Пролиферация клетки

    Клеточные ответы на двуцепочечные разрывы  ДНК регулируются за счет посттрансляционной модификации белков, а АТМ и комплекс RMN играют ключевую роль в подобной модификации. Эти белки в дальнейшем обеспечивают полноценную репарацию поврежденной ДНК и, как следствие, нормальную жизнедеятельность клетки.

    Регенерация тканей [1, 5]

    Регенерацией  называется образование новой ткани  на месте погибшей, отмершей. В здоровом, нормальном организме все время происходит физиологическая регенерация клеток; постоянно слущивается отмерший роговой слой эпидермиса, и взамен него во внутреннем слое кожи размножаются новые клетки. Такое же слущивание покровного эпителия происходит и на слизистых оболочках. В кровеносных сосудах эритроциты обычно живут 60—120 дней. Следовательно, приблизительно в течение 2 месяцев происходит полное их обновление. Так же систематически восполняются по мере их гибели или отмирания и лейкоциты, и другие форменные элементы крови. При различных патологических процессах клетки и ткани разрушаются в большем количестве, чем в норме. Регенерации тканей принадлежит огромное значение в процессе восстановления  поврежденных тканей и органов («восстановительная регенерация»). Иначе говоря, без регенерации было бы невозможно какое-либо заживление.  
В регенерации различают такие понятия, как форма регенерации, уровень регенерации, способ регенерации.  

    Формы регенерации [1]

     
1. Физиологическая регенерация - восстановление клеток ткани после их естественной гибели (например, кроветворение);  
2. Репаративная регенерация - восстановление тканей и органов после их повреждения (травмы, воспаления, хирургического воздействия и так далее).  
Уровни регенерации соответствуют уровням организации живой материи: 
1. Клеточный (внутриклеточный); 
2. Тканевой; 
3. Органный. 
Способы регенерации: 
1. Клеточный способ (размножением (пролиферацией) клеток); 
2. Внутриклеточный способ (внутриклеточное 
Восстановление органелл, гипертрофия, полиплоидия); 
3. Заместительный способ (замещение дефекта ткани или 
органа соединительной тканью, обычно с образованием рубца, например: образование рубцов в миокарде после инфаркта миокарда). 
Факторы, регулирующие регенерацию: 
1. Гормоны - биологически активные вещества; 
2. Медиаторы - индикаторы метаболических процессов; 
3. Кейлоны - это вещества гликопротеидной природы, которые синтезируются соматическими клетками, основная функция - торможение клеточного созревания; 
4. Антагонисты кейлонов - факторы роста; 
5. Микроокружение любой клетки.

    Регуляция регенерации тканей [1]

    Регенерация тканей происходит вследствие пролиферации недифференцированных клеток, обладающих способностью не только делится под  действием соответствующих стимулов, но также и дифференцироваться в клетки той ткани, регенерация которой 
происходит. Эти клетки носят название взрослых стволовых клеток. Многие ткани взрослого организма, такие как ткани гемопоэтической системы, пищеварительный эпителий, мозг, эпидермис, легкие содержат пул таких клеток. Стволовые клетки тканей взрослого индивидуума снабжают организм зрелыми дифференцированными клетками в течение нормального гомеостаза, а также во время регенерации и восстановления тканей и органов. Две уникальных особенности характеризуют взрослые стволовые клетки: способность генерировать новые плюрипотентные стволовые клетки (т.е. способность самообновляться) и способность давать дифференцированное потомство, которое утрачивает способность к самообновлению.

    Наши  знания о механизмах, которые определяют когда, где и почему стволовые  клетки будут самообновляться или  дифференцироваться, остаются весьма ограниченными, но, тем не менее, недавно было показано, что микроокружение (или ниша) стволовых клеток обеспечивает необходимые сигналы для дальнейшего поведения этих клеток. Более того, утрата контроля над поведением этих клеток может приводить к трансформации клеток и раку. Дифференцированные клетки наряду с выполнением своих специфических функций способны синтезировать особые вещества — кейлоны, тормозящие интенсивность размножения клеток-предшественников и стволовых клеток. Если в силу каких-либо причин количество дифференцированных функционирующих клеток уменьшается (например, после травмы), тормозящее действие кейлонов ослабевает и численность популяции восстанавливается. Кроме кейлонов (местных регуляторов), клеточное размножение контролируется гормонами; одновременно продукты жизнедеятельности клеток регулируют активность желёз внутренней секреции. Если какие-либо клетки под воздействием внешних повреждающих факторов претерпевают мутации, они элиминируются из тканевой системы вследствие иммунологических реакций.

