменении концентрации одного из исходных веществ — наблюдается цепной «взрыв».

Цепные реакции отличаются очень эффективным изменением их свойств, и даже направленности, при наличии ничтожных примесей веществ, способных выводить из системы активные частицы, то есть ингибиторов , или, напротив, облегчать их формирование — инициаторов . Именно по такому механизму, многостадийно и очень медленно на первых стадиях, развивается процесс апоптоза. Следовательно, при рассмотрении этой проблемы надо исходить из общих закономерностей, а не частных, связанных с «генами смерти» или «борьбой» со свободными радикалами. Именно по этой причине антиокислительные витамины Е и С не оказывают существенного воздействия на процессы апоптоза, так как воздействуют не на причину цепной реакции, а на её следствие.

Р (III) в SkQ, являясь комплексообразователем, не способен многократно изменять свою валентность — что совершенно необходимо для процесса переноса электронов, происходящего в АОС. В то же время известно, что P (V), образуемый при окислении Р (III), является компонентом кислородных кислот, в частности фосфорной кислоты, которая легко связывается с Са 2 + , образуя трифосфат Ca 3 (P 3 O 10) 2 . Анион с пятивалентным фосфором в этом соединении является секвестрирующим агентом , а образовавшаяся соль устойчива, что выводит Са 2 + из «свободной» фракции.

С точки зрения бионеорганики фенилфосфониевые катионы, в случае их попадания внутрь клеток и митохондрий, служат эффективным источником активного фосфора для нейтрализации избытка «свободного» Са 2 + . То есть они, как и Zn 2 + , оказываются ингибитором цепной реакции апоптоза, но с иным механизмом действия.

Описанным механизмом апоптоза объясняется, в частности, факт продления жизни атлантического лосося при заражении жабр личинками двустворчатого моллюска жемчужницы Margarititera margarititera . Эти личинки усиленно поглощают «свободный» Са 2 + для построения своей раковины, то есть в данном случае оказываются секвестрирующим агентом в цепной реакции начавшегося полимикроэлементоза, блокируя эту реакцию.

Альбатрос живет около 50 лет, и в течение его жизни признаков старения, в том числе репродуктивной функции, не появляется, после чего птица неожиданно умирает от спонтанного «взрывного» ускорения процессов апоптоза. Это объясняется тем, что согласно правилу фракционного порога , в некоторый момент возрастающая концентрация «свободного» Са 2+ преодолевает такой порог, наступает нестационарная стадия цепной реакции, приводящая к быстрому финалу — смерти организма.

Опыты на животных (лабораторных грызунах, кроликах, собаках, кошках, лошадях) с дистрофией сетчатки и катарактой, которым закапывали в глаза 20 нМ раствор SkQ, показали, что после нескольких недель лечения болезни глаз излечивались, причем прозревали даже некоторые слепые животные. Получены положительные предварительные данные об использовании SkQ для лечения 12 различных старческих заболеваний, в частности, остеопороза, инфарктов и болезней глаз — глаукомы и катаракты . Предполагаемый механизм развития апоптоза показан на рис. 3.

Рис. 3. Предполагаемый механизм развития апоптоза

Проблема рака противоположна проблеме апоптоза. В отличие от старения, когда нужно замедлить процесс апоптоза, при раке нужно сделать прямо противоположное - ускорить этот процесс в раковых клетках. Наиболее эффективны для этого могут быть меры, увеличивающие содержание «свободной» фракции Са в цитозоле клеток и в митохондриях выше фракционного порога, после которого начинается цепная реакция апоптоза в виде гибели раковых клеток. Исходя из особенностей механизмов цепной реакции, подобный эффект должен проявляться уже при наноконцентрациях действующих веществ.

Что касается теории об апоптозе, как генетически запрограммированной смерти, не менее вероятной представляется гипотеза о цепной реакции нарушения металл-лигандного гомеостаза. Цепные реакции отражают более фундаментальные природные процессы, чем сопутствующие им генетически закреплённые биологические проявления. Поэтому гипотезу о природе апоптоза, как проявлении цепной реакции микроэлементоза кальция, переходящего в полимикроэлементоз, нельзя отбросить без объяснения роли металлов в этом процессе с точки зрения общераспространённой теории.

Известно, что запись кода не всегда соответствует «центральной догме» биологии (ДНК > РНК > белок). Открытие отмеченных Нобелевскими премиями обратных ревертаз, в том числе теломераз (2009 г.), а также прионов (Prusiner, 1997), подтверждает правомерность такой точки зрения. Активация «спящих генов» вызывается тем или иным состоянием металл-лигандного гомеостаза. Например, соотношение металлов, связанных с нарушением обмена Си , «будит» или ген синтеза белков болезни Вильсона, которая в настоящее время излечима, или ген синтеза белков болезни Менкеса, которая пока неизлечима. При этом «разбуженный» ген полностью подавляет другой (Bertini, 2008).

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков