Реферати » Реферати по біології » Апоптоз - програмована клітинна смерть

Апоптоз - програмована клітинна смерть

'адаптери' каспаз першого ешелону 'регулятори' каспаз другого ешелону. Так, рецептор, що позначається Fas, взаємодіючи з відповідним лігандом (лігандом FasL), трансмембраним білком Т-кілера, активується і запускає програму смерті клітини, інфікованої вірусом.
Тим же шляхом при взаємодії з лігандом FasL на поверхні ТН-1-лімфоцитів або з антитілом до Fas-рецептора гинуть що стали непотрібними одужавших організму В-лімфоцити, продуценти антитіл, несучі Fas-рецептор. FasL-ліганд, що відноситься до численного сімейства фактора некрозу пухлин TNF. Це сімейство гомотрімерних лігандів, крім FasL і
TNFa, включає TNFb (лімфотоксин).
Fas - член сімейства рецепторів TNF. Всі вони представлені трансмембранними білками, які позаклітинними ділянками взаємодіють з тримеру лігандів-індукторів. Взаємодія рецептора і ліганда призводить до утворення кластерів рецепторних молекул і зв'язування їх внутрішньоклітинних ділянок з адаптерами. Адаптер, зв'язавшись з рецептором, вступає у взаємодію з ефекторами, поки ще неактивними попередниками протеаз з сімейства каспаз першого ешелону (ініціюючих каспаз).
Взаємодія адаптера з рецептором і ефекторів здійснюється через гомофільние білок-білкові взаємодії невеликих доменів: DD (death domain - домен смерті), DED (death-effector domain - домен еффектора смерті), CARD (-домен активації і рекрутування каспаз). Всі вони мають схожу структуру, містять по шість a-спіральних ділянок. Домени DD (домен смерті) беруть участь у взаємодії рецептора Fas c адаптером FADD (Fas-associated DD-protein). Домени DED беруть участь у взаємодії адаптера
FADD з прокаспазу 8 і 10.

Рис. 2. Залежний від Fas-рецептора апоптоз клітини-мішені при дії цитотоксического Т-лімфоцита (Т-кілера)
Найбільш докладно охарактеризована прокаспаза-8, рекрутіруемих рецептором
Fas через адаптeр FADD. Утворюються агрегати FasL - Fas - FADD - прокаспаза-
8. Подібні агрегати, в яких відбувається активація каспаз, названі апоптосомой, апоптозние шаперонами, або сигнальними комплексами, індукують смерть.
Прокаспазу володіють незначною протеолітичної активністю, складової 1-2% активності зрілої каспаз. Будучи в мономерний формі, прокаспази, концентрація яких в клітині незначна, перебувають у латентному стані. Передбачається, що просторове зближення молекул прокaспаз при їх агрегації веде до утворення активних каспаз через механізм протеолітичного само-і перехресного розщеплення (ауто або транс-процесингу)]. В результаті від прокаспази (молекулярна маса 30-50 кДа) відокремлюється регуляторний N-кінцевий домен (продомен), а частина, що залишилася молекули розділяється на велику (~ 20 кДа) і малу (~ 10 кДа) субодиниці
(рис. 3). Потім відбувається асоціація великої і малої субодиниць. Два гетеродимера утворюють тетрамер з двома каталітичними ділянками, що діють незалежно один від одного. Таким чином прокаспаза-8 активується і вивільняється в цитоплазму у вигляді каспаз-8. Існують інші шляхи активації каспаз-8-за участю рецепторів TNFR1 і DR3.
На етапі активації каспаз першого ешелону життя клітини ще можна зберегти.
Існують регулятори, які блокують або, навпаки, підсилюють руйнівну дію каспаз першого ешелону. До них відносяться білки Bcl-2
(інгібітори апоптозу: A1, Bcl-2, Bcl-W, Bcl-XL, Brag-1, Mcl-1 і NR13) і Bax
(промотори апоптозу: Bad, Bak, Bax, Bcl-XS, Bid, Bik, Bim, Hrk, Mtd). Ці білки еволюційно консервативні: гомолог Bcl-2 виявлений навіть у губок, у яких апоптоз необхідний для морфогенезу.
Каспаза-8 активує каспазу другого ешелону (ефекторну каспазу): шляхом протеолізу з прокаспази-3 утворюється каспаза-3, після чого процес, запущений програмою смерті, виявляється необоротним.
Каспаза-3 здатна надалі до самостійної активації (Автокаталіз або автопроцессінгу), активує ряд інших протеаз сімейства каспаз, активує фактор фрагментації ДНК, веде до незворотного розпаду ДНК на нуклеосомальние фрагменти. Так запускається каскад протеолітичних ферментів, що здійснюють апоптоз.

2.Второй шлях реалізації програми ПКС.
В клітинах, що зазнали дії індуктора апоптозу, різко знижується мембранний потенціал (Dy) мітохондрій. Падіння Dy обумовлено збільшенням проникності внутрішньої мембрани мітохондрій внаслідок утворення гігантських пір. Різноманітні фактори, що викликають розкриття пір. До них відносяться виснаження клітин відновленим глутатіоном, NAD (P) H, ATP і ADP, утворення активних форм кисню, роз'єднання окисного фосфорелирования протонофорнимі сполуками, збільшення вмісту Ca2 + в цитоплазмі. Освіта пір в мітохондріях можна викликати Церамид, NO, каспазами, амфіпатіческімі пептидами, жирними кислотами. Пори мають діаметр 2,9 нм, що дозволяє перетинати мембрану речовинам з молекулярною масою 1,5 кДа і нижче. Наслідком розкриття пори є набухання мітохондріального матриксу, розрив зовнішньої мембрани мітохондрій і вивільнення розчинних білків межмембранного обсягу. Серед цих білків
- ряд апоптогенних факторів: цитохром с, прокаспази 2, 3 і 9, білок AIF
(apoptosis inducing factor), що представляє собою флавопротеїнів з молекулярною масою 57 кДа [69].
Освіта гігантських пір не є єдиним механізмом виходу межмембранное білків мітохондрій в цитоплазму. Передбачається, що розрив зовнішньої мембрани мітохондрій може бути викликаний гіперполяризацією внутрішньої мембрани. Можливий і альтернативний механізм, без розриву мембрани, - розкриття гігантського білкового каналу в самій зовнішній мембрані, здатного пропускати цитохром с і інші білки з міжмембранну простору.
Вивільняється з мітохондрій цитохром с разом з цитоплазматическим фактором APAF-1 (apoptosis protease activating factor-1) бере участь в активації каспази-9.
APAF-1 - білок з молекулярною масою 130 кДа, що містить CARD-домен
(caspase activation and recruitment domain) утворює комплекс з прокаспазой-
9 у присутності цитохрома с і dATP або АТР. З цих субодиниць збираються жорсткі, симетричні структури, на зразок віяла або пропелера .APAF-1 відіграє роль арматури, на якій відбувається аутокаталітіческій процесинг каспаз-9. Передбачається, що в результаті залежного від гідролізу dATP
(або АТР) конформационного зміни APAF-1 набуває здатність зв'язувати цитохром с (рис. 5). Зв'язавши цитохром с, APAF-1 зазнає подальше конформационное зміна, сприяюче його олигомеризации і відкриває доступ CARD-домену APAF-1 для прокаспази-9, яка теж містить CARD-домен. Так утворюється конструкція, звана теж апоптосомой, з молекулярною масою> 1,3 млн дальтон, у складі якої - не менше 8 субодиниць APAF-1. Завдяки гомофільному CARD-CARD-взаємодії з APAF-1 в еквімолярних співвідношенні зв'язується прокаспаза-
9, а потім прокаспаза-9 пов'язує прокаспазу-3. Просторове зближення молекул прокаспази-9 на мультімерной арматурі з APAF-1-цитохром-с-комплексів, очевидно, призводить до міжмолекулярної протеолитическому процесингу прокаспази-9 з утворенням активної каспази-9. Зріла каспаза-
9 потім розщеплює і активує прокаспазу-3.
Флавопротеїнів AIF, будучи доданим до ізольованим ядрам з клітин HeLa, викликає конденсацію хроматину і фрагментацію ДНК, а при додаванні до ізольованим митохондриям печінки щурів - вивільнення цитохрому с і каспази-AIF є мітохондріальних ефекторів ПКС у тварин , чинним незалежно від каспаз.
Крім розглянутих компонентів, при порушенні зовнішньої мембрани мітохондрій з міжмембранну обсягу виділяється термолабільний фактор, що викликає необоротне перетворення ксантиндегідрогенази в ксантиноксидазу.