    Апоптоз [3,4]

    Апоптоз — форма гибели клетки, проявляющаяся  в уменьшении ее размера, конденсации  и фрагментации хроматина, уплотнении наружной и цитоплазматической мембран  без выхода содержимого клетки в  окружающую среду. Апоптоз — это  запрограммированная клеточная гибель, которая происходит вследствие работы многих ферментов, как самой клетки, так, возможно, и других клеток-соседей. Во время некроза клетка вакуолизируется (изменяется строение наружной плазматической мембраны, по градиенту концентрации вода поступает внутрь клетки, все органеллы начинают набухать) лизосомы переваривают все содержимое клетки, клетка лопается. Её содержимое выбрасывается во внеклеточное пространство, что, следовательно, вызывает воспаление, и в дальнейшем поглощается фагоцитами.

    Характерные признанаки апоптоза [4, 5]

    переход фосфатидилсерина из внутреннего монослоя цитоплазматической мембраны в наружный монослой

    выход цитохрома С из межмембранного пространства митохондрий в цитоплазму

    активация цистеиновых протеиназ (каспаз)

    образование активных форм кислорода

    сморщивание (blebbing) цитоплазматической мембраны

    уменьшение  объёма клетки

    разрывы нитей ядерной ДНК в межнуклеосомальных участках

    конденсация хроматина по периферии ядра

    последующий распад ядра на части

    фрагментация  клеток на везикулы с внутриклеточным содержимым — апоптотические тельца

    Апоптотические тела захватываются соседними клетками, могут и фагоцитами, как в случае некроза. Выброса клеточного содержимого не происходит, воспаления не возникает.Некроз характерен для группы клеток, апоптоз для одной.

    Как сейчас известно, кроме апоптоза, есть и другие виды программируемой клеточной  смерти. Они характеризуются другими  наборами признаков, но все они являются тщательно регулируемыми процессами. Апоптоз является полезным и необходимым для жизнедеятельности существа процессом.

    Механизм  апоптоза [3,4]

    TNF-α  и Fas-лиганд (CD178) запускают каскад  биохимических реакций, финальным  этапом которых является дефрагментация  хромосом и гибель клетки. На  поверхности клеток организма  имеются специальные рецепторы для TNF-α, это TNF-RI (с молекулярной массой 55-60 кДа) и TNF-RII (с молекулярной массой 75-80 кДа), а для Fas-лиганда рецептор Fas/APO-1 (CD95).  TNF-R и Fas/APO-1(CD95) имеют гомологию в экстрацеллюлярных доменах, представленную в виде цистеин богатых доменов и гомологичную последовательность в интрацеллюлярной части рецептора.

    Связывание TNF-α и Fas-лигандов с рецепторами  апоптоза активирует интрацеллюлярные "домены смерти" (DED - death effector domain) этих рецепторов: DED, DED1 и DED2 и ряд посредников, включая церамиды, ras, SAPK/JNK, протеиновые тирозинкиназы, катепсин D и протеазы ICE/CED-3 семейства, которые каскадно проводят смертельный сигнал. Цистеиновые протеазы ICE/CED-3 семейства находятся в составе интрацеллюлярной части рецептора апоптоза в неактивной форме, они относятся к интерлейкин-lβ расщепляющим ферментам (ICE). Это семейство включает ряд различных типов протеаз, многие протеазы имеют несколько обозначений. Семейство цистеин-аспартат протеаз ещё называют каспазами.

    Кроме семейства каспаз, в регуляции  апоптоза принимает участие семейство Bcl-2 белков, в котором Bcl-2, Bcl-XL, Ced-9, Bcl-w, и Mcl-1 белки ингибируют апоптоз, а Bcl-2 гомологи (BH) 1-3, Bax подобный белок, Bak, Bok, и состоящие только из BH3 региона, Bad подобный белок, Bid, Bik, Bim, и Hrk выполняют проапоптозную функцию.

