Задачи 3 Обзор литературы Эукариоты 1 Животные и грибы 1 Виды пгк 3 1 Механизмы апоптоза (стр. 3 из 7)

-12-

проницаемости митохондриальной мембраны и экстернализации фосфатидилсерина.

Активная форма HtrA2/Omi локализована в межмембранном пространстве митохондрий и высвобождается в цитоплазму в ответ на разнообразные проапоптозные стимулы. Одна из функций HtrA2/Omi заключается в непрямой активации каспаз путем связывания и расщепления белков IAP семейства. Кроме того, благодаря своей протеолитической активности, HtrA2/Omi участвует в реализации апоптоза и напрямую, собираясь для этого в гомотримеры.

4.1.1.3.Значение апоптоза

Можно выделить три основные физиологические функции ПГК (Самуилов, 2001). Во-первых, обеспечение программы индивидуального развития организма (онтогенеза) и дифференцировки клеток. Во-вторых, поддержание тканевого гомеостаза. В-третьих, защиту от патогенов.

В онтогенезе высших позвоночных животных ПГК проявляется в процессе их эмбрионального развития. Некоторые примеры: образование первичной полости в бластуле, гибель избыточных, невостребованных клеток при развитии периферической нервной системы, разделение пальцев в результате отмирания межпальцевых перепонок, ПГК при формировании пищеварительной системы, сердца, печени и других органов. У низших позвоночных – отмирание хвоста у головастика в процессе его превращения в лягушку, у беспозвоночных – метаморфоз насекомых. К индивидуальному развитию можно отнести также и программируемую гибель организма, которая, по мнению ряда исследователей, является результатом апоптоза составляющих его клеток (Skulachev, 2002).

В различных тканях существуют определенные нормы по количеству клеток (Самуилов, 2001). Если количество клеток будет выше или ниже нормы, это означает нарушение тканевого гомеостаза. Апоптоз функционирует как механизм, контролирующий количество и качество клеток, поддерживая тканевой гомеостаз в организме. Элиминируются ненормальные, функционально неактивные клетки, в том числе клетки, функции которых нарушены под влиянием факторов абиотической природы (активные формы кислорода, антиметаболиты, УФ-облучение). Через апоптоз исчезают и функционально активные клетки: T- и B-лимфоциты, активировавшиеся и размножившиеся в ответ на внедрение патогена, погибают по окончании инфекционного процесса. Элиминируются клетки, представляющие потенциальную угрозу для организма: если нарушена ДНК, включается программа смерти. ПГК служит как противораковый механизм, не дает также размножаться клеткам с дефективной ДНК, предотвращая появление клеток-мутантов. Натуральные киллеры через механизм апоптоза способны обезвредить опухолевые клетки. Клетки ткани, вышедшие из сферы межклеточного взаимодействия, потерявшие контакт с другими клетками ткани и одиноко

-13-

блуждающие по организму, тоже подвергаются апоптозу.

Вирусы, некоторые бактерии, грибы и простейшие являются внутриклеточными паразитами. Хотя специфичные к ним антитела вырабатываются организмом человека или животного, они не могут настигнуть вредителя, затаившегося в цитоплазме, под покровом клеточной оболочки жертвы. И тогда в ход вступают цитотоксические T-лимфоциты. Они убивают клетки, ставшие жертвами инфекционного возбудителя, и тем самым прекращают его дальнейшее размножение. Обладая аппаратом распознавания зараженной клетки среди массыздоровых клеток, T-киллер вызывает ее гибель, включая программу самоубийства клетки-мишени.

4.1.2.Растения

4.1.2.1.Особенности ПГК у растений

Конечным результатом ПГК у животных является разрушение клеток с образованием апоптозных везикул, фагоцитируемых макрофагами и клетками-соседями. Апоптоз у животных приводит к исчезновению клетки. У растений дело обстоит иначе (Самуилов, 2001). Во-первых, жесткая клеточная стенка растений предотвращает фагоцитоз, поэтому у растений отсутствуют специализированные клетки, предназначенные для фагоцитоза. Во-вторых, итоговая картина апоптоза в значительной мере зависит от вида ткани. Вместо самоуничтожения на основе погибших клеток зачастую создаются конструкции, жизненно важные для растений.

Изменения в морфологии клеток растений при апоптозе сходны с изменениями клеток животных. Также наблюдаются конденсация хроматина и дробление ядра, протопласт сжимается, цитоплазматическая мембрана образует складки, в клетку устремляется поток Ca2+, в наружном монослое плазматической мембраны появляется фосфатидилсерин, происходит олигонуклеосомальная фрагментация ядерной ДНК. Происходит также разрыв плазмодесм – мембранных каналов, соединяющих протопласты соседних клеток, чтобы инфекция не распространялась из зараженной клетки в соседние. Апоптозные везикулы, образующиеся путем дробления протопласта, у растений в отличие от животных выявляются не всегда. У растений нет особой необходимости в образовании апоптозных везикул, поскольку, как уже отмечалось, отсутствуют специализированные клетки-фагоциты и фагоцитозу препятствует клеточная стенка. Поэтому содержимое протопласта разрушается с помощью гидролитических ферментов, а мономерные остатки разрушенных клеток утилизируются соседними клетками. Другой вариант заключительного этапа клеточной гибели – при поражении патогенным возбудителем образуется отторгающая ткань, возникает перидерма, отгораживающая очаг инфекции.

Рассмотрим особенности механизмов инициации и реализации апоптоза у

-14-

растений. Инициация апоптоза может вызываться как вне-, так и внутриклеточными сигналами (рис. 6) (Киселевский и др., 2006).

Рассмотрим для начала внеклеточные индукторы апоптоза растений. Фитогормон этилен участвует в опадании листьев, созревании и опадании плодов. Обработка этиленом вызывала гибель клеток эндосперма злаковых и формирование аэренхимы в корнях кукурузы. У мутантов Arabidopsis thaliana экзогенный этилен усиливал АФК- и токсининдуцированную ПГК. При этом наблюдалось усиление генерации АФК. По своим признакам этилен-индуцированная смерть клеток (межнуклеосомная фрагментация ДНК, образование апоптозных телец) соответствует апоптозу. В клетках A. thaliana обнаружено пять различных этиленовых рецепторов, расположенных трансмембранно. Передача сигнала происходит, вероятно, с помощью МАР-киназного (mitogen-activated protein kinase) каскада.

Цитокинины подавляют пролиферацию клеток и индуцируют ПГК. Цитокинин N6-бензиламинопурин вызывал программируемую гибель клеток моркови и A. thaliana, детектируемую по конденсации хроматина, олигонуклеосомной деградации ДНК и выходу из митохондрий в цитоплазму цитохрома с. Действие цитокининов может быть связано с активацией ими синтазы 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты, являющейся предшественником этилена, хотя возможно наличие иных путей регуляции ПГК цитокининами.

Ауксин стимулировал ПГК в проростках табака. Ингибитор транспорта ауксина в

-15-

клетки 2,3,5-трийодобензоат подавлял гибель клеток. Наблюдалась ауксинзависимая фрагментация ядерной ДНК. Предполагается, что действие ауксина связано с активацией синтеза этилена, поскольку ингибиторы синтеза этилена AgNO3 и аминооксиацетат предотвращали ПГК в проростках. Однако ауксин подавлял олигонуклеосомную фрагментацию ДНК в клетках моркови, индуцированную цитокинином, а также предотвращал активацию индуцированного Н2О2 МАР-киназного каскада в клетках листьев A. thaliana, способствующего запуску ПГК.

Абсцизовая кислота — регулятор развития эндосперма злаковых. Наблюдается стимуляция ПГК в эндосперме мутантов кукурузы, нечувствительных к абсцизовой кислоте или синтезирующих ее в низких концентрациях. Предполагается, что баланс между абсцизовой кислотой и этиленом регулирует инициацию ПГК в эндосперме. Абсцизовая кислота защищает клетки отПГК при формировании пыльника у ячменя в андрогенезе, предотвращает гибель клеток и олигонуклеосомную фрагментацию ДНК вызванную обработкой цитокинином. При прорастании семян ПГК алейроновых клеток индуцируется гиббереллином, тогда как абсцизовая кислота подавляет клеточную гибель. Показано, что эта фитогормональная регуляция опосредована АФК. Вероятно, гиббереллин снижает антиоксидантную защиту клеток растений.

Жасмоновая кислота является сигнальным соединением, синтезирующимся при ГО. Жасмоновая кислота и метилжасмонат — конечные продукты липоксигеназного сигнального пути. Жасмоновая кислота стимулирует гибель протопластов A. thaliana, вызванную грибным токсином фумонизином B1. Однако метилжасмонат ингибирует озониндуцированную ПГК у мутантов A. thaliana. Предполагается, что жасмоновая кислота снижает продукцию АФК, индуцированную озоном. Таким образом, жасмонат в различных условиях может быть как позитивным, так и негативным регулятором программируемой гибели.

Салициловая кислота, как и индуцирующий ее образование Н2О2, является одним из главных сигнальных соединений при ГО. Выявлено, что одна из двух МАР-киназ, вовлеченных в ГО клеток табака, индуцируется салициловой кислотой. Показана аккумуляция салициловой кислоты в клетках, окружающих место заражения патогеном. У трансгенных растений, не синтезирующих салицилат, снижался уровень гибели клеток, индуцируемой Оз или элиситорами патогенов. ПГК, индуцированная токсином гриба фумонизином В1, опосредована накоплением в клетках салициловой кислоты. Интересно, что салициловая кислота является ингибитором каталазы и пероксидаз, обеспечивающих защиту клетки от АФК.

Элиситоры — сигнальные молекулы различной природы, индуцирующие ПГК при ГО. В основном это вещества, входящие в состав клеточной стенки, мембран патогена или экскретируемые патогенными бактериями и грибами. Белки оболочки отдельных вирусов тоже обладают элиситорными свойствами. Элиситоры могут образовываться при ферментативном расщеплении кутикулы и полисахаридов