Ксантиндегідрогенази каталізує залежне від NAD + окислення ксантину до гипоксантина і подальше окислення гіпоксантину до сечової кислоти.
Ксантиноксидаза каталізує ті ж реакції, але не з NAD +, а з О2 в якості акцептора електронів. При цьому утворюються О2A, Н2О2, а з них - і інші активні форми кисню (АФК), які руйнують мітохондрії і є потужними індукторами апоптозу. Механізми утворення АФК, звичайно, не обмежуються ксантіноксідазной реакцією. Головним джерелом АФК в клітинах є мітохондрії. Різке збільшення АФК відбувається при зростанні мембранного потенціалу в мітохондріях, коли знижено споживання ATP і швидкість дихання лімітується ADP. Цитоплазматическая мембрана макрофагів і нейтрофілів містить О2A - генеруючу NADPH-оксидазу.
Залежно від шляху, по якому здійснюється активація каспаз, розрізняють різні типи клітин [82]. Клітини типу I (зокрема, лінія лімфобластоідних В-клітин SKW і T-клітини лінії Н9) піддаються ПКС по шляху, залежному від апоптозних рецепторів плазматичної мембрани без участі мітохондріальних білків. Клітини типу II (наприклад, лінії Т-клітин
Jurkat і СЕМ) гинуть шляхом апоптозу, залежному від мітохондріального цитохрома с. ПКС, викликана хіміотерапевтичними сполуками, УФ-або й-опроміненням, очевидно, безпосередньо пов'язана з апоптозной функцією мітохондрій.
Деякі клітини, наприклад, клітини ембріональної нервової системи, включають механізми апоптозу, якщо вони відчувають дефіцит апоптозподавляющіх сигналів
(званих також чинниками виживання) від інших клітин. Фізіологічний сенс процесу - в елімінації надлишкових нервових клітин, що конкурують за обмежений фонд чинників виживання. Епітеліальні клітини при відділенні від позаклітинного матриксу, який виробляє чинники виживання, теж приречені на
ПКС. Фактори виживання зв'язуються відповідними цитоплазматическими рецепторами, активуючи синтез пригнічують апоптоз агентів і блокуючи стимулятори апоптозу. Деякі речовини (наприклад, стероїдні гормони) надають диференційований ефект на різні типи клітин - запобігають апоптоз одних типів клітин і індукують його у інших
[2]. ((((Так, при наявності у позаклітинному матриксі факторів росту PDGF
(platelet-derived growth factor - тромбоцитарний фактор росту) або NGF
(nerve growth factor - фактор росту нервів) і цитокина інтерлейкіну-3 (IL -
3) проапоптозние білок Bad не активний .Фактори росту, зв'язавшись зі своїм рецептором на плазматичної мембрані, викликають активацію цитозольної протеїнкінази В, і катализирующей фосфорилирование Bad по Ser-136. IL-3 теж зв'язується зі своїм рецептором на плазматичної мембрані і активує мітохондріальну cAMP-залежну протеинкиназу А, каталізують фосфорилювання Bad по Ser-112. Будучи фосфорілірованним по обом залишкам серина, Bad утворює комплекс з білком 14-3-3, що розташовується в цитоплазмі. Дефіцит факторів росту і IL-3 сприймається клітиною як сигнал до апоптозу: відбувається дефосфорилирование Bad, його впровадження в зовнішню мембрану мітохондрій, вихід цитохрому с з мітохондрій і подальша активація каспаз-9 через APAF-1-залежний механізм. )))))
3. Нерідко ПКС реалізується в результаті комбінованої дії двох шляхів - за участю і рецепторів плазматичної мембрани, і мітохондріального цитохрома с. Так, пошкодження ДНК веде до накопичення в клітині білкового продукту гена р53,

Сторінки: 1 2 3