    Активация DED, DED1 и DED2 вызывает каскадную перестройку  и активацию протеаз ICE/CED-3 семейства. Первым этапом является превращение  не активной про-каспазы-8 в активную каспазу-8. Каспаза-8 активирует каспазу-3 и Bid. Bid взаимодействуя с Bax способствует выходу из митохондрий цитохрома C, который активизирует каспазу-9. В свою очередь активная каспаза-9 приводит к появлению активных каспаз-3, -6, -7. В свою очередь активные ICE начинают взаимодействовать с рядом внутриклеточных субстратов: поли-(АДФ-рибозо)полимеразой (PARP), участвующей в репарации ДНК и модификации активности некоторых ядерных белков, ламином В1, топоизомеразой I и Р-актином. Все члены семейства ICE/CED-3 протеаз содержат каталитический остаток цистеина и расщепляют субстраты после аспарагиновой кислоты. Специфическое расщепление PARP, ламина В1, топоизомеразы I и Р-актина под действием ICE-подобных протеаз на большие и малые фрагменты приводит клетку к гибели, так как большие фрагменты этих субстратов и являются активными нуклеазами, которые разрезают хромосомы на фрагменты. Например, PARP расщепляется CPP32/Yama на два фрагмента 85 и 24 кДа, из которых апоптоз-специфическим является фрагмент 85 кДа. Активация протеаз ICE/CED-3 семейства может происходить и под действием фосфолипидов, например, церамидов, которые способны активировать CPP32/Yama.

    Свободный сфингозин образуемый из церамидов  в результате его гидролиза церамидазой  так же активирует ICE-подобные протеазы и ускоряет апоптоз.

    Роль апоптоза в защите от онкологических заболеваний [4]

    Современная химиотерапия опухолей часто базируется на усилении апоптоза в раковых клетках, исходя из того, что они более чувствительны к нему, нежели обычные НЕ-раковые клетки. К сожалению, на продвинутых стадиях опухолевого процесса апоптоз в раковых клетках как правило подавлен. Некоторые интерфероны усиливают экспрессию гена p53, помогая апоптозу. В результате эти интерфероны помогают борьбе с раком.

    Например - новое лекарство от рака лёгких гефитиниб ингибирует белок-рецепторную  протеинкиназу EGFR-тирозинкиназа (EGFR tyrosine kinase), которая производится в раковых клетках лёгких и запускает каскад реакций, блокирующих апоптоз. В результате гефитиниб используется для лечения рака лёгких с минимумом побочных эффектов. 
Лилинг Янг (Liling Yang) и др. обнаружили, что в одном из типов раковых клеток лёгких, NCI-H460, апоптоз блокируется избыточным выделением вещества, которое назвали X-linked inhibitor of apoptosis protein (XIAP). Этот ингибитор, связываясь с каспазой-9, подавляет действие цитохрома С. Янг и её соавторы синтезировали пептид SmacN7, уничтожающий XIAP-ы, благодаря чему апоптоз снова начал действовать, и раковые опухоли у мышей стали уменьшаться.

    Важная  роль в осуществлении апоптоза принадлежит  тироксину (Т4).

    Он  регулирует функционирование протеиновой  тирозинкиназы, важного элемента реализации сигнала смерти. При недостатке этого гормона щитовидной железы происходит подавление апоптоза.

    IL-lβ  блокирует апоптоз. ICE-подобные протеазы  взаимодействуют с IL-lβ, а не  с PARP, ламином В1, топоизомеразой I и Р-актином. В результате  чего не происходит образования активных нуклеаз, и клетка избегает апоптоза.

    На  взаимодействие TNF-α и Fas-лигандов с TNF-R и Fas/APO-1(CD95) и проведение апоптотического  сигнала оказывают влияние Bcl и Bax белки. Так белки Bcl семейства: Bcl-2, Bcl-xL и Bcl-xS блокируют выход цитохрома С из митохондрий и таким образом предотвращают превращение про-каспазы-9 в активную форму, отменяют атоптотический сигнал. В свою очередь Bax белки способствуют выходу цитохрома С из митохондрий и образованию активной каспазы-9, которая инициирует продолжение и активацию апоптотическог каскада, начавшегося с присоединения TNF-α или Fas-лигандов к TNF-R и Fas/APO-1(CD95). Быть или не быть апоптозу зависит от соотношения Bcl и Bax белков в митохондриях. Преобладание экспрессии белков Bcl семейства блокирует запуск апоптоза, а преобладание экспрессии Bax белков способствует реализации сигнала смерти.

    Регуляция апоптоза [4, 5]

    Апоптоз это генетически контролируемая смерть клетки. В настоящее время  выявлено большое число генов, которые  кодируют вещества, необходимые для регуляции апоптоза. Многие из этих генов сохранились в ходе эволюции - от круглых червей до насекомых и млекопитающих. Некоторые из них обнаруживаются также в геноме вирусов. Таким образом, основные биохимические процессы апоптоза в разных экспериментальных системах (исследования ведутся на круглых червях и мухах) являются идентичными, поэтому результаты исследований можно прямо переносить на другие системы (например, организм человека).