Лекция 1 Тема: Понятие о программируемой гибели клеток. Новый взгляд на классификацию пкг

Цитохром с может высвобождаться в ответ на повышение концентрации ионов Са2+, 
которое вызывает открывание поры. Но выход фермента “на свободу” может и не зависеть 
от этих ионов, тогда процесс контролируют белки семейства Bcl-2 (B-cell leukaemia-2 - 
лейкемия В-клеток-2). Именно они регулируют апоптоз на уровне митохондрий. Одни из 
белков этого большого семейства (Bcl-2, а также Bcl-xL, Bcl-w, Mcl-1, Al и Boo) 
предотвращают апоптоз; другие (Вах, Bad, Bok, Bcl-xS, Bak, Bid, Bik, Bim, Krk, и Mtd) 
способствуют самоубийству. Вот один пример работы белков этого семейства 
регуляторов. Цитозольный белок Bid расщепляется каспазой-8, активируемой через 
“рецепторы смерти”, и лизосомными протеазами катепсинами, чей выход из лизосом 
стимулирует эта же каспаза. Образовавшийся активный белок - усеченный Bid (truncated 
Bid - t-Bid) - изменяет конформацию другого проапоптозного белка, Вах, после чего тот 
встраивается во внешнюю мембрану митохондрий, где формирует комплекс с порином. 
Вместе они выстилают канал, по которому из межмембранного пространства выходят 
цитохром с и проапоптозные белки. Но если в дело вмешивается Bcl-2, действующий как 
антиоксидант, выход цитохрома блокируется.
Фрагмент схемы апоптоза, протекающего под контролем белков 
семейства Bcl-2, а также с участием p53.
В запуске апоптоза, вызванного повреждениями ДНК, активацией онкогенов и 
гипоксией, принимает участие белок-53 (р53), взаимодействуя с Вах, стимулируя 
“рецепторы смерти” и апоптозные гены. р53 активирует модулятор суицида PUMA (p53 
upregulated modulator of APOptosis), который затем связывает Bcl-2 и выводит из строя 
этот препятствующий апоптозу белок. Тем самым выход цитохрома с из митохондрий уже 
ничем не сдерживается.
Некоторые белки, связывающие ионы кальция, например ALG-2, кодируемый 
одноименным геном (APOptosis-linked gene-2), тоже принимают участие в 
запрограммированной смерти. Так, взаимодействием ALG-2 и белка Alix (ALG-interacting 
protein X, известный и как AIP1) осуществляется регуляция апоптоза. Часть сложной 
молекулы ALG-2 представляет собой еще один апоптозный белок кальпоин.
Кальпоины специфически расщепляют белки, содержащие области, называемые PAST-
мотивами и богатые остатками четырех аминокислот - пролина (P), аспарагиновой 
кислоты (A), серина (S) и треонина (T). (Среди этих белков - фермент ДНК-лигаза, у 
которого такой мотив находится в N-концевой области.) Кроме того, кальпоины 
освобождают каспазы от связанных с ними ингибиторов апоптозных белков (inhibitors of 
APOptosis proteins, IAPs).
Впервые обнаруженные у вирусов, гомологи IAP позже были найдены у всех эукариот, 
от дрожжей до млекопитающих. У последних открыто восемь представителей этого 
семейства ингибиторов, и каждый имеет от одного до трех 70-аминокислотных участков, 
называемых BIR-доменами (baculoviruses inhibitor of APOptosis repeat domains - 
повторяющиеся домены бакуловирусного ингибитора апоптоза). Кодируемый Х-
хромосомой IAP (XIAP) и клеточные ингибиторы апоптозных белков (cellular inhibitors of 
APOptosis protein; cIAP1, 2) содержат по три N-концевых BIR-домена и С-концевой RING-
домен, кодируемый геном ring (really interesting new gene - действительно интересный 
новый ген). Эти белки ингибируют каспазы-3, -7, -9: BIR-домены целенаправленно 
связываются с ними, блокируя их активные центры; RING-домен обеспечивает 
деградацию каспаз, пришивая к ним “черную метку” - 76-аминокислотный белок 
убиквитин. Присоединившие его белки подвергаются расщеплению протеасомой *.

