Механизмы
Апоптоз Некроз/ некроптоз Нетоз Аутофагия Клеточный каннибализм или энтоз Митотическая катастрофа Пироптоз Корнификация Партанотоз
Нетоз – основной тип клеточной смерти нейтрофилов наравне с апоптозом и некрозом. В 2004 г. Volker Brinkmann et al. был открыт механизм, посредством которого нейтрофилы осуществляют защитные функции, названный нетозом (от англ. NETosis (от NET — Neutrophil Extracellular Trap ) При нетозе нейтрофил проходит стадии 1) деконденсации хроматина, 2) наработки АФК, 3) дегрануляции ; затем следует 4) выброс ДНК-сети (ДНК-ловушки), связанной с АФК, гистонами, миелопероксидазой и другими молекулами, повреждающими патоген. Патогены - бактерии, грибы, паразиты и вирусы «запутываются» в сетях и гибнут. Нейтрофильные ДНК-ловушки связаны с патогенезом различных заболеваний, таких как сепсис, ревматоидный артрит, тромбоз, волчанка и др. аутоиммунные заболевания. Другие клетки крови, такие как моноциты, эозинофилы, базофилы также имеют подобный механизм, называемый этозом (от англ. ETosis (от ET — Extracellular Trap )
Аутофагия (от греч. αυτος — «само» и φαγειν — «есть» : самопоедание ) - клеточный механизм утилизации избыточных или поврежденных белков, белковых комплексов и клеточных органелл, осуществляемый лизосомами той же клетки. Аутофагия выполняет несколько важных функций : 1)получение питательных веществ при голодании, 2)поддержка клеточного гомеостаза и клеточного иммунитета, 3)осуществление апоптоза и др. Стимулы к запуску аутофагии : 1) отсутствие факторов роста или недостаточность нутриентов 2) наличие поврежденных органелл (митохондрий, пероксисом )
Лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2016 году стал Ёсинори Осуми ( Yoshinori Ohsumi ) "За открытие механизмов аутофагии ".
Аналоги аутофагии на различных уровнях организации живого. Биосистема Процесс Примеры Клетка Аутофагия Митофагия (утилизация митохондрий) Пексофагия (утилизация пероксисом ) Рибофагия ( утилизация рибосом) Ретикулофагия (утилизация эндоплазматического ретикулума ) Организм Спячка, голодание Апоптоз (утилизация клеток) Потребление собственных тканей (жировая ткань) Оофагия (эмбрионы акулы поедают менее развитых собратьев) Экосистемы и популяции Трофические цепи Хищник–жертва Травоядные животные–растения
.
Частичная конденсация хроматина Пикноз ядра Отсутствие фрагментации ядра и клетки на поздних стадиях гибели Отсутствие деградации ДНК до нуклеосомного уровня Увеличение числа аутофагосом и аутофаголизосом Увеличение лизосомной активности Увеличение аппарата Гольджи Иногда возрастание проницаемости митохондрий Отсутствие активации каспаз
Микроаутофагия – макромолекулы и фрагменты мембраны попадают в лизосому путем инвагинации ее мембраны. Макроаутофагия - образование аутофагосом, которые соединяются с лизосомами с образованием аутофаголизосом. Макроаутофагия контролируется специфическими генами Atg ( autophagy-related gene ) и вовлечена в процесс деградации митохондрий, эндоплазматического ретикулума, пероксисом, рибосом, а также различных белков, липидов и РНК. Шаперон-зависимая аутофагия – направленный транспорт денатурировавших белков в лизосомы для деградации, происходит с помощью белков-шаперонов Hsp70 и белков LAMP-2 ( lysosome -associated membrane protein type 2A).
1.Инициация 2. Элонгация 3. Формирование аутофагосомы 4. Формирование аутолизосомы
3-MA Формирование Сигнал Инициация Эллонгация Белковые агрегаты Atg12-Atq5. Atg16L Аутофагосома Слияние Baf Лизосома Утилизация Аутолизосома Деградация Механизм аутофагии
Аутофагия
5. Клеточный каннибализм (КК) - это явление, при котором одна клетка внедряется в другую клетку, в результате чего образуются структуры “ клетка-в-клетке ”. Частный случай КК – энтоз ( лимфобласты ) Микрофотографии КК ( Overholtzer and Brugge, 2008). Первоначально для описания таких структур учёные использовали термины “птичий глаз” или “кольцо с печаткой”, которые отражали тот факт, что внедрившаяся клетка находилась внутри крупной неокрашивающейся вакуоли наружной клетки.
Участниками КК могут быть и нормальные клетки, такие как нейтрофилы, эритроциты, гепатоциты, мегакариоциты, эпителиальные клетки, астроциты и др. Отличие КК от фагоцитоза: 1) Внедряющиеся клетки живые и могут быть жизнеспособными до 48 час., на них не нет маркёров фагоцитоза. 2) Инициатор внедрения - сама внедряющаяся клетка, в ней происходит активация акто-миозинового комплекса, продавливание плазматической мембраны наружной клетки, локализация внутри крупной вакуоли. 4) Судьба внедрившихся клеток различна: возможны лизосомальная деградация, митоз, выход из каннибалической вакуоли. КК может использоваться в клинике для диагностики заболеваний и прогноза опухолевой прогрессии. КК может быть маркёром метастатического потенциал опухоли.
Гаранина А.С., 2015
Различия между фагоцитозом и клеточным каннибализмом.
КК - способ выживания злокачественной опухоли при неблагоприятных условиях микросреды. Предотвращение запуска иммунного ответа. КК позволяет опухолевым клеткам уходить от иммунного ответа (поглощение и деградация НК). Увеличение плоидности клеток. КК может приводить к анеуплоидии путем нарушения цитокинеза энтозной клетки (признак злокачественного перерождения клетки). Отбор более агрессивных опухолевых клеток. Контроль роста опухоли. В опухолевой культуре КК способен регулировать численность и размер клеточных колоний, подавлять рост опухоли, а также элиминировать клетки с какими-либо повреждениями.
Главный морфологический признак – образование микроядер, в которых нет конденсации хроматина (отличие от апоптоза). Микроядра образуются путем выброса хроматина из интерфазного ядра. Играет большую роль при действии радиации, применении противоопухолевых препаратов. Ингибирование прохождения 2-ой сверочной точки клеточного цикла. Нарушается организация веретена деления и выстраивание хромосом в виде митотической пластинки.
Микроядра в эритроцитах периферической крови пингвина Pygoscelis papua.
Пироптоз — это запрограммированная гибель клетки, в основе которой лежит образование инфламмасомы и избыточная продукция провоспалительного цитокина IL-1. Пироптоз сопровождает инфекционные процессы, вызванные бактериальными возбудителями. Характерен для моноцитов и макрофагов. Отличительные признаки пироптоза : 1. Индуцируется каспазой -1 2. Протекает с участием лизосом 3. Наблюдается воспаление
Инфламмасома - сложный белковый комплексй или "платформа", на которой происходит процессинг (созревание) про- IL -1β с помощью каспазы-1 и последующая его секреция, что способствует развитию воспаления Индукторы образования инфламмасомы : липополисахариды бактериальной стенки мочевая кислота АФК церамид амилоид
1 ) Инфламмасома – цитоплазматические белковые комплексы, распознающие РАМР и DAMP, способствующие активации каспазы-1 и процессингу ИЛ-1 β 2) В состав инфламмасомы входит 22 цитоплазматических NOD- подобных белка, в том числе 14 NLRP белков и др. Различают несколько типов инфламмасом : NLRP1, NLRP3, NLRP4 и др. 3) Мембранные ( TLR) и цитоплазматические (NLR) патоген-распознающие рецепторы взаимодействуют c РАМР и DAMP и активируют 2 типа сигнальных путей: а) 1-ый путь - активация фактора транскрипции NF- kB, транслокация в ядро и экспрессия генов ЦК сем. ИЛ-1 и др. б) 2-ой путь – сборка инфламмасомы путем активация внутриклеточных белков, входящих в ее состав, активация каспазы-1 процессинг ИЛ-1 β РАМР – патоген ассоциированные молекулярные паттерны DAMP – ассоциированные с повреждением молекулярные паттерны
APOPTOSIS APOPTOSIS PYROPTOSIS & INFLAMMATION Cytochrome C Apaf1 Apoptosome Active Caspase-9 PAMPs NLRs Bcl-2, Bcl -xl Inflammasome Active Caspase-1 Active Ced3 Ced4 Ced9 Образование апоптосомы и инфламмасомы
Корнификация – физиологическая гибель клеток внешнего слоя эпидермиса Корнификация - вариант клеточной смерти. Признаки : 1) ограничена кератиноцитами ; 2) функционально связана с образованием рогового эпителия; 3) необходима для построения эпидермального барьера, позволяющего изолировать организм от окружающей среды ; 4) включает активацию трансглутаминаз, которые образуют перекрестные сшивки между специфическими белками.
Партанотоз – вариант клеточной смерти, зависящей от активации poly(ADP-ribose) полимеразы ( PARPs). При повреждении ДНК происходит сверхактивация PARP, дефицит NAD+ и АТР, аккумуляция поли-АДФ-рибозы ( PAR), токсичной для митохондрий, → исчезновение митохондриального потенциала и освобождения AIF. AIF – апоптоз-индуцирующий фактор, который приводит к гибели клетки путем транслокации в ядро и участии в деградации ДНК.
ДНК-связывающий домен Домен автомодификации Каталитический домен Сигнал ядерной локализации Предполагаемый домен связывания ДНК Спиральный (helical) домен
Белок Белок PARP1 никотинамид
NAD+ ADP- рибоза никотинамид связь, которую расщепляет PARP 3-аминобензамид Ингибитор PARP1 первого поколения – 3-аминобензамид
1.Поли( АDP-рибозо )полимераза 1 (PARP1), распространенный ядерный белок (1–2 млн молекул на клетку), выполняющий функцию «сенсора» разрывов ДНК, - одна из перспективных молекулярных мишеней для поиска противоопухолевых средств. 2.Экспрессия PARP1 повышена при меланомах, раке легкого, молочной железы и других опухолевых заболеваниях. При этом повышенный уровень экспрессии считается прогностическим признаком, связанным с худшим прогнозом выживаемости. 3.Высокая экспрессия PARP1 и устойчивость опухолей к терапии взаимосвязаны. 4.Ингибиторы PARP1 рассматриваются в качестве перспективных противоопухолевых агентов, действующих как химио - и радиосенсибилизаторы при традиционной терапии злокачественных образований. 5. Ингибиторы PARP1 могут использоваться как самостоятельные лекарственные средства, эффективные при опухолях, в которых нарушены определенные пути репарации ДНК.
Классификация, строение и процесс активации каспаз двух типов: инициаторной и эффекторной.
Подавление аутофагии Повреждение органелл Агрегация белков Окислительный стресс Геномная нестабильность Трансформация Подавление аутофагии Трансформация Метаболический стресс Нарушение апоптоза Некроз и воспаление Цитокины, способствующие росту опухоли Развитие первичной опухоли Активация онкогенов Активация аутофагии Старение Трансформация Трансформация Химиотерапия Метаболический стресс Активация аутофагии Защита от апоптоза Аноикис Активация аутофагии Диссеминация и метастазирование