Есть и другой эндогенный ингибитор каспаз - FLIP (FLICE-inhibitory protein). Он 
взаимодействует с пособниками суицида - сигнальными комплексами, блокируя 
активацию прокаспазы-8 и передачу проапоптического сигнала от “рецепторов смерти”.
Как все ингибиторы протеаз, XIAP, cIAP1 и cIAP2 сами подвержены отрицательной 
регуляции. В частности, митохондриальный полипептид Smac/DIABLO (direct IAP-binding 
protein with low pI - белок с низкой pI, прямо связывающий IAP), выходя из митохондрий 
в цитозоль, связывается с ингибиторами XIAP, cIAP1 и cIAP2 и мешает им 
взаимодействовать с каспазами. Но XIAP, cIAP1 и 2 способны противостоять 
ингибирующему действию Smac/DIABLO, присоединяя к нему убиквитин - сигнал для 
деградации. Одна из изоформ Smac/DIABLO, Smac3, сама стимулирует присоединение 
убиквитина к XIAP. В высоких концентрациях каспазы-3 и -7 могут расщеплять XIAP и 
без посредников.
Как видим, клетка никогда не бросается в апоптоз без “раздумий”. Она сначала задает 
себе гамлетовский вопрос: “Быть или не быть?”. Ответ на него зависит от соотношения 
про- и антиапоптозных белков; между ними идет борьба, и побеждает та сторона, которая 
успевает навесить на другую “черную метку” - убиквитин. А протеазам совершенно все 
равно, на ком эта метка - они беспристрастно расщепляют меченые белки. Таким образом, 
выбор клетки между жизнью и смертью зависит не столько от внешних обстоятельств, 
сколько от ее собственного внутреннего состояния. Даже если организм приказывает 
клетке погибнуть, она подчиняется ему только в том случае, когда сама расположена к 
такому исходу. Бывают мутанты, которые категорически не хотят умирать, при том что 
все внешние обстоятельства побуждают их к суициду - как правило, это раковые клетки.
Общая 
схема 
“классического” 
апоптоза 
млекопитающих. 
Мы перечислили все виды орудий самоубийства, которыми клетка многоклеточного 
организма пользуется, когда он приказывает и когда она сама того хочет. Но следует 
понимать, что их действие неоднозначно. Например, кальций и активные формы 
кислорода участвуют во всех без исключения процессах жизнедеятельности как 
вторичные посредники в передаче сигналов и регулируют все функции клетки: 
размножение, дыхание, обмен веществ, движение, рост. Тот же кальций способен, в 
частности, активировать антиоксидантные ферменты, защищающие клетку от 
окислительного стресса. АФК в микромолярных концентрациях необходимы для 
пролиферации клеток, их подвижности и хеморецепции; более того, некоторые виды 
(например, NO) даже блокируют апоптоз посредством избирательного нитрозилирования 
эффекторных каспаз. Да и каспазы тоже могут выполнять вполне “мирные” функции - 
управлять дифференцировкой некоторых типов клеток.
Таким образом, лишь немногие из орудий самоубийства служат только этой цели: 
большинством из них клетка пользуется и в “домашнем быту”. Возникает вопрос: а все 
ли они необходимы для совершения суицида? И если нет, то зачем производить столь 
непомерный арсенал орудий? На эти вопросы мы сможем ответить, когда рассмотрим 
специфику протекания запрограммированной смерти у одноклеточных организмов. 
Апоптоз играет важную роль в развитии млекопитающих и в различных 
патологических процессах. Функционирование
bcl-2 требуется для поддержания жизнеспособности лимфоцитов, меланоцитов, 
эпителия кишечника и клеток почек во время развития эмбриона.

bcl-x необходим для ингибирования смерти клеток в эмбриогенезе, особенно в нервной 
системе. 
Bax необходим для апоптоза тимоцитов и поддержания жизнеспособности 
сперматозоидов во время их развития. 
р53 является геном супрессии опухолей, поэтому в эмбриогенезе особой роли не 
играет, но обязательно необходим для супрессии опухолевого роста.
Мыши, у которых отсутствовали оба р53 гена, проявляли чрезвычайно высокую 
склонность к развитию злокачественных опухолей в результате полного или частичного 
нарушения апоптоза предопухолевых клеток. Усиленный синтез белка, кодируемого bcl-2 
геном, приводит к подавлению апоптоза и, соответственно, развитию опухолей; данный 
феномен обнаружен в клетках В-клеточной фолликулярной лимфомы. 

жүктеу/скачать 3,24 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: